JP2009174930A - Viscosity measuring device and viscosity measurement method - Google Patents
Viscosity measuring device and viscosity measurement method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009174930A JP2009174930A JP2008012106A JP2008012106A JP2009174930A JP 2009174930 A JP2009174930 A JP 2009174930A JP 2008012106 A JP2008012106 A JP 2008012106A JP 2008012106 A JP2008012106 A JP 2008012106A JP 2009174930 A JP2009174930 A JP 2009174930A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid
- viscosity
- reaction tank
- impedance
- measured
- 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.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
本発明は、測定対象の液体が微量であってもリアルタイムでその粘度を測定することができる、粘度測定装置及び粘度測定方法に関するものである。 The present invention relates to a viscosity measuring apparatus and a viscosity measuring method capable of measuring the viscosity in real time even if the amount of liquid to be measured is very small.
従来、液体の粘度を測定する方法として、粘度細管法や水晶振動子を用いた測定方法が知られている。粘度細管法は、液体が細管を落下する速度から粘度を求める方法である。また、水晶振動子を用いた測定方法は、水晶振動子のインピーダンスを測定し、これから液体の粘度を計測する方法である。
水晶振動子を用いた測定方法は、微量な試料でも測定可能であり、しかも、水晶振動子の電極表面に付着する質量の変化も同時にリアルタイムで計測することができる利点がある。
水晶振動子を用いた測定方法の中でインピーダンスを測定するものとして、インピーダンスアナライザと、コンピュータを用いた測定方法(特許文献1参照)や、発振回路、V−Fコンバータ、電流電圧変換回路、ピークホールド回路から構成される装置による測定方法(特許文献2参照)が知られている。
The measurement method using a crystal resonator is capable of measuring even a very small amount of sample, and has an advantage that a change in mass adhering to the electrode surface of the crystal resonator can be simultaneously measured in real time.
Among the measurement methods using a crystal resonator, impedance measurement is performed using an impedance analyzer and a computer (see Patent Document 1), an oscillation circuit, a VF converter, a current-voltage conversion circuit, a peak. A measurement method using a device composed of a hold circuit (see Patent Document 2) is known.
ところで、インピーダンスを測定する従来の水晶振動子を用いた測定方法にあっては、粘度の高い液体は比較的容易に測定できるものの、粘度が低い液体の測定は非常に難しいという問題があった。
これは、粘度変化に伴い水晶振動子のインピーダンスが変化するとき、粘度が低い液体では、インピーダンスの変化量があまりに小さすぎて粘度が測定できないことが原因と考えられる。
By the way, in the measuring method using the conventional crystal unit for measuring impedance, there is a problem that although a liquid having a high viscosity can be measured relatively easily, it is very difficult to measure a liquid having a low viscosity.
This is considered to be because when the impedance of the crystal resonator changes with a change in viscosity, the amount of change in impedance is too small for the liquid with low viscosity to measure the viscosity.
発明者等は、鋭意研究を重ねた結果、インピーダンスの変化量が周波数測定用のセンサが収容される反応槽の深さに依存すること、言い換えれば、インピーダンスの変化量が、反応槽の深さが浅ければ浅いほど、大きく現れることを見出した。
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、水等のように粘度が低い液体であっても、インピーダンスの変化量を高感度で測定できる、粘度測定装置及び粘度測定方法を提供することである。
As a result of extensive research, the inventors have determined that the amount of change in impedance depends on the depth of the reaction vessel in which the frequency measurement sensor is accommodated, in other words, the amount of change in impedance is the depth of the reaction vessel. It has been found that the shallower the is, the larger it appears.
The present invention has been made in consideration of such circumstances, and its purpose is to provide a viscosity measuring device capable of measuring the amount of change in impedance with high sensitivity even with a liquid having a low viscosity such as water. It is to provide a viscosity measurement method.
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明に係る粘度測定装置は、液体導入路及び液体排出路に連通される反応槽と、該反応槽の底部または天板部に設けられ圧電素子の表裏面の一対の電極から供給される交流信号により該圧電素子が共振されるセンサとを備え、測定対象となる液体が前記液体導入路から前記反応槽内に導入され、そのときの前記センサの基準溶液のインピーダンスと前記測定対象となる液体のインピーダンスとの変化量から前記液体の粘性を測定する粘度測定装置であって、前記反応槽の深さが、液体界面で前記圧電素子が振動する際その振動が液体中に侵入する平均距離を表す液体侵入度よりも浅く設定されていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The viscosity measuring apparatus according to the present invention includes a reaction tank communicated with a liquid introduction path and a liquid discharge path, and an alternating current provided from a pair of electrodes on the front and back surfaces of the piezoelectric element provided at the bottom or top plate of the reaction tank. A sensor in which the piezoelectric element is resonated by a signal, and a liquid to be measured is introduced into the reaction tank from the liquid introduction path, and the impedance of the reference solution of the sensor at that time and the liquid to be measured A viscosity measuring device that measures the viscosity of the liquid from the amount of change from the impedance of the reactor, wherein the depth of the reaction tank is the average distance that the vibration penetrates into the liquid when the piezoelectric element vibrates at the liquid interface. It is characterized by being set shallower than the degree of liquid penetration.
本願発明に係る粘度測定装置によれば、圧電素子は、共振点付近の周波数の交流信号を印加されることによって機械的な振動を起こす。この圧電素子の振動は反応槽内を流れる液体から剪断抵抗を受ける。このときの共振抵抗値つまりインピーダンスは、液体の粘度によって異なる。したがって、インピーダンスの変化量を測定すれば、液体の粘度を知ることができる。 According to the viscosity measuring apparatus according to the present invention, the piezoelectric element causes mechanical vibration when an AC signal having a frequency near the resonance point is applied. This vibration of the piezoelectric element receives a shear resistance from the liquid flowing in the reaction tank. The resonance resistance value, that is, the impedance at this time varies depending on the viscosity of the liquid. Therefore, the viscosity of the liquid can be known by measuring the amount of change in impedance.
ここで、圧電素子の振動が反応槽内の液体から剪断方向の抵抗を受けるとき、その共振抵抗値は反応槽の深さによって大きく異なる。
つまり、反応槽の深さが、液体界面で前記圧電素子が振動する際その振動が液体中に侵入する平均距離を表す液体侵入度より深いと、圧電素子の振動が反応槽内の液体から受ける共振抵抗値はごく小さな値に止まるが、反応槽の深さが粘性侵入度より浅いと、圧電素子の振動が反応槽内の液体から受ける共振抵抗値は急激に増大する。
Here, when the vibration of the piezoelectric element receives shear resistance from the liquid in the reaction tank, the resonance resistance value varies greatly depending on the depth of the reaction tank.
In other words, when the depth of the reaction tank is deeper than the liquid penetration degree representing the average distance that the piezoelectric element vibrates at the liquid interface, the vibration of the piezoelectric element is received from the liquid in the reaction tank. Although the resonance resistance value is very small, if the depth of the reaction tank is shallower than the viscosity penetration, the resonance resistance value that the vibration of the piezoelectric element receives from the liquid in the reaction tank increases rapidly.
本願発明では、予め、反応槽の深さを粘性侵入度より浅く設定しているため、圧電素子の振動の共振抵抗値つまりインピーダンス自体が大きな値として測定される。したがって、反応槽内に流す液体の粘度の影響を受けてインピーダンスが変化する際、インピーダンス変化の割合が小さい場合でも、その変化量を測定することができる。言い換えれば、インピーダンスの変化量を高感度で測定することができる。 In the present invention, since the depth of the reaction tank is set to be shallower than the viscosity penetration degree, the resonance resistance value of the vibration of the piezoelectric element, that is, the impedance itself is measured as a large value. Therefore, when the impedance changes under the influence of the viscosity of the liquid flowing in the reaction tank, the amount of change can be measured even when the impedance change rate is small. In other words, the amount of change in impedance can be measured with high sensitivity.
本願の請求項2に係る発明は、液体導入路及び液体排出路に連通される反応槽と、該反応槽の底部または天板部に設けられ圧電素子の表裏面の一対の電極から供給される交流信号により該圧電素子が共振されるセンサとを備え、測定対象となる液体が前記液体導入路から前記反応槽内に導入され、そのときの前記センサの基準溶液のインピーダンスと前記測定対象となる液体のインピーダンスとの変化量から前記液体の粘性を測定する粘度測定装置であって、前記反応槽の深さが20μm〜200μmに設定されていることを特徴としている。
The invention according to
本願発明によれば、反応槽の深さを20μm〜200μmに設定しているので、測定対象の液体が水等のように粘度が比較的低い液体であっても、反応槽の深さを粘性侵入度よりも浅く設定されていることとなり、結果的に、反応槽内に流す液体の粘度の影響を受けてインピーダンスが変化する際、その変化量を高感度で測定することができる。 According to the present invention, since the depth of the reaction tank is set to 20 μm to 200 μm, even if the liquid to be measured is a liquid having a relatively low viscosity such as water, the depth of the reaction tank is set to be viscous. As a result, when the impedance changes under the influence of the viscosity of the liquid flowing in the reaction tank, the amount of change can be measured with high sensitivity.
本願の請求項3に係る発明は、前記反応槽の深さが40μm〜165μmに設定されていることを特徴としている。
この場合、反応槽の深さをより狭い範囲で浅く設定しているので、インピーダンスが変化する際のインピーダンスの変化量を、より高感度で測定することができる。
The invention according to claim 3 of the present application is characterized in that a depth of the reaction vessel is set to 40 μm to 165 μm.
In this case, since the depth of the reaction tank is set shallower in a narrower range, the amount of change in impedance when the impedance changes can be measured with higher sensitivity.
本願の請求項4に係る発明は、前記測定対象となる液体が前記液体導入路から前記反応槽内に導入される際に、前記センサの基準溶液のインピーダンスと前記測定対象となる液体のインピーダンスとの変化量の他に共振周波数の変化量も測定して、前記液体の粘性を評価することを特徴としている。
この場合、基準溶液のインピーダンスと前記測定対象となる液体のインピーダンスとの変化量の他に共振周波数の変化量も加えて粘性を評価しているので、液体の粘度測定の他に、液体に含まれる物質がセンサに付着することに伴う微小な重量変化も測定することができる。この結果、比較的粘度が低い液体の性状をより詳しく評価することができる。
In the invention according to claim 4 of the present application, when the liquid to be measured is introduced into the reaction tank from the liquid introduction path, the impedance of the reference solution of the sensor and the impedance of the liquid to be measured In addition to the amount of change, the amount of change in resonance frequency is also measured, and the viscosity of the liquid is evaluated.
In this case, the viscosity is evaluated by adding the amount of change in the resonance frequency in addition to the amount of change in the impedance of the reference solution and the impedance of the liquid to be measured. It is also possible to measure a minute change in weight due to the substance attached to the sensor. As a result, the properties of the liquid having a relatively low viscosity can be evaluated in more detail.
本願の請求項5に係る発明は、前記液体導入路及び前記液体排出路がそれぞれ屈曲して形成されていることを特徴としている。
この場合、液体導入路及び液体排出路をそれぞれ屈曲して形成したため、それら流路には大きな流路抵抗が付加されることとなる。この結果、反応槽内には、偏流が少ない均一な流れが確保されることとなり、液体の粘度の高精度の測定が可能になる。
The invention according to claim 5 of the present application is characterized in that the liquid introduction path and the liquid discharge path are each formed by bending.
In this case, since the liquid introduction path and the liquid discharge path are formed by being bent, a large flow path resistance is added to these flow paths. As a result, a uniform flow with less drift is ensured in the reaction tank, and the viscosity of the liquid can be measured with high accuracy.
本願の請求項6に係る発明は、測定対象となる液体を、深さ20μm〜200μmに設定した反応槽内に液体導入路及び液体排出路によって流通させた状態とし、このときに前記反応槽の底部または天板部に設けた圧電素子に、その表裏面に設けた一対の電極に交流信号を印加して、該圧電素子の基準溶液のインピーダンスと前記測定対象となる液体のインピーダンスとの変化量から前記液体の粘性を測定することを特徴としている
本発明によれば、請求項2に係る発明と同様な効果を奏する。
In the invention according to claim 6 of the present application, the liquid to be measured is circulated by the liquid introduction path and the liquid discharge path in the reaction tank set to a depth of 20 μm to 200 μm. The amount of change between the impedance of the reference solution of the piezoelectric element and the impedance of the liquid to be measured by applying an AC signal to a pair of electrodes provided on the front and back surfaces of the piezoelectric element provided on the bottom or top plate According to the present invention, the same effect as that of the invention according to
本発明によれば、反応槽の深さを粘性侵入度よりも浅く設定しており、共振抵抗値つまりインピーダンス自体が大きな値として測定されるため、反応槽内に流す液体の粘度の影響を受けて、インピーダンスが変化する際、インピーダンス変化の割合が小さい場合でも、その変化量を測定することができる。つまり、インピーダンスの変化量を高感度で測定することができる。 According to the present invention, the depth of the reaction tank is set to be shallower than the degree of viscous penetration, and the resonance resistance value, that is, the impedance itself is measured as a large value. Therefore, the reaction tank is affected by the viscosity of the liquid flowing in the reaction tank. Thus, when the impedance changes, even if the impedance change rate is small, the change amount can be measured. That is, the amount of change in impedance can be measured with high sensitivity.
以下、本発明に係る粘度測定装置の実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。図1は粘度測定装置の全体構成を示す概略図、図2は粘度測定装置の中で用いられるマイクロフローセルの平面図、図3は同マイクロフローセルの断面図、図4は粘度測定装置のブロック図である。 Hereinafter, an embodiment of a viscosity measuring device according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the viscosity measuring device, FIG. 2 is a plan view of a microflow cell used in the viscosity measuring device, FIG. 3 is a sectional view of the microflow cell, and FIG. 4 is a block diagram of the viscosity measuring device. It is.
本実施形態の粘度測定装置100は、図1に示すように、測定対象となるサンプル液が貯留された試料容器1と、試料容器1にチューブ2を介して接続されたマイクロフローセル3と、該マイクロフローセル3にチューブ4を介して吸引側が接続されたポンプ5と、該ポンプ5の吐出側にチューブ6を介して接続された廃液容器7と、前記マイクロフローセル3に電気的に接続され、このマイクロフローセル3内にセットされた水晶振動子を有するセンサ8からの出力信号を基に、該センサ8の共振時の周波数の変化量とインピーダンスの変化量をそれぞれ測定する制御部9とを備える。
As shown in FIG. 1, the
マイクロフローセル3は、図2及び図3に示すように、中央のホールド基板10と、このホールド基板10の図3において上側に配置される樹脂プレート11と、ホールド基板10の下側に配置される前記センサ8とを備え、それらが3層に積層されることで構成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the micro flow cell 3 is disposed at the
ホールド基板10は、アクリル樹脂等から形成された透明な基板であり、外形がSDメモリカードの如く形成されている。このホールド基板10には、サンプル液を図3における上面側から下面側に流して反応槽12に導入するための液体導入口10aとなる貫通孔と、サンプル液を下面側から上面側に流すための液体排出口10bとなる貫通孔と、がそれぞれ形成されている。
The
また、ホールド基板10の下面には、センサ8の検出電極8aと対向電極8bとにそれぞれ電気接続される配線パターン部13a、13bが形成されている。この配線パターン部13a、13bは、外部接続端子として機能する。なお、この配線パターン部13a、13bは、1種類の金属或いは異なる金属を積層(例えば、チタン又はクロムと、金とを2層に積層)して形成される。
Further, on the lower surface of the
樹脂プレート11は、透明なシリコン樹脂により板状に形成されている。この樹脂プレート11には、ホールド基板10に対向する面上において、導入溝14及び排出溝15がそれぞれ形成されている。これら導入溝14及び排出溝15は、それぞれ一端側が直径1.5mm程度に形成された導入貫通孔16,排出貫通孔17に連通し、他端側が液体導入口10a及び液体排出口10bと同じサイズである直径0.5mm程度の凹部14a、15aとなっている。そして、樹脂プレート11は、凹部14a、15aと、液体導入口10a及び液体排出口10bと、がそれぞれ連通するように、ホールド基板10の表面に接着されている。
The
そして、本実施形態のマイクロフローセル3では、導入貫通孔16、導入溝14及び液体導入口10aからなる液体導入路18を介して反応槽12内にサンプル液が導入され、反応槽12内を通過したサンプル液が、液体排出口10b、排出溝15及び排出貫通孔17からなる液体排出路19を介して排出されるようになっている。
ここで、前記液体導入路18及び液体排出路19は、液体導入口10aと液体排出口10bが導入貫通孔16と排出貫通孔17に対して同軸上にならないように、つまり、それぞれ、流路が全体として屈曲するように形成されている。
In the microflow cell 3 of this embodiment, the sample liquid is introduced into the
Here, the
上記センサ8は、水晶振動子40と、該水晶振動子40の両面に設けられて水晶振動子40を所定の周波数で共振させる一対の電極、即ち、検出電極8a及び対向電極8bと、から構成されたQCMセンサである(図4参照)。
水晶振動子40は、例えばATカット水晶板であり、8mm角ウエハから正方形状に形成された透明な基板である。検出電極8a及び対向電極8bは、それぞれ水晶振動子40の略中心に位置するように、蒸着やスパッタリングによって形成されている。つまり、検出電極8a及び対向電極8bは、水晶振動子40を間に挟んで対向した状態となっている。
The
The
また、水晶振動子40の両面には、検出電極8a及び対向電極8bにそれぞれ電気接続されるリード電極20a、20bが形成されている。これら検出電極8a、対向電極8b及びリード電極20a、20bは、配線パターン部13a、13bと同様に、1種類の金属或いは異なる金属を積層(例えば、チタン又はクロムと、金とを2層に積層)して形成されている。
なお、検出電極8aは、インピーダンスが1KΩ以下で、液中で安定に発振する直径3mmに形成されている。また、対向電極8bも同様のサイズとされている。
Further, on both surfaces of the
The
このように構成されたセンサ8は、図3に示すように、リング状のパッキン21を間に挟んだ状態でホールド基板10の裏面側に接合されている。この際、センサ8は、検出電極8aがホールド基板10に対向するように接合されている。
As shown in FIG. 3, the
反応槽12は、検出電極8aの周囲を囲ってサンプル液を貯留させ、サンプル液に含有される特定物質を検出電極8aに吸着或いは結合させる空間である。この反応槽12の深さDは、図3に示すように、液体界面で前記圧電素子が振動する際その振動が液体中に侵入する平均距離を表す液体侵入度よりも浅く設定されている。液体侵入度については、後に詳しく説明する。反応槽12の深さDは、水のように比較的低い粘度のものを測定する場合には20μm〜200μmに設定され、好ましくは、40μm〜165μmに設定される。
The
制御部9は2つに大きく分かれる。一つは図4中9Aで示される共振時のインピーダンスの変化量を測定する部分であり、他の一つは同図中9Bで示される共振周波数の変化量を測定する部分である。
センサ8の構成要素である水晶振動子40には発振回路41が接続されている。発振回路41にはミキサ42が接続され、このミキサ42には参照クロック43から測定時の基準となる信号が導入される。ミキサ42には不用なノイズを除去するローパスフィルタ44が接続される。ローパスフィルタ44には周波数カウンタ45が接続され、ここで、周波数がカウントされる。ここでカウントされた周波数は、周波数測定部46へ送られる。周波数測定部46は参照クロック43からも基準となる信号が導入されて、発振回路41から導入される信号の周波数が例えば100分の1ヘルツの精度をもって測定される。
The controller 9 is largely divided into two. One is a part for measuring the amount of change in impedance at the time of resonance indicated by 9A in FIG. 4, and the other part is a part for measuring the amount of change in resonance frequency indicated by 9B in FIG.
An
一方、前記発振回路41には、RMS/DCコンバータ47、ADコンバータ48及びインピーダンス測定部49が順に接続される。RMS/DCコンバータ47では、交流信号の平均化した信号が直流の信号へ変換され、さらにADコンバータ48では、アナログの直流信号からデジタル信号へ変換される。そして、インピーダンス測定部49にて、水晶振動子40が共振する際の抵抗値、すなわちインピーダンスが測定される。
On the other hand, an RMS /
次に、このように構成された粘度測定装置によって液体の粘度を測定する方法について説明する。
始めに測定を開始する前に、予めセンサ8を作動させ、図示せぬ交流電源により検出電極8aと対向電極8bとの間に交流電圧を印加して水晶振動子40を共振させる。そして、そのときの共振周波数とインピーダンスをそれぞれ制御部9により測定しておく。
Next, a method for measuring the viscosity of the liquid with the viscosity measuring apparatus configured as described above will be described.
Before starting the measurement, the
すなわち、交流電源により検出電極8aと対向電極8bとの間に交流電圧を、所定の範囲で周波数を周期的に変動させながら印加する。水晶振動子40に流れる電流は共振点で最大になる。このときの値を共振周波数として求める。また、共振点での検出電極8aと対向電極8bとの間を流れる電流変化を電圧に変換すると、水晶振動子40の共振抵抗に依存値した信号が得られる。このときの信号をRMS/コンバータ47で直流信号に変換し、さらにADコンバータ48で、アナログの直流信号からデジタル信号へ変換し、最終的に、共振点における抵抗値であるインピーダンスを求める。
That is, an AC voltage is applied between the
次に、ポンプ5を作動させて、試料容器1内のサンプル液(測定対象となる液体)をチューブ2を介してマイクロフローセル3内に導入する。そして、このときの、水晶振動子40が振動する際の、基準溶液のインピーダンスと前記サンプル液のインピーダンスとの変化量と共振周波数の変化量をそれぞれ制御部9によって測定する。
Next, the pump 5 is operated to introduce the sample liquid (liquid to be measured) in the sample container 1 into the microflow cell 3 through the
サンプル液が反応槽12内に流入するとき、このサンプル液によって水晶振動子40の振動は剪断抵抗を受ける。このときの共振抵抗値つまりインピーダンスは、液体の粘度によって異なる。したがって、インピーダンスの変化量を測定すれば、液体の粘度を知ることができる。
ここで、基準溶液のインピーダンスは、予め測定しておきデータとして内蔵しておく。また、基準溶液としては、例えば、水や緩衝液を用いる。緩衝液はpHを変化させないように塩の入ったものを用いる。具体的にはPBS(生理食塩水)やトリス緩衝液を用いる。
When the sample liquid flows into the
Here, the impedance of the reference solution is measured in advance and stored as data. As the reference solution, for example, water or a buffer solution is used. A buffer containing a salt is used so as not to change the pH. Specifically, PBS (physiological saline) or Tris buffer is used.
このとき、水晶振動子40の振動が反応槽12内を流れる液体から受ける共振抵抗値は、反応槽12の深さによって大きく異なる。
つまり、液体(流体)界面での圧電素子を振動させたとき、その振動が液体(流体)中にどの程度の深さまで侵入するかを平均深さ(平均距離)として表したものが粘性侵入度Lである。この粘性侵入度Lは、以下の(1)式で表される。
At this time, the resonance resistance value that the vibration of the
In other words, when the piezoelectric element at the liquid (fluid) interface is vibrated, the degree of viscous penetration is expressed as the average depth (average distance) to which depth the vibration penetrates into the liquid (fluid). L. This degree of viscous penetration L is expressed by the following equation (1).
例えば、液体(流体)が水の場合、粘性侵入度Lは165.6μmであり、流体が空気の場合、粘性侵入度Lは22.3μmである。
反応槽12の深さDが、粘性侵入度Lより深いと、水晶振動子40の振動が反応槽12内の液体から受ける共振抵抗値はごく小さな値に止まるが、反応槽12の深さDが粘性侵入度Lより浅いと、水晶振動子40の振動が反応槽12内の液体から受ける共振抵抗値は急激に増大する。
For example, when the liquid (fluid) is water, the viscosity penetration L is 165.6 μm, and when the fluid is air, the viscosity penetration L is 22.3 μm.
When the depth D of the
ここで、本実施形態では、反応槽12の深さDを粘性侵入度Lより浅い値に設定している。このため、圧電素子の振動が反応槽12内の液体から受ける共振抵抗値、つまりインピーダンスは非常に大きな値になっている。したがって、反応槽12内に流す液体の粘度の影響を受けてインピーダンスが変化するとき、インピーダンスの変化の割合がごく小さい場合でも、インピーダンス自体が大きな値として測定できるので、そのごく小さな変化量を測定することができる。言い換えれば、本実施形態では、インピーダンスの変化量を高感度で測定することができる。
Here, in this embodiment, the depth D of the
図5は、反応槽内に導入される液体が粘度として比較的低い水の場合の反応槽の深さと共振抵抗値との関係を表したものである。
このように、水の場合には、反応槽12の深さDが、粘性侵入度Lの値である165μmより浅くなると、共振抵抗値は急激にあがる。このため、反応槽12の深さDが165μmより浅ければ浅いほど、共振抵抗値は大きくなり、測定し易くなる。しかしながら、共振抵抗値があまりに大きくなりすぎると、信号の強度がその分弱くなり、これが原因で逆に測定しづらくなる減少が生じる。共振抵抗値、つまりインピーダンスの変化量を測定するにあたっては、共振抵抗値自体の大きさと信号の強度との双方を考慮する必要がある。これら双方を考慮した場合、反応槽12の深さDは20μm〜200μmに設定するのが好ましく、さらにDの最低値の2倍程度である40μm〜165μmに設定するのがより好ましい。
このように反応槽12の深さを設定した場合には、測定対象物の液体の粘度が水のように低いときに、インピーダンスの変化量を高感度で測定することができ、しかも、信号の強さも測定に支障ないほど十分に強いものが得られる。
FIG. 5 shows the relationship between the depth of the reaction tank and the resonance resistance value when the liquid introduced into the reaction tank is water having a relatively low viscosity.
Thus, in the case of water, when the depth D of the
Thus, when the depth of the
なお、以上述べた反応槽12の深さの設定は、測定対象が水のように粘度の低い液体の場合の例であり、測定対象の液体の粘度が異なる場合には、それに応じて反応槽12の深さを適宜変えればよい。即ち、粘度が高い液体の場合には反応槽12の深さDをより深く設定し、また、粘度が低い液体の場合には反応槽12の深さをより浅く設定すればよい。要は、信号の強度を考慮しつつ、反応槽12の深Dさを粘性侵入度Lよりも浅く設定すれば足りる。
The setting of the depth of the
また、上記インピーダンスの変化量の測定と並行して、共振周波数の変化量も測定する。反応槽12内に導入されるサンプル液に含まれる物質が水晶振動子40に付着することがあるが、この場合、共振周波数が変化する。したがって、この共振周波数の変化量を測定することによって、サンプル液中に含まれる物質の情報が得られる。つまり、サンプル液自体の性状をより詳しく評価することができる。
In parallel with the measurement of the change amount of the impedance, the change amount of the resonance frequency is also measured. A substance contained in the sample liquid introduced into the
加えて、本実施形態では、反応槽12に液体を導入する液体導入路18及び反応槽12から液体を排出する液体排出路19をそれぞれ屈曲して形成し、これにより、これら流路18,19に大きな流路抵抗を与えている。したがって、反応槽12内には偏流が少ない均一な流れが確保され易くなり、この結果、液体の粘度の高精度の測定が可能になる。
In addition, in the present embodiment, the
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
上記実施形態では、センサ8に組み込まれる圧電素子の例として水晶振動子40を用いているが、これに限られることなく、他の圧電素子を用いても良い。
また、上記実施形態では、反応槽12の底部にセンサ8を設けたが、これに代わり反応槽12の天板部(樹脂プレート11の下面)にセンサ8を設けても良い。
また、ホールド基板10とセンサ8との間に反応槽12を形成しているが、反応槽12は、これらホールド基板10とセンサ8の間に形成されることに限定されることなく、2枚のホールド基板の間に形成されてもよい。この場合、何れかのホールド基板には、センサが組みつけられることになる。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of invention.
In the above embodiment, the
Moreover, in the said embodiment, although the
Further, the
1試料容器 3マイクロフローセル 5ポンプ 7廃液容器 8センサ 9制御部 10ホールド基板 11樹脂プレート 12 反応槽 18液体導入路 19液体排出路 100粘度測定装置。
1 Sample container 3 Micro flow cell 5
Claims (6)
前記反応槽の深さが、液体界面で前記圧電素子が振動する際その振動が液体中に侵入する平均距離を表す液体侵入度よりも浅く設定されていることを特徴とする粘度測定装置。 The piezoelectric element is resonated by an AC signal supplied from a reaction tank communicated with the liquid introduction path and the liquid discharge path and a pair of electrodes on the front and back surfaces of the piezoelectric element provided at the bottom or top plate of the reaction tank. A liquid to be measured is introduced into the reaction tank from the liquid introduction path, and the liquid is calculated based on the amount of change between the impedance of the reference solution of the sensor and the impedance of the liquid to be measured at that time. A viscosity measuring device for measuring the viscosity of
The viscosity measuring apparatus is characterized in that the depth of the reaction tank is set to be shallower than a liquid penetration degree representing an average distance that the vibration penetrates into the liquid when the piezoelectric element vibrates at the liquid interface.
前記反応槽の深さが20μm〜200μmに設定されていることを特徴とする粘度測定装置。 The piezoelectric element is resonated by an AC signal supplied from a reaction tank communicated with the liquid introduction path and the liquid discharge path and a pair of electrodes on the front and back surfaces of the piezoelectric element provided at the bottom or top plate of the reaction tank. A liquid to be measured is introduced into the reaction tank from the liquid introduction path, and the liquid is calculated based on the amount of change between the impedance of the reference solution of the sensor and the impedance of the liquid to be measured at that time. A viscosity measuring device for measuring the viscosity of
A viscosity measuring apparatus, wherein the depth of the reaction vessel is set to 20 μm to 200 μm.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008012106A JP2009174930A (en) | 2008-01-23 | 2008-01-23 | Viscosity measuring device and viscosity measurement method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008012106A JP2009174930A (en) | 2008-01-23 | 2008-01-23 | Viscosity measuring device and viscosity measurement method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009174930A true JP2009174930A (en) | 2009-08-06 |
Family
ID=41030185
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008012106A Withdrawn JP2009174930A (en) | 2008-01-23 | 2008-01-23 | Viscosity measuring device and viscosity measurement method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009174930A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107643227A (en) * | 2017-10-11 | 2018-01-30 | 南京理工大学 | The measurement apparatus and method of fluid density and viscosity based on QCM |
KR20190024310A (en) * | 2017-08-31 | 2019-03-08 | 충북대학교 산학협력단 | Device for measuring viscosity of minute volume liquids and method thereof |
RU2700714C2 (en) * | 2018-01-23 | 2019-09-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кемеровский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Method of determining viscosity coefficient of small-volume substance and device for implementation thereof |
CN114563309A (en) * | 2022-01-20 | 2022-05-31 | 哈尔滨工业大学(威海) | U-shaped metal wire resonant viscosity sensor |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04151538A (en) * | 1990-10-15 | 1992-05-25 | Seiko Instr Inc | Method and apparatus for measuring vibration damping characteristic |
JPH06109676A (en) * | 1992-09-30 | 1994-04-22 | Seiko Instr Inc | Apparatus for measuring impedance characteristics of crystal vibrator |
JPH07190919A (en) * | 1993-10-13 | 1995-07-28 | Behringwerke Ag | Biosensor for measuring at least one of viscosity and density |
JPH08292144A (en) * | 1995-04-20 | 1996-11-05 | Riken Corp | Liquid viscosity sensor |
JPH1194726A (en) * | 1997-09-19 | 1999-04-09 | Riken Corp | Tuning fork-type piezoelectric vibrator |
WO2007112897A2 (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-11 | Andreas Hettich Gmbh & Co. Kg | Apparatus comprising a measurement chamber and a resonator, which can be integrated in the measurement chamber via a quick-action closure, for the liquid sensor system |
JP2007327931A (en) * | 2006-05-11 | 2007-12-20 | Seiko Instruments Inc | Micro reactor and microreactor system, and liquid transmission method of the same |
-
2008
- 2008-01-23 JP JP2008012106A patent/JP2009174930A/en not_active Withdrawn
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04151538A (en) * | 1990-10-15 | 1992-05-25 | Seiko Instr Inc | Method and apparatus for measuring vibration damping characteristic |
JPH06109676A (en) * | 1992-09-30 | 1994-04-22 | Seiko Instr Inc | Apparatus for measuring impedance characteristics of crystal vibrator |
JPH07190919A (en) * | 1993-10-13 | 1995-07-28 | Behringwerke Ag | Biosensor for measuring at least one of viscosity and density |
JPH08292144A (en) * | 1995-04-20 | 1996-11-05 | Riken Corp | Liquid viscosity sensor |
JPH1194726A (en) * | 1997-09-19 | 1999-04-09 | Riken Corp | Tuning fork-type piezoelectric vibrator |
WO2007112897A2 (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-11 | Andreas Hettich Gmbh & Co. Kg | Apparatus comprising a measurement chamber and a resonator, which can be integrated in the measurement chamber via a quick-action closure, for the liquid sensor system |
JP2007327931A (en) * | 2006-05-11 | 2007-12-20 | Seiko Instruments Inc | Micro reactor and microreactor system, and liquid transmission method of the same |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190024310A (en) * | 2017-08-31 | 2019-03-08 | 충북대학교 산학협력단 | Device for measuring viscosity of minute volume liquids and method thereof |
KR102011569B1 (en) | 2017-08-31 | 2019-08-16 | 충북대학교 산학협력단 | Device for measuring viscosity of minute volume liquids and method thereof |
CN107643227A (en) * | 2017-10-11 | 2018-01-30 | 南京理工大学 | The measurement apparatus and method of fluid density and viscosity based on QCM |
CN107643227B (en) * | 2017-10-11 | 2023-11-21 | 南京理工大学 | Device and method for measuring density and viscosity of liquid based on quartz crystal microbalance |
RU2700714C2 (en) * | 2018-01-23 | 2019-09-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кемеровский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Method of determining viscosity coefficient of small-volume substance and device for implementation thereof |
CN114563309A (en) * | 2022-01-20 | 2022-05-31 | 哈尔滨工业大学(威海) | U-shaped metal wire resonant viscosity sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2097745B1 (en) | Biosensor | |
US10571437B2 (en) | Temperature compensation and operational configuration for bulk acoustic wave resonator devices | |
US7148611B1 (en) | Multiple function bulk acoustic wave liquid property sensor | |
WO2005107939A1 (en) | Equipment using piezoelectric device | |
JP2004226405A (en) | Material sensing sensor and module using thin-film bulk accoustic resonator | |
JP2002528715A (en) | Quartz crystal microbalance with feedback loop for automatic gain means | |
JP2005283581A (en) | Microfluidic analysis system by position electrode | |
JP2007033453A (en) | Microfluidic analysis system with position electrode | |
JP2006030167A (en) | Microchip system | |
CN107655968B (en) | Sample sensor and sample sensing method | |
CN102713589A (en) | Bi-stable oscillator | |
JP2009174930A (en) | Viscosity measuring device and viscosity measurement method | |
JP6088857B2 (en) | Sensing sensor | |
JP2010286465A (en) | Saw (surface acoustic wave) sensor device | |
JP2007057289A (en) | Microsensor for analysis | |
Karapınar et al. | Design of a multi-channel quartz crystal microbalance data acquisition system | |
JP6180198B2 (en) | Sensing sensor | |
JP3944644B2 (en) | Manufacturing method of mass measuring chip | |
JP4437022B2 (en) | Measuring method and biosensor device using a vibrator used for tracking chemical reactions and analyzing conditions in the fields of biochemistry, medicine and food | |
JP2005315830A (en) | Analyzer | |
JP6471084B2 (en) | Sensing sensor | |
US20160209367A1 (en) | Apparatus Made by Combining a Quartz Tuning Fork and a Microfluidic Channel for Low Dose Detection of Specific Specimens in a Liquid or Gas Media | |
Chen et al. | Lateral field excited film bulk acoustic resonator for detection of protein–ligand interactions | |
JP2017156159A (en) | Sensing method | |
KR101780808B1 (en) | Membrane type resonant sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20101110 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20101110 |
|
A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20120711 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20120717 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20120823 |