JP2013531795A

JP2013531795A - 光触媒を含むセンサ

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Publication number: JP2013531795A
Application number: JP2013515316A
Authority: JP
Inventors: 亮面田
Original assignee: エンパイアテクノロジーディベロップメントエルエルシー
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2030-06-18
Also published as: JP5625109B2; WO2011159318A1; US8481987B2; US20110308303A1; CN102946993A

Abstract

センサを汚す可能性がある汚染物質を分解するためのデバイスおよび方法。センサに関連付けられた光触媒は、光と相互作用して、有機化合物、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、有機金属化合物、すす、有機物、細菌、藻類、水生生物の卵、プランクトンの幼生などであるが、それらに限定されない汚染物質によるセンサの汚染を防止すること、および／またはセンサの汚染除去を促進することができる。

Description

光触媒は、水から水素および／または酸素を生成することばかりでなく、廃棄物の処理および空気の浄化のための潜在的使用について注目を集めている。光触媒は、半導体または葉緑素などの有機金属の複合体から形成されることが多い。これら２つのうち、半導体が、化学的に安定しており、生産コストが安く、エネルギーのバンドギャップが広く、取り扱いが容易であることもあり、一般的に好まれている。

半導体の光触媒作用は、特定の光触媒に特有の十分なエネルギーの波長を有する光の光子を吸収することによって開始される。光子を吸収すると、エネルギーのバンドギャップにまたがって分離された電子と正孔が生成される。光学的励起によって生成された、還元力の強い電子および酸化力の強い正孔が、環境汚染物質を分解することができる反応、水素生産のための水の分解などにつながり得る。

センサを汚す可能性がある汚染物質を分解するためのデバイスおよび方法が開示される。長期の監視（例えば環境モニタリング）を通じて、一般的なセンサは、有機化合物、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、有機金属化合物、すす、有機物、細菌、藻類、水生生物の卵、プランクトンの幼生などの１つまたは複数によって汚染される、または汚れる可能性がある。このセンサと関連付けられた(associated with)光触媒は、光源と相互作用して汚染物質を分解し、センサの汚染を防止する、および／またはセンサの汚染除去(decontamination)を促進することができる。

一実施形態では、センサと、このセンサに関連付けられた光触媒を含んでいるデバイスが開示される。光触媒は、センサを汚す可能性がある材料を分解して、センサの汚染を防止する、および／またはセンサの汚染除去を促進するように構成される。一態様では、センサは、温度、ｐＨ、導電率、誘電率、塩度、混濁度、総懸濁固体量（ＴＳＳ）、総溶解固形物（total dissolved solids、ＴＤＳ）、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）、および化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の１つまたは複数を検出する、および／または監視するように構成されてよい。このデバイスに関連付けられ得る光触媒の適切な例は、ＴｉＯ_２、ｖｉｓ−ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２／ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯＮ、ＴｉＯＮ／ＰｄＯ、ＴｉＯ_２／ＷＯ_３、Ｐｄ−ＷＯ_３、ＣｕＯ−ＷＯ_３、Ｐｔ−ＷＯ_３、ＮａＴａＯ_３、ＴｉＯ_２−ｘＮ_ｘ、およびそれらの組合せを含むが、それらに限定されない。

別の実施形態では、デバイスは、センサ部分を有するセンサ、このデバイスと関連付けられた光源、および少なくともこのセンサ部分と関連付けられた光触媒を含む。先の実施形態に似て、少なくともセンサ部分と関連付けられた光触媒は、センサ部分を汚す可能性がある材料を分解して、センサ部分の汚染を防止する、および／またはセンサ部分の汚染除去を促進するように構成される。

一態様では、光源は、光触媒を活性化させるように選択された波長の光を発するように構成される。別の態様では、光源は、ＵＶ光、可視光、またはそれらの組合せを発するように構成される。別の態様では、光源は、ランプ、レーザー、ＬＥＤ、他のタイプの光、およびそれらの組合せから成る群から選択される。

さらに別の実施形態では方法が開示される。この方法は、センサを提供する工程と、センサと光触媒を関連付ける工程と、光源で光触媒を活性化させて、センサの汚染を防止する、および／またはセンサを汚染除去する工程とを含む。一態様では、光源は、日光または人工光源であり得る。別の態様では、光源は、センサの汚染防止および／または汚染除去のために、基本的には常時活動状態であり、あるいは選択された間隔で活性化されることもある。

前述の概要は例示のみであって、限定するようには少しも意図されていない。上記で説明された例示の態様、実施形態、および特徴に加えて、さらなる態様、実施形態、および特徴が、以下の詳細な説明を参照することによって明らかになるであろう。

本開示の一実施形態による、光化学触媒作用による有機材料の分解メカニズムを示す概略図である。本開示の一実施形態による、センサおよび光触媒を含むデバイスの例示的実施形態を示す図である。本開示の一実施形態による、センサ、光触媒、および光触媒を活性化させるように構成された光源を含むデバイスの例示的実施形態を示す図である。本開示の一実施形態による、センサ、光触媒、および光触媒を活性化させるように構成された内部の光源を含むデバイスの例示的実施形態を示す図である。

以下の詳細な説明では、本明細書の一部分を形成する添付図面が参照される。図面では、文脈が別様に規定しない限り、類似の符号は一般に類似の構成要素を識別する。発明を実施するための形態、図面、および特許請求の範囲において説明される例示的実施形態は、限定することを意味するものではない。本明細書で示された主題の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用され得、また他の変更がなされ得る。本明細書で全般的に説明され、図面で示された本開示の態様は、構成され、置換され、組み合わされ、分離され、かつ多種多様な別々の構成に設計され得、それらのすべてが本明細書で明確に企図されていることが容易に理解されよう。

センサを、汚す、汚染する、またはその性能を劣化させる可能性がある有機汚染物質を分解するためのデバイスおよび方法が開示される。水質、大気質、土壌水分量、土中または水中の塩分、工業プロセスなどの監視を目的として、いくつかの環境にセンサが配置され得る。しかし、監視する環境には、短期または長期にわたってセンサを汚す可能性がある、さまざまな汚染物質が含まれ得る。本明細書で開示されるデバイスは、センサの汚染を防止する、および／またはセンサの汚染除去を促進するために、多くの種類の汚染物質を分解するように光源と相互作用することができるセンサと関連付けられた光触媒を含む。

Ｉ．光触媒を含むデバイス
一実施形態では、デバイスが開示される。このデバイスは、センサと、このセンサに関連付けられた光触媒とを含む。水質、大気質、土壌水分量、土中または水中の塩分、温度などであるが、それらに限定されない特性の監視を目的とした、さまざまなセンサが知られている。そのため、一態様では、センサは、温度、ｐＨ、導電率、誘電率、塩度、混濁度、総懸濁固体量（ＴＳＳ）、総溶解固形物（ＴＤＳ）、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）、および化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の１つまたは複数を検出する、および／または監視するように構成されてよい。センサは、アンモニウム、バリウム、ブロマイド、カドミウム、カルシウム、塩化物、銅、シアニド、フッ化物、沃化物、鉛、水銀、硝酸塩、亜硝酸塩、過塩素酸塩、カリウム、ナトリウム、銀、硫化物、硫化物、チオシアン酸塩、硫酸塩、酸化還元電位（ＯＲＰ）、溶存酸素（ＤＯ）などの１つまたは複数を監視／検出するように構成することもできる。

多くのセンサは、環境の選択された特性の監視を目的として構成された電極に基づくものである。例えば、センサはセンサを囲む媒体（すなわち土）の導電率および／または誘電率の測定に基づく、塩度、土壌の水分などの監視用の市場で利用可能である。水の誘電率は、約８０とかなり高い。それと対照的に、土などの材料の誘電率は、一般に約４でしかない。したがって、土の含水量の変化が、センサによって監視することができる誘電率の相対的に大きな変化を引き起こし得ることを理解することができる。

別の一般的なタイプの電極にｐＨ電極がある。最も頻繁に使用されるｐＨ電極はガラス電極である。一般的なｐＨ電極には、終端に小さなガラス気泡を有するガラス管と、管の中の銀／塩化銀電極とが含まれる。電極の管は、通常、塩化物の緩衝液で満たされ、その中に銀の電極が沈められている。

電極の活性部分はガラス気泡である。ガラス気泡の表面は、内部の溶液および外部の溶液によってプロトン化され、このことが、一般に帯電差をもたらし、これが測定されてｐＨ測定値に変換される。市販されているｐＨ電極のほとんどは、１つの容器の中に、Ｈ＋イオンに感応するガラスの電極および追加の基準電極を含んでいる、いわゆる「組合せ電極」である。

アンモニウム、バリウム、ブロマイド、カドミウム、カルシウム、塩化物、銅、シアニド、フッ化物、沃化物、鉛、水銀、硝酸塩、亜硝酸塩、過塩素酸塩、カリウム、ナトリウム、銀、硫化物、硫化物、チオシアン酸塩、硫酸塩、酸化還元電位（ＯＲＰ）、溶存酸素（ＤＯ）などの１つまたは複数を検出するように構成されたイオン選択電極は、ｐＨ電極と同様に機能する。イオン選択性電極では、ガラス球は、一般にイオン特異的膜で置換される。特定のイオンとイオン選択膜との相互作用によって電位差が生じ、検出されて、検査中のイオンに関する濃度測定値に変換され得る。イオン選択電極は、通常はリアルタイムベースで水溶液のイオン濃度を測定しなければならない生化学および生物物理学の研究に用いられる。

さまざまなセンサは、混濁度、総懸濁固体量（ＴＳＳ）、総溶解固形物（ＴＤＳ）、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）、および化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の監視するための市場でも利用可能である。水監視の技法およびセンサのさらなる議論は、「ＳｔａｎｄａｒｄＭｅｔｈｏｄｓｆｏｒｔｈｅＥｘａｍｉｎａｔｉｏｎｏｆＷａｔｅｒａｎｄＷａｓｔｅｗａｔｅｒ」（第２０版）、Ｃｌｅｓｃｅｒｌ、ＬｅｏｎｏｒｅＳ．（編集者）、Ｇｒｅｅｎｂｅｒｇ、ＡｒｎｏｌｄＥ．（編集者）、Ｅａｔｏｎ、ＡｎｄｒｅｗＤ．（編集者）、ＡｍｅｒｉｃａｎＰｕｂｌｉｃＨｅａｌｔｈＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ、Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．、ＩＳＢＮ０−８７５５３−２３５−７に見いだすことができ、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

一実施形態では、本明細書に開示されたデバイスは、試験可能な媒体などであるが、それらに限定されない媒体に挿入するように構成される。試験可能な媒体の適切な例には、固体、多孔質媒体、液体、ガス、およびそれらの組合せが含まれる。試験可能な媒体のさらなる適切な例には、土、水、または空気の少なくとも１つが含まれる。一実施形態では、本明細書に説明されたセンサは、試験可能な媒体の長期監視用に設置することができる。例えば、本明細書に開示されたセンサデバイスは、水質の長期監視のために水に沈める(submerge)ように構成されてよい。

本明細書に説明されたセンサのどの１つも、試験可能な媒体を監視する間に、多くの潜在的な汚染物質によって汚される可能性がある。センサを汚す可能性がある潜在的な汚染物質の適切な例は、有機化合物、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、有機金属化合物、すす、有機物、細菌、藻類、水生生物の卵、プランクトンの幼生およびそれらの組合せを含むが、それらに限定されない。例えば、有機化合物、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、有機金属化合物、すす、有機物のどれか１つ、またはそれらの組合せが、センサの表面に集まってセンサの性能を劣化させる可能性がある。細菌、藻類、水生生物の卵、プランクトンの幼生などであるが、それらに限定されない生物が、同様にセンサ上に定着し、またはセンサの表面で繁殖することがあり、センサの性能を劣化させる可能性がある。

このデバイスに関連付けられ得る光触媒の適切な例は、ＴｉＯ_２、ｖｉｓ−ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２／ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯＮ、ＴｉＯＮ／ＰｄＯ、ＴｉＯ_２／ＷＯ_３、Ｐｄ−ＷＯ_３、ＣｕＯ−ＷＯ_３、Ｐｔ−ＷＯ_３、ＮａＴａＯ_３、ＴｉＯ_２−ｘＮ_ｘ、およびそれらの組合せを含むが、それらに限定されない。

光触媒が十分なエネルギーを有する光の光子を吸収すると、電子が励起され得る。結果として生じる「正孔／電子」対は、極めて反応性に富み、有機材料を劣化させる可能性があるさまざまな反応に結合され得る。この現象が、図１に概略的に示されている。

図１は、エネルギーｈνを有する光子１１２によって照射されている光触媒粒子１００を示す。光子１１２が光触媒１００に吸収されると、電子は、価電子帯１２０ａからバンドギャップ１１８を越えて伝導帯１２０ｂへと励起される。これによって、伝導帯１２０ｂにはマイナスに帯電した電子１１６が生成され、価電子帯１２０ａにはプラスに帯電した正孔１１４が生成される。正孔１１４は、強力な酸化体である。例えば、正孔１１４は、水を酸化させてヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）１２２を生成し得る。ヒドロキシルラジカルは、酸素と反応してスーパーオキシドアニオン（Ｏ_２ ⁻）１２４を形成し得る。ヒドロキシルラジカル１２２およびスーパーオキシドアニオン１２４は、さまざまな有機材料１２６を分解してＨ_２ＯおよびＣＯ_２の１２８を生成し得る。正孔１１４は、有機材料１２６を直接酸化させることもできる。光触媒は、ガラスなどであるが、これに限定されないものの表面の親水性を大幅に向上させることも知られており、これにより、水だけの運動で、表面を汚染物質がない清浄な状態に保つことができる。さらに、この現象の議論は、「Ｐｈｏｔｏｏｘｉｄａｔｉｖｅｓｅｌｆ−ｃｌｅａｎｉｎｇｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅｆｉｌｍｓｏｎｇｌａｓｓ」、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈ１０（１１）１９９５年２８４２〜２８４８ページ、Ｐａｚ，Ｙ．ら、および「Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｐｈｏｔｏｉｎｄｕｃｅｄｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃｉｔｙｏｆｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅｃｏａｔｅｄｇｌａｓｓ」、ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ３５１（１〜２）１９９９年２６０〜２６３ページ、Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｔ．ら、に見いだすことができ、それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる。そのため、光触媒は、有機材料によってセンサが汚れるのを、防止する、または元に戻すために用いることができる。

本明細書に開示されたデバイスおよび方法と共に用いることができる光触媒の例の１つには、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）がある。本明細書に論じられた光触媒のうち、ＴｉＯ_２は、最も一般的で最もよく知られているものである。ＴｉＯ_２は、チタンの自然発生の酸化物である。ＴｉＯ_２は、塗料から、日焼け止め、食品着色剤まで、その広範な用途で注目に値する。

ＴｉＯ_２にはルチル、板チタン石、および鋭錐石の３つの一般的な結晶形がある。ルチルおよび鋭錐石の形態のＴｉＯ_２は、光触媒的に活性があることが知られていて、２つうち、鋭錐石の形態が、より活性がある。ＴｉＯ_２の鋭錐石の形態は、約３８８ｎｍ以下の波長を有する紫外（ＵＶ）光によって活性化される。最近、二酸化チタンに窒素イオンを加えたもの、または三酸化タングステンのような金属酸化物をドープしたもの（本明細書では一般にｖｉｓ−ＴｉＯ_２と称される）も、可視光またはＵＶ光の下で光触媒になることが判明している。

ＴｉＯ_２が光を吸収すると、有機材料と反応して分解することができる反応種を生成する。したがって、二酸化チタンは、殺菌、脱臭、防汚の特性ために、塗料、セメント、窓、タイル、または他の製品に付加され、加水分解触媒として用いられる。ＴｉＯ_２の光化学触媒作用の特性およびその準備の方法のさらなる議論が、例えば、米国特許第６，５７６，５８９号、および「Ａｌｏｗ−ｃｏｓｔ，ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｓｏｌａｒｃｅｌｌｂａｓｅｄｏｎｄｙｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄｃｏｌｌｏｉｄａｌＴｉＯ_２ｆｉｌｍｓ」、Ｎａｔｕｒｅ３５３（６３４６）１９９１年７３７〜７４０ページ、Ｏ’Ｒｅｇａｎ，Ｂ．ら、に見いだすことができ、それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

本明細書に論じられたデバイスおよび方法と共に用いることができるさらなる光触媒は、ｖｉｓ−ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２／ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯＮ、ＴｉＯＮ／ＰｄＯ、ＴｉＯ_２／ＷＯ_３、Ｐｄ−ＷＯ_３、ＣｕＯ−ＷＯ_３、Ｐｔ−ＷＯ_３、ＮａＴａＯ_３、ＴｉＯ_２−ｘＮ_ｘ、およびそれらの組合せを含むが、それらに限定されない。ＴｉＯ_２とは対照的に、これらの光触媒の多くは、さまざまな波長（すなわち約３８０ｎｍから約８００ｎｍの波長）の可視光で活性化され得て、このことは、利用可能な自然のＵＶ光がほとんどない状況では有利であり得る。さらに、可視光を生成する人工光源は、一般に、ＵＶを生成するように設計された光源ほど特化されておらず、一般に消費エネルギーがより少ない。

例えば、ＴｉＯ_２−ｘＮ_ｘは、ＴｉＯ_２の中の酸素のいくらかが窒素原子によって置換された光触媒である。ＴｉＯ_２−ｘＮ_ｘは、約５００ｎｍ未満の波長の光によって活性化され、太陽の照射エネルギー（すなわち約４６０ｎｍ）の主なピークが対象になるので、広範な用途が見込まれる。さらに、最近開発された約３９０ｎｍから４２０ｎｍのピーク放射波長を有する発光窒化インジウムガリウムダイオードを含む、この範囲を対象にする優れた人工光源がある。ＴｉＯ_２−ｘＮ_ｘのさらなる議論は、米国特許出願公開第２０１０／００４４６３０号、および「ＨｉｇｈｌｙＥｆｆｉｃｉｅｎｔＦｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＶｉｓｉｂｌｅＬｉｇｈｔＴｕｎａｂｌｅＴｉＯ_２−ｘＮ_ｘＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓａｎｄＴｈｅｉｒＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎａｔｔｈｅＮａｎｏｓｃａｌｅ」、ＪａｍｅｓＬ．Ｇｏｌｅ、および、ＪｏｈｎＤ．Ｓｔｏｕｔ、ＣｌｅｍｅｎｓＢｕｒｄａ、ＹｏｎｇｂｉｎｇＬｏｕ、および、ＸｉａｏｂｏＣｈｅｎ、ＴｈｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙＢ２００４１０８（４）、１２３０〜１２４０ページに見いだすことができ、それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

可視光ＴｉＯ_２（ｖｉｓ−ＴｉＯ_２）は、触媒がどのように準備されているかということ次第で、約５００ｎｍから約６００ｎｍの波長を有する光によって活性化することができる。ｖｉｓ−ＴｉＯ_２のさらなる議論は、「ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＶｉｓｉｂｌｅＬｉｇｈｔ−ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅＴｉＯ_２ＴｈｉｎＦｉｌｍＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓｂｙａｎＲＦＭａｇｎｅｔｒｏｎＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄａｎｄＴｈｅｉｒＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＲｅａｃｔｉｖｉｔｙ」、ＭａｓａａｋｉＫｉｔａｎｏ、ＭａｓａｔｏＴａｋｅｕｃｈｉ、ＭａｓａｙａＭａｔｓｕｏｋａ、ＪｏｈｎＭ．Ｔｈｏｍａｓ、およびＭａｓａｋａｚｕＡｎｐｏ、ＣｈｅｍｉｓｔｒｙＬｅｔｔｅｒｓ３４巻、Ｎｏ．４（２００５年）、および「ＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＷａｔｅｒＳｐｌｉｔｔｉｎｇｏｎＶｉｓｉｂｌｅＬｉｇｈｔ−ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅＴｉＯ_２ＴｈｉｎＦｉｌｍｓＰｒｅｐａｒｅｄｂｙａＲＦＭａｇｎｅｔｒｏｎＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄ」、Ｍ．Ｍａｔｓｕｏｋａ、Ｍ．Ｋｉｔａｎｏ、Ｍ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ、Ｍ．ＡｎｐｏおよびＪ．Ｍ．Ｔｈｏｍａｓ、ＴｏｐｉｃｓｉｎＣａｔａｌｙｓｉｓ、３５巻、Ｎｕｍｂｅｒｓ３〜４、２００５年７月、３０５〜３１０ページに見いだすことができ、それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

ＳｎＯ_２／ＴｉＯ_２の吸収特性は、ＳｎＯ_２がＴｉＯ_２の励起状態を安定化することを除けばＴｉＯ_２のものに類似であり、この混合材料は、単独のＴｉＯ_２より触媒現象的に活性がある。ＳｎＯ_２／ＴｉＯ_２のさらなる議論は、「ＴｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｃｏｕｐｌｅｄＳｎＯ_２／ＴｉＯ_２ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｂｙｂａｌｌｍｉｌｌｉｎｇ」、ＣｈｅｎＳｈｉｆｕ、ＣｈｅｎＬｅｉ、ＧａｏＳｈｅｎ、ＣａｏＧｅｎｇｙｕ、ＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ、９８巻、１号、２００６年７月１日、１１６〜１２０ページに見いだすことができ、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

ＳｎＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３の吸収特性は、ＴｉＯ_２のものに類似である。また、ＳｎＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３の挙動は、混合材料がいずれかの単独の成分より光化学的に活性があるという点でＳｎＯ_２／ＴｉＯ_２の挙動に類似である。ＳｎＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３のさらなる議論は、「ＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｉｎＵＶ−ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄｔｉｎｄｉｏｘｏｄｅ／ａｌｕｍｉｎｕｍｏｘｉｄｅｓｙｓｔｅｍｉｎａｑｕｅｏｕｓ４−ｎｉｔｒｏｐｈｅｎｏｌ」、Ｃｈａｏ−ＹｉｎＫｕｏ、ＲｅａｃｔｉｏｎＫｉｎｅｔｉｃｓａｎｄＣａｔａｌｙｓｉｓＬｅｔｔｅｒｓ、９２巻、Ｎｕｍｂｅｒ２／２００７年１２月、３３７〜３４３ページに見いだすことができ、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

ＴｉＯＮは、約４００ｎｍから約８００ｎｍの波長を有する可視光によって活性化されて、真の可視光の光触媒になり得る。ＴｉＯＮのさらなる議論は、「ＥｎｈａｎｃｅｄＶｉｓｉｂｌｅ−Ｌｉｇｈｔ−ＩｎｄｕｃｅｄＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＤｉｓｉｎｆｅｃｔｉｏｎｏｆＥ．ｃｏｌｉｂｙＣａｒｂｏｎ−ＳｅｎｓｉｔｉｚｅｄＮｉｔｒｏｇｅｎ−ＤｏｐｅｄＴｉｔａｎｉｕｍＯｘｉｄｅ」、ＱｉＬｉ、ＲｏｎｇｃａｉＸｉｅ、ＹｉｎＷａｉＬｉ、ＥｒｉｃＡ．Ｍｉｎｔｚ、および、ＪｉａｎＫｕＳｈａｎｇ、ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００７年４１（１４）、５０５０〜５０５６ページに見いだすことができ、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

同様に、ＴｉＯＮ／ＰｄＯは、約４００ｎｍから約８００の波長を有する可視光によって活性化されて、真の可視光の光触媒になり得る。ＴｉＯＮ／ＰｄＯのさらなる議論は、「Ｖｉｓｉｂｌｅ−ｌｉｇｈｔ−ｉｎｄｕｃｅｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｉｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎｏｆｂａｃｔｅｒｉａｂｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓｏｆｐａｌｌａｄｉｕｍｏｘｉｄｅａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎ−ｄｏｐｅｄｔｉｔａｎｉｕｍｏｘｉｄｅ」、ＰｉｎｇｇｕｉＷｕ、ＲｏｎｇｃａｉＸｉｅ、ＪａｍｅｓＡ．Ｉｍｌａｙ、ＪｉａｎＫｕＳｈａｎｇ、ＡｐｐｌｉｅｄＣａｔａｌｙｓｉｓＢ：Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ、８８巻、３〜４号、２００９年５月２０日、５７６〜５８１ページ、およびＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＩｌｌｉｎｏｉｓａｔＵｒｂａｎａ−Ｃｈａｍｐａｉｎ（２０１０年１月２０日）「Ｎｅｗｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｋｉｌｌｓｂａｃｔｅｒｉａ，ｅｖｅｎａｆｔｅｒｌｉｇｈｔｔｕｒｎｅｄｏｆｆ」、ＳｃｉｅｎｃｅＤａｉｌｙ（ＳｃｉｅｎｃｅＤａｉｌｙのウェブサイトにオンラインで公開されている）に見いだすことができ、それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

ＴｉＯ_２／ＷＯ_３、Ｐｄ−ＷＯ_３、ＣｕＯ−ＷＯ_３、Ｐｔ−ＷＯ_３は約４００ｎｍから約８００ｎｍの波長の光によって活性化することができる。ＴｉＯ_２／ＷＯ_３およびＰｄ−ＷＯ_３、ＣｕＯ−ＷＯ_３、Ｐｔ−ＷＯ_３のさらなる議論は、特開２００９−６１４２６、「ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａＶｉｓｉｂｌｅＬｉｇｈｔＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｕｓｉｎｇＴｕｎｇｓｔｅｎＯｘｉｄｅｕｎｄｅｒＩｎｄｏｏｒＬｉｇｈｔｉｎｇ，Ｃｏｍｐｌｅｔｅｏｘｉｄａｔｉｖｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｖａｒｉｏｕｓｖｏｌａｔｉｌｅｏｒｇａｎｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓｕｎｄｅｒｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔ」（ＮａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＡＩＳＴ）（産業技術総合研究所）のウェブサイトにオンラインで公開されている）および「ＳｕｃｃｅｓｓｆｕｌＳｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＴｕｎｇｓｔｅｎＯｘｉｄｅＮａｎｏｔｕｂｅｓｂｙａＳｉｍｐｌｅＭｅｔｈｏｄ，Ｅｘｐｅｃｔｅｄｔｏｂｅｕｓｅｄａｓａｖｉｓｉｂｌｅ−ｌｉｇｈｔ−ｄｒｉｖｅｎｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｆｏｒｉｎｄｏｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（ＡＩＳＴのウェブサイトにオンラインで公開されている）に見いだすことができ、それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

ＮａＴａＯ_３は、約２５０ｎｍから約３００ｎｍの波長の光によって活性化することができる。ＮａＴａＯ_３のさらなる議論は、「Ｅｆｆｅｃｔｏｆｌａｎｔｈａｎｉｄｅ−ｄｏｐｉｎｇｉｎｔｏＮａＴａＯ_３ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓｆｏｒｅｆｆｉｃｉｅｎｔｗａｔｅｒｓｐｌｉｔｔｉｎｇ」、ＡｋｉｈｉｋｏＫｕｄｏ、ＨｉｄｅｋｉＫａｔｏ、ＣｈｅｍｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ、３３１巻、５〜６号、２０００年１２月８日、３７３〜３７７ページ、「ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＮａＴａＯ_３ｂｙＳｐｒａｙＰｙｒｏｌｙｓｉｓａｎｄＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＡｐｐａｒｅｎｔＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＡｃｔｉｖｉｔｙｆｏｒＨｙｄｒｏｇｅｎＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎｆｒｏｍＷａｔｅｒ」、ＨｙｕｎＷｏｏＫａｎｇ、Ｅｕｎ−ＪｕｎｇＫｉｍ、およびＳｅｕｎｇＢｉｎＰａｒｋ、ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｏｔｏｅｎｅｒｇｙ、２００８巻（２００８年）、論文照会番号５１９６４３、ページ数８に見いだすことができ、それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

一実施形態では、光触媒が塗布されるセンサの表面は、ホウ珪酸ガラス、ソーダガラス、または石英などであるがそれらに限定されないガラス材料、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、およびさまざまな合金などであるがそれらに限定されない金属材料、ならびにポリカーボネート、ポリスチレン、ナイロン、およびポリエチレンなどであるがそれらに限定されないプラスチック材料から形成することができる。光触媒は、当技術分野で知られている任意の通常の技法により、センサまたはセンサの上にあるカバーの表面に塗布することができる。通常の技法は、化学的気相成長法、噴霧コーティング、スパッタリング、およびゾル−ゲル法を含むが、それらに限定されない。さらに、これらの堆積技法の議論は、「ＳｐｅｃｔｒａｌａｎｄＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＴｉＯ_２ＣＶＤＦｉｌｍｓｏｎＱｕａｒｔｚ」、Ｍｉｌｌｓら、Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍ．Ｐｈｏｔｏｂｉｏｌ．Ｓｃｉ．、２００２年、１、８６５〜８６８ページ、「ＮａｎｏｓｉｚｅｄＴｉＯ_２ＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔＰｏｗｄｅｒｖｉａＳｏｌ−ＧｅｌＭｅｔｈｏｄ：ＥｆｆｅｃｔｏｆＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓＤｅｇｒｅｅｏｎＰｏｗｄｅｒＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」、Ｈａｆｉｚａｈら、ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｏｔｏｅｎｅｒｇｙ、２００９巻、論文照会番号９６２７８３、ページ数８、「ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＶｉｓｉｂｌｅＬｉｇｈｔ−ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅＴｉＯ_２ＴｈｉｎＦｉｌｍＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓｂｙａｎＲＦＭａｇｎｅｔｒｏｎＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄａｎｄＴｈｅｉｒＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＲｅａｃｔｉｖｉｔｙ」、Ｋｉｔａｎｏら、ＣｈｅｍｉｓｔｒｙＬｅｔｔｅｒｓ（２００５年）３４巻、６１６〜６１７ページ、「ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＮａＴａＯ_３ｂｙＳｐｒａｙＰｙｒｏｌｙｓｉｓａｎｄＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＡｐｐａｒｅｎｔＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＡｃｔｉｖｉｔｙｆｏｒＨｙｄｒｏｇｅｎＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎｆｒｏｍＷａｔｅｒ」、Ｋａｎｇら、ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｏｔｏｅｎｅｒｇｙ、２００８巻、論文照会番号５１９６４３、ページ数８に見いだすことができ、それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

いくつかの例では、光触媒は、その光触媒が付加される基板と反応することが知られている。例えば、表面に定着した有機材料を光触媒が分解することを可能にする反応種（例えばヒドロキシルラジカル）は、（例えばプラスチックの）表面が反応種による攻撃の影響を受けやすい材料を含んでいると、表面も分解し得る。一実施形態では、影響を受けやすい基板の、光触媒に誘起される分解は、光触媒が直接基板と接触しないようにする保護層を含めることによって防止することができる。例えば、保護層として燐灰石を用いることができる。別の実施形態では、光触媒を保護層の内部に封入する(encapsulate)ことができる。さらに、これらの技法の議論は、特開２００８−０８８４３６および米国特許第６，２１７，９９９号に見いだすことができ、それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

次に図２を参照すると、センサおよび光触媒を含むデバイス２００の例示的実施形態が示されている。デバイス２００は、センサ部分２２０およびセンサ部分２２０上の光触媒層２５０を含む。図２に示されるように、デバイス２００は、任意に、センサ部分２２０と関連付けられたさまざまな電子部品を収容するように構成され得る容器２３０を含んでよい。別の実施形態（図示せず）では、センサ部分２２０は、デバイスを動作させるのに必要とされるさまざまな電子部品をすべて含むように構成されてよい。これも図２に示されるように、デバイス２００は、任意に、デバイス２００に電力を供給する、および／またはデバイス２００との間でデータを伝送するように構成され得る電気的接続２４０を含んでよい。さらなる実施形態（図示せず）では、デバイス２００は、バッテリーまたは太陽電池によって給電されてよい。さらに、デバイス２００は、電源にかかわらず、データを無線で送受するように構成されてよい。

上記で詳細に論じられたように、センサ部分２２０は、温度、ｐＨ、１つまたは複数の選択されたイオン（例えばナトリウム、硝酸塩、亜硝酸塩など）、導電率、誘電率、塩度、混濁度、総懸濁固体量（ＴＳＳ）、総溶解固形物（ＴＤＳ）、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）、および化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の１つまたは複数を検出する、および／または監視するように構成されてよい。

上記で詳細に論じられたように、デバイス２００上の光触媒層２５０は、光と相互作用して、センサ部分２２０の汚染を防止する、またはセンサ部分２２０を汚染除去することができる。このことは、入射する光子２６０によって概略的に示されている。図１に関して詳細に説明されたように、光子２６０は、光触媒２５０と相互作用して、分解されなければセンサ部分２２０を汚す可能性があるさまざまな有機的汚染物質を分解し得る反応種を生成することができる。光触媒層２５０が、センサ部分２２０を塞がないように塗布される限り、光触媒層２５０がデバイス２００の機能を妨害することは予期されない。しかし、いくつかの例では、分解の生成物がいくつかの測定を妨害する可能性がある。例えば、ＣＯ_２は、ｐＨ測定を妨害する可能性がある。そのような場合、測定の間中、（例えば光源２６０を阻止することにより）汚染除去システムを失活させる必要性があり得る。光源２６０が日光の場合には、測定が夜間に行なわれ得る。

基本的に、任意の適切な光源は光子源２６０であり得る。例えば、デバイス２００に周辺光が当たる環境では、光子源２６０は、日光および／または蛍光灯もしくは白熱照明などの屋内照明などであるが、それらに限定されない人工の光源でよい。日光は、基本的には、本明細書に論じられた光触媒のうちのいかなるものでも刺激するのに必要とされるすべての波長を含んでいるが、ほとんどの人工照明は、可視スペクトル（すなわち約４００ｎｍから約８００ｎｍ）に限られている。しかし、人工光源は、基本的には、本明細書に論じられた光触媒のあらゆるものの刺激を目的として提供することができる。

地下、深い水中、実質的に不透明な媒体（例えば懸濁された固体の割合が大きい水）の中、および閉じた環境（例えばパイプの内部）など、センサが周辺光に露出されない環境では、デバイスがそれ自体の光源を含んでよい。このことは、図３および図４に示されている。

図３は、デバイス３００の別の実施形態を示す。デバイス３００は、センサ部分３２０、容器３３０、およびセンサ部分３２０上の光触媒層３５０を含む。これも図３に示されるように、デバイス３００は、任意に、デバイス３００に電力を供給する、および／またはデバイス３００との間でデータを伝送するように構成され得る電気的接続３４０を含んでよい。さらなる実施形態（図示せず）では、デバイス３００は、バッテリーまたは太陽電池によって給電されてよい。さらに、デバイス３００も、電源にかかわらず、データを無線で送受するように構成されてよい。

図３に示されるように、デバイス３００は、光触媒３５０を刺激することができる光子３６０を発するように構成され得る光源３３５をさらに含む。図示の実施形態では、光源３３５は、任意の光触媒３５０ａの層を含む。いくつかの実施形態では、センサ部分３２０を汚す恐れのある有機的汚染物質と同じ有機的汚染物質によって光源３３５が覆われるのを防止するために、光源３３５上に光触媒３５０ａが含まれてよい。図示の実施形態では、光源は容器の中にある。しかし、光源３３５は、基本的にはデバイス３００の任意の部分と関連付けられ得ることが理解されよう。さらに、光源３３５は、デバイス３００から分離可能になり得る、および／または容器３３０上に止めるなどしてデバイス３００上に後付けされる(retrofit)ように構成され得る。

光源３３５の中に含むことができる照明の適切な例は、ランプ（例えば白熱灯、蛍光灯、ガス放電ランプなど）、レーザー、ＬＥＤ、およびそれらの組合せを含むが、それらに限定されない。光源３３５は、基本的には任意の波長の光を発するように構成することができる。例えば、光源３３５は、約１５０ｎｍから約８００ｎｍの範囲内の１つまたは複数の波長を発するように選択するか、または構成することができる。より具体的な例では、光源３３５は、約３３０ｎｍから約４２０ｎｍ、約３５０ｎｍから約４００ｎｍ、約３８０ｎｍから約５００ｎｍ、または約３９０ｎｍから約４２０ｎｍの範囲内の１つまたは複数の波長を発するように選択するか、または構成することができる。

次に図４を参照すると、内部光源４３５を含むデバイス４００の例示的実施形態が示されている。デバイス４００は、前述のように、標準的なイオン選択性のｐＨ電極でよく、センサ部分４２０は、アウタチューブ／本体４２８の中に収容された内部電極４２２を含む。デバイス４００は、光触媒４５０でコーティングされたアウタチューブ／本体４２８を含む。アウタチューブ４２８は、電極部分４２０、内部電極４２２、内部電極溶液４２６、および内部電極がアウタチューブ４２８の外部環境を感知することを可能にする接合４２４（例えばガラスフリット）を含む。例えば、接合４２４により、内部溶液４２６は、電極の外部の溶液と、部分的にまたは完全に平衡することが可能になる。示されるように、光源からの光（例えば光子４６０）は、アウタチューブの内部で反射されて、汚染物質を分解するための光触媒４５０を刺激するのに十分な光をセンサ部分４２０に供給する。

アウタチューブ４２８は、光源からの光４６０を、チューブ４２８の内部から光触媒４５０に伝達することができる任意の適切な材料から作製することができる。アウタチューブを作製することができる材料の適切な例は、ガラス、プラスチックなどを含むが、それらに限定されない。

一実施形態では、アウタチューブ４２８はデバイス４００に一体化されて(integral to)よい。別の実施形態では、アウタチューブ４２８は、デバイス４００に後付けすることができる。

ＩＩ．センサを汚染除去する方法
一実施形態では、センサの汚染を除去する方法が開示される。この方法は、センサを提供する工程と、センサと光触媒を関連付ける工程と、光源で光触媒を活性化させて、センサの汚染を防止する、および／またはセンサを汚染除去する工程とを含む。一態様では、光源は、日光または人工光源であり得る。別の態様では、光源は、センサの汚染防止および／または汚染除去のために、基本的には常時活動状態であり、あるいは選択された間隔で活性化されることもある。さらに別の態様では、光は、狭域スペクトルの波長または広域スペクトルの波長を有することができる。

一実施形態では、提供されるセンサは、水質、大気質、土壌水分量、土中または水中の塩分、温度などの１つまたは複数の感知用または検出用に構成される。そのため、一態様では、センサは、温度、ｐＨ、導電率、誘電率、塩度、混濁度、総懸濁固体量（ＴＳＳ）、総溶解固形物（ＴＤＳ）、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）、および化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の１つまたは複数を検出する、および／または監視するように構成されてよい。センサは、アンモニウム、バリウム、ブロマイド、カドミウム、カルシウム、塩化物、銅、シアニド、フッ化物、沃化物、鉛、水銀、硝酸塩、亜硝酸塩、過塩素酸塩、カリウム、ナトリウム、銀、硫化物、硫化物、チオシアン酸塩、硫酸塩、酸化還元電位（ＯＲＰ）、溶存酸素（ＤＯ）などの１つまたは複数を監視／検出するようにも構成することができる。

本明細書に説明されたセンサのどれも、試験可能な媒体を監視する間に、いくつかの潜在的な汚染物質によって汚される可能性がある。センサを汚す可能性がある潜在的な汚染物質の適切な例は、有機化合物、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、有機金属化合物、すす、有機物、細菌、藻類、水生生物の卵、プランクトンの幼生およびそれらの組合せを含むが、それらに限定されない。例えば、有機化合物、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、有機金属化合物、すす、有機物のどれか１つ、またはそれらの組合せが、センサの表面に集まってセンサの性能を劣化させる可能性がある。細菌、藻類、水生生物の卵、プランクトンの幼生などであるが、それらに限定されない生物が、同様にセンサ上に定着し、またはセンサの表面で繁殖することがあり、センサの性能を劣化させる可能性がある。

一実施形態では、この方法は、光触媒を活性化することができる波長の光を発するように構成された光源を提供する工程をさらに含むことができる。一実施形態では、提供される光源は、可視光、ＵＶ光、またはそれらの組合せを発する。一実施形態では、提供される光源は、自然光源（例えば日光）、またはランプ、レーザー、ＬＥＤ、およびそれらの組合せから成る群から選択された人工光源を含むことができる。

一実施形態では、光触媒をセンサに関連付ける工程は、噴霧コーティング、化学的気相成長法、ゾル−ゲル法、化学的気相成長法、およびスパッタコーティングなどの１つまたは複数を含む。

本開示は、本出願で説明された特定の例に関して限定されるものではない。本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく多くの修正および変更がなされ得ることが、当業者には明らかであろう。本明細書に列挙されたものに加えて、本開示の範囲内の機能的に等価な方法および装置は、前述の説明から当業者には明らかであろう。このような修正および変更は、添付の特許請求の範囲の範囲内にあるように意図されている。本開示は、添付の特許請求の範囲の各項に加えて、このような特許請求の範囲に権利を与えられる等価物の最大限の範囲によってのみ限定されるべきである。本開示が、特定の方法、試薬、化合物の組成または生物系（もちろん、これらはさまざまであり得る）に限定されないことを理解されたい。本明細書で用いられる用語は、特定の例を説明するだけのためであって、限定するようには意図されていないことも理解されたい。

本明細書における実質的にすべての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することができる。さまざまな単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。

通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう（例えば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｂｕｔｎｏｔｌｉｍｉｔｅｄｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇａｔｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓｂｕｔｉｓｎｏｔｌｉｍｉｔｅｄｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項の記載で具体的な数が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔｌｅａｓｔｏｎｅ）」および「１つまたは複数の（ｏｎｅｏｒｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む実施形態に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」は、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（例えば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。２つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅｏｆｔｈｅｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒｏｆｔｈｅｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。

また、本開示の特徴または態様がＭａｒｋｕｓｈｇｒｏｕｐに関して記述されている場合、本開示が、それによって、そのＭａｒｋｕｓｈｇｒｏｕｐの任意の個々の要素または要素の下位群に関しても記述されていることを当業者なら理解するであろう。

明細書の記載を提供するという点などのあらゆる目的のために、本明細書に開示された範囲は、すべてが、あらゆる可能な部分範囲およびその部分範囲の組合せも包含することが当業者には理解されよう。いかなる列挙された範囲も、同一の範囲が、少なくとも、等しい２分割、等しい３分割、等しい４分割、等しい５分割、等しい１０分割などに分解されるのを十分に説明し可能にすることが容易に認識され得る。限定的でない例として、本明細書で論じられた各範囲は、下部３分の１、中部３分の１および上部３分の１などに容易に分解することができる。「まで」、「少なくとも」、「より大きい」、「より小さい」などのすべての言語が、列挙された数を含み、上記で論じたように後に部分範囲に分解することができる範囲を指すことも当業者には理解されよう。最後に、範囲には個々の要素が含まれることが、当業者には理解されよう。したがって、例えば、１〜３個のセルを有する群は、１個、２個、または３個のセルを有する群を指す。同様に、１〜５個のセルを有する群は、１個、２個、３個、４個、または５個のセルを有する群を指し、以下同様である。

本明細書に用いられる用語「実質的に」は、大部分または高い度合いを意味するように用いられる。用語「実質的に」は、別の用語と共に、角度、形状、および状態などであるが、それらに限定されない、その用語の程度または度合いを説明するのに、しばしば用いられる。例えば、用語「実質的に垂直の」は、角度の測定において、ある程度の余地を示すのに用いられてよい。すなわち、「実質的に垂直の」角度は、９０°でよいが、４５°、６０°、６５°、７０°、７５°、８０°、８５°、９５°、１００°、１０５°、１１０°、１１５°、１２０°、１２５°、１３０°、または１３５°などの角度も「実質的に垂直である」と考えられてよい。同様に、「実質的に」は、言及された対象が円形のプロファイルまたは卵形のプロファイルを有し得ることを示すのに、例えば「実質的に円筒状の」など、形状の用語と共に用いられてよい。同様に、用語「実質的に閉まっている」などの状態を説明する用語は、あるものが、ほとんど閉まっている、または通常閉まっているが、１００％閉まっている、または常時閉まっているわけではないことを示すのに用いられてよい。

さまざまな態様および実施形態が本明細書に開示されてきたが、当業者には他の態様および実施形態が明らかであろう。したがって、本明細書に開示されたさまざまな態様および実施形態は、説明のためであって限定するようには意図されておらず、真の範囲および趣旨は、以下の特許請求の範囲によって示されている。

Claims

センサと、
前記センサに関連付けられた光触媒と
を備える(comprise)デバイス。
前記センサが、温度、ｐＨ、導電率、誘電率、塩度、混濁度、総懸濁固体量（ＴＳＳ）、総溶解固形物（ＴＤＳ）、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）、および化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の１つまたは複数を検出するように構成されている請求項１に記載のデバイス。
前記光触媒が、前記センサの汚染を防止する、および／または前記センサの汚染除去を促進する、および／または有機化合物、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、有機金属化合物、すす、有機物、細菌、藻類、水生生物の卵、プランクトンの幼生、およびそれらの組合せの１つまたは複数を分解するように構成されている請求項１に記載のデバイス。
前記光触媒が、ＴｉＯ_２、ｖｉｓ−ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２／ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯＮ、ＴｉＯＮ／ＰｄＯ、ＴｉＯ_２／ＷＯ_３、Ｐｄ−ＷＯ_３、ＣｕＯ−ＷＯ_３、Ｐｔ−ＷＯ_３、ＮａＴａＯ_３、ＴｉＯ_２−ｘＮ_ｘ、およびそれらの組合せから成る群から選択される請求項１に記載のデバイス。
前記光触媒が保護層を含む請求項４に記載のデバイス。
前記保護層が燐灰石を含む請求項５に記載のデバイス。
前記光触媒が、前記保護層に封入されている請求項５に記載のデバイス。
光源をさらに備える請求項１に記載のデバイス。
前記光源が日光である請求項８に記載のデバイス。
前記光源が人工光源である請求項８に記載のデバイス。
前記人工光源が、ランプ、レーザー、ＬＥＤ、およびそれらの組合せから成る群から選択される請求項１０に記載のデバイス。
前記人工光源が、前記デバイスの内部に密閉されている請求項１０に記載のデバイス。
前記人工光源が、カバーによって前記デバイスの内部に密閉されている請求項１２に記載のデバイス。
前記カバーが、ガラスまたはプラスチックの材料から製作される請求項１３に記載のデバイス。
前記光源が、ＵＶ光、可視光、またはそれらの組合せを発するように構成されている請求項８に記載のデバイス。
前記光源が、約１５０ｎｍから約８００ｎｍの範囲の波長の光を発するように構成されている請求項１５に記載のデバイス。
前記光源が、約３３０ｎｍから約４２０ｎｍの範囲の波長の光を発するように構成されている請求項１５に記載のデバイス。
前記光源が、約３５０ｎｍから約４００ｎｍの範囲の波長の光を発するように構成されている請求項１５に記載のデバイス。
前記光源が、約３８０ｎｍから約５００ｎｍの範囲の波長の光を発するように構成されている請求項１５に記載のデバイス。
前記光源が、約３９０ｎｍから約４２０ｎｍの範囲の波長の光を発するように構成されている請求項１５に記載のデバイス。
前記センサが、媒体の中に挿入するように構成されている請求項１に記載のデバイス。
前記媒体が試験可能な媒体である請求項２１に記載のデバイス。
前記試験可能な媒体が、固体、多孔性媒体、液体、またはガスのうち少なくとも１つを含む請求項２２に記載のデバイス。
前記試験可能な媒体が、土、水、または空気のうち少なくとも１つを含む請求項２２に記載のデバイス。
前記試験可能な媒体が水である請求項２２に記載のデバイス。
前記センサが、水質の長期監視のために、水の中に沈めるように構成されている請求項２５に記載のデバイス。
前記光触媒が、有機物、細菌、藻類、水生生物の卵、プランクトンの幼生、およびそれらの組合せの１つまたは複数による前記センサの汚染を防止するように構成されている請求項２６に記載のデバイス。
デバイスであって、
センサ部分を有するセンサと、
前記デバイスに関連付けられた光源と、
少なくとも前記センサ部分に関連付けられた光触媒であって、前記光源によって発せられた光と相互作用して、前記センサ部分の汚染を防止する、および／または前記センサ部分の汚染除去を促進するように構成されている光触媒と
を備えるデバイス。
前記センサ部分が、温度、ｐＨ、導電率、塩度、混濁度、総懸濁固体量（ＴＳＳ）、総溶解固形物（ＴＤＳ）、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）、および化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の１つまたは複数を検出するように構成されている請求項２８に記載のデバイス。
前記光触媒が、前記センサの汚染を防止する、および／または前記センサの汚染除去を促進する、および／または有機化合物、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、有機金属化合物、すす、有機物、細菌、藻類、水生生物の卵、プランクトンの幼生、およびそれらの組合せの１つまたは複数を分解するように構成されている請求項２８に記載のデバイス。
前記光触媒が、ＴｉＯ_２、ｖｉｓ−ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２／ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯＮ、ＴｉＯＮ／ＰｄＯ、ＴｉＯ_２／ＷＯ_３、Ｐｄ−ＷＯ_３、ＣｕＯ−ＷＯ_３、Ｐｔ−ＷＯ_３、ＮａＴａＯ_３、ＴｉＯ_２−ｘＮ_ｘ、およびそれらの組合せから成る群から選択される請求項２８に記載のデバイス。
前記センサ部分が、水質の長期監視のために、水の中に沈めるように構成されている請求項２８に記載のデバイス。
前記光触媒が、有機物、細菌、藻類、水生生物の卵、プランクトンの幼生、およびそれらの組合せの１つまたは複数によって引き起こされる前記センサ部分の汚染を防止する、および／または前記センサの汚染除去を促進するように構成されている請求項３２に記載のデバイス。
前記光源が、前記光触媒を活性化させるように選択された波長の光を発するように構成されている請求項２８に記載のデバイス。
前記光触媒を活性化するように選択された光の波長が、約１５０ｎｍから約８００ｎｍの範囲内にある請求項３４に記載のデバイス。
前記光触媒を活性化するように選択された光の波長が、約３３０ｎｍから約４２０ｎｍの範囲内にある請求項３４に記載のデバイス。
前記光触媒を活性化するように選択された光の波長が、約３５０ｎｍから約４００ｎｍの範囲内にある請求項３４に記載のデバイス。
前記光触媒を活性化するように選択された光の波長が、約３８０ｎｍから約５００ｎｍの範囲内にある請求項３４に記載のデバイス。
前記光触媒を活性化するように選択された光の波長が、約３９０ｎｍから約４２０ｎｍの範囲内にある請求項３４に記載のデバイス。
前記光源が、ＵＶ光、可視光、またはそれらの組合せを発するように構成されている請求項２８に記載のデバイス。
前記光源が、ランプ、レーザー、ＬＥＤ、およびそれらの組合せから成る群から選択される請求項４０に記載のデバイス。
前記センサ部分が、前記センサ部分を少なくとも部分的に密封するカバー部分に関連付けられる請求項２８に記載のデバイス。
前記カバー部分が、ＵＶ光、可視光、またはそれらの組合せに対して少なくとも部分的に透過性である請求項４２に記載のデバイス。
前記カバー部分が、ガラスまたはプラスチックの材料から製作される請求項４２に記載のデバイス。
前記カバー部分が、前記デバイスと一体である請求項４２に記載のデバイス。
前記カバー部分が、前記センサ部分に後付けされるように構成されている請求項４２に記載のデバイス。
センサを提供する工程と、
光触媒を前記センサに関連付ける工程と、
前記光触媒を光源で活性化して、前記センサの汚染を防止する、および／または前記センサを汚染除去する工程と
を含む方法。
前記センサが、温度、ｐＨ、導電率、塩度、混濁度、総懸濁固体量（ＴＳＳ）、総溶解固形物（ＴＤＳ）、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）、および化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の１つまたは複数を検出するように構成されている請求項４７に記載の方法。
前記光触媒が、ＴｉＯ_２、ｖｉｓ−ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２／ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯＮ、ＴｉＯＮ／ＰｄＯ、ＴｉＯ_２／ＷＯ_３、Ｐｄ−ＷＯ_３、ＣｕＯ−ＷＯ_３、Ｐｔ−ＷＯ_３、ＮａＴａＯ_３、ＴｉＯ_２−ｘＮ_ｘ、およびそれらの組合せから成る群から選択される請求項４７に記載の方法。
前記光触媒を活性化することができる波長の光を発するように構成された光源を提供する工程をさらに含む請求項４７に記載の方法。
前記光源が、ＵＶ光、可視光、またはそれらの組合せを発するように構成されている請求項５０に記載の方法。
前記センサが、前記センサを少なくとも部分的に密封するカバーに関連付けられる請求項４７に記載の方法。
前記カバーが、ＵＶ光、可視光、またはそれらの組合せに対して少なくとも部分的に透過性である請求項５２に記載の方法。
前記カバーが、ガラスまたはプラスチックの材料から成る請求項５２に記載の方法。
前記光源が、前記カバーの中に密閉されている請求項５２に記載の方法。
前記光源が、ランプ、レーザー、ＬＥＤ、およびそれらの組合せから成る群から選択される請求項４７に記載の方法。
前記光源が日光である請求項４７に記載の方法。
前記光触媒を前記センサに関連付ける工程が、噴霧コーティング、化学的気相成長法、ゾル−ゲル法、化学的気相成長法、およびスパッタコーティングの１つまたは複数を含む請求項４７に記載の方法。
前記センサ部分が、１つまたは複数の水質特性を感知するように構成されている請求項４７に記載の方法。
前記センサが、水質の長期監視のために、水の中に沈めるように構成されている請求項５９に記載の方法。
前記光触媒が、有機物、細菌、藻類、水生生物の卵、プランクトンの幼生、およびそれらの組合せの１つまたは複数による前記センサ部分の汚染を防止するように構成されている請求項６０に記載の方法。