JP2010054205A - Gas sensor, method of manufacturing sensor element, and gas detecting method - Google Patents

Gas sensor, method of manufacturing sensor element, and gas detecting method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas sensor and gas detecting method for detecting phthalic acid dialkyl in gas in an easy method. <P>SOLUTION: This gas sensor comprises a sensor element 3 having a silica mask 2 with a predetermined pore 2a and a detector 4 for measuring the electric resistance value of the sensor element 3 on the surface of metal oxide 1 mainly made of SnO<SB>2</SB>. The gas to be detected is supplied to the sensor element 3, the electric resistance value of the sensor element 3 is measured, and phthalic acid dialkyl in the gas is detected. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガス中のフタル酸ジアルキルを検出するためのガスセンサ、該ガスセンサに用いられるセンサ素子の製造方法、及びガス中のフタル酸ジアルキルの検出方法に関する。   The present invention relates to a gas sensor for detecting dialkyl phthalate in gas, a method for producing a sensor element used in the gas sensor, and a method for detecting dialkyl phthalate in gas.

ガスセンサの一つとして、SnOをセンサ素子として使用したガスセンサが知られている。SnOの電気抵抗は、大気中において250〜500℃に加熱されると粒子表面に大気中の酸素を活性化吸着して高抵抗化するが、還元性ガス(有機物質)中では、吸着酸素が除去されて抵抗値が減少する。このような性質を利用して、SnOをセンサ素子として使用したガスセンサは、LPガスや都市ガス等のガス漏れ警報器用に利用されている。 As one of gas sensors, a gas sensor using SnO 2 as a sensor element is known. When the electric resistance of SnO 2 is heated to 250 to 500 ° C. in the atmosphere, oxygen in the atmosphere is activated and adsorbed on the particle surface to increase the resistance. However, in reducing gas (organic substance), the adsorbed oxygen is increased. Is removed and the resistance value decreases. A gas sensor using SnO 2 as a sensor element utilizing such properties is used for gas leak alarms such as LP gas and city gas.

ところで、フタル酸ジオクチル(DOP)やフタル酸ジブチル(DBP)などのフタル酸ジアルキルは、化成品や電子部品等の製造工程における可塑剤として多用されている。主に加工精度が数十nmオーダーの電子素子製造工程では、クリーンルーム内にフタル酸ジアルキルが混在していると製品不良の原因となる恐れがあるので、クリーンルームを換気して、クリーンルーム内にフタル酸ジアルキルが混在しないようにしている。   By the way, dialkyl phthalates such as dioctyl phthalate (DOP) and dibutyl phthalate (DBP) are widely used as plasticizers in the production process of chemical products and electronic parts. Mainly in the electronic device manufacturing process where the processing accuracy is on the order of several tens of nanometers, the presence of dialkyl phthalate in the clean room may cause product failure. Therefore, ventilate the clean room and phthalate in the clean room. Dialkyl is not mixed.

クリーンルームでは、建築材料などから発生するトルエンなどの有機溶剤が存在することが多いので、フタル酸ジアルキルと有機溶剤はクリーンルーム内の空気中に共存していることが多い。しかしながら、SnOは、あらゆる還元性ガスに対して応答するので、種々の成分が混在したガスから、特定のガス成分のみを検出することは困難であった。このため、従来のガスセンサでは、ガス中の有機物質の有無は検知できるものの、フタル酸ジアルキルを選択的に検出することはできなかった。 In clean rooms, there are many organic solvents such as toluene generated from building materials and the like, so dialkyl phthalate and organic solvents often coexist in the air in the clean room. However, since SnO 2 responds to any reducing gas, it has been difficult to detect only a specific gas component from a gas in which various components are mixed. For this reason, the conventional gas sensor can detect the presence or absence of organic substances in the gas, but cannot selectively detect dialkyl phthalate.

一方、下記特許文献1,2には、SnO等の金属酸化物の表面に、特定の細孔を持ったシリカマスクを形成し、金属酸化物表面の吸着サイトのサイズを制御して、金属酸化物への分子の吸着を選択的に行わせることが開示されている。
特開平7−218463号公報 特開2003−253426号公報
On the other hand, in the following Patent Documents 1 and 2, a silica mask having specific pores is formed on the surface of a metal oxide such as SnO 2 and the size of the adsorption site on the surface of the metal oxide is controlled, It has been disclosed to selectively adsorb molecules to oxides.
Japanese Patent Laid-Open No. 7-218463 JP 2003-253426 A

上記特許文献1,2には、金属酸化物表面の吸着サイトのサイズを制御して、金属酸化物への分子の吸着を選択的に行わせることが開示されている。しかしながら、トルエンやアセトンなどの種々の物質が共存した状態で、フタル酸ジアルキルを選択的に検出することは開示されていない。   Patent Documents 1 and 2 disclose that the adsorption of molecules to the metal oxide is selectively performed by controlling the size of the adsorption site on the surface of the metal oxide. However, it is not disclosed that dialkyl phthalate is selectively detected in the presence of various substances such as toluene and acetone.

したがって、本発明の目的は、簡易な方法で、ガス中のフタル酸ジアルキルを選択的に検出できるガスセンサ、センサ素子の製造方法及びガス検出方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas sensor, a sensor element manufacturing method, and a gas detection method capable of selectively detecting dialkyl phthalate in a gas by a simple method.

上記目的を達成するにあたり、本発明のガスセンサは、ガス中のフタル酸ジアルキルを検出するためのガスセンサであって、SnOを主成分としてなる金属酸化物の表面に、所定の細孔を持ったシリカマスクが形成されたセンサ素子と、前記センサ素子の電気抵抗値を測定する検出器と、を備えたことを特徴とする。 In achieving the above object, the gas sensor of the present invention is a gas sensor for detecting dialkyl phthalate in a gas, and has predetermined pores on the surface of a metal oxide containing SnO 2 as a main component. A sensor element on which a silica mask is formed, and a detector for measuring an electric resistance value of the sensor element.

本発明のガスセンサによれば、センサ素子がSnOを主成分としてなる金属酸化物の表面に所定の細孔を持ったシリカマスクが形成されているので、該センサ素子にフタル酸ジアルキルを含む被検出ガスを供給すると、フタル酸ジアルキルは、ベンゼン環から伸びた比較的長い側鎖部分を有しているため、該側鎖部分がセンサ素子表面の細孔を通ってSnOの表面に到達する。一方、フタル酸ジアルキルの側鎖部分よりも嵩高となる分子(例えばアセトンなど)や、短い側鎖の分子(例えばトルエンなど)は、シリカマスクによってSnOの表面との接触が遮られる。このため、本発明によれば、センサ素子に被検出ガスを供給し、該センサ素子の電気抵抗値を測定する、という極めて簡単な操作で、フタル酸ジアルキルを選択的に検出できるので、被検出ガス中のフタル酸ジアルキルの有無を、短時間で、かつ、精度良く検出できる。 According to the gas sensor of the present invention, the silica mask having the predetermined pores is formed on the surface of the metal oxide whose main component is SnO 2 , so that the sensor device includes a dialkyl phthalate. When the detection gas is supplied, since the dialkyl phthalate has a relatively long side chain portion extending from the benzene ring, the side chain portion reaches the surface of SnO 2 through the pores of the sensor element surface. . On the other hand, molecules that are bulkier than the side chain portion of dialkyl phthalate (for example, acetone) and short side chain molecules (for example, toluene) are blocked from contact with the surface of SnO 2 by the silica mask. For this reason, according to the present invention, dialkyl phthalate can be selectively detected by an extremely simple operation of supplying a gas to be detected to the sensor element and measuring the electric resistance value of the sensor element. The presence or absence of dialkyl phthalate in the gas can be detected accurately in a short time.

本発明のガスセンサは、SnOを主成分としてなる金属酸化物の表面に、前記センサ素子とは異なる径の細孔を持ったシリカマスクが形成された別のセンサ素子、及び/又は、SnOを主成分としてなる金属酸化物の表面にシリカマスクを有さないセンサ素子を更に備え、前記検出器は、各センサ素子の電気抵抗値を測定するように構成されていることが好ましい。この態様によれば、それぞれのセンサ素子の感度を比較することで、検出対象ガス中の主成分の推定や、特定のアルキル側鎖を有するフタル酸ジアルキルの有無などを推定できる。 The gas sensor of the present invention is another sensor element in which a silica mask having pores having a diameter different from that of the sensor element is formed on the surface of a metal oxide containing SnO 2 as a main component, and / or SnO 2. It is preferable that a sensor element not having a silica mask is further provided on the surface of the metal oxide mainly composed of and the detector is configured to measure an electric resistance value of each sensor element. According to this aspect, by comparing the sensitivities of the respective sensor elements, it is possible to estimate the main component in the detection target gas, the presence or absence of dialkyl phthalate having a specific alkyl side chain, and the like.

本発明のガスセンサの前記金属酸化物は、SnOに触媒を担持させたものであることが好ましい。また、触媒は、貴金属が好ましく、Pdがより好ましい。SnOに触媒を担持させることで、有機物の酸化活性が向上することからフタル酸ジアルキルに対する感度が向上し、より低濃度のフタル酸ジアルキルを高感度で検出できる。 The metal oxide gas sensor of the present invention is preferably one obtained by supporting a catalyst on SnO 2. The catalyst is preferably a noble metal, more preferably Pd. By supporting the catalyst on SnO 2 , the oxidation activity of the organic matter is improved, so the sensitivity to dialkyl phthalate is improved, and a lower concentration of dialkyl phthalate can be detected with high sensitivity.

本発明のガスセンサの前記シリカマスクが形成されたセンサ素子は、前記金属酸化物の表面に、脂肪族アルデヒド類、脂肪族カルボン酸類、芳香族アルデヒド類及び芳香族カルボン酸類から選ばれる鋳型形成用化合物を単分子層未満の吸着密度で吸着させた後にシリカ前駆体分子を蒸着し、これをシリカに分解してシリカマスクを形成してなるものであることが好ましい。この態様によれば、金属酸化物の表面に所定の細孔を持ったシリカマスクを簡単に形成することができる。また、細孔のサイズは、鋳型形成用化合物の種類を変えることで容易に制御できるので、フタル酸ジアルキルの検出感度をより向上できる。   The sensor element in which the silica mask of the gas sensor of the present invention is formed is a template forming compound selected from aliphatic aldehydes, aliphatic carboxylic acids, aromatic aldehydes and aromatic carboxylic acids on the surface of the metal oxide. It is preferable that a silica precursor molecule is deposited after being adsorbed at an adsorption density of less than a monomolecular layer, and this is decomposed into silica to form a silica mask. According to this aspect, a silica mask having predetermined pores on the surface of the metal oxide can be easily formed. In addition, since the size of the pore can be easily controlled by changing the type of the template forming compound, the detection sensitivity of dialkyl phthalate can be further improved.

また、上記態様において、鋳型形成用化合物は、前記金属酸化物の表面に吸着された状態での該表面と平行な方向における最大幅が0.5〜1.2nmとなるものであることが好ましく、1‐ナフトアルデヒド又は1‐ナフタレンカルボン酸がより好ましい。この態様によれば、フタル酸ジアルキルをより選択的に検出できる。   In the above aspect, the template-forming compound preferably has a maximum width of 0.5 to 1.2 nm in a direction parallel to the surface in the state of being adsorbed on the surface of the metal oxide. More preferred is 1-naphthaldehyde or 1-naphthalenecarboxylic acid. According to this aspect, dialkyl phthalate can be detected more selectively.

本発明のガスセンサは、検出すべきガス成分を濃縮して、前記センサ素子に供給することが好ましい。この態様においては、所定量のガスを捕集剤に供給して検出すべきガス成分を前記捕集剤に捕集させた後、前記捕集剤を昇温しつつ、該捕集剤から検出すべきガス成分を発散させて、該ガス成分が濃縮されて含有されたガスを前記センサ素子に供給することが好ましい。検出すべきガス成分を濃縮して、センサ素子に供給することで、被検出ガスのフタル酸ジアルキルが極めて低濃度であっても、高感度でフタル酸ジアルキルを検出できる。   The gas sensor of the present invention preferably concentrates the gas component to be detected and supplies it to the sensor element. In this embodiment, after a predetermined amount of gas is supplied to the collecting agent and the gas component to be detected is collected by the collecting agent, the temperature of the collecting agent is raised and detected from the collecting agent. It is preferable that the gas component to be diffused is diffused and the gas component is concentrated and supplied to the sensor element. By concentrating the gas component to be detected and supplying it to the sensor element, it is possible to detect dialkyl phthalate with high sensitivity even if the concentration of the dialkyl phthalate in the gas to be detected is extremely low.

また、本発明のセンサ素子の製造方法は、ガス中のフタル酸ジアルキルを検出するためのガスセンサに用いられるセンサ素子の製造方法であって、金属酸化物の表面に、脂肪族アルデヒド類、脂肪族カルボン酸類、芳香族アルデヒド類及び芳香族カルボン酸類から選ばれる鋳型形成用化合物を単分子層未満の吸着密度で吸着させた後にシリカ前駆体分子を蒸着し、これをシリカに加水分解してシリカマスクを形成することを特徴とする。   The method for producing a sensor element of the present invention is a method for producing a sensor element for use in a gas sensor for detecting dialkyl phthalate in a gas, wherein an aliphatic aldehyde, an aliphatic group is formed on the surface of the metal oxide. A silica mask is formed by adsorbing a compound for forming a template selected from carboxylic acids, aromatic aldehydes and aromatic carboxylic acids at an adsorption density less than a monomolecular layer, then depositing silica precursor molecules, and hydrolyzing them into silica. It is characterized by forming.

本発明のセンサ素子の製造方法によれば、金属酸化物の表面に所定の細孔を持ったシリカマスクを簡単に形成することができる。また、細孔のサイズは、鋳型形成用化合物の種類を変えることで容易に制御できる。   According to the method for manufacturing a sensor element of the present invention, a silica mask having predetermined pores on the surface of a metal oxide can be easily formed. The pore size can be easily controlled by changing the type of the template forming compound.

本発明のセンサ素子の製造方法において、前記鋳型形成用化合物は、前記金属酸化物の表面に吸着された状態での該表面と平行な方向における最大幅が0.5〜1.2nmとなるものであることが好ましく、1‐ナフトアルデヒド又は1‐ナフタレンカルボン酸であることがより好ましい。この態様によれば、フタル酸ジアルキルをより選択的に通過させ易いサイズの細孔を持ったシリカマスクを、金属酸化物の表面に形成でき、フタル酸ジアルキルの検出感度の高いセンサ素子を製造できる。   In the method for producing a sensor element of the present invention, the template-forming compound has a maximum width of 0.5 to 1.2 nm in a direction parallel to the surface when adsorbed on the surface of the metal oxide. 1-naphthaldehyde or 1-naphthalenecarboxylic acid is more preferable. According to this aspect, a silica mask having pores of a size that facilitates the selective passage of dialkyl phthalate can be formed on the surface of the metal oxide, and a sensor element with high detection sensitivity of dialkyl phthalate can be manufactured. .

また、本発明のガス検出方法は、SnOを主成分としてなる金属酸化物の表面に所定の細孔を持ったシリカマスクが形成されたセンサ素子に、被検出ガスを供給し、前記センサ素子の電気抵抗値を測定して、該ガス中のフタル酸ジアルキルを検出することを特徴とする。 In addition, the gas detection method of the present invention supplies a gas to be detected to a sensor element in which a silica mask having predetermined pores is formed on the surface of a metal oxide containing SnO 2 as a main component, and the sensor element Is measured to detect dialkyl phthalate in the gas.

本発明のガス検出方法によれば、センサ素子がSnOを主成分としてなる金属酸化物の表面に所定の細孔を持ったシリカマスクが形成されているので、該センサ素子にフタル酸ジアルキルを含む被検出ガスを供給すると、前述したように、フタル酸ジアルキルは、ベンゼン環から伸びた比較的長い側鎖部分を有しているため、該側鎖部分がセンサ素子表面の細孔を通ってSnOの表面に到達でき、フタル酸ジアルキルの側鎖部分よりも嵩高となる分子(例えばアセトンなど)や、短い側鎖の分子(例えばトルエンなど)は、シリカマスクによってSnOの表面との接触が遮られるので、センサ素子に被検出ガスを供給し、該センサ素子の電気抵抗値を測定することで、被検出ガス中のフタル酸ジアルキルの有無を、短時間で、かつ、精度良く検出できる。 According to the gas detection method of the present invention, since a silica mask having predetermined pores is formed on the surface of a metal oxide whose main component is SnO 2 as a sensor element, dialkyl phthalate is formed on the sensor element. When the gas to be detected is supplied, as described above, the dialkyl phthalate has a relatively long side chain portion extending from the benzene ring, so that the side chain portion passes through the pores on the surface of the sensor element. Molecules that can reach the surface of SnO 2 and are bulkier than the side chain portion of dialkyl phthalate (for example, acetone) and short side chain molecules (for example, toluene) are brought into contact with the surface of SnO 2 by the silica mask. Therefore, by supplying the gas to be detected to the sensor element and measuring the electric resistance value of the sensor element, the presence or absence of dialkyl phthalate in the gas to be detected can be determined in a short time, and Every time well can be detected.

本発明のガス検出方法は、SnOを主成分としてなる金属酸化物の表面に、前記センサ素子とは異なる径の細孔を持ったシリカマスクが形成された別のセンサ素子、及び/又は、SnOを主成分としてなる金属酸化物の表面にシリカマスクを有さないセンサ素子を更に用い、各センサ素子に被検出ガスを供給し、各センサ素子の電気抵抗値を測定することが好ましい。この態様によれば、それぞれのセンサ素子の感度を比較することで、検出対象ガス中の主成分の推定や、特定のアルキル側鎖を有するフタル酸ジアルキルの有無などを推定できる。 In the gas detection method of the present invention, another sensor element in which a silica mask having pores having a diameter different from that of the sensor element is formed on the surface of a metal oxide containing SnO 2 as a main component, and / or It is preferable to further use a sensor element not having a silica mask on the surface of a metal oxide containing SnO 2 as a main component, supply a gas to be detected to each sensor element, and measure the electric resistance value of each sensor element. According to this aspect, by comparing the sensitivities of the respective sensor elements, it is possible to estimate the main component in the detection target gas, the presence or absence of dialkyl phthalate having a specific alkyl side chain, and the like.

本発明によれば、SnOを主成分としてなる金属酸化物の表面に所定の細孔を持ったシリカマスクが形成されたセンサ素子に被検出ガスを供給し、該センサ素子の電気抵抗値を測定する、という極めて簡単な操作で、ガス中のフタル酸ジアルキルを選択的に検出できる。 According to the present invention, a gas to be detected is supplied to a sensor element in which a silica mask having predetermined pores is formed on the surface of a metal oxide containing SnO 2 as a main component, and the electric resistance value of the sensor element is determined. The dialkyl phthalate in the gas can be selectively detected by an extremely simple operation of measuring.

本発明のガスセンサの第一の実施形態について、図1を用いて説明する。このガスセンサは、ガス中のフタル酸ジアルキルを検出するためのガスセンサであって、センサ素子3と、該センサ素子3の電気抵抗値を測定する検出器4と、を備えている。このセンサ素子3は、SnOを主成分としてなる金属酸化物1の微粒子を固めたものであって、それぞれの金属酸化物1の微粒子表面に、所定の細孔2aを持ったシリカマスク2が形成されている。そして、センサ素子3は、基板6上に支持され、ガス導入口8が設けられたハウジング7で囲まれている。また、センサ素子3は、導線9で検出器4に接続されている。 A first embodiment of the gas sensor of the present invention will be described with reference to FIG. This gas sensor is a gas sensor for detecting dialkyl phthalate in a gas, and includes a sensor element 3 and a detector 4 for measuring an electric resistance value of the sensor element 3. This sensor element 3 is made by solidifying fine particles of metal oxide 1 mainly composed of SnO 2, and a silica mask 2 having predetermined pores 2 a is formed on the fine particle surface of each metal oxide 1. Is formed. The sensor element 3 is supported on the substrate 6 and surrounded by a housing 7 provided with a gas inlet 8. The sensor element 3 is connected to the detector 4 by a conducting wire 9.

金属酸化物1は、SnO単独で構成されているものでもよく、SnOに触媒を担持させてなるものでもよい。触媒としては、Pd、Pt、Ni、Co、Cuなどが挙げられ、貴金属が好ましく、Pdが特に好ましい。SnOに触媒を担持させることで、有機物の酸化活性が向上してフタル酸ジアルキルに対する感度が向上するので、より低濃度のフタル酸ジアルキルを検出することができる。なかでも、貴金属は、酸化活性の向上効果が高く、特にPdは酸化活性の向上効果が高いので、検出感度がより向上する。 The metal oxide 1 may be composed of SnO 2 alone, or may be one in which a catalyst is supported on SnO 2 . Examples of the catalyst include Pd, Pt, Ni, Co, Cu and the like, noble metals are preferable, and Pd is particularly preferable. By supporting the catalyst on SnO 2 , the oxidation activity of the organic matter is improved and the sensitivity to dialkyl phthalate is improved, so that a lower concentration of dialkyl phthalate can be detected. Among them, the noble metal has a high effect of improving the oxidation activity, and particularly Pd has a high effect of improving the oxidation activity, so that the detection sensitivity is further improved.

シリカマスク2に形成された細孔2aは、フタル酸ジアルキルのベンゼン環から伸びた側鎖部分が通過できる程度の寸法を備えていることが好ましい。細孔2aが小さすぎると、フタル酸ジアルキルの検出感度が十分でないことがある。また、細孔2aが大きすぎると、フタル酸ジアルキル以外の有機物を検知することがあり、フタル酸ジアルキルを選択的に検出できないことがある。細孔2aのサイズは、0.25〜1.5nmが好ましく、0.4〜1.2nmがより好ましい。   It is preferable that the pore 2a formed in the silica mask 2 has a dimension that allows a side chain portion extending from the benzene ring of the dialkyl phthalate to pass through. If the pore 2a is too small, the detection sensitivity of dialkyl phthalate may not be sufficient. If the pore 2a is too large, organic substances other than dialkyl phthalate may be detected, and dialkyl phthalate may not be selectively detected. The size of the pore 2a is preferably 0.25 to 1.5 nm, and more preferably 0.4 to 1.2 nm.

上記センサ素子3は、以下のようにして製造することができる。図5,6に示すように、まず、金属酸化物の表面に、脂肪族アルデヒド類、脂肪族カルボン酸類、芳香族アルデヒド類及び芳香族カルボン酸類から選ばれる鋳型形成用化合物(図5ではベンズアルデヒド、図6では1‐ナフトアルデヒドを使用)を単分子層未満の吸着密度で吸着させる(図5(a),図6(a)参照)。次いで、シリカ前駆体分子を蒸着し、蒸着したシリカ前駆体分子をシリカに加水分解する(図5(b),図6(b)参照)。その後、鋳型形成用化合物を除去する(図5(c),図6(c)参照)。このようにして、金属酸化物の表面に、所定の細孔を持ったシリカマスクが形成されたセンサ素子を製造することができる。この方法によれば、鋳型形成用化合物が金属酸化物の表面から除去されることで、鋳型形成用化合物のサイズや形状に対応した細孔がシリカマスクに形成されるので、鋳型形成用化合物の種類を変えるだけで、細孔のサイズを容易に調整できる。   The sensor element 3 can be manufactured as follows. As shown in FIGS. 5 and 6, first, a template forming compound selected from aliphatic aldehydes, aliphatic carboxylic acids, aromatic aldehydes and aromatic carboxylic acids (benzaldehyde, In FIG. 6, 1-naphthaldehyde is used) is adsorbed at an adsorption density less than a monolayer (see FIGS. 5A and 6A). Next, silica precursor molecules are vapor-deposited, and the vapor-deposited silica precursor molecules are hydrolyzed to silica (see FIGS. 5B and 6B). Thereafter, the template-forming compound is removed (see FIGS. 5C and 6C). In this way, it is possible to manufacture a sensor element in which a silica mask having predetermined pores is formed on the surface of a metal oxide. According to this method, since the template forming compound is removed from the surface of the metal oxide, pores corresponding to the size and shape of the template forming compound are formed in the silica mask. The pore size can be easily adjusted by simply changing the type.

上述したセンサ素子の製造方法において、鋳型形成用化合物は、金属酸化物1の表面に吸着された状態での該表面と平行な方向における最大幅が0.5〜1.2nmとなるものが好ましく、ベンズアルデヒド、安息香酸、1‐ナフトアルデヒド、1‐ナフタレンカルボン酸などが挙げられる。なかでも、1‐ナフトアルデヒド又は1‐ナフタレンカルボン酸が特に好ましい。   In the sensor element manufacturing method described above, the template forming compound preferably has a maximum width of 0.5 to 1.2 nm in a direction parallel to the surface of the compound when adsorbed on the surface of the metal oxide 1. Benzaldehyde, benzoic acid, 1-naphthaldehyde, 1-naphthalenecarboxylic acid and the like. Of these, 1-naphthaldehyde or 1-naphthalenecarboxylic acid is particularly preferable.

図5の模式図に示すように、ベンズアルデヒドを鋳型形成化合物として用いた場合、ベンズアルデヒドのベンゼン環部分の図5(a)に示す横幅は、ベンゼン環内におけるC−C結合距離を0.14nm、C−H結合距離を0.11nm、H原子のファンデルワールス半径を0.12nmとすると、およそ0.71nmと見積もられる。また、ベンゼン環の厚みは0.37nmであることが知られている。したがって、ベンズアルデヒドを鋳型形成化合物として用いた場合、図5(c)に示すように、金属酸化物1の表面と平行な方向における最大幅がおよそ0.71nmの大きさの細孔がシリカマスクに形成されると予測される。また、例えばクリーンルーム内において、トルエンはフタル酸ジアルキルと共存した状態で空気中に存在することが多い。しかしながら、例えばベンズアルデヒドを鋳型形成用化合物として用いた場合に形成されるシリカマスクの細孔は、ベンゼン環の大きさに近いため、図10の模式図に示すように、ベンゼン環は細孔を通り抜けできない。また、トルエンの側鎖(メチル基)は短いので、トルエンは金属酸化物1の表面に到達し難い。一方、フタル酸ジアルキルの側鎖部分は、比較的長く、嵩も低いため、トルエンよりも金属酸化物1の表面に到達易い。また、トルエン以外には、例えばアセトンが存在することがあるが、アセトン分子は中央の炭素原子から3方向にメチル基2つと酸素が枝分かれしており、アルキル基に比べると嵩高い。このため、図14の模式図に示すように、アセトン分子もシリカマスクの細孔を通り抜けできず、金属酸化物1の表面に到達し難い。   As shown in the schematic diagram of FIG. 5, when benzaldehyde is used as a template-forming compound, the lateral width shown in FIG. 5A of the benzene ring portion of benzaldehyde is such that the CC bond distance in the benzene ring is 0.14 nm, When the C—H bond distance is 0.11 nm and the van der Waals radius of H atom is 0.12 nm, it is estimated to be approximately 0.71 nm. The thickness of the benzene ring is known to be 0.37 nm. Therefore, when benzaldehyde is used as a template forming compound, as shown in FIG. 5C, pores having a maximum width of about 0.71 nm in the direction parallel to the surface of the metal oxide 1 are formed in the silica mask. Expected to form. For example, in a clean room, toluene often exists in the air in the state of coexisting with dialkyl phthalate. However, for example, the pores of the silica mask formed when benzaldehyde is used as the template-forming compound is close to the size of the benzene ring, so that the benzene ring passes through the pore as shown in the schematic diagram of FIG. Can not. Moreover, since the side chain (methyl group) of toluene is short, toluene hardly reaches the surface of the metal oxide 1. On the other hand, the side chain portion of the dialkyl phthalate is relatively long and low in volume, and therefore, it can reach the surface of the metal oxide 1 more easily than toluene. In addition to toluene, for example, acetone may exist, but the acetone molecule has two methyl groups and oxygen branching in three directions from the central carbon atom, and is bulky compared to an alkyl group. For this reason, as shown in the schematic diagram of FIG. 14, acetone molecules cannot pass through the pores of the silica mask and hardly reach the surface of the metal oxide 1.

また、フタル酸ジイソブチル(DIBP)などのような枝分かれしたアルキル側鎖を有するフタル酸ジアルキルの場合においては、鋳型形成用化合物としてベンズアルデヒドを用いると、細孔内での拡散が遅くなり、表面に到達しにくくなることがある。このため、低濃度では感度が低下する場合があるが、1‐ナフトアルデヒドや1‐ナフタレンカルボン酸を鋳型形成用化合物として用いることで、シリカマスクの細孔サイズが大きくなって、これらのフタル酸ジアルキルの細孔内の拡散速度が向上するので、低濃度であってもフタル酸ジアルキルの感度が向上し、検出し易くなる。例えば、1‐ナフトアルデヒドを用いた場合には、図6に示すように、金属酸化物1の表面と平行な方向における最大幅がおよそ0.95nmの大きさの細孔がシリカマスクに形成されると予測される。   In addition, in the case of dialkyl phthalates having branched alkyl side chains such as diisobutyl phthalate (DIBP), the use of benzaldehyde as a template-forming compound slows diffusion in the pores and reaches the surface. May be difficult. For this reason, the sensitivity may decrease at low concentrations, but the use of 1-naphthaldehyde or 1-naphthalenecarboxylic acid as a template-forming compound increases the pore size of the silica mask, and these phthalic acids. Since the diffusion rate in the pores of the dialkyl is improved, the sensitivity of the dialkyl phthalate is improved and the detection is easy even at a low concentration. For example, when 1-naphthaldehyde is used, pores having a maximum width of about 0.95 nm in the direction parallel to the surface of the metal oxide 1 are formed in the silica mask as shown in FIG. It is predicted.

そして、前記最大幅が0.5〜1.2nmとなる鋳型形成用化合物を用いて形成されたシリカマスクであれば、トルエンやアセトン等の有機溶剤との共存下であっても、フタル酸ジアルキルが優先的に金属酸化物1の表面に到達するので、電気抵抗値の変化を観測することで、フタル酸ジアルキルを選択的に検出できる。   And if it is the silica mask formed using the compound for template formation whose said maximum width | variety will be 0.5-1.2 nm, even in the coexistence with organic solvents, such as toluene and acetone, dialkyl phthalate Reaches the surface of the metal oxide 1 preferentially, and dialkyl phthalate can be selectively detected by observing a change in the electric resistance value.

上述したセンサ素子の製造方法において、シリカ前駆体分子は、酸素原子を介して金属酸化物表面との結合を形成しやすく、かつ、シリカに加水分解されやすいもの、さらには焼成によりシリカに分解されやすいものが好ましい。このようなシリカ前駆体分子としては、アルコキシシラン化合物やシラン化合物がある。代表的なものとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラブトキシシラン等の、Si(OR)4(Rはアルキル基)で表わされるテトラアルコキシシラン化合物が例示される。これ以外にも、たとえば、Si(R(OR4−n(R、Rはアルキル基、nは1〜3の数)で表わされるアルキルアルコキシシラン化合物等が例示される。また、気相での蒸着が可能であれば、以上のアルコキシシラン化合物やアルキルアルコキシシラン化合物の部分加水分解物であってもよい。これらのシリカ前駆体分子は、鋳型形成用化合物を吸着させた金属酸化物に対して、連続的に供給して蒸着させてもよいし、あるいは断続的、パルス的に供給して蒸着させてもよい。その際の温度や圧力は、シリカ前駆体分子が気相で蒸着される状態にあれば適宜に定めることができる。気相で蒸着させるための蒸発やガス化の手段も適宜手段を採用できる。たとえば、液状物からの抵抗加熱や誘導加熱等の各種の手段が採用可能である。 In the method for producing a sensor element described above, the silica precursor molecule is easy to form a bond with the surface of the metal oxide via an oxygen atom and is easily hydrolyzed to silica, and further decomposed to silica by firing. Easy one is preferred. Examples of such silica precursor molecules include alkoxysilane compounds and silane compounds. Typical examples include tetraalkoxysilane compounds represented by Si (OR) 4 (R is an alkyl group), such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, and tetrabutoxysilane. Other than this, for example, an alkylalkoxysilane compound represented by Si (R 1 ) n (OR 2 ) 4-n (wherein R 1 and R 2 are alkyl groups, and n is a number of 1 to 3) is exemplified. . Moreover, if the vapor deposition is possible, the partial hydrolysis product of the above alkoxysilane compound and the alkyl alkoxysilane compound may be sufficient. These silica precursor molecules may be continuously supplied and vapor-deposited with respect to the metal oxide on which the template forming compound is adsorbed, or may be intermittently and pulse-wise supplied and vapor-deposited. Good. The temperature and pressure at that time can be appropriately determined as long as the silica precursor molecules are deposited in the gas phase. As a means for evaporation or gasification for vapor deposition in a gas phase, a means can be adopted as appropriate. For example, various means such as resistance heating or induction heating from a liquid material can be employed.

また、上述したセンサ素子の製造方法において、シリカ前駆体分子を加水分解する際において、酢酸、プロピロン酸、酪酸、シュウ酸、クロル酢酸、フルオロ酢酸、トリフルオロ酢酸、クエン酸、マレイン酸、無水酢酸、無水マレイン酸等の揮発性の酸を、シリカ前駆体分子が蒸着された金属酸化物の表面域に供給して行うことが好ましい。揮発性の酸がシリカ前駆体分子の縮合速度を速めて、鋳型形成用化合物の隙間を稠密なシリカ層で埋めることができるので、シリカ層の空孔の形が金属酸化物の表面に吸着させた鋳型形成用化合物の形状に一致させ易くなり、シリカマスクの細孔を鋳型形成用化合物の形状に調整しやすくなる。   Further, in the method for producing a sensor element described above, when hydrolyzing the silica precursor molecule, acetic acid, propionic acid, butyric acid, oxalic acid, chloroacetic acid, fluoroacetic acid, trifluoroacetic acid, citric acid, maleic acid, acetic anhydride. Preferably, a volatile acid such as maleic anhydride is supplied to the surface region of the metal oxide on which the silica precursor molecules are deposited. Volatile acids can accelerate the condensation rate of the silica precursor molecules and fill the gaps in the template-forming compound with a dense silica layer, so that the pore shape of the silica layer is adsorbed on the surface of the metal oxide. This makes it easier to match the shape of the template-forming compound and adjusts the pores of the silica mask to the shape of the template-forming compound.

次に、上記ガスセンサを用いた、本発明のガス検出方法について説明する。   Next, the gas detection method of the present invention using the gas sensor will be described.

本発明のガス検出方法では、図1に示すように、ハウジング7のガス導入口8を通してセンサ素子3に被検出ガスを供給し、センサ素子3の電気抵抗値を検出器4で測定して、電気抵抗値の変化から、被験ガス中のフタル酸ジアルキルを検出する。   In the gas detection method of the present invention, as shown in FIG. 1, the gas to be detected is supplied to the sensor element 3 through the gas inlet 8 of the housing 7, and the electric resistance value of the sensor element 3 is measured by the detector 4. Dialkyl phthalate in the test gas is detected from the change in electrical resistance.

検出対象のフタル酸ジアルキルとしては、特に限定はなく、フタル酸ジメチル(DMP)、フタル酸ジエチル(DEP)、フタル酸ジブチル(DBP)、フタル酸ジイソブチル(DIBP)、フタル酸ジ‐2‐エチルヘキシル(DEHP)、フタル酸ジオクチル(DOP)等が一例として挙げられる。   The dialkyl phthalate to be detected is not particularly limited. Dimethyl phthalate (DMP), diethyl phthalate (DEP), dibutyl phthalate (DBP), diisobutyl phthalate (DIBP), di-2-ethylhexyl phthalate ( Examples thereof include DEHP) and dioctyl phthalate (DOP).

SnOは、還元性ガスが接触すると、電気抵抗値に変化が生じる。フタル酸ジアルキルは、ベンゼン環から伸びた比較的長い側鎖部分を有しているので、該側鎖部分はシリカマスクの細孔を通って金属酸化物の表面に到達する。一方、フタル酸ジアルキルの側鎖部分よりも嵩高の分子(例えばアセトンなど)や、短い側鎖の分子(例えばトルエンなど)は、シリカマスクの細孔を通過しにくく、シリカマスクによってSnOの表面との接触が遮られ易い。 When SnO 2 comes into contact with the reducing gas, the electric resistance value changes. Since the dialkyl phthalate has a relatively long side chain portion extending from the benzene ring, the side chain portion reaches the surface of the metal oxide through the pores of the silica mask. On the other hand, molecules that are bulkier than the side chain portion of dialkyl phthalate (for example, acetone) and short side chain molecules (for example, toluene) are difficult to pass through the pores of the silica mask, and the surface of SnO 2 by the silica mask. The contact with is easy to be blocked.

このように、フタル酸ジアルキル以外のガス成分は、シリカマスク2によって金属酸化物1の表面への接触が妨げられるので、センサ素子3の電気抵抗値は、フタル酸アルキル以外のガス成分に対しての応答はほとんどなく、トルエンやアセトンなどが共存していても、ガス中のフタル酸ジアルキルを選択的に検出できる。   Thus, since the gas components other than the dialkyl phthalate are prevented from contacting the surface of the metal oxide 1 by the silica mask 2, the electric resistance value of the sensor element 3 is compared with the gas components other than the alkyl phthalate. The dialkyl phthalate in the gas can be selectively detected even in the presence of toluene or acetone.

本発明のガスセンサの第二の実施形態について、図2を用いて説明する。この実施形態では、SnOを主成分としてなる金属酸化物11の表面に、所定の細孔を持ったシリカマスク12が形成された第一センサ素子13と、SnOを主成分としてなる金属酸化物21の表面にシリカマスクを有さない第二センサ素子22とを備えている。各センサ素子13,22は、それぞれの基板6上に支持され、ガス導入口8を有するハウジング7で囲まれている。そして、第1センサ素子13及び第二センサ素子22は、それぞれの電気抵抗値を測定する検出器30に、導線9により接続されている。 A second embodiment of the gas sensor of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a first sensor element 13 in which a silica mask 12 having predetermined pores is formed on the surface of a metal oxide 11 containing SnO 2 as a main component, and a metal oxide containing SnO 2 as a main component. A second sensor element 22 having no silica mask is provided on the surface of the object 21. Each sensor element 13, 22 is supported on a respective substrate 6 and is surrounded by a housing 7 having a gas inlet 8. And the 1st sensor element 13 and the 2nd sensor element 22 are connected to the detector 30 which measures each electric resistance value by the conducting wire 9. FIG.

センサの感度は、物質の種類及び測定温度によって異なるので、第一センサ素子13の感度と、第二センサ素子22の感度の比([第一センサ素子13の感度]/[第二センサ素子22の感度])を指針とし、様々な物質に対する感度の比を予め調べておくことで、検出対象ガス中の主成分を推測することができる。センサ素子の感度としては、例えば、被検出ガスの注入前の抵抗をR、注入後の抵抗をRとして、(R/R−1)で表した値等が用いられる。 Since the sensitivity of the sensor varies depending on the type of substance and the measurement temperature, the ratio of the sensitivity of the first sensor element 13 and the sensitivity of the second sensor element 22 ([sensitivity of the first sensor element 13] / [second sensor element 22]. The main component in the detection target gas can be estimated by examining the ratio of the sensitivity to various substances in advance using the sensitivity]) as a guide. As the sensitivity of the sensor element, for example, a value represented by (R a / R−1) is used, where R a is the resistance before injection of the gas to be detected and R is the resistance after injection.

第二センサ素子22は、第1センサ素子13とは異なる径の細孔を持ったシリカマスクが形成された金属酸化物からなるものであってもよい。例えば、フタル酸ジイソブチル(DIBP)のアルキル側鎖は枝分かれしているので、フタル酸ジオクチル(DOP)に比べ細孔内での拡散速度が遅く、感度が低い傾向にある。このため、前記感度の比から、フタル酸ジイソブチル(DIBP)の有無など、特定のアルキル側鎖を有するフタル酸ジアルキルの有無などを推定できる。   The second sensor element 22 may be made of a metal oxide on which a silica mask having pores having a diameter different from that of the first sensor element 13 is formed. For example, since the alkyl side chain of diisobutyl phthalate (DIBP) is branched, the diffusion rate in the pores is lower than that of dioctyl phthalate (DOP), and the sensitivity tends to be low. For this reason, the presence or absence of dialkyl phthalate having a specific alkyl side chain, such as the presence or absence of diisobutyl phthalate (DIBP), can be estimated from the sensitivity ratio.

本発明のガスセンサの第三の実施形態について、図3を用いて説明する。この実施形態では、センサ素子3を囲むハウジング7のガス導入口8の上流側に、ガス濃縮装置5が配置されている点が、上記第1の実施形態と相違する。   A third embodiment of the gas sensor of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that the gas concentrating device 5 is arranged on the upstream side of the gas inlet 8 of the housing 7 surrounding the sensor element 3.

この実施形態では、ガス濃縮装置5で検出すべきガス成分を濃縮し、濃縮ガスをハウジング7内のセンサ素子3に供給する。検出すべきガス成分を濃縮してセンサ素子3に供給することで、検出対象ガスのフタル酸ジアルキル濃度が極めて低濃度であっても検出することができ、ppbオーダーでのフタル酸ジアルキルの検出が可能となる。   In this embodiment, the gas component to be detected by the gas concentrator 5 is concentrated, and the concentrated gas is supplied to the sensor element 3 in the housing 7. By concentrating the gas component to be detected and supplying it to the sensor element 3, it is possible to detect even if the concentration of the dialkyl phthalate of the detection target gas is very low, and the detection of the dialkyl phthalate on the ppb order is possible. It becomes possible.

ガス濃縮装置5としては、所定量のガスを捕集剤に供給して検出すべきガス成分を捕集剤に捕集させた後、捕集剤を昇温しつつ、該捕集剤から検出すべきガス成分を発散させて、該ガス成分が濃縮されて含有されたガスをセンサ素子3に供給するように構成されたもの等が一例として挙げられる。   As the gas concentrator 5, after a predetermined amount of gas is supplied to the collecting agent and the gas component to be detected is collected in the collecting agent, the temperature of the collecting agent is raised and detected from the collecting agent. An example is a configuration in which a gas component to be emitted is diffused and the gas component is concentrated and supplied to the sensor element 3.

例えば、300cmmin−1の気体を100min間捕集剤を通じて流通させ、捕集されたフタル酸ジアルキルを100cmmin−1の気体中に30秒間で急速加熱して放出することで、600倍の濃縮をしたことになる。濃縮率は、捕集剤での気体の捕集時間や、捕集剤への気体の流量などを変更することで容易に調整できる。 For example, by passing a gas of 300 cm 3 min −1 through a scavenger for 100 min and distilling the collected dialkyl phthalate into a gas of 100 cm 3 min −1 by rapid heating in 30 seconds, 600 times It will be concentrated. The concentration rate can be easily adjusted by changing the gas collection time in the collection agent, the gas flow rate to the collection agent, and the like.

上記捕集剤としては、特に限定はなく、活性炭、グラスウール、固体吸着剤などが挙げられる。固体吸着剤としては、株式会社ジーエルサイエンス社から販売されている、商品名「TENAX−GR」、商品名「TENAX−TA」等が一例として挙げられる。   There is no limitation in particular as said collection agent, Activated carbon, glass wool, a solid adsorbent, etc. are mentioned. Examples of the solid adsorbent include trade name “TENAX-GR” and trade name “TENAX-TA” sold by GL Sciences Inc., as an example.

捕集剤で検出すべきガス成分を捕集する際においては、常温以下の温度で捕集することが捕集効率の観点から好ましい。   When collecting the gas component to be detected by the collection agent, it is preferable to collect at a temperature of room temperature or lower from the viewpoint of collection efficiency.

捕集剤から検出すべきガス成分を発散させる際においては、捕集剤を150〜350℃に加熱することが好ましく、250〜300℃に加熱することが特に好ましい。   In diverging the gas component to be detected from the collecting agent, the collecting agent is preferably heated to 150 to 350 ° C, and more preferably 250 to 300 ° C.

以下、実施例を用いて本発明について更に具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

[センサ素子の製造]
(実施例1)
特級28wt%アンモニア水(和光純薬工業製)171cmをイオン交換水で660cmに希釈したアンモニア水溶液を調製した。次に、特級濃塩酸(和光純薬工業製)1.85cmをイオン交換水440cmに混合し、100gの特級塩化スズ(II)二水和物(和光純薬工業製)を加えて溶かし、塩化スズ水溶液を調製した。この塩化スズ水溶液を攪拌しながら前記アンモニア水溶液を滴下ロートを用いてゆっくり滴下し、生成した懸濁溶液を1日静置し、上澄みを捨ててスズ水酸化物を得た。次に、このスズ水酸化物をイオン交換水1000cmに混合し、攪拌し、1日静置して上澄みを捨てる操作を、上澄み液が硝酸銀水溶液と混合しても白沈が認められなくなるまで行って洗浄した。そして、洗浄処理後のスズ水酸化物を送風乾燥器中で383Kで24時間乾燥し、その後マッフル炉を用いて大気中で773Kで2時間焼成してSnO粉末を得た。
得られたSnO粉末は、窒素吸着実験を行ったところ、BET(Brunauer−Emmett−Teller)法で算出した比表面積は20m−1であった。また、BJH(Barrett−Joyner−Halenda)法で算出した平均メソ細孔直径は21nmであった。なお、窒素吸着実験は、試料約50mgを日本ベル製吸着実験装置(製品名「BELSorp Mini」)の試料管にセットし、673Kで1時間真空脱気後、77Kで圧力0〜10Paにおける窒素の平衡吸着量を測定した。
上記SnO粉末を、内径18mmのガラス管内で酸素流(大気圧、50cmmin−1)中で773Kで1時間焼成した。次に、液体窒素トラップを用いて脱水精製したヘリウム(大気圧、50cmmin−1)を流通させ、423Kに保ち、上流に設置した注入口(ヒーターで473Kに加熱)から特級ベンズアルデヒド(和光純薬工業製)の液体1mmを注入した。ベンズアルデヒドは瞬時に気化して蒸気となってSnOの表面に接触した。ベンズアルデヒドの注入を8回繰り返した後、473Kでヘリウム流にテトラメトキシシラン(東京化成工業製)の蒸気360Paを混入させて1時間供給し、Si成分を蒸着させた。473Kで酢酸(特級,和光純薬工業製)−イオン交換水のモル比1:1の混合溶液を注入口から5mmずつ8回注入し、気化させてSnOと接触させた。473Kでベンズアルデヒドの注入を3回繰り返した後、473Kでヘリウム流にテトラメトキシシランの蒸気360Paを混入させて1時間供給し、Si成分を蒸着させた。その後、673Kで酸素流(大気圧、50cmmin−1)中で1.5時間焼成して、シリカ修飾SnO粉末を得た。
得られたシリカ修飾SnO粉末は、SnOの表面に、ベンズアルデヒドを鋳型とする細孔が、表面積1nmあたり、およそ0.5個生成されていた。また、ベンズアルデヒドのベンゼン環部分の図5に示す横幅は、ベンゼン環内におけるC−C結合距離を0.14nm、C−H結合距離を0.11nm、H原子のファンデルワールス半径を0.12nmとしたとき、およそ0.71nmと見積もられる。また、ベンゼン環の厚みは0.37nmであることが知られている。したがって、ベンズアルデヒドは、SnOの表面に吸着された状態での該表面と平行な方向における最大幅は、およそ0.71nmと見積もられる。よって、このシリカ修飾SnO粉末は、水平方向に0.71nm,紙面の奥行き方向に0.37nmの大きさを持つ細孔が形成されていると予測される。またこの条件ではシリカ層の厚さはSiとO原子の1組分となることがわかっているので、シリカマスクの厚さは、Siの共有結合半径0.12nm、Oの共有結合半径0.07nmの和の2倍に当たる0.38nmと見積もられる。したがって、このシリカ修飾SnO粉末は、図5(c)に示すような細孔がシリカマスクが形成されたと推測される。
次に、上記シリカ修飾SnO粉末30mgを、0.1cmの特級エタノール(和光純薬工業製)に懸濁させ、スラリー状にした。そして、図4に示す、アルミナ板からなる固定台31に、孔33を通して巻き付けられた直径0.1mmの2本の白金線32をまたぐように前記懸濁スラリーを塗布し、酸素流(大気圧、50cmmin−1)中で773Kで2時間焼成して、実施例1のセンサ素子を得た。固定台31の各部分の寸法は、図示する通りである。
[Manufacture of sensor elements]
Example 1
Grade 28 wt% ammonia water (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 171cm 3 was prepared an aqueous ammonia solution diluted to 660 cm 3 with deionized water. Then mixed grade concentrated hydrochloric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) 1.85 cm 3 of ion-exchanged water 440 cm 3, and dissolve in a special grade of tin chloride 100 g (II) dihydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) An aqueous tin chloride solution was prepared. While stirring this tin chloride aqueous solution, the aqueous ammonia solution was slowly dropped using a dropping funnel, and the resulting suspension was allowed to stand for 1 day, and the supernatant was discarded to obtain a tin hydroxide. Next, this tin hydroxide is mixed with 1000 cm 3 of ion-exchanged water, stirred, left to stand for one day, and the supernatant is discarded until white sediment is not observed even when the supernatant is mixed with an aqueous silver nitrate solution. Went and washed. Then, a tin hydroxide after cleaning was dried for 24 hours at 383K in a blast dryer to obtain a SnO 2 powder was calcined for 2 hours at 773K in air with subsequent muffle furnace.
When the obtained SnO 2 powder was subjected to a nitrogen adsorption experiment, the specific surface area calculated by the BET (Brunauer-Emmett-Teller) method was 20 m 2 g −1 . The average mesopore diameter calculated by the BJH (Barrett-Joyner-Halenda) method was 21 nm. In the nitrogen adsorption experiment, about 50 mg of a sample was set in a sample tube of an adsorption experimental apparatus (product name “BELSorp Mini”) manufactured by Nippon Bell, vacuum degassed at 673 K for 1 hour, and then at 77 K at a pressure of 0 to 10 5 Pa. The equilibrium adsorption amount of nitrogen was measured.
The SnO 2 powder was fired at 773 K for 1 hour in an oxygen flow (atmospheric pressure, 50 cm 3 min −1 ) in a glass tube having an inner diameter of 18 mm. Next, helium (atmospheric pressure, 50 cm 3 min −1 ) dehydrated and purified using a liquid nitrogen trap is circulated, maintained at 423 K, and special grade benzaldehyde (heated to 473 K with a heater) from the upstream inlet (heated to 473 K with a heater). Liquid 1 mm 3 manufactured by Yakuhin Kogyo) was injected. Benzaldehyde was instantly vaporized to form vapor and contacted the SnO 2 surface. After repeating the injection of benzaldehyde eight times, the vapor of helium was mixed with 360 Pa of vapor of tetramethoxysilane (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) at 473 K and supplied for 1 hour to deposit the Si component. A mixed solution of acetic acid (special grade, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)-Ion exchange water at a molar ratio of 1: 1 was injected 8 times at 5 mm 3 times at 473 K, vaporized, and contacted with SnO 2 . After injection of benzaldehyde three times at 473 K, tetramethoxysilane vapor 360 Pa was mixed into the helium flow at 473 K and supplied for 1 hour to deposit the Si component. Thereafter, the oxygen stream at 673 K (atmospheric pressure, 50 cm 3 min -1) and fired in 1.5 hours, to obtain a silica-modified SnO 2 powder.
Silica modified SnO 2 powder obtained, the surface of the SnO 2, pores benzaldehyde and mold, surface area per 1 nm 2, were approximately 0.5 number generation. Further, the lateral width shown in FIG. 5 of the benzene ring portion of benzaldehyde is as follows: the C—C bond distance in the benzene ring is 0.14 nm, the C—H bond distance is 0.11 nm, and the van der Waals radius of the H atom is 0.12 nm. Is estimated to be approximately 0.71 nm. The thickness of the benzene ring is known to be 0.37 nm. Therefore, the maximum width in the direction parallel to the surface of benzaldehyde adsorbed on the surface of SnO 2 is estimated to be approximately 0.71 nm. Therefore, this silica-modified SnO 2 powder is predicted to have pores having a size of 0.71 nm in the horizontal direction and 0.37 nm in the depth direction of the paper surface. In addition, since it is known that the thickness of the silica layer is one set of Si and O atoms under these conditions, the thickness of the silica mask is 0.12 nm for the covalent bond radius of Si, and 0.2 mm for the covalent bond radius of O. It is estimated to be 0.38 nm, which is twice the sum of 07 nm. Therefore, this silica-modified SnO 2 powder is presumed that a silica mask was formed with pores as shown in FIG.
Next, 30 mg of the silica-modified SnO 2 powder was suspended in 0.1 cm 3 of special grade ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) to form a slurry. Then, the suspension slurry is applied to a fixed base 31 made of an alumina plate shown in FIG. 4 so as to straddle two platinum wires 32 having a diameter of 0.1 mm wound through a hole 33, and an oxygen flow (atmospheric pressure) , 50 cm 3 min −1 ) at 773 K for 2 hours to obtain a sensor element of Example 1. The dimensions of each part of the fixed base 31 are as illustrated.

(実施例2)
Pd(NHCl・HO(Aldrich製)0.121gをイオン交換水で希釈して50cmとし、得られた溶液の2cmを、実施例1で調製したSnO粉末1gと混合し、ビーカー中で加熱して水を蒸発させ、乾固した固体を453Kで4時間乾燥させてPd/SnO粉末を得た。このPd/SnO粉末は、Pd原子が1nmあたり、およそ0.3個配置されていた。
上記Pd/SnO粉末を、内径18mmのガラス管内で酸素流(大気圧、50cmmin−1)中で773Kで1時間焼成した。次に、液体窒素トラップを用いて脱水精製したヘリウム(大気圧、50cmmin−1)を流通させ、343Kに保ち、上流に設置した注入口(ヒーターで473Kに加熱)から一級1‐ナフトアルデヒド(和光純薬工業製)の液体1mmを注入した。1‐ナフトアルデヒドは瞬時に気化して蒸気となってPd/SnOの表面に接触した。1‐ナフトアルデヒドの注入を8回繰り返した後、473Kでヘリウム流にテトラメトキシシラン(東京化成工業製)の蒸気360Paを混入させて1時間供給し、Si成分を蒸着させた。473Kで酢酸(特級,和光純薬工業製)−イオン交換水のモル比1:1の混合溶液を注入口から5mmずつ8回注入し、気化させて接触させた。473Kで1‐ナフトアルデヒドの注入を3回繰り返した後、473Kでヘリウム流にテトラメトキシシランの蒸気360Paを混入させて1時間供給し、Si成分を蒸着させた。その後、673Kで酸素流(大気圧、50cmmin−1)中で1.5時間焼成して、シリカ修飾Pd/SnO粉末を得た。
得られたシリカ修飾Pd/SnO粉末は、SnOからなる金属酸化物の表面に、1‐ナフトアルデヒドを鋳型とする細孔が、表面積1nmあたり、およそ0.5個生成されていた。また、1‐ナフトアルデヒドは、SnOの表面に吸着された状態での該表面と平行な方向における最大幅がおよそ0.95nmと見積もられる。また、ベンゼン環の厚みは0.37nmであることが知られている。したがって、上記シリカ修飾Pd/SnO粉末は、水平方向に0.95nm,紙面の奥行き方向に0.37nmの大きさを持つ細孔が形成されたと予測される。またこの条件ではシリカ層の厚さはSiとO原子の1組分となることがわかっているので、シリカマスクの厚さは、Siの共有結合半径0.12nm、Oの共有結合半径0.07nmの和の2倍に当たる0.38nmと見積もられる。したがって、このシリカ修飾Pd/SnO粉末は、図6(c)に示すような細孔がシリカマスクに形成されたと推測される。
次に、上記シリカ修飾Pd/SnO粉末30mgを、0.1cmの特級エタノール(和光純薬工業製)に懸濁させ、スラリー状にした。そして、図4に示す固定台31に巻き付けられた2本の白金線32をまたぐように前記懸濁スラリーを塗布し、酸素流(大気圧,50cmmin−1)中で773Kで2時間焼成して、実施例2のセンサ素子を得た。
(Example 2)
Pd (NH 3 ) 4 Cl 2 .H 2 O (manufactured by Aldrich) 0.121 g was diluted with ion-exchanged water to 50 cm 3, and 2 cm 3 of the resulting solution was 1 g of SnO 2 powder prepared in Example 1. And heated in a beaker to evaporate water, and the dried solid was dried at 453 K for 4 hours to obtain Pd / SnO 2 powder. In this Pd / SnO 2 powder, approximately 0.3 Pd atoms were arranged per 1 nm 2 .
The Pd / SnO 2 powder was fired at 773 K for 1 hour in an oxygen flow (atmospheric pressure, 50 cm 3 min −1 ) in a glass tube having an inner diameter of 18 mm. Next, dehydrated and purified helium (atmospheric pressure, 50 cm 3 min −1 ) was circulated using a liquid nitrogen trap, maintained at 343 K, and primary 1-naphthaldehyde from an inlet (heated to 473 K with a heater) installed upstream. Liquid 1 mm 3 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was injected. 1-Naphtoaldehyde was instantly vaporized into vapor and contacted the surface of Pd / SnO 2 . After the injection of 1-naphthaldehyde was repeated 8 times, vapor of tetramethoxysilane (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) was mixed into the helium flow at 473 K and supplied for 1 hour to deposit the Si component. A mixed solution of acetic acid (special grade, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)-Ion exchange water at a molar ratio of 1: 1 at 473 K was injected 8 times at a rate of 5 mm 3 from the injection port, vaporized, and contacted. After injection of 1-naphthaldehyde at 473 K three times, tetramethoxysilane vapor 360 Pa was mixed into the helium flow at 473 K and supplied for 1 hour to deposit the Si component. Thereafter, the oxygen stream at 673 K (atmospheric pressure, 50 cm 3 min -1) and fired in 1.5 hours to obtain a silica-modified Pd / SnO 2 powder.
Silica modified Pd / SnO 2 powder obtained, the surface of the metal oxide consisting of SnO 2, pores of 1-naphthaldehyde and mold, surface area per 1 nm 2, were approximately 0.5 number generation. In addition, 1-naphthaldehyde is estimated to have a maximum width of about 0.95 nm in a direction parallel to the surface of SnO 2 adsorbed on the surface. The thickness of the benzene ring is known to be 0.37 nm. Therefore, the silica-modified Pd / SnO 2 powder is predicted to have pores having a size of 0.95 nm in the horizontal direction and 0.37 nm in the depth direction of the paper surface. In addition, since it is known that the thickness of the silica layer is one set of Si and O atoms under these conditions, the thickness of the silica mask is 0.12 nm for the covalent bond radius of Si, and 0.2 mm for the covalent bond radius of O. It is estimated to be 0.38 nm, which is twice the sum of 07 nm. Therefore, it is assumed that the silica-modified Pd / SnO 2 powder has pores as shown in FIG. 6C formed in the silica mask.
Next, 30 mg of the silica-modified Pd / SnO 2 powder was suspended in 0.1 cm 3 of special grade ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) to form a slurry. And the said suspension slurry is apply | coated so that the two platinum wires 32 wound around the fixing stand 31 shown in FIG. 4 may be straddled, and it baked at 773K for 2 hours in oxygen flow (atmospheric pressure, 50 cm < 3 > min < -1 >). Thus, a sensor element of Example 2 was obtained.

(実施例3)
実施例2で調製したPd/SnO粉末を、内径18mmのガラス管内で酸素流(大気圧、50cmmin−1)中で773Kで1時間焼成した。次に、液体窒素トラップを用いて脱水精製したヘリウム(大気圧、50cmmin−1)を流通させ、423Kに保ち、上流に設置した注入口(ヒーターで473Kに加熱)から特級ベンズアルデヒド(和光純薬工業製)の液体1mmを注入した。ベンズアルデヒドは瞬時に気化して蒸気となってSnOの表面に接触した。ベンズアルデヒドの注入を8回繰り返した後、473Kでヘリウム流にテトラメトキシシラン(東京化成工業製)の蒸気360Paを混入させて1時間供給し、Si成分を蒸着させた。473Kで酢酸(特級,和光純薬工業製)−イオン交換水のモル比1:1の混合溶液を注入口から5mmずつ8回注入し、気化させてSnOと接触させた。473Kでベンズアルデヒドの注入を3回繰り返した後、473Kでヘリウム流にテトラメトキシシランの蒸気360Paを混入させて1時間供給し、Si成分を蒸着させた。その後、673Kで酸素流(大気圧、50cmmin−1)中で1.5時間焼成して、シリカ修飾Pd/SnO粉末を得た。
得られたシリカ修飾SnO粉末は、SnOの表面に、ベンズアルデヒドを鋳型とする細孔が、表面積1nmあたり、およそ0.5個生成されていた。
次に、上記シリカ修飾Pd/SnO粉末30mgを、0.1cmの特級エタノール(和光純薬工業製)に懸濁させ、スラリー状にした。そして、図4に示す固定台31に巻き付けられた2本の白金線32をまたぐように前記懸濁スラリーを塗布し、酸素流(大気圧,50cmmin−1)中で773Kで2時間焼成して、実施例3のセンサ素子を得た。
(Example 3)
The Pd / SnO 2 powder prepared in Example 2 was calcined at 773 K in an oxygen flow (atmospheric pressure, 50 cm 3 min −1 ) for 1 hour in a glass tube having an inner diameter of 18 mm. Next, helium (atmospheric pressure, 50 cm 3 min −1 ) dehydrated and purified using a liquid nitrogen trap was circulated, maintained at 423 K, and from a high-grade inlet (heated to 473 K with a heater), special grade benzaldehyde (Wako Pure) Liquid 1 mm 3 manufactured by Yakuhin Kogyo) was injected. Benzaldehyde was instantly vaporized to form vapor and contacted the SnO 2 surface. After repeating the injection of benzaldehyde eight times, the vapor of helium was mixed with 360 Pa of vapor of tetramethoxysilane (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) at 473 K and supplied for 1 hour to deposit the Si component. A mixed solution of acetic acid (special grade, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)-Ion exchange water at a molar ratio of 1: 1 was injected 8 times at 5 mm 3 times at 473 K, vaporized, and contacted with SnO 2 . After injection of benzaldehyde three times at 473 K, tetramethoxysilane vapor 360 Pa was mixed into the helium flow at 473 K and supplied for 1 hour to deposit the Si component. Thereafter, the oxygen stream at 673 K (atmospheric pressure, 50 cm 3 min -1) and fired in 1.5 hours to obtain a silica-modified Pd / SnO 2 powder.
Silica modified SnO 2 powder obtained, the surface of the SnO 2, pores benzaldehyde and mold, surface area per 1 nm 2, were approximately 0.5 number generation.
Next, 30 mg of the silica-modified Pd / SnO 2 powder was suspended in 0.1 cm 3 of special grade ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) to form a slurry. Then, coating the suspension slurry so as to straddle the two platinum wires 32 wound around the fixing stand 31 shown in FIG. 4, 2 h calcination at 773K oxygen stream (atmospheric pressure, 50 cm 3 min -1) in Thus, a sensor element of Example 3 was obtained.

(比較例1)
実施例1で調製したSnO粉末30mgを、0.1cmの特級エタノール(和光純薬工業製)に懸濁させ、スラリー状にした。そして、図4に示す固定台31に巻き付けられた2本の白金線32をまたぐように前記懸濁スラリーを塗布し、酸素流(大気圧、50cmmin−1)中で773Kで2時間焼成して、比較例1のセンサ素子を得た。
(Comparative Example 1)
30 mg of SnO 2 powder prepared in Example 1 was suspended in 0.1 cm 3 of special grade ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) to form a slurry. And the said suspension slurry is apply | coated so that two platinum wires 32 wound around the fixing stand 31 shown in FIG. 4 may be straddled, and it baked at 773K for 2 hours in oxygen flow (atmospheric pressure, 50 cm < 3 > min < -1 >). Thus, a sensor element of Comparative Example 1 was obtained.

(比較例2)
実施例2で調製したPd/SnO粉末30mgを、0.1cmの特級エタノール(和光純薬工業製)に懸濁させ、スラリー状にした。そして、図4に示す固定台31に巻き付けられた2本の白金線32をまたぐように前記懸濁スラリーを塗布し、酸素流(大気圧,50cmmin−1)中で773Kで2時間焼成して、比較例2のセンサ素子を得た。
(Comparative Example 2)
30 mg of Pd / SnO 2 powder prepared in Example 2 was suspended in 0.1 cm 3 of special grade ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) to form a slurry. And the said suspension slurry is apply | coated so that the two platinum wires 32 wound around the fixing stand 31 shown in FIG. 4 may be straddled, and it baked at 773K for 2 hours in oxygen flow (atmospheric pressure, 50 cm < 3 > min < -1 >). Thus, a sensor element of Comparative Example 2 was obtained.

≪試験例1≫
図7に示すパルス実験装置40のガラス管41内に、実施例1及び比較例1のセンサ素子3を配置して、パルス法によって各種物質に対するそれぞれのセンサ素子3の感度を比較した。この実験装置は、ガラス管41の内径が18mmであり、センサ素子3の設置部分は電気炉42で加熱できるようになっている。また、ガラス管41の上流には注入口43があり、この注入口43には、液体試料を注入できると共に、窒素酸素混合気体Aがシリカゲル44を通して導入できるようになっている。また、注入口43の近傍には、リボン型のヒーター45で囲まれており、このヒーター45により液体試料が気化されるようになっている。更に、センサ素子3の白金線32は、ガラス管41の一端を閉じるゴム栓46を通して挿入されたニッケル製の導線9を介して、抵抗計47に接続されている。そして、注入口43に液体試料を注入するとヒーター45によって加熱されて気化し、窒素酸素混合気体Aとともにセンサ素子3に接触するように供給される。そして、センサ素子3の白金線32及び導線9を経て抵抗計47により直流電気抵抗が記録されるように構成されている。
<< Test Example 1 >>
The sensor elements 3 of Example 1 and Comparative Example 1 were placed in the glass tube 41 of the pulse experiment apparatus 40 shown in FIG. 7, and the sensitivity of each sensor element 3 with respect to various substances was compared by the pulse method. In this experimental apparatus, the inner diameter of the glass tube 41 is 18 mm, and the installation portion of the sensor element 3 can be heated by the electric furnace 42. Further, an inlet 43 is provided upstream of the glass tube 41, and a liquid sample can be injected into the inlet 43 and a nitrogen-oxygen mixed gas A can be introduced through the silica gel 44. Further, the vicinity of the inlet 43 is surrounded by a ribbon heater 45, and the liquid sample is vaporized by the heater 45. Further, the platinum wire 32 of the sensor element 3 is connected to an ohmmeter 47 through a nickel conducting wire 9 inserted through a rubber plug 46 that closes one end of the glass tube 41. When a liquid sample is injected into the injection port 43, the liquid sample is heated and vaporized by the heater 45, and is supplied so as to come into contact with the sensor element 3 together with the nitrogen-oxygen mixed gas A. And it is comprised so that direct-current electrical resistance may be recorded by the ohmmeter 47 through the platinum wire 32 and the conducting wire 9 of the sensor element 3.

図7のパルス実験装置のガラス管41内にセンサ素子3をセットし、酸素流(大気圧、40cmmin−1)中で673Kで1時間前処理した後、窒素酸素混合気体A(窒素:酸素モル比4:1、大気圧、100cmmin−1)中で543Kで0.5mmの液体試料を被験物質として注入口43から注入し、センサ素子3の電気抵抗の変化を記録した。液体試料としてはトルエン、フタル酸ジオクチルを用いた。注入前の抵抗をR、注入後の抵抗をRとし、応答をR/R−1で表した。 The sensor element 3 is set in the glass tube 41 of the pulse experiment apparatus of FIG. 7, and after pretreatment at 673 K for 1 hour in an oxygen flow (atmospheric pressure, 40 cm 3 min −1 ), a nitrogen-oxygen mixed gas A (nitrogen: A liquid sample of 0.5 mm 3 at 543 K in an oxygen molar ratio of 4: 1, atmospheric pressure, 100 cm 3 min −1 ) was injected from the injection port 43 as a test substance, and the change in electrical resistance of the sensor element 3 was recorded. As the liquid sample, toluene and dioctyl phthalate were used. The resistance before injection was R a , the resistance after injection was R, and the response was expressed as R a / R−1.

図8に、実施例1のセンサ素子のトルエン(破線)、フタル酸ジオクチル(実線)の応答例を、図9に比較例1のセンサ素子の同応答例をそれぞれ示す。比較例1のセンサ素子は、図9に示すように、トルエン及びフタル酸ジオクチルに対し大きな応答を示したが、図8に示すように、実施例1のセンサ素子はフタル酸ジオクチルに選択的に応答し、トルエンにはほとんど応答しなかった。   FIG. 8 shows a response example of toluene (broken line) and dioctyl phthalate (solid line) of the sensor element of Example 1, and FIG. 9 shows a response example of the sensor element of Comparative Example 1, respectively. As shown in FIG. 9, the sensor element of Comparative Example 1 showed a large response to toluene and dioctyl phthalate. However, as shown in FIG. 8, the sensor element of Example 1 was selective to dioctyl phthalate. Responds and hardly responds to toluene.

実施例1のセンサ素子のトルエンに対する感度が低いのは、図10の模式図に示すように、ベンズアルデヒドを鋳型として形成された狭い細孔をベンゼン環が通り抜けできず、また、トルエンは側鎖が短いため、側鎖部分もSnO表面に到達できないためと考えられる。このセンサ素子の細孔は、ほぼベンゼン環大の大きさであると考えられるが、細孔と同じ大きさの分子の拡散は細孔内では遅く、細孔よりやや小さな分子のみが実質的に反応できることから、トルエンにはほとんど応答しなかったものと推測される。
これに対し、フタル酸ジオクチルは、図11の模式図に示すように、ベンゼン環から伸びた側鎖が長いため、この側鎖部分がSnO表面に到達して、応答を示したものと推測される。
The sensitivity of the sensor element of Example 1 to toluene is low, as shown in the schematic diagram of FIG. 10, because the benzene ring cannot pass through narrow pores formed using benzaldehyde as a template, and toluene has side chains. This is probably because the side chain portion cannot reach the SnO 2 surface because it is short. Although the pores of this sensor element are thought to be approximately the size of a benzene ring, the diffusion of molecules of the same size as the pores is slow in the pores, and only molecules slightly smaller than the pores are substantially Since it can react, it is estimated that it hardly responded to toluene.
On the other hand, as shown in the schematic diagram of FIG. 11, dioctyl phthalate has a long side chain extending from the benzene ring, and it is assumed that this side chain portion reached the SnO 2 surface and showed a response. Is done.

次に、液体試料としてアセトン、トルエン、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチルを用いて、パルス法によって各種物質に対する、測定温度493K〜643Kにおける実施例1及び比較例1のセンサ素子の感度(R/R−1)を比較した。 Next, using the acetone, toluene, dibutyl phthalate, and dioctyl phthalate as the liquid sample, the sensitivity of the sensor elements of Example 1 and Comparative Example 1 at the measurement temperatures of 493K to 643K (R a / R-1) was compared.

図12に、実施例1のセンサ素子の、測定温度493K〜643Kにおけるアセトン、トルエン、フタル酸ジブチル及びフタル酸ジオクチルに対する応答例を、図13に、比較例1のセンサ素子の同応答例をそれぞれ示す。   FIG. 12 shows a response example of the sensor element of Example 1 to acetone, toluene, dibutyl phthalate and dioctyl phthalate at measurement temperatures of 493K to 643K, and FIG. 13 shows a response example of the sensor element of Comparative Example 1 respectively. Show.

図13に示すように、比較例1のセンサ素子は、アセトン、トルエン、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチルのいずれにも応答を示した。これに対し、実施例1のセンサ素子は、図12に示すように、フタル酸ジブチル及びフタル酸ジオクチルに対する感度が高いものの、アセトン及びトルエンに対する感度が低かった。特に543〜643Kの範囲では、実施例1のセンサ素子は、フタル酸ジブチル及びフタル酸ジオクチルに対する感度が高く、その一方で、アセトン及びトルエンに対する感度が低かった。このため、実施例1のセンサ素子は、アセトンやトルエンの共存に影響されることなくフタル酸ジブチルとフタル酸ジオクチルを選択的に検出できた。   As shown in FIG. 13, the sensor element of Comparative Example 1 responded to any of acetone, toluene, dibutyl phthalate, and dioctyl phthalate. In contrast, as shown in FIG. 12, the sensor element of Example 1 had high sensitivity to dibutyl phthalate and dioctyl phthalate, but low sensitivity to acetone and toluene. In particular, in the range of 543 to 643 K, the sensor element of Example 1 had high sensitivity to dibutyl phthalate and dioctyl phthalate, while having low sensitivity to acetone and toluene. For this reason, the sensor element of Example 1 was able to selectively detect dibutyl phthalate and dioctyl phthalate without being affected by the coexistence of acetone or toluene.

実施例1のセンサ素子のトルエンに対する感度が低いのは、前述したように、ベンズアルデヒドを鋳型として形成された狭い細孔をベンゼン環が通り抜けできず、また、トルエンは側鎖が短いためであると推測される。また、アセトンに対する感度が低いのは、図14の模式図に示すように、アセトン分子は、中央の炭素原子から3方向にメチル基2つと酸素が枝分かれしており、アルキル基に比べると嵩高いため、細孔を通り抜けにくく、感度が低かったと考えられる。   As described above, the sensitivity of the sensor element of Example 1 to toluene is low because the benzene ring cannot pass through narrow pores formed using benzaldehyde as a template, and toluene has a short side chain. Guessed. Moreover, the sensitivity to acetone is low, as shown in the schematic diagram of FIG. 14, the acetone molecule has two methyl groups and oxygen branches in three directions from the central carbon atom, which is bulky compared to the alkyl group. Therefore, it is difficult to pass through the pores, and the sensitivity is considered low.

次に、測定温度を543K、643Kとし、液体試料としてアセトン、トルエン、エタノール、1‐プロパノール、2‐プロパノール、1‐ブタノール、2‐ブタノール、2‐メチル‐2‐プロパノール、1‐ペンタノール、1‐ヘキサノール、1‐オクタノール、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチルを用いて、パルス法によって各種物質に対する、実施例1及び比較例1のセンサ素子の感度を求めた。それぞれの被験物質に対する543Kでの、実施例1のセンサ素子と、比較例1のセンサ素子との感度比([実施例1のセンサBの感度]/[比較例1のセンサAの感度])を図15に、643Kでの同感度比を図16に示す。   Next, the measurement temperature is set to 543 K and 643 K, and acetone, toluene, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-2-propanol, 1-pentanol, 1 are used as liquid samples. Sensitivity of the sensor elements of Example 1 and Comparative Example 1 to various substances was determined by a pulse method using hexanol, 1-octanol, dibutyl phthalate, and dioctyl phthalate. The sensitivity ratio between the sensor element of Example 1 and the sensor element of Comparative Example 1 at 543 K for each test substance ([Sensitivity of sensor B of Example 1] / [Sensitivity of sensor A of Comparative Example 1]) 15 shows the sensitivity ratio at 643 K. FIG.

図15に示すように、543Kでは、トルエンの感度比はゼロであった。また、エタノール、1‐プロパノール、2‐プロパノール、1‐ブタノール、2‐ブタノール、2‐メチル‐2‐プロパノール、1‐ペンタノール、1‐ヘキサノール、1‐オクタノールに対する感度比は0.04以下であった。これに対し、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル、アセトンは高い感度比を示した。   As shown in FIG. 15, at 543K, the sensitivity ratio of toluene was zero. The sensitivity ratio to ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-2-propanol, 1-pentanol, 1-hexanol, and 1-octanol was 0.04 or less. It was. On the other hand, dioctyl phthalate, dibutyl phthalate, and acetone showed high sensitivity ratios.

2‐プロパノール、2‐ブタノール、2‐メチル‐2‐プロパノールは枝分かれした分子構造を持つので、細孔を通り抜けにくく、実施例1のセンサ素子に対する感度が低かったものと推測される。   Since 2-propanol, 2-butanol, and 2-methyl-2-propanol have a branched molecular structure, it is difficult to pass through the pores, and it is assumed that the sensitivity to the sensor element of Example 1 was low.

一方、エタノール、1‐プロパノール、1‐ブタノール、1‐ペンタノール、1‐ヘキサノール、1‐オクタノールは直鎖アルコールであるものの、感度比が低かった。すなわち、下記表1に示すように、上記直鎖アルコールは、比較例1のセンサ素子に対しては、高い感度(543KでRa/R−1が40〜400)を示したが、実施例1のセンサ素子に対しては感度が低かった(Ra/R−1は0.8〜3)。この原因としては、以下のことが推測される。   On the other hand, ethanol, 1-propanol, 1-butanol, 1-pentanol, 1-hexanol, and 1-octanol were linear alcohols, but the sensitivity ratio was low. That is, as shown in Table 1 below, the linear alcohol showed high sensitivity (RaK / R-1 of 40 to 400 at 543 K) for the sensor element of Comparative Example 1. The sensitivity of the sensor element was low (Ra / R-1 was 0.8 to 3). As the cause, the following is estimated.

直鎖アルコールは、直鎖アルカン(同じ条件でヘキサンのR/R−1は11程度)に比べてSnO上で感度が高い傾向にあるが、これは、アルコールのOH基がSnO表面に吸着しやすいためであると推測される。
しかしながら、酸化スズセンサでは、還元性の物質によって酸化スズ中の酸素が奪われることによって電気的応答が生まれるので、SnO表面にOHが吸着しただけでは応答せず、強く吸着したOHの隣のCH部分がSnO表面と反応することによって高い感度が現れる。つまり、高い感度が生じるには、OH基とアルキル基が同時にSnO表面に接触する必要があると推測される。図17(a)の模式図に示されるように、比較例1のセンサ素子では、SnO表面にOH基と隣接するCH基が同時に接触できる。これに対し、図17(b)の模式図に示すように、実施例1のセンサ素子は、直鎖アルコールであれば、アルキル基側から又はOH基側から、シリカマスクの細孔を通り抜けて酸化スズに到達することができる。このため、SnO表面にアルキル基側が到達したときにある程度の応答を示すものの、図17(a)の模式図のように、SnO表面にOHと隣接するCH基が同時に接触することはできない。このため、直鎖アルコールに対する実施例1のセンサ素子の感度は、比較例1のセンサ素子に比べて感度が低くなり、感度比が低くなったものと推測される。
Linear alcohols, linear alkane (R a / R-1 hexane under the same conditions about 11) the sensitivity on SnO 2 tends to be higher than, this is OH group of the alcohol is SnO 2 surface It is presumed that this is because it is easily adsorbed on the surface.
However, in the tin oxide sensor, an electrical response is generated by depriving oxygen in the tin oxide by the reducing substance. Therefore, when the OH is simply adsorbed on the SnO 2 surface, it does not respond, and the CH adjacent to the strongly adsorbed OH. High sensitivity appears when the part reacts with the SnO 2 surface. That is, for high sensitivity to occur, it is presumed that the OH group and the alkyl group need to contact the SnO 2 surface simultaneously. As shown in the schematic diagram of FIG. 17A, in the sensor element of Comparative Example 1, the CH group adjacent to the OH group can simultaneously contact the SnO 2 surface. On the other hand, as shown in the schematic diagram of FIG. 17 (b), the sensor element of Example 1 is a linear alcohol and passes through the pores of the silica mask from the alkyl group side or the OH group side. Can reach tin oxide. For this reason, although a certain amount of response is shown when the alkyl group side reaches the SnO 2 surface, as shown in the schematic diagram of FIG. 17A, the CH group adjacent to OH cannot simultaneously contact the SnO 2 surface. . For this reason, it is presumed that the sensitivity of the sensor element of Example 1 with respect to the linear alcohol is lower than that of the sensor element of Comparative Example 1, and the sensitivity ratio is lowered.

また、図16に示すように、643Kでは、フタル酸ジブチルとフタル酸ジオクチルは、アセトンやトルエンよりも高い感度比を示した。   As shown in FIG. 16, at 643K, dibutyl phthalate and dioctyl phthalate showed a higher sensitivity ratio than acetone and toluene.

よって、例えば未知試料の構成物質群が分かっている場合、下記表2のような判定基準で、測定すべきガス成分中にフタル酸ジオクチルやフタル酸ジブチルが含まれるかどうかを推定することができる。さらには、フタル酸ジブチルとフタル酸ジオクチルのどちらが多く含まれているかが推定できる。   Therefore, for example, when the constituent substance group of an unknown sample is known, it can be estimated whether or not dioctyl phthalate or dibutyl phthalate is contained in the gas component to be measured according to the criteria shown in Table 2 below. . Furthermore, it can be estimated whether more dibutyl phthalate or dioctyl phthalate is contained.

次に、測定温度を543Kとし、液体試料として、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジイソブチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチルを用いて、パルス法によって各種物質に対する、実施例1のセンサ素子の感度を求めた。図18に示すように、いずれのフタル酸ジアルキルに対しても高い感度を示したが、フタル酸ジメチル、フタル酸ジイソブチルの感度が低かった。この原因は、図19の模式図に示すように、フタル酸ジメチルは側鎖が短いため側鎖が細孔を通り抜けしにくいことが原因であると推測される。また、フタル酸ジイソブチルは側鎖が枝分かれしており、かつ枝分かれから先が短いために、図20の模式図に示すように、側鎖が細孔を通り抜けにくいことが原因と推測される。   Next, the measurement temperature was set to 543 K, the liquid sample was dimethyl phthalate, diethyl phthalate, diisobutyl phthalate, dibutyl phthalate, and dioctyl phthalate. Sensitivity was determined. As shown in FIG. 18, high sensitivity was shown for any dialkyl phthalate, but the sensitivity of dimethyl phthalate and diisobutyl phthalate was low. As shown in the schematic diagram of FIG. 19, this is presumed to be caused by the fact that dimethyl phthalate has a short side chain, so that the side chain hardly passes through the pores. Further, diisobutyl phthalate has a branched side chain, and since the tip of the branch is short, it is presumed that the side chain hardly passes through the pores as shown in the schematic diagram of FIG.

≪試験例2≫
実施例3、比較例1,2のセンサ素子の低濃度のフタル酸ジオクチルに対する感度を調べた。
まず、フタル酸ジオクチルの液体をガラス容器内に入れ、ヘリウム流を通じながら383Kで11時間加熱し、室温で12時間以上ヘリウムを流通させた。その後、乾燥空気を室温で流通させてフタル酸ジオクチルをおよそ300ppb含む空気流を得た。
次に、図7に示すパルス実験装置のガラス管41内に、実施例3のセンサ素子(シリカマスク有り SnO/Pd)、比較例1のセンサ素子(シリカマスク無し SnO),及び比較例2のセンサ素子(シリカマスク無し SnO/Pd)を配置し、センサ素子を酸素流(大気圧、40cmmin−1)中で673Kで1時間前処理した後、乾燥空気(大気圧、50cmmin−1)中で543Kで電気抵抗Rを記録した。その後、前記のフタル酸ジオクチル蒸気を含む空気を供給し、電気抵抗の変化を記録した。
<< Test Example 2 >>
The sensitivity of the sensor elements of Example 3 and Comparative Examples 1 and 2 to low concentrations of dioctyl phthalate was examined.
First, a dioctyl phthalate liquid was placed in a glass container, heated at 383 K for 11 hours while flowing a helium stream, and helium was circulated for 12 hours or more at room temperature. Thereafter, dry air was circulated at room temperature to obtain an air stream containing approximately 300 ppb of dioctyl phthalate.
Next, in the glass tube 41 of the pulse experiment apparatus shown in FIG. 7, the sensor element of Example 3 (SilO 2 with a silica mask / Pd), the sensor element of Comparative Example 1 (SnO 2 without a silica mask), and a comparative example 2 sensor elements (silica maskless SnO 2 / Pd) were placed, and the sensor elements were pretreated at 673 K in an oxygen stream (atmospheric pressure, 40 cm 3 min −1 ) for 1 hour, and then dried air (atmospheric pressure, 50 cm The electrical resistance Ra was recorded at 543 K in 3 min −1 ). Thereafter, air containing the dioctyl phthalate vapor was supplied, and changes in electrical resistance were recorded.

結果を図21に示す。図中の細線は実施例3のセンサ素子の応答であり、細破線は比較例1のセンサ素子での応答であり、太線は比較例2のセンサ素子の応答である。図21に示すように、SnOのみからなる比較例1のセンサ素子の応答は、ノイズと区別できないほどであったが、SnOにPdを担持させることで感度が向上し、シリカマスクが形成されていても、十分な感度で検出できた。 The results are shown in FIG. The thin line in the figure is the response of the sensor element of Example 3, the thin broken line is the response of the sensor element of Comparative Example 1, and the thick line is the response of the sensor element of Comparative Example 2. As shown in FIG. 21, the response of the sensor element of Comparative Example 1 consisting only of SnO 2 was indistinguishable from noise, but the sensitivity was improved by supporting Pd on SnO 2 and a silica mask was formed. Even with this, it was detected with sufficient sensitivity.

≪試験例3≫
図22に示す装置に、実施例2、比較例2のセンサ素子をセットした。
この実験装置50は、ガラス管51のセンサ素子3の設置部分が、電気炉52で加熱できるようになっている。そして、ガラス管51の上流には、注入口53があり、この注入口53には、濃縮装置60が接続しており、被験ガスを濃縮してセンサ素子3に供給できるようになっている。
濃縮装置60は、乾燥空気供給バルブV1、ヘリウムガス供給バルブV2が配置されており、それぞれのバルブを開閉することで、濃縮装置60内の流路に乾燥空気又はヘリウムガスを導入できるようになっている。なお、ヘリウムガスは、装置内の流路を清浄する目的で流通させることから、試験中(乾燥空気バルブV1の開弁中)は、ヘリウムガス供給バルブV2は閉じている。
そして、乾燥空気供給バルブV1、ヘリウムガス供給バルブV2が配置された流路は、流路L1〜L4に分岐しており、それぞれの流路には、流量調整バルブV3〜V7が配置されている。
上記流路L1,L2は途中で合流し、その下流側には、シリカゲル乾燥管61、トラップC、蒸気飽和器62が配置されている。この蒸気飽和器62には、内部にフタル酸ジオクチルの液体が充填されており、その下流側には、切換え弁V8が配置された流路L5が伸びている。この切換え弁V8を切り替えることで、流路L5と、後述する流路L7との接続・切り離しができるようになっている。
また、上記流路L3の下流には、蒸気飽和器63が配置されている。この蒸気飽和器63には、内部にトルエンの液体が充填されており、その下流側には、切換え弁V9が配置された流路L6が伸びている。この切換え弁V9を切り替えることで、流路L5と、後述する流路L7との接続・切り離しができるようになっている。
また、上記流路L4の下流には、トラップBが配置されており、トラップBの下流からは流路L7が伸びて、前述の流路L5,L6が接続できるようになっている。そして、この流路L7の下流側端部には、六方コックV10が配置されている。
上記六方コックV10は、前記流路L7と、トラップAと、トラップDと、トラップEと、がそれぞれ配置されている。そして、六方コックV10によって流路を切り替えることで、流路L7とトラップAとを接続して、流路L7を通る被験ガスをトラップAに充填された吸着材で捕捉すると共に、トラップD及びトラップEを注入口53と接続して、O及びNをセンサ素子3に導入する(図22の態様)か、流路L7をトラップAから切り離すと共に、トラップA、トラップD及び注入口53とを接続して、トラップDに供給されるNと共にトラップAに捕捉されたガス成分をセンサ素子3に導入し、トラップEを注入口53と接続して、Oをセンサ素子3に導入する(図23の態様)ように構成されている。
なお、上記トラップAには、カラム充填剤(商品名「TENAX−GR」 ジーエルサイエンス製)が充填されている。また、トラップB・C・D・Eには、有機物を吸着除去するためにカラム充填剤(商品名「TENAX−GR」 ジーエルサイエンス製)と、ケミカルフィルタ用活性炭(日本ピュアテック製)が充填されており、実験中は273Kに保たれている。
<< Test Example 3 >>
The sensor elements of Example 2 and Comparative Example 2 were set in the apparatus shown in FIG.
In the experimental apparatus 50, the installation portion of the sensor element 3 of the glass tube 51 can be heated by the electric furnace 52. An inlet 53 is provided upstream of the glass tube 51, and a concentrating device 60 is connected to the inlet 53 so that the test gas can be concentrated and supplied to the sensor element 3.
The concentrator 60 is provided with a dry air supply valve V1 and a helium gas supply valve V2. By opening and closing the respective valves, the dry air or helium gas can be introduced into the flow path in the concentrator 60. ing. Since helium gas is circulated for the purpose of cleaning the flow path in the apparatus, the helium gas supply valve V2 is closed during the test (while the dry air valve V1 is open).
The flow path in which the dry air supply valve V1 and the helium gas supply valve V2 are arranged is branched into flow paths L1 to L4, and flow rate adjustment valves V3 to V7 are arranged in the respective flow paths. .
The flow paths L1 and L2 merge in the middle, and a silica gel drying tube 61, a trap C, and a steam saturator 62 are disposed on the downstream side. The steam saturator 62 is filled with a dioctyl phthalate liquid, and a flow path L5 in which a switching valve V8 is disposed extends downstream thereof. By switching this switching valve V8, the flow path L5 and the flow path L7 described later can be connected / disconnected.
Further, a steam saturator 63 is disposed downstream of the flow path L3. The steam saturator 63 is filled with a liquid of toluene, and on the downstream side thereof, a flow path L6 in which the switching valve V9 is disposed extends. By switching the switching valve V9, the flow path L5 and the flow path L7 described later can be connected / disconnected.
Further, a trap B is disposed downstream of the flow path L4, and the flow path L7 extends from the downstream of the trap B so that the above-described flow paths L5 and L6 can be connected. And the hexagonal cock V10 is arrange | positioned at the downstream end part of this flow path L7.
In the hexagonal cock V10, the flow path L7, the trap A, the trap D, and the trap E are arranged. Then, by switching the flow path with the hexagonal cock V10, the flow path L7 and the trap A are connected, and the test gas passing through the flow path L7 is captured by the adsorbent filled in the trap A, and the trap D and trap E is connected to the inlet 53, and O 2 and N 2 are introduced into the sensor element 3 (the embodiment of FIG. 22), or the flow path L7 is separated from the trap A, and the trap A, trap D, and inlet 53 And the gas component trapped in the trap A together with N 2 supplied to the trap D is introduced into the sensor element 3, the trap E is connected to the inlet 53, and O 2 is introduced into the sensor element 3. (Aspect of FIG. 23)
The trap A is filled with a column filler (trade name “TENAX-GR” manufactured by GL Sciences). In addition, traps B, C, D, and E are packed with a column filler (trade name “TENAX-GR” manufactured by GL Science) and activated carbon for chemical filters (manufactured by Nippon Puretech) to adsorb and remove organic substances. And kept at 273K during the experiment.

このような実験装置50のガラス管51内にセンサ素子3をセットし、酸素流(大気圧,40cmmin−1)中で673Kで1時間前処理した。
そして、乾燥空気供給バルブV1を開き、流量調整バルブV3,V4の開弁度を調整しながら、蒸気飽和器62に、トラップCを経て供給される乾燥空気(N+O)を通じ、蒸気飽和器62を室温に保ってフタル酸ジオクチルの濃度およそ300ppbのガスを供給した。
また、トラップBを通じて何も含まない空気も流通させ、前記蒸気飽和器62から供給されるガスとあわせて全流速を300cmmin−1で一定とし、流速の比を調節することで任意の濃度のフタル酸ジオクチル蒸気を、六方コックV10を経て、トラップAに供給し、トラップAを273Kに保ってフタル酸ジオクチルを捕集した。トラップAにて100minの捕集後に六方コックV10を切り換えて図23の状態にした。そして、トラップDを通じて窒素(大気圧、71cmmin−1)をトラップAに供給し、その下流にトラップEを通じて酸素(大気圧、29cmmin−1)を合流させ、センサ素子3に入ったガラス管に供給した。測定中はセンサ素子3の温度を673Kに保ち、トラップAを523Kまで急速加熱し、電気信号の変化を記録した。また、トラップAの加熱前の電気抵抗をRとした。なお、図中の太線で描いた配管は473K程度に加熱されている。
The sensor element 3 was set in the glass tube 51 of such an experimental apparatus 50 and pretreated at 673 K for 1 hour in an oxygen flow (atmospheric pressure, 40 cm 3 min −1 ).
Then, the steam saturation is performed through the dry air (N 2 + O 2 ) supplied through the trap C to the steam saturator 62 while opening the dry air supply valve V1 and adjusting the opening degree of the flow rate adjusting valves V3 and V4. The vessel 62 was kept at room temperature and a gas having a dioctyl phthalate concentration of approximately 300 ppb was supplied.
Further, air containing nothing is circulated through the trap B, the total flow rate is made constant at 300 cm 3 min −1 together with the gas supplied from the steam saturator 62, and the flow rate ratio is adjusted to adjust any concentration. The dioctyl phthalate vapor was supplied to the trap A via the hexagonal cock V10, and the dioctyl phthalate was collected by keeping the trap A at 273K. After trapping for 100 min in trap A, the hexagonal cock V10 was switched to the state shown in FIG. Then, nitrogen (atmospheric pressure, 71 cm 3 min −1 ) is supplied to the trap A through the trap D, and oxygen (atmospheric pressure, 29 cm 3 min −1 ) is merged into the downstream of the trap E to enter the sensor element 3. The glass tube was supplied. During the measurement, the temperature of the sensor element 3 was kept at 673K, the trap A was rapidly heated to 523K, and the change of the electric signal was recorded. Further, the electrical resistance before heating of the trap A was R a. In addition, the piping drawn with the thick line in the figure is heated to about 473K.

図24に実施例2のセンサ素子の応答を、図25に比較例2のセンサ素子での応答を示す。なお、図中の細線は、空気のみを流した時の応答であり、破線は0.3ppbのフタル酸ジオクチルを流した時の応答であり、太線は0.5ppbのフタル酸ジオクチルを流した時の応答である。図24、25に示すように、フタル酸ジオクチルを0.3ないし0.5ppb流通させるとピークが明確に観察され、1ppb以下の領域でも検出できた。   FIG. 24 shows the response of the sensor element of Example 2, and FIG. 25 shows the response of the sensor element of Comparative Example 2. The thin line in the figure is the response when only air is flowed, the broken line is the response when 0.3 ppb dioctyl phthalate is flowed, and the thick line is when 0.5 ppb dioctyl phthalate is flowed Is the response. As shown in FIGS. 24 and 25, when dioctyl phthalate was allowed to flow through 0.3 to 0.5 ppb, a peak was clearly observed and could be detected even in a region of 1 ppb or less.

次に、トルエンとフタル酸ジオクチルの共存下での応答を見た。トルエンを流通させる場合には、図22に示す実験装置50の蒸気飽和器63に、流量調整バルブV5の開弁度を調整しながら、蒸気飽和器63に乾燥空気(N+O)を流通させた。蒸気飽和器63内の温度を273Kに保つことでおよそトルエン濃度9000ppmのガスが得られた。また、蒸気飽和器62に、トラップCを経て供給される乾燥空気(N+O)を通じて供給されるフタル酸ジオクチル300ppbを含むガスと、前記蒸気飽和器63から供給されるガスと、トラップBを通じて供給される何も含まない空気とを合わせ、総流量を300cmmin−1で一定として流速比を変えることで任意の濃度のガスを得た。そしてこのガスを、トラップAに供給し、上記と同様にして濃縮処理を行った。 Next, we looked at the response in the presence of toluene and dioctyl phthalate. When toluene is circulated, dry air (N 2 + O 2 ) is circulated through the steam saturator 63 while adjusting the degree of opening of the flow rate adjusting valve V5 through the steam saturator 63 of the experimental apparatus 50 shown in FIG. I let you. By maintaining the temperature in the steam saturator 63 at 273 K, a gas having a toluene concentration of approximately 9000 ppm was obtained. Further, a gas containing 300 ppb of dioctyl phthalate supplied to the steam saturator 62 through dry air (N 2 + O 2 ) supplied via the trap C, a gas supplied from the steam saturator 63, and a trap B The gas containing any concentration was obtained by combining the air containing nothing and the flow rate ratio by changing the flow rate ratio while keeping the total flow rate constant at 300 cm 3 min −1 . And this gas was supplied to the trap A, and the concentration process was performed like the above.

図26に実施例2のセンサ素子の応答を、図27に比較例2のセンサ素子での応答を示す。なお、図中の細線は、フタル酸ジオクチル0ppb、トルエン30ppmのガスに対する応答である。破線は、フタル酸ジオクチル0.3ppb、トルエン30ppmのガスに対する応答である。太線は0.5ppb、トルエン30ppmのガスに対する応答である。   FIG. 26 shows the response of the sensor element of Example 2, and FIG. 27 shows the response of the sensor element of Comparative Example 2. In addition, the thin line in a figure is a response with respect to the gas of dioctyl phthalate 0ppb and toluene 30ppm. The broken line is the response to a gas of 0.3 ppb dioctyl phthalate and 30 ppm toluene. The thick line is the response to a gas of 0.5 ppb and 30 ppm toluene.

比較例2のセンサ素子は、フタル酸ジオクチル0ppb、トルエン30ppmの条件でR/R−1=2を示し、トルエンに高い感度を示した(図27の細線)。そして、トルエン濃度を30ppmに保ってフタル酸ジオクチル濃度を0.3ppb(図27の破線),0.5ppb(図27の太線)に上げると応答は大きくなった。しかしながら、比較例2のセンサ素子は、トルエンに対する応答が大きいので、未知試料に対する応答から、その中に含まれるフタル酸ジオクチルの濃度を推定することはできなかった。 The sensor element of Comparative Example 2 showed R a / R-1 = 2 under the conditions of dioctyl phthalate 0 ppb and toluene 30 ppm, and showed high sensitivity to toluene (thin line in FIG. 27). When the toluene concentration was kept at 30 ppm and the dioctyl phthalate concentration was increased to 0.3 ppb (broken line in FIG. 27) and 0.5 ppb (thick line in FIG. 27), the response increased. However, since the sensor element of Comparative Example 2 has a large response to toluene, the concentration of dioctyl phthalate contained therein cannot be estimated from the response to an unknown sample.

これに対し、実施例2のセンサ素子は、フタル酸ジオクチル0ppb、トルエン30ppmの条件ではほとんど応答を示さず(図26の細線)、トルエン濃度を30ppmに保ってフタル酸ジオクチル濃度を0.3ppb(図26の破線),0.5ppb(図26の太線)に上げると応答は大きくなった。すなわち、実施例2のセンサ素子は、ppmオーダーのトルエンに反応せず、ppbオーダーのフタル酸ジオクチルをトルエンの有無に限らず安定に検出できた。   In contrast, the sensor element of Example 2 showed almost no response under the conditions of dioctyl phthalate 0 ppb and 30 ppm toluene (thin line in FIG. 26), while maintaining the toluene concentration at 30 ppm and the dioctyl phthalate concentration at 0.3 ppb ( The response increased when the value was raised to 0.5 ppb (the thick line in FIG. 26). That is, the sensor element of Example 2 did not react with toluene on the order of ppm, and was able to detect ppb order dioctyl phthalate stably regardless of the presence or absence of toluene.

そして、実施例2のセンサ素子のフタル酸ジオクチルの濃度に対して感度をプロットすると図28のようになり、下式(1)の関係式が得られた。   And when the sensitivity was plotted with respect to the concentration of dioctyl phthalate of the sensor element of Example 2, it was as shown in FIG. 28, and the relational expression of the following expression (1) was obtained.

この式を検量線と見なして、実施例2のセンサ素子における実測値からフタル酸ジオクチル濃度を算出してみると表3のようになり、実験値と計算値の差は最大でも0.14ppbであったことから、トルエンの有無に関わらず1ppbのオーダーでフタル酸ジオクチルを検出できた。   Considering this equation as a calibration curve, calculating the dioctyl phthalate concentration from the actual measurement value in the sensor element of Example 2 is as shown in Table 3. The difference between the experimental value and the calculated value is 0.14 ppb at the maximum. Therefore, dioctyl phthalate could be detected on the order of 1 ppb regardless of the presence or absence of toluene.

本発明のガスセンサの第一の実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows 1st embodiment of the gas sensor of this invention. 本発明のガスセンサの第二の実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows 2nd embodiment of the gas sensor of this invention. 本発明のガスセンサの第三の実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows 3rd embodiment of the gas sensor of this invention. センサ固定台座の概略図である。It is the schematic of a sensor fixed base. ベンズアルデヒドを鋳型形成用化合物として用いて金属酸化物の表面にシリカマスクを形成する概略図である。It is the schematic which forms a silica mask on the surface of a metal oxide using benzaldehyde as a compound for template formation. 1−ナフトアルデヒドを鋳型形成用化合物として用いて金属酸化物の表面にシリカマスクを形成する概略図である。It is the schematic which forms a silica mask on the surface of a metal oxide using 1-naphthaldehyde as a compound for template formation. パルス実験装置の概略図である。It is the schematic of a pulse experiment apparatus. 実施例1のセンサ素子のトルエン(破線)、フタル酸ジオクチル(実線)のパルス法による応答例を示す図表である。It is a graph which shows the example of a response by the pulse method of toluene (broken line) and dioctyl phthalate (solid line) of the sensor element of Example 1. 比較例1のセンサ素子のトルエン(破線)、フタル酸ジオクチル(実線)のパルス法による応答例を示す図表である。It is a chart which shows the example of a response by the pulse method of toluene (dashed line) and dioctyl phthalate (solid line) of the sensor element of comparative example 1. 実施例1のセンサ素子表面でのトルエンとの反応模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a reaction with toluene on the surface of the sensor element of Example 1. 実施例1のセンサ素子表面でのフタル酸ジオクチルとの反応模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a reaction with dioctyl phthalate on the surface of the sensor element of Example 1. 実施例1のセンサ素子の、測定温度493K〜643Kにおけるアセトン、トルエン、フタル酸ジブチル及びフタル酸ジオクチルに対するパルス法による応答例を示す図表である。It is a graph which shows the example of a response by the pulse method with respect to acetone, toluene, dibutyl phthalate, and dioctyl phthalate in measurement temperature 493K-643K of the sensor element of Example 1. 比較例1のセンサ素子の、測定温度493K〜643Kにおけるアセトン、トルエン、フタル酸ジブチル及びフタル酸ジオクチルに対するパルス法による応答例を示す図表である。It is a graph which shows the example of a response by the pulse method with respect to acetone, toluene, dibutyl phthalate, and dioctyl phthalate in the measurement temperature of 493K-643K of the sensor element of the comparative example 1. 実施例1のセンサ素子表面でのアセトンとの反応模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a reaction with acetone on the surface of the sensor element of Example 1. 543Kでの、実施例1のセンサ素子と、比較例1のセンサ素子との感度比([実施例1のセンサの感度]/[比較例1のセンサの感度])を示す図表である。5 is a chart showing a sensitivity ratio ([sensor sensitivity of Example 1] / [sensor sensitivity of Comparative Example 1]) between the sensor element of Example 1 and the sensor element of Comparative Example 1 at 543K. 643Kでの、実施例1のセンサ素子と、比較例1のセンサ素子との感度比([実施例1のセンサの感度]/[比較例1のセンサの感度])を示す図表である。10 is a chart showing a sensitivity ratio ([sensor sensitivity of Example 1] / [sensor sensitivity of Comparative Example 1]) between the sensor element of Example 1 and the sensor element of Comparative Example 1 at 643K. センサ素子表面でのアルコール類との反応模式図である。It is a reaction schematic diagram with alcohol on the sensor element surface. 実施例1のセンサ素子の、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジイソブチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチルに対するパルス法による応答例を示す図表である。2 is a chart showing an example of response of the sensor element of Example 1 to a dimethyl phthalate, diethyl phthalate, diisobutyl phthalate, dibutyl phthalate, and dioctyl phthalate by a pulse method. 実施例1のセンサ素子表面でのフタル酸ジメチルとの反応模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a reaction with dimethyl phthalate on the surface of the sensor element of Example 1. 実施例1のセンサ素子表面でのフタル酸ジイソブチルとの反応模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a reaction with diisobutyl phthalate on the surface of the sensor element of Example 1. 実施例3、比較例1,2のセンサ素子のフタル酸ジオクチル300ppbに対する応答例を示す図表である。It is a graph which shows the example of a response with respect to 300 ppb of dioctyl phthalates of the sensor element of Example 3 and Comparative Examples 1 and 2. トラップを用いる測定装置の概略図であって、所定濃度の蒸気をトラップAで捕集している状態図である。It is the schematic of the measuring device using a trap, Comprising: It is the state figure which is collecting the vapor | steam of predetermined concentration with the trap A. FIG. トラップを用いる測定装置の概略図であって、捕集した気体を加熱によって脱離させして、センサ素子の入った反応管に流通させている状態図である。It is the schematic of the measuring apparatus using a trap, Comprising: It is the state figure which desorbs the collected gas by heating and distribute | circulates to the reaction tube containing a sensor element. ガス中のフタル酸ジオクチル濃度を0ppb(細線)、0.3ppb(破線)、0.5ppb(太線)とした時の実施例2のセンサ素子の応答例を示す図表である。It is a graph which shows the example of a response of the sensor element of Example 2 when the dioctyl phthalate density | concentration in gas is set to 0 ppb (thin line), 0.3 ppb (dashed line), and 0.5 ppb (thick line). ガス中のフタル酸ジオクチル濃度を0ppb(細線)、0.3ppb(破線)、0.5ppb(太線)とした時の比較例2のセンサ素子の応答例を示す図表である。It is a graph which shows the example of a response of the sensor element of the comparative example 2 when the dioctyl phthalate density | concentration in gas is 0 ppb (thin line), 0.3 ppb (dashed line), and 0.5 ppb (thick line). トルエン30ppmを供給しながら、ガス中のフタル酸ジオクチル濃度を0ppb(細線)、0.3ppb(破線)、0.5ppb(太線)とした時の実施例2のセンサ素子の応答例を示す図表である。The chart which shows the example of a response of the sensor element of Example 2 when dioctyl phthalate density | concentration in gas is set to 0 ppb (thin line), 0.3 ppb (dashed line), and 0.5 ppb (thick line), supplying 30 ppm of toluene. is there. トルエン30ppmを供給しながら、ガス中のフタル酸ジオクチル濃度を0ppb(細線)、0.3ppb(破線)、0.5ppb(太線)とした時の比較例2のセンサ素子の応答例を示す図表である。The chart which shows the example of a response of the sensor element of the comparative example 2 when supplying 30 ppm of toluene and setting the dioctyl phthalate concentration in the gas to 0 ppb (thin line), 0.3 ppb (dashed line), and 0.5 ppb (thick line). is there. 比較例1のセンサ素子及び実施例2のセンサ素子の、トルエン0ppm及び30ppm共存下での感度のフタル酸ジオクチル濃度依存性を示す関係図である。It is a relationship figure which shows the dioctyl phthalate density | concentration dependence of the sensitivity of the sensor element of the comparative example 1 and the sensor element of Example 2 in toluene 0ppm and 30 ppm coexistence.

符号の説明Explanation of symbols

1,11,21:金属酸化物
2,12:シリカマスク
2a:細孔
3:センサ素子
4,30:検出器
5:ガス濃縮装置
13:第一センサ素子
22:第二センサ素子
1, 11, 21: Metal oxide 2, 12: Silica mask 2a: Fine pore 3: Sensor element 4, 30: Detector 5: Gas concentrator 13: First sensor element 22: Second sensor element

Claims (15)

ガス中のフタル酸ジアルキルを検出するためのガスセンサであって、
SnOを主成分としてなる金属酸化物の表面に、所定の細孔を持ったシリカマスクが形成されたセンサ素子と、
前記センサ素子の電気抵抗値を測定する検出器と、
を備えたことを特徴とするガスセンサ。
A gas sensor for detecting dialkyl phthalate in gas,
A sensor element in which a silica mask having predetermined pores is formed on the surface of a metal oxide containing SnO 2 as a main component;
A detector for measuring an electrical resistance value of the sensor element;
A gas sensor comprising:
SnOを主成分としてなる金属酸化物の表面に、前記センサ素子とは異なる径の細孔を持ったシリカマスクが形成された別のセンサ素子、及び/又は、SnOを主成分としてなる金属酸化物の表面にシリカマスクを有さないセンサ素子を更に備え、
前記検出器は、各センサ素子の電気抵抗値を測定するように構成されている、請求項1に記載のガスセンサ。
Another sensor element in which a silica mask having pores having a diameter different from that of the sensor element is formed on the surface of a metal oxide mainly composed of SnO 2 and / or a metal mainly composed of SnO 2 A sensor element not having a silica mask on the surface of the oxide;
The gas sensor according to claim 1, wherein the detector is configured to measure an electric resistance value of each sensor element.
前記金属酸化物は、SnOに触媒を担持させたものである、請求項1又は2に記載のガスセンサ。 The gas sensor according to claim 1, wherein the metal oxide is a catalyst in which SnO 2 is supported. 前記触媒は、貴金属である、請求項3に記載のガスセンサ。   The gas sensor according to claim 3, wherein the catalyst is a noble metal. 前記触媒は、Pdである、請求項3に記載のガスセンサ。   The gas sensor according to claim 3, wherein the catalyst is Pd. 前記シリカマスクが形成されたセンサ素子は、前記金属酸化物の表面に、脂肪族アルデヒド類、脂肪族カルボン酸類、芳香族アルデヒド類及び芳香族カルボン酸類から選ばれる鋳型形成用化合物を単分子層未満の吸着密度で吸着させた後にシリカ前駆体分子を蒸着し、これをシリカに加水分解してシリカマスクを形成してなるものである、請求項1〜5のいずれか1項に記載のガスセンサ。   The sensor element in which the silica mask is formed has a template forming compound selected from aliphatic aldehydes, aliphatic carboxylic acids, aromatic aldehydes and aromatic carboxylic acids on the surface of the metal oxide, less than a monomolecular layer. The gas sensor according to any one of claims 1 to 5, which is formed by vapor-depositing silica precursor molecules after being adsorbed at an adsorption density of, and hydrolyzing the silica precursor molecules to form a silica mask. 前記鋳型形成用化合物は、前記金属酸化物の表面に吸着された状態での該表面と平行な方向における最大幅が0.5〜1.2nmとなるものである、請求項6に記載のガスセンサ。   The gas sensor according to claim 6, wherein the template forming compound has a maximum width in a direction parallel to the surface in a state of being adsorbed on the surface of the metal oxide of 0.5 to 1.2 nm. . 前記鋳型形成用化合物は、1‐ナフトアルデヒド又は1‐ナフタレンカルボン酸である、請求項6に記載のガスセンサ。   The gas sensor according to claim 6, wherein the template forming compound is 1-naphthaldehyde or 1-naphthalenecarboxylic acid. 前記センサ素子のガス流通方向の上流側にガス濃縮装置が配置され、該ガス濃縮装置で検出すべきガス成分を濃縮したガスを、前記センサ素子に導入させるように構成されている、請求項1〜8のいずれか1項に記載のガスセンサ。   2. A gas concentrating device is disposed upstream of the sensor element in a gas flow direction, and is configured to introduce gas into which the gas component to be detected by the gas concentrating device is concentrated to the sensor element. The gas sensor of any one of -8. 前記ガス濃縮装置は、所定量のガスを捕集剤に供給して検出すべきガス成分を捕集させる手段と、前記捕集剤を昇温しつつ、該捕集剤から検出すべきガス成分を発散させて、該ガス成分が濃縮されて含有されたガスを供給する手段と、を備えている、請求項9に記載のガスセンサ。   The gas concentrator includes a means for supplying a predetermined amount of gas to a collecting agent to collect a gas component to be detected, and a gas component to be detected from the collecting agent while raising the temperature of the collecting agent. The gas sensor according to claim 9, further comprising: means for diverging gas to supply gas containing the gas component concentrated. ガス中のフタル酸ジアルキルを検出するためのガスセンサに用いられるセンサ素子の製造方法であって、
金属酸化物の表面に、脂肪族アルデヒド類、脂肪族カルボン酸類、芳香族アルデヒド類及び芳香族カルボン酸類から選ばれる鋳型形成用化合物を単分子層未満の吸着密度で吸着させた後にシリカ前駆体分子を蒸着し、これをシリカに加水分解してシリカマスクを形成することを特徴とする、センサ素子の製造方法。
A method for producing a sensor element used in a gas sensor for detecting a dialkyl phthalate in a gas,
Silica precursor molecules after adsorbing a template forming compound selected from aliphatic aldehydes, aliphatic carboxylic acids, aromatic aldehydes and aromatic carboxylic acids to the surface of the metal oxide with an adsorption density less than a monolayer. Is vapor-deposited and hydrolyzed into silica to form a silica mask.
前記鋳型形成用化合物は、前記金属酸化物の表面に吸着された状態での該表面と平行な方向における最大幅が0.5〜1.2nmとなるものである、請求項11に記載のセンサ素子の製造方法。   The sensor according to claim 11, wherein the template-forming compound has a maximum width of 0.5 to 1.2 nm in a direction parallel to the surface of the template when adsorbed on the surface of the metal oxide. Device manufacturing method. 前記鋳型形成用化合物は、1‐ナフトアルデヒド又は1‐ナフタレンカルボン酸である、請求項12に記載のセンサ素子の製造方法。   The method for producing a sensor element according to claim 12, wherein the template forming compound is 1-naphthaldehyde or 1-naphthalenecarboxylic acid. SnOを主成分としてなる金属酸化物の表面に所定の細孔を持ったシリカマスクが形成されたセンサ素子に、被検出ガスを供給し、前記センサ素子の電気抵抗値を測定して、該ガス中のフタル酸ジアルキルを検出することを特徴とするガス検出方法。 A gas to be detected is supplied to a sensor element in which a silica mask having predetermined pores is formed on the surface of a metal oxide containing SnO 2 as a main component, and an electric resistance value of the sensor element is measured. A gas detection method comprising detecting dialkyl phthalate in a gas. SnOを主成分としてなる金属酸化物の表面に、前記センサ素子とは異なる径の細孔を持ったシリカマスクが形成された別のセンサ素子、及び/又は、SnOを主成分としてなる金属酸化物の表面にシリカマスクを有さないセンサ素子を更に用い、
各センサ素子に被検出ガスを供給し、各センサ素子の電気抵抗値を測定する、請求項14に記載のガス検出方法。
Another sensor element in which a silica mask having pores having a diameter different from that of the sensor element is formed on the surface of a metal oxide mainly composed of SnO 2 and / or a metal mainly composed of SnO 2 Further using a sensor element having no silica mask on the surface of the oxide,
The gas detection method according to claim 14, wherein a gas to be detected is supplied to each sensor element, and an electric resistance value of each sensor element is measured.
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