JP2015206640A - Sealed space formation member, and system and method for measuring adsorption/desorption of water molecule using the same - Google Patents

Sealed space formation member, and system and method for measuring adsorption/desorption of water molecule using the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a space formation member capable of promptly supplying a sufficient amount of water molecules that reaches adsorption/desorption equilibrium between a sample and water molecules to the sample.SOLUTION: A sealed space formation member is used for a water molecule adsorption/desorption measurement system for measuring adsorption/desorption between a sample and water molecules included in a humidity control gas contacted with the sample and forms a sealed space including the sample. The sealed space formation member comprises: an introduction port for introducing the humidity control gas into the sealed space so as to blow the humidity control gas to a measurement area from a position facing to a measuring surface portion (a measurement area) of the sample; and an exhaust port for exhausting the humidity control gas in the sealed space to the outside of the sealed space.

Description

本発明は、試料と水分子との吸脱着を測定する水分子吸脱着システムに用いられる密閉空間形成部材に関する。例えば、RIfS(Reflectometric Interference Spectroscopy:反射干渉分光法)を利用する、試料と水分子の吸脱着を測定する水分子吸脱着測定システムに用いられる密閉空間形成部材、これを用いた水分子吸脱着測定システムおよび水分子吸脱着測定方法に関する。   The present invention relates to a sealed space forming member used in a water molecule adsorption / desorption system for measuring adsorption / desorption between a sample and water molecules. For example, a sealed space forming member used in a water molecule adsorption / desorption measurement system that measures adsorption / desorption of a sample and water molecules using RIFS (Reflectometric Interference Spectroscopy), and water molecule adsorption / desorption measurement using the same The present invention relates to a system and a water molecule adsorption / desorption measurement method.

含水率、吸水性、吸湿性、膨潤性、保湿性、濡れ性といった水が関係する物性は、高分子材料、生体材料等の保存安定性、機能性、環境安定性、細菌繁殖性、生体生着性あるいは寸度の安定性等に非常に重要な意味を持つ。   Water-related physical properties such as water content, water absorption, hygroscopicity, swelling, moisture retention, wettability are storage stability, functionality, environmental stability, bacterial reproduction, biological life of polymer materials and biological materials. It has very important meaning for stability of wearability or size.

従来、材料中の水を定量する手段として、乾燥状態と湿潤状態との質量の差分を水の量として測定したり、材料中に含まれる水を物理的、化学的に定量化する手段はあったものの、一定条件下でも常に存在量と存在位置が変動している水の吸脱着を捉えることはできていない。材料をより高度に設計したり、材料中の水のふるまいを正確に捉えるためには、高精度で短時間に微量な水分の吸脱着を定量することができる装置の開発が必要となる。   Conventionally, as a means for quantifying water in a material, there has been a means for measuring the difference in mass between a dry state and a wet state as the amount of water, or for quantifying the water contained in the material physically and chemically. However, the adsorption and desorption of water whose abundance and location are constantly changing even under certain conditions cannot be captured. In order to design materials more precisely and accurately grasp the behavior of water in materials, it is necessary to develop an apparatus that can quantify the adsorption and desorption of a small amount of moisture in a short time with high accuracy.

非特許文献1には、精密電子天秤を内包し、温度変化による測定誤差を防止するために一定温度に維持されているチャンバーと、該チャンバーの下方に設けられ、連通穴を介して前記精密電子天秤から垂下された試料皿を有するサンプルチャンバーと、該サンプルチャンバーの下方に設けられ水を貯留するリザーバと、前記サンプルチャンバー内に設けられた温度プローブおよび湿度プローブ、およびフロー調節手段によって構成される調湿手段を備えた、水吸脱着測定用の装置が開示されている。この装置では、試料の温度を一定にした状態でサンプルチャンバー内の湿度を変化させ、各湿度における試料に対する水分子の吸脱着の平衡状態で、精密電子天秤により試料の重さを計量し、水蒸気吸着等温線を求めることで試料への水分子の吸脱着の挙動を測定することができる。   Non-Patent Document 1 includes a precision electronic balance, a chamber maintained at a constant temperature in order to prevent measurement errors due to temperature changes, and the precision electronics provided below the chamber and through a communication hole. A sample chamber having a sample pan suspended from a balance, a reservoir provided under the sample chamber for storing water, a temperature probe and a humidity probe provided in the sample chamber, and flow control means An apparatus for water adsorption / desorption measurement provided with humidity control means is disclosed. In this device, the humidity in the sample chamber is changed with the temperature of the sample kept constant, and the sample is weighed by a precision electronic balance in the equilibrium state of adsorption and desorption of water molecules with respect to the sample at each humidity. By determining the adsorption isotherm, the adsorption / desorption behavior of water molecules to the sample can be measured.

しかしながら、非特許文献1の装置は、サンプルチャンバー内に試料皿を垂下して試料を計量する構成であるため、ガス供給は試料の測定に影響が出ないように試料皿に物理的な力が及ばない空間位置へ行われることとなる。そのため、水分子が試料に対して吸脱着する平衡に達する程度の十分な量の水分子を試料に対して迅速に供給することは困難である。   However, since the apparatus of Non-Patent Document 1 has a configuration in which the sample pan is suspended in the sample chamber and the sample is weighed, a physical force is applied to the sample pan so that the gas supply does not affect the measurement of the sample. It will be performed to a spatial position that does not reach. For this reason, it is difficult to quickly supply a sufficient amount of water molecules to the sample so as to reach an equilibrium in which the water molecules adsorb and desorb to the sample.

特許文献1および非特許文献2には、QCM(水晶振動子マイクロバランス)またはその改良法であるQCM−Dを利用して、センサー(水晶振動子)の表面に形成されている膜状の試料の吸湿性(膨潤性)等の物性を分析する方法が開示されている。QCMのセンサーは、水晶板の両面にそれぞれ形成された電極に交流電圧を印加して発振させ、その振動数と波長を計測するセンサーであり、一方の電極表面の試料に水分子が吸着するとその吸着量によって振動数が増加し、発振する波長も長波長側へとシフトする。   In Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, a film sample formed on the surface of a sensor (quartz crystal unit) using QCM (quartz crystal microbalance) or QCM-D which is an improved method thereof. Discloses a method for analyzing physical properties such as hygroscopicity (swellability). The QCM sensor is a sensor that oscillates by applying an alternating voltage to the electrodes formed on both sides of the quartz plate, and measures the frequency and wavelength. When water molecules are adsorbed to the sample on one electrode surface, The frequency increases with the amount of adsorption, and the oscillating wavelength also shifts to the longer wavelength side.

特許文献1および非特許文献2のQCMのセンサーは、溶液を保持している第1空間と、該第1空間との間に蒸気を透過しうる多孔質性の膜を介在させて仕切られた第2空間と、第2空間に前記一方の電極表面が露出するように設けられた水晶振動子とを備えており、第2空間の相対湿度は、前記第1空間から前記多孔質性の膜を介して前記第1空間へと透過する溶液の量によって調節される。   The QCM sensors of Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 are partitioned by a first space holding a solution and a porous film that allows vapor to pass between the first space. A quartz resonator provided so that the surface of the one electrode is exposed in the second space, and the relative humidity of the second space is from the first space to the porous film. The amount of solution that permeates through the first space into the first space.

しかしながら、特許文献1および非特許文献2に記載されたQCMのセンサーが備える機構では、試料に対する水分子の供給が、多孔質性の膜を介して前記第1空間から第2空間へと透過する溶液の量によってのみ調節されるため、水分子が試料に対して吸脱着する平衡に達する程度の十分な量の水分子を試料に対して迅速に供給することは困難である。   However, in the mechanism provided in the QCM sensor described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, the supply of water molecules to the sample permeates from the first space to the second space through the porous membrane. Since it is controlled only by the amount of the solution, it is difficult to quickly supply a sufficient amount of water molecules to the sample so as to reach an equilibrium in which the water molecules adsorb and desorb to the sample.

国際公開公報WO2009/005452号International Publication No. WO2009 / 005452

“DVD Intrinsic-Compact and Economical Dynamic Vapor Sorption System”、[online]、平成20年、Surface Measurement Systems (SMS) Ltd、[平成25年2月10日検索]、インターネット〈URL:http://www.thesorptionsolution.com/files/DVS%20Intrinsic%20Brochure.pdf〉“DVD Intrinsic-Compact and Economical Dynamic Vapor Sorption System”, [online], 2008, Surface Measurement Systems (SMS) Ltd, [February 10, 2013 search], Internet <URL: http: // www. thesorptionsolution.com/files/DVS%20Intrinsic%20Brochure.pdf> “ANALYSING VAPOR UPTAKE & RELEASE WITH QCM-D”、[online]、平成20年、Biolin Scientific、[平成25年2月10日検索]、インターネット〈http://www.q-sense.com/file/18-analyzing-humidity-effects-with-qcm-d-1.pdf〉“ANALYSING VAPOR UPTAKE & RELEASE WITH QCM-D”, [online], 2008, Biolin Scientific, [Search February 10, 2013], Internet <http://www.q-sense.com/file/ 18-analyzing-humidity-effects-with-qcm-d-1.pdf>

本発明者らは、既に、水分子吸脱着測定システムの一つであるRIfSシステムにおいて試料を置いた測定領域を内包する密閉空間を形成するための密閉空間形成部材として、前記測定領域へ湿度を調節したガスを導入するために微小な流路を用いることを提案している(特願2013−080306)。   The present inventors have already used the RifS system, which is one of the water molecule adsorption / desorption measurement systems, as a sealed space forming member for forming a sealed space that encloses the measurement area where the sample is placed, and has applied humidity to the measurement area. It has been proposed to use a minute flow path to introduce a regulated gas (Japanese Patent Application No. 2013-080306).

しかしながら、上記密閉空間形成部材の微小な流路では、水分供給量を増大させるために、測定領域に対して平行方向に流れるガスの供給量(流量:単位時間あたりのガスの供給体積)を高めると、ガス流中の水分子の試料薄膜への吸着効率が低下し、脱着効率も上昇してしまう。そこで、本発明者らは、水分と試料との水分子の吸脱着を迅速に効率良く測定するために、ガス供給量を高めても水分子の吸着効率を低下させないようにする構成を考案した。   However, in the minute flow path of the sealed space forming member, in order to increase the water supply amount, the supply amount of gas flowing in the direction parallel to the measurement region (flow rate: gas supply volume per unit time) is increased. As a result, the adsorption efficiency of the water molecules in the gas flow to the sample thin film decreases, and the desorption efficiency also increases. Therefore, the present inventors have devised a configuration in which the adsorption efficiency of water molecules is not lowered even if the gas supply amount is increased in order to quickly and efficiently measure the adsorption and desorption of water molecules between moisture and the sample. .

すなわち、本発明は、上述した問題点に鑑み、水分子が試料に対して吸脱着する平衡に達する程度に十分な量の水分子を試料に対して迅速に供給することができる空間形成部材の提供をすることを目的とする。   That is, in view of the above-described problems, the present invention provides a space-forming member that can quickly supply a sufficient amount of water molecules to a sample to reach an equilibrium where water molecules are adsorbed to and desorbed from the sample. The purpose is to provide.

本発明者らは、試料に対して水分子を含むガスの垂直の流れを作り出すことにより、水分子の試料からの脱離を抑えて、短時間に水分子の試料に対する吸脱着の平衡点とすることができることを初めて見出して本発明に至った。また、試料に対して供給する前記ガスの湿度を短時間に連続的に変化させて、各湿度における水分子の試料に対する吸脱着を連続的に測定するリアルタイムの水分子吸脱着測定に利用可能であることも見出した。
本発明によって、以下の[1]〜[13]の密閉空間形成部材、および水分子吸脱着測定方法が提供される。
The inventors of the present invention create a vertical flow of gas containing water molecules with respect to the sample, thereby suppressing the desorption of water molecules from the sample and the equilibrium point of adsorption / desorption of water molecules with respect to the sample in a short time. The present invention was found for the first time that it could be done. In addition, it can be used for real-time water molecule adsorption / desorption measurement in which the humidity of the gas supplied to the sample is continuously changed in a short time to measure the adsorption / desorption of water molecules at each humidity continuously. I also found it.
According to the present invention, the following sealed space forming member [1] to [13] and a water molecule adsorption / desorption measurement method are provided.

[1] 試料と、該試料に接触させる調湿ガスに含まれる水分子との吸脱着を測定する水分子吸脱着測定システムに用いられ、前記試料を内包する密閉空間を形成するための密閉空間形成部材であって、前記調湿ガスを、前記試料の測定用の表面部分(測定領域)に対向する位置から、測定領域に吹き付けるよう、前記密閉空間に導入するための導入口と、前記密閉空間内の調湿ガスを前記密閉空間の外部へ排出するための排出口と、
を備えたことを特徴とする密閉空間形成部材。
[1] A sealed space used for a water molecule adsorption / desorption measurement system for measuring adsorption / desorption of a sample and water molecules contained in a humidity control gas brought into contact with the sample, and forming a sealed space containing the sample. An inlet for introducing the humidity control gas into the sealed space so that the humidity control gas is blown to the measurement region from a position facing the measurement surface portion (measurement region) of the sample; A discharge port for discharging the humidity control gas in the space to the outside of the sealed space;
A sealed space forming member comprising:

[2] 前記密閉空間の容量が、水分子の試料に対する吸脱着を測定するための時間間隔の間に、前記密閉空間に供給される前記調湿ガスの量とほぼ同量か、それ以下となるように形成されていることを特徴とする、[1]に記載の密閉空間形成部材。   [2] The volume of the sealed space is approximately equal to or less than the amount of the humidity control gas supplied to the sealed space during a time interval for measuring adsorption / desorption of water molecules with respect to the sample. The sealed space forming member according to [1], wherein the sealed space forming member is formed as described above.

[3] 前記密閉空間の容量が1.5mL〜3.2mLであることを特徴とする、[2]に記載の密閉空間形成部材。   [3] The sealed space forming member according to [2], wherein the volume of the sealed space is 1.5 mL to 3.2 mL.

[4] 前記導入口の開口面積の合計:前記測定領域の面積の比が、50:1〜480:1であることを特徴とする[1]〜[3]のいずれかに記載の密閉空間形成部材。   [4] The sealed space according to any one of [1] to [3], wherein the ratio of the total opening area of the introduction port: the area of the measurement region is 50: 1 to 480: 1. Forming member.

[5] 前記調湿ガスが、前記測定領域の平面に対して45°以上135°以下の範囲の角度で吹き付けるように、前記導入口が設けられていることを特徴とする、[1]〜[4]にいずれかに記載の密閉空間形成部材。   [5] The introduction port is provided so that the humidity control gas is blown at an angle in a range of 45 ° to 135 ° with respect to the plane of the measurement region. The sealed space forming member according to any one of [4].

[6] 前記導入口が複数設けられ、該導入口の開口が、円形、楕円形、および長方形の少なくともいずれか1つであることを特徴とする[1]〜[5]のいずれかに記載の密閉空間形成部材。   [6] A plurality of the introduction ports are provided, and the opening of the introduction port is at least one of a circle, an ellipse, and a rectangle. A sealed space forming member.

[7] 前記導入口から導入された前記調湿ガスの流れの前記測定領域に供給される角度をガイドするガスガイド部材を備えた、[1]〜[6]のいずれかに記載の密閉空間形成部材。   [7] The sealed space according to any one of [1] to [6], further including a gas guide member that guides an angle supplied to the measurement region of the flow of the humidity control gas introduced from the introduction port. Forming member.

[8] 前記測定領域以外の密閉空間の表面が、前記試料より疎水性のカバー部材により覆われている、[1]〜[7]のいずれかに記載の密閉空間形成部材。   [8] The sealed space forming member according to any one of [1] to [7], wherein a surface of the sealed space other than the measurement region is covered with a cover member that is more hydrophobic than the sample.

[9] [1]〜[8]のいずれかに記載の密閉空間形成部材を有していることを特徴とする水分子吸脱着測定システム。   [9] A water molecule adsorption / desorption measurement system comprising the sealed space forming member according to any one of [1] to [8].

[10] 試料と水分子との吸脱着を測定するための測定領域に配置された試料を内包するように導入口および排出口を有する密閉空間を形成し、該導入口から水分子を含む調湿ガスを該密閉空間内に導入して該試料の薄膜と該水分子との吸脱着を測定する水分子吸脱着測定方法であって、前記調湿ガスを、前記試料の測定用の表面部分(測定領域)に対向する位置から、測定領域に吹き付けるよう、前記導入口を介して前記密閉空間に導入するガス導入工程を含むことを特徴とする水分子吸脱着測定方法。   [10] A sealed space having an inlet and an outlet is formed so as to contain the sample arranged in the measurement region for measuring adsorption / desorption between the sample and water molecules, and the water containing the water molecules from the inlet is formed. A water molecule adsorption / desorption measurement method for introducing moisture gas into the sealed space and measuring adsorption / desorption between the thin film of the sample and the water molecules, wherein the humidity gas is used as a surface portion for measuring the sample. A water molecule adsorption / desorption measurement method comprising a gas introduction step of introducing the gas into the sealed space through the introduction port so as to spray the measurement region from a position facing the (measurement region).

[11] 前記調湿ガスが、前記測定領域の平面に対して45°以上135°以下の範囲の角度で吹き付けるようにすることを特徴とする、[11]に記載の水分子吸脱着測定方法。   [11] The water molecule adsorption / desorption measurement method according to [11], wherein the humidity control gas is blown at an angle in a range of 45 ° to 135 ° with respect to a plane of the measurement region. .

[12] 前記調湿ガスが、前記測定領域の平面に対して70°以上110°以下の範囲の角度で吹き付けるようにすることを特徴とする、[12]に記載の水分子吸脱着測定方法。   [12] The water molecule adsorption / desorption measurement method according to [12], wherein the humidity control gas is blown at an angle in a range of 70 ° to 110 ° with respect to a plane of the measurement region. .

[13] 前記試料と前記水分子との吸脱着をRIfS(反射干渉分光法)によって測定する、[10]〜[12]のいずれかに記載の水分子吸脱着測定方法。   [13] The water molecule adsorption / desorption measurement method according to any one of [10] to [12], wherein the adsorption / desorption between the sample and the water molecule is measured by RIfS (reflection interference spectroscopy).

本発明によれば、水分子が試料に対して吸脱着する平衡に達する程度に十分な量の水分子を試料に対して迅速に供給することができる空間形成部材、これを用いた水分子吸脱着測定システムおよび水分子吸脱着測定方法が提供される。   According to the present invention, a space forming member capable of rapidly supplying a sufficient amount of water molecules to the sample so as to reach an equilibrium in which the water molecules are absorbed and desorbed with respect to the sample, and the water molecule absorption using the space forming member. A desorption measurement system and a water molecule adsorption / desorption measurement method are provided.

図1は、本発明に係る第1実施形態の密閉空間形成部材を有するRIfS測定システムの全体を示した図である。図1の中央には、密閉空間形成部材の部分破断断面図を示す。FIG. 1 is a diagram showing an entire RIfS measurement system having a sealed space forming member according to the first embodiment of the present invention. In the center of FIG. 1, a partially broken sectional view of the sealed space forming member is shown. 図2は、図1の密閉空間形成部材について、流路方向に沿った断面を示した図である。FIG. 2 is a view showing a cross section along the flow path direction of the sealed space forming member of FIG. 図3(A)は、図1の密閉空間形成部材の斜視図を示した図である。(B)は、(A)の密閉空間形成部材の分解斜視図である。(C)は、(A)の密閉空間形成部材をA−A線に沿って断面し、矢視方向に見た図である。(D)は、(C)の密閉空間形成部材をB−B線およびC−C線に沿ってそれぞれ断面し、各矢視方向に見た図である。FIG. 3A is a perspective view of the sealed space forming member of FIG. (B) is an exploded perspective view of the sealed space forming member of (A). (C) is the figure which cut the sealed space formation member of (A) along the AA line, and looked at the arrow direction. (D) is the figure which looked at the sealed space formation member of (C) along the BB line and CC line, respectively, and was seen to each arrow direction. 図4は、図2の測定領域を拡大した図であり、測定領域に対するガスの導入方向の角度θを説明した図である。FIG. 4 is an enlarged view of the measurement region of FIG. 2, and is a diagram illustrating an angle θ in the gas introduction direction with respect to the measurement region. 図5は、測定領域以外を覆うカバー部材を説明した図である。(A)は、カバー部材を取り付ける前の状態を示した図である。(B)カバー部材を取り付けた後の状態を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a cover member that covers a region other than the measurement region. (A) is the figure which showed the state before attaching a cover member. (B) It is a figure which shows the state after attaching a cover member. 図6(A)〜(E)は、密閉空間形成部材のチャンバー部の形状の例を示した図である。6A to 6E are diagrams showing examples of the shape of the chamber portion of the sealed space forming member. 図7(A)〜(G)は、ガス導入口の例を示した図である。FIGS. 7A to 7G are diagrams showing examples of gas inlets. (A)は、本発明に係る第2実施形態の密閉空間形成部材の斜視図である。なお、О−リングは省略している。(B)は(A)の側面を示す図である。(C)は、(A)の上面((A)において上側)を示す図である。(D)は、(A)の別の側面を示す図である。(A) is a perspective view of the sealed space forming member of the second embodiment according to the present invention. The O-ring is omitted. (B) is a figure which shows the side surface of (A). (C) is a figure which shows the upper surface (upper side in (A)) of (A). (D) is a figure which shows another side surface of (A). 図8(A)〜(E)は、実施形態2〜8のRIfSシステムの密閉空間形成部材とセンサーチップを示した図である。FIGS. 8A to 8E are views showing a sealed space forming member and a sensor chip of the RIfS system according to the second to eighth embodiments. RIfS測定について説明した図である。It is a figure explaining RIfS measurement. RIfS測定における処理フローを説明した図である。It is a figure explaining the processing flow in a RIfS measurement. RIfS測定における調湿について説明した図である。It is a figure explaining humidity control in RIfS measurement. 図12(A)は、比較例1の密閉空間形成部材の斜視図である。(B)は、(A)の側面を示した図である。(C)は、(A)の上面((A)において手前側)を示した図である。(D)は(A)の別の側面を示した図である。(E)は、(C)のD−D線に沿った断面を矢視方向に見た反応部の拡大図である。12A is a perspective view of the sealed space forming member of Comparative Example 1. FIG. (B) is the figure which showed the side surface of (A). (C) is the figure which showed the upper surface (front side in (A)) of (A). (D) is the figure which showed another side surface of (A). (E) is the enlarged view of the reaction part which looked at the cross section along the DD line of (C) in the arrow direction. 図13(A)は、比較例2の密閉空間形成部材の斜視図である。(B)は、(A)の側面を示した図である。(C)は、(A)の上面((A)において手前側)を示した図である。(D)は、(A)の別の側面を示した図である。(E)は、(C)のE−E線に沿った断面を矢視方向に見た図である。13A is a perspective view of the sealed space forming member of Comparative Example 2. FIG. (B) is the figure which showed the side surface of (A). (C) is the figure which showed the upper surface (front side in (A)) of (A). (D) is the figure which showed another side surface of (A). (E) is the figure which looked at the cross section along the EE line of (C) in the arrow direction. (A)実施例1〜4のRIfS測定の結果を示す。(B)実施例5〜8のRIfS測定の結果を示す。(C)比較例1のRIfS測定の結果を示す。(D)比較例2のRIfS測定の結果を示す。(E)比較例3のRIfS測定の結果を示す。(F)実施例9〜11のRIfS測定の結果を示す。(A) The result of the RIfS measurement of Examples 1 to 4 is shown. (B) The result of the RIfS measurement of Examples 5 to 8 is shown. (C) The result of the RIfS measurement of Comparative Example 1 is shown. (D) The result of the RIfS measurement of Comparative Example 2 is shown. (E) The result of the RIfS measurement of Comparative Example 3 is shown. (F) shows the results of RIfS measurement in Examples 9-11.

[第1実施形態]
図1および図2に、第1実施形態に係る密閉空間形成部材を用いたRIfS測定システム(水分子吸脱着測定システム)100を示す。なお、以下の説明では上下の区別をしているが、便宜的なものであり実質的には上下の区別はないものとする。
[First Embodiment]
1 and 2 show a RIfS measurement system (water molecule adsorption / desorption measurement system) 100 using the sealed space forming member according to the first embodiment. In the following description, the upper and lower sides are distinguished from each other. However, for the sake of convenience, the upper and lower sides are not substantially distinguished.

RIfS測定システム100は、図1および図2に示すように、試料2と該試料2に接触させるガスに含まれる水分子との吸脱着を測定するものであり、測定する試料2が固定された測定領域2aを有する平板形状のセンサーチップ1と、センサーチップ1の表面と部分的に接合されて、測定領域2aを内包するように密閉空間Rを形成するための密閉空間形成部材3と、密閉空間Rへ湿度等を調節したガス(以下「調湿ガス」という)を送出させる機能を有する調湿ガス送出手段4と、密閉空間Rに流入したガスを排気する排気機構(不図示)と、密閉空間Rの温度と湿度を計測する温湿センサー5(図2参照)と、センサーチップ1の温度を調節する温度調節器5Aと、密閉空間Rに一端が臨むように密閉空間形成部材3に固定された第1,2光ファイバー6,7と、第1光ファイバー6の他端に配置された光源(白色光源等)8と、第2光ファイバー7の他端に配置された測定領域で反射した光を分光するための分光器9、前述した調湿ガス送出手段4、排気機構、温度調節器5A、光源8等の機器に接続され、それらの動作を制御する制御手段10等とを有している。   As shown in FIGS. 1 and 2, the RIfS measurement system 100 measures adsorption / desorption between the sample 2 and water molecules contained in the gas brought into contact with the sample 2, and the sample 2 to be measured is fixed. A flat sensor chip 1 having a measurement region 2a, a sealed space forming member 3 that is partially bonded to the surface of the sensor chip 1 to form a sealed space R so as to enclose the measurement region 2a; Humidity control gas delivery means 4 having a function of delivering a gas whose humidity is adjusted to the space R (hereinafter referred to as “humidity control gas”), an exhaust mechanism (not shown) for exhausting the gas flowing into the sealed space R, A temperature / humidity sensor 5 (see FIG. 2) for measuring the temperature and humidity of the sealed space R, a temperature controller 5A for adjusting the temperature of the sensor chip 1, and a sealed space forming member 3 so that one end faces the sealed space R. Fixed second , 2 optical fibers 6, 7, a light source (white light source or the like) 8 disposed at the other end of the first optical fiber 6, and a light reflected by a measurement region disposed at the other end of the second optical fiber 7. It has a spectroscope 9, the humidity control gas delivery means 4, the exhaust mechanism, the temperature controller 5A, the light source 8 and other devices connected to the control device 10 for controlling the operation thereof.

[密閉空間形成部材]
密閉空間形成部材3は、上述したように、RIfS測定システム100に用いられるものである。この密閉空間形成部材3は、図1および図2に示したように、センサーチップ1の表面と密閉空間形成部材3とを部分的に接合させた状態で密閉空間Rを形成する凹部(以下「チャンバー部」という)3aと、チャンバー部3aの上壁(密閉空間Rの天井を形成する部分)に形成された断面C字状の溝11(図3(D)参照)と、溝11に連通するように形成されたガス導入路12A,12Bと、ガス導入路12A,12Bおよび溝11に貫装されるように設けられたガスガイド部材13(図1〜図3参照)と、チャンバー部3aの内周壁に形成された、排出口を有するガス排出路14A,14B(図1〜図3参照)等と、を有している。
[Enclosed space forming member]
The sealed space forming member 3 is used in the RIfS measurement system 100 as described above. As shown in FIGS. 1 and 2, the sealed space forming member 3 is a recess (hereinafter referred to as “a closed space R”) that forms the sealed space R in a state where the surface of the sensor chip 1 and the sealed space forming member 3 are partially joined. 3a), a groove 11 having a C-shaped cross section (see FIG. 3D) formed on the upper wall of the chamber portion 3a (the portion forming the ceiling of the sealed space R), and communicating with the groove 11 Gas introducing passages 12A and 12B formed in such a manner, a gas guiding member 13 (see FIGS. 1 to 3) provided so as to penetrate the gas introducing passages 12A and 12B and the groove 11, and a chamber portion 3a. Gas discharge passages 14A and 14B (see FIGS. 1 to 3) and the like having discharge ports formed on the inner peripheral wall.

密閉空間形成部材3の材質としては、特に限定されず、例えば、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、アクリル系樹脂等を用いることができる。密閉空間Rを形成するチャンバー部3aの内側の少なくとも表面部分は、水の吸脱着の測定に影響を与えないようにする観点から、疎水性のポリマー、例えばポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ABS樹脂、ポリシロキサン類等を使用することが好ましい。   The material of the sealed space forming member 3 is not particularly limited, and for example, polydimethylsiloxane (PDMS), acrylic resin, or the like can be used. At least the surface portion inside the chamber portion 3a that forms the sealed space R is a hydrophobic polymer such as a polyolefin resin, a polystyrene resin, an acrylic resin from the viewpoint of not affecting the measurement of water adsorption / desorption. It is preferable to use resins, ABS resins, polysiloxanes and the like.

また、密閉空間形成部材3は、RIfS測定上、意図しない光が密閉空間Rへ入り込まないように、例えば、その表面全体が遮光フィルムで覆われているか、上記ポリマーに測定に悪影響を与えない程度に遮光性を有するものを選択してもよい。   Further, the sealed space forming member 3 is, for example, the entire surface of the sealed space forming member 3 is covered with a light-shielding film or does not adversely affect the measurement of the polymer so that unintended light does not enter the sealed space R in the RIfS measurement. A light-shielding material may be selected.

(チャンバー(凹部))
密閉空間形成部材3のチャンバー部3aの容積は、調湿ガス送出手段4によって密閉空間Rへ導入する調湿ガスの流量(例:L/分)に基づいて決定される。
(Chamber (recess))
The volume of the chamber portion 3a of the sealed space forming member 3 is determined based on the flow rate (eg, L / min) of the humidity control gas introduced into the sealed space R by the humidity control gas delivery means 4.

具体的には、密閉空間R内において無限時間後に達する試料2中の本来の水分子の吸脱着の平衡状態(M+S⇔M−S;M=試料の吸着サイト、S=水分子)が湿度ごとに存在する。   Specifically, the equilibrium state (M + S⇔M−S; M = sample adsorption site, S = water molecule) of the original water molecules adsorbed and desorbed in the sample 2 reaching infinite time in the sealed space R for each humidity. Exists.

そして、例えば、チャンバー部3a内に調湿ガスの湿度を連続的に変化させながら該調湿ガスを密閉空間R内に導入して試料2の水分子の吸脱着をリアルタイムで測定するような場合、導入する調湿ガスの流量(ガス流量)が多すぎると試料2からの水分子の脱離が促進され過ぎる、逆に、導入する調湿ガスの流量が少なすぎると試料2に対する水分子の吸着が不足するというように、調湿ガスの流量により、水分子の吸脱着反応が阻害される問題が生じる。   For example, when the humidity gas is introduced into the sealed space R while the humidity of the humidity gas is continuously changed in the chamber portion 3a, the adsorption / desorption of water molecules in the sample 2 is measured in real time. If the flow rate of the humidity control gas to be introduced (gas flow rate) is too high, the desorption of water molecules from the sample 2 is promoted too much. Conversely, if the flow rate of the humidity control gas to be introduced is too low, There is a problem that the adsorption / desorption reaction of water molecules is hindered by the flow rate of the humidity control gas, such as insufficient adsorption.

そのため、調湿ガスを密閉空間Rに導入する際に、試料2に対する水分子の吸脱着が調湿ガスの湿度における水分子の本来の平衡状態に近づく範囲内のガス流量でもって調湿ガスを導入することが好ましく、そのための手段の一つとして、ガス流量およびチャンバー部3aの容積(=密閉空間Rの容積)を調節することが好ましいことになる。   Therefore, when the humidity control gas is introduced into the sealed space R, the humidity control gas is adjusted with a gas flow rate within a range in which the adsorption / desorption of water molecules with respect to the sample 2 approaches the original equilibrium state of the water molecules at the humidity of the humidity control gas. It is preferable to introduce, and as one of the means for that purpose, it is preferable to adjust the gas flow rate and the volume of the chamber part 3a (= volume of the sealed space R).

なお、チャンバー部3aの容積が調湿ガスの流量との関係で適正であるか否かの判断は、実際に所定の湿度の調湿ガスを試料2に対して吹き付けるように導入しながら、試料2の水分子の吸脱着について後述のRIfS測定を行い、その湿度における上記平衡状態へと水分子の吸脱着反応が近づいているか否かを調べることで判断することができる。   Note that whether or not the volume of the chamber portion 3a is appropriate in relation to the flow rate of the humidity control gas is determined by actually introducing the humidity control gas having a predetermined humidity against the sample 2 while introducing it. The adsorption / desorption of water molecules 2 can be determined by performing RifS measurement described later and examining whether the adsorption / desorption reaction of water molecules is approaching the equilibrium state at the humidity.

さらに、後述するRIfS測定で測定光の波長を1nmずつ400〜800nmの範囲で変更させて反射率極小波長(後述)を得るために行う一連のRIfs測定を1群のRIfS測定とした場合に、この1群のRIfS測定の時間間隔(水分子の試料に対する吸脱着を測定するための時間間隔)の間に密閉空間R内の調湿ガスを入れ替えて所望の湿度に設定することができるという観点から、チャンバー部3a(密閉空間R)の容積は、前記時間間隔の間に導入する調湿ガスの流量とほぼ同量か、それ以下であることが好ましい。   Furthermore, when a series of RIfs measurements performed to obtain a reflectance minimum wavelength (described later) by changing the wavelength of the measurement light in the range of 400 to 800 nm by 1 nm in the RIfS measurement described later, The viewpoint that the humidity control gas in the sealed space R can be changed and set to a desired humidity during the time interval of this group of RIfS measurements (time interval for measuring adsorption / desorption of water molecules to the sample). Therefore, the volume of the chamber portion 3a (sealed space R) is preferably substantially the same as or less than the flow rate of the humidity control gas introduced during the time interval.

調湿ガスの流量とチャンバー部3aの容積の具体例としては、例えば、供給する調湿ガスの流量が1L/秒以下である場合、チャンバー部3aの容積は17.0mL以下に形成されること、前記密閉空間の容量が1.5mL〜3.2mLとなるように形成されることが好ましい。   As a specific example of the flow rate of the humidity control gas and the volume of the chamber portion 3a, for example, when the flow rate of the humidity control gas to be supplied is 1 L / second or less, the volume of the chamber portion 3a is formed to be 17.0 mL or less. It is preferable that the closed space has a capacity of 1.5 mL to 3.2 mL.

チャンバー部3aの形状は、特に限定されないが、図6に上面図の形状として例示したように、例えば直方体(図6(A))、横断面が楕円形状の円柱状(図6(B))、横断面が鍵穴形状の柱状(図6(C)および(D))、横断面が略真円形状の円柱状(図6(E))が挙げられる。このうち、横断面が略真円形状の円柱状(図6(E))または直方体の形状(図6(A))に形成されていることが好ましく、特に、チャンバー部3aの横断面の形状が円形であれば、密閉空間Rの中央の上側から密閉空間R内に調湿ガスを吹き出して導入したときに、密閉空間R内で調湿ガスが均一に分散しやすい点で好ましい。
なお、チャンバー部3aの縁部(図3(B)参照)は、図2に示すように、突出しており、ここに可撓性でゴム製のO−リング21が取り付けられている(図3(A)参照)。
The shape of the chamber portion 3a is not particularly limited, but as illustrated in the top view in FIG. 6, for example, a rectangular parallelepiped (FIG. 6A), an elliptical cross section (FIG. 6B). A columnar shape with a keyhole shape in the cross section (FIGS. 6C and 6D) and a columnar shape with a substantially perfect circular shape in the cross section (FIG. 6E). Among these, it is preferable that the cross section is formed in a substantially circular cylindrical shape (FIG. 6E) or a rectangular parallelepiped shape (FIG. 6A), and in particular, the shape of the cross section of the chamber portion 3a. If the humidity control gas is circular, it is preferable in that the humidity control gas is easily dispersed uniformly in the sealed space R when the humidity control gas is blown out and introduced into the sealed space R from the upper center of the sealed space R.
In addition, as shown in FIG. 2, the edge part (refer FIG. 3 (B)) of the chamber part 3a protrudes, and the flexible O-ring 21 made from rubber | gum is attached to this (FIG. 3). (See (A)).

(溝)
図3(A)に、密閉空間形成部材3を下側(図1または図2において下側)から見た実施形態1の密閉空間形成部材の斜視図を示す。図3(B)に、実施形態1の密閉空間形成部材3の分解斜視図を示す。図3(C)に、図3(A)の密閉空間形成部材3について、A−A線に沿って断面し矢視方向に見た図を示す。図4(D)に、図3(B)のB−B線およびC−C線に沿って断面して矢視方向に見た図を示す。なお、図3において、密閉空間形成部材3の固定部材については、図示を省略している。
(groove)
FIG. 3A is a perspective view of the sealed space forming member of the first embodiment when the sealed space forming member 3 is viewed from the lower side (lower side in FIG. 1 or 2). FIG. 3B shows an exploded perspective view of the sealed space forming member 3 of the first embodiment. FIG. 3C shows a view of the sealed space forming member 3 of FIG. 3A taken along the line AA and viewed in the arrow direction. FIG. 4D is a cross-sectional view taken along the lines BB and CC in FIG. 3B and viewed in the arrow direction. In FIG. 3, illustration of the fixing member of the sealed space forming member 3 is omitted.

図3(D)に示すように、チャンバー部3aの上壁(図3(D)においてチャンバー部3aの底壁)には、断面がC字状の溝11が形成されている。この溝11は、上述したガス導入路12A,12Bに連続形成されており、図3(A)〜(D)に示すように、該C字状の溝11およびガス導入路12A,12Bに対してガスガイド部材13を貫装することができるようになっている。また、このように構成することで、上述した密閉空間形成部材3のチャンバー部3aの容積にほぼ影響を与えることがなくガスガイド部材13を設けることができるようになっている。   As shown in FIG. 3D, a groove 11 having a C-shaped cross section is formed on the upper wall of the chamber portion 3a (the bottom wall of the chamber portion 3a in FIG. 3D). The groove 11 is continuously formed in the gas introduction paths 12A and 12B described above. As shown in FIGS. 3A to 3D, the groove 11 is formed with respect to the C-shaped groove 11 and the gas introduction paths 12A and 12B. Thus, the gas guide member 13 can be penetrated. Further, with this configuration, the gas guide member 13 can be provided without substantially affecting the volume of the chamber portion 3a of the sealed space forming member 3 described above.

(ガス導入路)
ガス導入路12A,12Bは、湿度等を調節した調湿ガスを密閉空間Rへ供給するための流路であり、図1および図2に例示したように、密閉空間Rの内部と外部とを連通するように形成されている。このガス導入路12A,12Bの断面形状は円形に形成されており、該円の直径は上述したガスガイド部材13の外径と略同一に設定されている。また、ガス導入路12A,12Bの上流端の開口は、管を介して調湿ガス送出手段4,4と接続されている(図1および図2参照)。
(Gas introduction path)
The gas introduction paths 12A and 12B are flow paths for supplying humidity-controlled gas with adjusted humidity and the like to the sealed space R. As illustrated in FIGS. 1 and 2, the inside and the outside of the sealed space R are connected to each other. It is formed so as to communicate. The cross-sectional shapes of the gas introduction paths 12A and 12B are circular, and the diameter of the circle is set to be substantially the same as the outer diameter of the gas guide member 13 described above. Moreover, the opening of the upstream end of gas introduction path 12A, 12B is connected with the humidity control gas delivery means 4 and 4 via the pipe | tube (refer FIG. 1 and FIG. 2).

(ガスガイド部材)
ガスガイド部材13は、図2〜図3に示したように、長尺状に形成され、その周壁にはガス導入口13aが形成されている。ガスガイド部材13を、上述した溝11に貫装して、溝11の中でその軸回りに回転させることでガス導入口13aをチャンバー部3a内に臨ませると、ガス導入口13aは測定領域2aに対向する位置から吹き付けるように調湿ガスを導入することが可能となるように構成されている。
(Gas guide member)
As shown in FIGS. 2 to 3, the gas guide member 13 is formed in an elongated shape, and a gas inlet 13 a is formed on the peripheral wall thereof. When the gas guide member 13 is inserted into the groove 11 described above and rotated around its axis in the groove 11, the gas inlet 13 a faces the chamber portion 3 a, the gas inlet 13 a becomes the measurement region. Humidity adjustment gas can be introduced so as to be sprayed from a position facing 2a.

ガスガイド部材13は、ガス導入口13aを加工形成しやすいという観点から、樹脂製であることが好ましい。また、ガスガイド部材13は可撓性を有することが好ましい。これにより、図2A(A)および(B)に示したように、ガスガイド部材13を溝11やガス導入路12A,12Bに対して変形させながら貫装させやすくなる。また、ガスガイド部材13が可撓性を有していれば、ガス導入路12A,12Bおよび溝11に貫装させた状態で、その軸回りに簡単に回転させて、ガス導入口13aから導入する調湿ガスの方向を規定しやすい。断面C字状の溝11およびガスガイド部材13の形状は、断面C字状に限られず、例えば、断面が矩形などのものであってよい。   The gas guide member 13 is preferably made of resin from the viewpoint that the gas introduction port 13a can be easily formed. Moreover, it is preferable that the gas guide member 13 has flexibility. As a result, as shown in FIGS. 2A (A) and 2 (B), the gas guide member 13 can be easily inserted while being deformed with respect to the groove 11 and the gas introduction paths 12A and 12B. Further, if the gas guide member 13 is flexible, the gas guide member 13 is simply rotated around its axis in a state of being inserted into the gas introduction paths 12A and 12B and the groove 11, and introduced from the gas introduction port 13a. It is easy to define the direction of humidity control gas. The shapes of the groove 11 and the gas guide member 13 having a C-shaped cross section are not limited to the C-shaped cross section, and may be, for example, a rectangular cross section.

なお、上述したガスガイド部材13を設けずに、ガスガイド部材13と同じようなガス導入口13aを有するガスガイド部(不図示)をガス導入路12A,12Bに連続形成してもよい。   In addition, you may form continuously the gas guide part (not shown) which has the gas introduction port 13a similar to the gas guide member 13 in gas introduction path 12A, 12B, without providing the gas guide member 13 mentioned above.

(ガス導入口)
ガスガイド部材13のガス導入口13aの形状については、図3に示した例の円形状に限らず、他の形状であってもよい。例えば、図7(A)および(C)に示したように、ガス導入口13aを所定間隔で複数形成してもよい。この場合、複数のガス導入口13a,・・・は、調湿ガスが、測定領域2aに対向する位置から、測定領域に吹き付けるように形成されている必要がある。測定領域2aに対向する位置とは、たとえば測定領域2aがセンサーチップの基板上に形成されている場合、その基板に平行な平面、典型的にはチャンバー部3aの天井である。
(Gas inlet)
The shape of the gas inlet 13a of the gas guide member 13 is not limited to the circular shape of the example shown in FIG. 3, and may be other shapes. For example, as shown in FIGS. 7A and 7C, a plurality of gas inlets 13a may be formed at predetermined intervals. In this case, the plurality of gas inlets 13a,... Need to be formed so that the humidity control gas is blown onto the measurement region from a position facing the measurement region 2a. The position facing the measurement region 2a is, for example, a plane parallel to the substrate when the measurement region 2a is formed on the sensor chip substrate, typically the ceiling of the chamber portion 3a.

また、図7(B)に示すように、ガス導入口13aの中央に調湿ガスの導入方向を調節するためのリング部材13bを設けたものでもよい。さらに、ガス導入口13aの形状を、楕円形(図7(D))、長方形(図7(E)および図7(G))、横幅が異なる長方形(図7(F)としてもよい。   Further, as shown in FIG. 7B, a ring member 13b for adjusting the introduction direction of the humidity control gas may be provided at the center of the gas introduction port 13a. Further, the shape of the gas inlet 13a may be an ellipse (FIG. 7D), a rectangle (FIGS. 7E and 7G), or a rectangle with a different width (FIG. 7F).

上述したように、ガス導入口13aを上述した形状およびそれらの組み合わせとすることで、ガス導入口13aから測定領域2aに吹き付ける調湿ガスの流れを、流体工学的な観点から、水の吸着脱着に最も適するように調整することができ、ガス流量も制御しやすくなる。   As described above, by adopting the shape and the combination of the gas inlet 13a as described above, the flow of the humidity control gas blown from the gas inlet 13a to the measurement region 2a can be adsorbed and desorbed from the viewpoint of fluid engineering. The gas flow rate can be easily controlled.

ガス導入口13aの寸法については、3mm×0.5mm〜3mm×25mmであることが好ましい。したがって、ガス導入口13aの開口面積は、1.5mm2〜75mm2が好ましいこととなる。 The dimension of the gas inlet 13a is preferably 3 mm × 0.5 mm to 3 mm × 25 mm. Therefore, the opening area of the gas inlet 13a becomes preferable is 1.5mm 2 ~75mm 2.

ガス導入口13a,・・・の合計の面積については、ガス流量との関係で規定され、例えば、ガス流量を17mL/秒以下に設定した場合に、調湿ガスの流体を前記ガス導入路12A,12Bからガス導入口13aを介して密閉空間Rに導入する際の速度を1700mm/秒以下で移動させる場合には、ガス導入口13a,・・・の開口面積の合計は1mm2以上に設定されることになる。ガス導入口13a,・・・の開口面積の合計は、測定領域2aの面積にも依存するので、それに基づいて決定してもよい。ここで、ガス導入口13a,・・・の開口面積の合計:測定領域2aの面積の比が、50:1〜480:1であることが好ましい。 The total area of the gas inlets 13a,... Is defined by the relationship with the gas flow rate. For example, when the gas flow rate is set to 17 mL / second or less, the humidity control gas fluid is supplied to the gas introduction path 12A. , set the speed when introduced into the enclosed space R through the gas inlet port 13a from 12B when moving at 1700 mm / sec, the gas inlet port 13a, the total opening area of ... in 1 mm 2 or more Will be. The total opening area of the gas inlets 13a,... Depends on the area of the measurement region 2a, and may be determined based on the area. Here, the ratio of the total opening area of the gas inlets 13a,...: The area of the measurement region 2a is preferably 50: 1 to 480: 1.

(調湿ガスの導入方向と測定面との角度)
ガス導入口13aの形状等により密閉空間Rに流入した調湿ガスの流れる方向(一点鎖線の矢印参照)の測定領域2aの試料2の平面部(又は、試料が生態試料などで平面部がない場合はそれを固定している基板などの平面部)に対する角度(θ)は、測定領域2aの試料2の平面部等に対して調湿ガスが吹き付けられるような角度であればよく、好ましくは70°〜110°であり、より好ましくは85°〜95°であり、最も好ましくは90°である(図4参照)。
(Angle between the introduction direction of the humidity control gas and the measurement surface)
The plane part of the sample 2 in the measurement region 2a in the flow direction of the humidity control gas flowing into the sealed space R due to the shape of the gas introduction port 13a (see the arrow in the alternate long and short dash line) (or the sample is an ecological sample and there is no plane part In this case, the angle (θ) with respect to the planar portion of the substrate or the like that fixes the substrate may be an angle at which the humidity control gas is blown against the planar portion of the sample 2 in the measurement region 2a. It is 70 ° to 110 °, more preferably 85 ° to 95 °, and most preferably 90 ° (see FIG. 4).

(ガス導入口と測定領域2aとの距離)
ガス導入口と測定領域2aとの距離は、密閉空間Rに導入する調湿ガスが測定領域に吹き付けられる距離であればよく、好ましくは1.5mm〜5mmである。
(Distance between gas inlet and measurement area 2a)
The distance between the gas inlet and the measurement region 2a may be a distance that allows the humidity-controlled gas introduced into the sealed space R to be sprayed onto the measurement region, and is preferably 1.5 mm to 5 mm.

(ガス排出路)
ガス排出路14A,14Bは、図2に示すように、密閉空間形成部材3のチャンバー部3aの内壁に密閉空間Rと外部とが連通するように形成されている。このガス排出路14A,14Bを介して、密閉空間R内に導入された調湿ガスが密閉空間R外へ排出されるようになっている。ガス排出路14A,14Bは、不図示のガス排出機構に接続されており、所定のガス流量(例えば17mL/秒以下)で排出可能にガス排出路14A,14Bが形成されている。そして、調湿ガス送出手段4,4および前記ガス排出機構とにより、ガス導入路12A,12Bおよびガス排出路14A、14Bが実質的に閉塞されることになるため、チャンバー部3a内により形成される空間Rが密閉されて密閉空間となるように構成されている。また、ガス排出路14A,14Bの開口の開口面積は、調湿ガスを一定の流量で密閉空間へ入出させる観点から、ガス導入口13a,・・・の開口面積の合計とほぼ同じであることが好ましい。なお、符号5は、ガス排出路に設けられ密閉空間R内の温度と湿度とを計測する温湿センサーを示す。
(Gas discharge passage)
As shown in FIG. 2, the gas discharge paths 14 </ b> A and 14 </ b> B are formed on the inner wall of the chamber portion 3 a of the sealed space forming member 3 so that the sealed space R communicates with the outside. The humidity control gas introduced into the sealed space R is discharged out of the sealed space R through the gas discharge paths 14A and 14B. The gas discharge paths 14A and 14B are connected to a gas discharge mechanism (not shown), and the gas discharge paths 14A and 14B are formed so as to be discharged at a predetermined gas flow rate (for example, 17 mL / second or less). Then, the gas introduction paths 12A and 12B and the gas discharge paths 14A and 14B are substantially closed by the humidity control gas delivery means 4 and 4 and the gas discharge mechanism, and thus are formed in the chamber portion 3a. The space R is sealed and becomes a sealed space. Moreover, the opening area of the openings of the gas discharge passages 14A and 14B is substantially the same as the total opening area of the gas inlets 13a,. Is preferred. Reference numeral 5 denotes a temperature / humidity sensor that is provided in the gas discharge path and measures the temperature and humidity in the sealed space R.

(第1、2光ファイバー設置用の固定部)
密閉空間形成部材3のチャンバー部3aの上壁部分には、図2および図3に示すように、第1,第2光ファイバー6,7を設置するための固定部としての開口3bが設けられており、この開口3bは、センサーチップ1と接合した状態の密閉空間形成部材3を上方(図2において上側)から平面視したときに、測定領域2aと一致する位置に形成されている。これにより、光源8から第1光ファイバー6を通じて導かれた測定光が測定領域2aに向けて出射されるとともに、測定領域2aで反射された反射光が第2光ファイバー7に入射され、分光器9へと導かれるように構成されている。
(Fixed part for installing first and second optical fibers)
As shown in FIGS. 2 and 3, an opening 3 b as a fixing portion for installing the first and second optical fibers 6 and 7 is provided on the upper wall portion of the chamber portion 3 a of the sealed space forming member 3. The opening 3b is formed at a position coincident with the measurement region 2a when the sealed space forming member 3 joined to the sensor chip 1 is viewed from above (upper side in FIG. 2). As a result, the measurement light guided from the light source 8 through the first optical fiber 6 is emitted toward the measurement region 2a, and the reflected light reflected by the measurement region 2a is incident on the second optical fiber 7 and enters the spectroscope 9. It is comprised so that it may be guided.

<センサーチップ>
センサーチップ1は、図2に示したように、基板15と、その上に形成された光学薄膜16および試料2の薄膜を有する。ここで、光学薄膜16は設けなくともよく、また、図5に示したようなカバー部材17を設けてもよい。
<Sensor chip>
As shown in FIG. 2, the sensor chip 1 includes a substrate 15, an optical thin film 16 formed thereon, and a thin film of the sample 2. Here, the optical thin film 16 may not be provided, and a cover member 17 as shown in FIG. 5 may be provided.

(基板)
測定光が基板15で底面反射すると反射光が生ずるが、センサーチップ1の基板15は、この反射光が波長400nm〜800nmとなるように構成されていればよい。
(substrate)
When the measurement light is reflected from the bottom surface by the substrate 15, reflected light is generated. The substrate 15 of the sensor chip 1 may be configured so that the reflected light has a wavelength of 400 nm to 800 nm.

基板15の材質としては、光学薄膜16または試料2の種類ごとに光学薄膜16または試料2を固定可能な公知の材質(珪素、シリコンウェハ等)が用いられる。試料2の薄膜を形成する場合、基板15の材質は、ポリマー(PS,PMMA,PC,COP等)が平板状に加工しやすい点で好適である。試料2が生体材料(細胞やタンパク質、DNA等)である場合は、試料が不連続であり離散性が強く試料2の薄膜を形成しにくいため、試料2を後述するスポット固定するためのDNAマイクロアレイやプロテインチップ用のガラス基板やアクリル系樹脂が好適である。   As the material of the substrate 15, a known material (silicon, silicon wafer or the like) that can fix the optical thin film 16 or the sample 2 for each type of the optical thin film 16 or the sample 2 is used. When the thin film of the sample 2 is formed, the material of the substrate 15 is preferable in that a polymer (PS, PMMA, PC, COP, etc.) can be easily processed into a flat plate shape. When the sample 2 is a biomaterial (cells, proteins, DNA, etc.), the sample is discontinuous and has a high degree of discreteness, making it difficult to form a thin film of the sample 2. Therefore, a DNA microarray for fixing the sample 2 to a spot to be described later Glass substrates for protein chips and acrylic resins are suitable.

(光学薄膜)
センサーチップ1の光学薄膜16は、測定光および底面反射した反射光の波長を調節するためのものであり、各測定光および底面反射した反射光を透過可能なものが用いられる。例えば、光学薄膜16として、SiN、SiO2、TiO2、TiO5等を使用することができる。光学薄膜16の厚さは、光学薄膜16を通過した後の光の波長を反射率極小波長がとりうる400nm〜800nmに調節する厚さであればよく、例えばSiNであれば光学薄膜16の厚さは45nm〜90nmである。光学薄膜16は、基板15に対して蒸着等の公知の方法で形成することができる。
(Optical thin film)
The optical thin film 16 of the sensor chip 1 is for adjusting the wavelengths of the measurement light and the reflected light reflected from the bottom surface, and one that can transmit each measurement light and the reflected light reflected from the bottom surface is used. For example, SiN, SiO 2 , TiO 2 , TiO 5 or the like can be used as the optical thin film 16. The thickness of the optical thin film 16 should just be the thickness which adjusts the wavelength of the light after passing the optical thin film 16 to 400 nm-800 nm which a reflectance minimum wavelength can take, for example, if it is SiN, the thickness of the optical thin film 16 will be sufficient as it. The thickness is 45 nm to 90 nm. The optical thin film 16 can be formed on the substrate 15 by a known method such as vapor deposition.

ここで、本願で使用される「反射率極小波長」について説明する。まず、例えば、図2及び図9に示すように、光源8を発光させて第1光ファイバー6を介して基板15と光学薄膜16に対して測定光を入射させると、表面反射(太破線)と底面反射(細破線)した各反射光が得られ、反射光としては合成されたものが得られる(図9(A),(E)参照)。ここで、入射している測定光の波長を変化させると、表面反射と底面反射する各反射光の波長の位相がずれて、位相によっては表面反射する光と底面反射する光の波長が互いに打ち消し合って反射率が極小となる波長が存在する。この波長が「反射率極小波長」となる(図9(C)参照)。なお、この「反射率極小波長」は膜厚によっても変化する(図9(C))。なお、さらに試料2を載置したり、試料2に水分子が吸脱着したりすることによりセンサーチップ1の膜厚が変化した場合も反射率極小波長が変化するため、これにより試料2への水分子の吸脱着を測定することができる(図9(B),(D),(F)参照)。   Here, the “reflectance minimum wavelength” used in the present application will be described. First, for example, as shown in FIGS. 2 and 9, when the measurement light is incident on the substrate 15 and the optical thin film 16 through the first optical fiber 6 by emitting the light source 8, surface reflection (thick broken line) is generated. Each reflected light that is reflected from the bottom surface (thin broken line) is obtained, and a synthesized light is obtained as the reflected light (see FIGS. 9A and 9E). Here, if the wavelength of the incident measurement light is changed, the phase of the wavelength of each reflected light reflected from the surface and the bottom is shifted, and depending on the phase, the wavelengths of the light reflected from the surface and the light reflected from the bottom cancel each other. In combination, there is a wavelength at which the reflectance is minimized. This wavelength is the “reflectance minimum wavelength” (see FIG. 9C). This “reflectance minimum wavelength” also changes depending on the film thickness (FIG. 9C). In addition, the reflectance minimum wavelength also changes when the film thickness of the sensor chip 1 changes due to the mounting of the sample 2 or the adsorption / desorption of water molecules on the sample 2. The adsorption / desorption of water molecules can be measured (see FIGS. 9B, 9D, and 9F).

(試料)
試料2は、RIfSシステム100により水分子の吸脱着を測定できる物であればよく、固相または液相の状態の物である。試料2は、測定光が照射される基板15または光学薄膜16の表面の一部または全部に形成される(図1等参照)。以下、試料2が形成された領域を測定領域2aという。
(sample)
The sample 2 may be any material that can measure the adsorption / desorption of water molecules by the RIfS system 100, and is in a solid phase or liquid phase state. The sample 2 is formed on part or all of the surface of the substrate 15 or the optical thin film 16 to which the measurement light is irradiated (see FIG. 1 and the like). Hereinafter, the region where the sample 2 is formed is referred to as a measurement region 2a.

試料2の例としては、水分子の吸脱着の測定対象となる試料であればよく、疎水性ポリマー(ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチルなど)、親水性ポリマー(プラズマ処理等により親水化処理をしたポリメタクリル酸メチルなど)、水溶性ポリマー、生体材料(タンパク、リン脂質、核酸、糖鎖、細胞、細胞膜画分、皮膚、生体由来の分泌成分など)、表面処理剤(フッ素系撥水処理剤、親水性表面改質剤など)、塗料(インク、ペイントなど)、機能性材料が挙げられるが、無機化合物も含まれる。SiO2, Si, SiN, ZnO, TiO2などの、水分子を吸着しうる(それによって光路長が変化する)物質からなる薄膜(層)自体を試料薄膜としてもよい。また、微粒子状(コロイダルシリカ、顔料、トナーなど)や単分子状の化合物(シランカップリング剤形成膜、LB膜形成膜、蒸着物など)であってもよい。 Examples of the sample 2 may be any sample that is a measurement target of water molecule adsorption / desorption, such as a hydrophobic polymer (polystyrene, polymethyl methacrylate, etc.), a hydrophilic polymer (polyhydrophilic polymer by plasma treatment or the like). Methyl methacrylate, etc.), water-soluble polymers, biomaterials (proteins, phospholipids, nucleic acids, sugar chains, cells, cell membrane fractions, skin, biological secretory components, etc.), surface treatment agents (fluorinated water repellent treatment agents, Hydrophilic surface modifiers, etc.), paints (inks, paints, etc.) and functional materials, but also inorganic compounds. A thin film (layer) itself made of a substance capable of adsorbing water molecules such as SiO 2 , Si, SiN, ZnO, TiO 2 (which changes the optical path length) may be used as the sample thin film. Further, it may be in the form of fine particles (colloidal silica, pigment, toner, etc.) or a monomolecular compound (silane coupling agent forming film, LB film forming film, deposited material, etc.).

試料2を薄膜として形成する場合、その膜厚は、反射率極小波長を測定可能な厚さであればよく、好ましくは1nm〜100μm、より好ましくは10nm〜1μm、さらに好ましくは10nm〜700nmである。   When the sample 2 is formed as a thin film, the film thickness may be any thickness as long as the reflectance minimum wavelength can be measured, and is preferably 1 nm to 100 μm, more preferably 10 nm to 1 μm, and still more preferably 10 nm to 700 nm. .

試料2の薄膜を形成する方法としては、ディップコーティング、スピンコーティング、スプレーコーティング等の各種コーティング、キャスト製法、化学気相成長法(CVD)、物理気相成長法(PVD)等の公知の成膜方法で行うことができる。なお、試料2が、DNAやタンパク質、細胞等の不連続で離散的な生体材料である場合には、薄膜を形成しにくいため、例えば、光学薄膜16または基板15の表面をポリエチレングリコール(PEG)脂質(例えば、Biocompatible anchor for membrane:BAM)等で修飾し、修飾した化合物に対してDNAやタンパク質、細胞等の生体材料をスポット固定するようにしてもよい。   As a method for forming the thin film of Sample 2, known film formation such as various coatings such as dip coating, spin coating and spray coating, cast manufacturing method, chemical vapor deposition method (CVD), physical vapor deposition method (PVD) and the like. Can be done by the method. When the sample 2 is a discontinuous and discrete biomaterial such as DNA, protein, or cell, it is difficult to form a thin film. For example, the surface of the optical thin film 16 or the substrate 15 is made of polyethylene glycol (PEG). It may be modified with lipid (for example, Biocompatible anchor for membrane: BAM), and biomaterials such as DNA, protein, cells, etc. may be spot-fixed to the modified compound.

(カバー部材)
センサーチップ1は、図5(A)および図5(B)に示すように、試料2の測定領域2a以外の表面部分等をマスクするカバー部材17をさらに有してもよい。このカバー部材17は、試料2よりも親水性の低い公知の材質から形成されており、例えば、疎水性ポリマー(PMMA、PET、PP)等である。このカバー部材17により、調湿ガスが不必要に測定領域2a以外の他の試料2の薄膜等に付着することを防止することができ、水分子のリソースの減少を防止できる点で有利である。図5に示す例では、カバー部材17は試料2の薄膜のうち、測定領域2a以外を覆うものであるが、例えば、さらに、チャンバー部3aの表面に水分子が吸着しないように、チャンバー部3aの内表面を覆うものとしてもよい。
(Cover member)
As shown in FIGS. 5A and 5B, the sensor chip 1 may further include a cover member 17 that masks a surface portion of the sample 2 other than the measurement region 2a. The cover member 17 is formed of a known material having a lower hydrophilicity than the sample 2 and is, for example, a hydrophobic polymer (PMMA, PET, PP) or the like. This cover member 17 is advantageous in that the humidity control gas can be prevented from unnecessarily adhering to the thin film or the like of the sample 2 other than the measurement region 2a, and the reduction of water molecule resources can be prevented. . In the example shown in FIG. 5, the cover member 17 covers the thin film of the sample 2 except for the measurement region 2a. For example, the chamber member 3a further prevents water molecules from adsorbing to the surface of the chamber member 3a. It is good also as what covers the inner surface.

<調湿ガス送出手段>
調湿ガス送出手段4は、図1及び図2に示すように、密閉空間形成部材3のガス導入路12A,12Bの各上流端の開口に接続され、ガス導入路12A,12Bに湿度等を調節したガスを送出するものであり、温湿度調節ユニット(不図示)を有している。RIfS測定では、例えば、密閉空間Rへ調湿ガスを送出しながら、該調湿ガスの湿度を連続的に変化させて試料2の水分子の吸脱着をリアルタイムで測定するような場合のために、調湿ガス送出手段4は湿度等を連続的に変化させる機能を有していることが好ましい。
<Humidity gas delivery means>
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the humidity control gas delivery means 4 is connected to the openings at the upstream ends of the gas introduction paths 12A and 12B of the sealed space forming member 3, and the humidity etc. are supplied to the gas introduction paths 12A and 12B. This is for delivering adjusted gas, and has a temperature / humidity adjustment unit (not shown). In the RIfS measurement, for example, the humidity gas is sent to the sealed space R and the humidity of the humidity gas is continuously changed to measure the adsorption / desorption of water molecules in the sample 2 in real time. The humidity control gas delivery means 4 preferably has a function of continuously changing the humidity and the like.

<排気機構>
排気機構(不図示)は、ガス排出路14A,14Bの下流開口に接続され、例えば排気ファン等を有し、密閉空間R内の調湿ガスを排出する機構である。試料2の水分子の吸脱着をリアルタイムで測定するために必要な調湿ガスの流量(例えば、後述の実施例では1L/分以下の流量)を維持できる排気能力を有していればよい。
<Exhaust mechanism>
The exhaust mechanism (not shown) is a mechanism that is connected to the downstream openings of the gas discharge paths 14A and 14B, has an exhaust fan, for example, and discharges the humidity-controlled gas in the sealed space R. What is necessary is just to have the exhaust capability which can maintain the flow volume (for example, the flow volume of 1 L / min or less in the below-mentioned Example) required in order to measure the adsorption / desorption of the water molecule of the sample 2 in real time.

<温湿センサー>
温湿センサー5は、密閉空間Rに滞留する調湿ガスの温度および湿度を測定するセンサーであり、RIfS測定での試料2に対する水分子の吸脱着に悪影響を及ぼさない位置に設けられている。例えば、図2に示したようにガス排出路に設けることが好ましい。温湿センサー5は、後述の制御手段10に接続されて、常に密閉空間Rの湿度と温度をモニタリングできる構成となっている。
<Humidity sensor>
The temperature / humidity sensor 5 is a sensor that measures the temperature and humidity of the humidity control gas that stays in the sealed space R, and is provided at a position that does not adversely affect the adsorption / desorption of water molecules with respect to the sample 2 in the RIfS measurement. For example, it is preferable to provide the gas discharge passage as shown in FIG. The temperature / humidity sensor 5 is connected to the control means 10 described later, and is configured to always monitor the humidity and temperature of the sealed space R.

<第1,2光ファイバー>
第1,2光ファイバー6,7は、それぞれ微細な複数の光ファイバーが束となって構成されたものであり、図1及び図2に示したように、第1光ファイバー6と第2光ファイバー7の各一端部により測定プローブを形成し、該測定プローブが密閉空間R内の測定領域2aに臨むように、密閉空間形成部材3の開口3bに挿入固定される。また、第1光ファイバー6の他端部は光源8の照射位置に配置され、第2光ファイバー7の他端部は分光器9に接続される。光源8の点灯により所定波長の測定光が第1光ファイバー6の一端部から出射して測定領域2a等で反射し(図9(B)参照)、該反射光を第2光ファイバー7に一端からその内部へ入射させるため、第1光ファイバー6は光源8からの測定光、第2光ファイバー7は上述した波長(400nm〜800nm)の光を導光可能であればよい。
<First and second optical fibers>
The first and second optical fibers 6 and 7 are each constituted by a bundle of a plurality of fine optical fibers. As shown in FIGS. 1 and 2, each of the first optical fiber 6 and the second optical fiber 7 is provided. A measurement probe is formed by one end, and is inserted and fixed in the opening 3b of the sealed space forming member 3 so that the measurement probe faces the measurement region 2a in the sealed space R. The other end of the first optical fiber 6 is disposed at the irradiation position of the light source 8, and the other end of the second optical fiber 7 is connected to the spectrometer 9. When the light source 8 is turned on, measurement light having a predetermined wavelength is emitted from one end of the first optical fiber 6 and reflected by the measurement region 2a or the like (see FIG. 9B), and the reflected light is reflected on the second optical fiber 7 from one end. In order to make it enter into the inside, the 1st optical fiber 6 should just be able to guide the measurement light from the light source 8, and the 2nd optical fiber 7 can guide the light of the wavelength (400 nm-800 nm) mentioned above.

<制御手段>
制御手段10は、記憶手段(不図示)を有し、この記憶手段には上述した各機器を制御して後述するRIfS測定により水分子の吸脱着の測定を行うためのプログラムが記憶されている。
<Control means>
The control means 10 has a storage means (not shown), and this storage means stores a program for controlling each device described above and measuring the adsorption / desorption of water molecules by the RIfS measurement described later. .

《RIfS測定》
以下、上述した実施形態1の密閉空間形成部材3を有するRIfSシステム100により、RIfS測定により水分子吸脱着を測定する方法(水分子吸脱着測定方法)について説明する。
<< RIfS measurement >>
Hereinafter, a method (water molecule adsorption / desorption measurement method) of measuring water molecule adsorption / desorption by RIfS measurement by the RIfS system 100 having the sealed space forming member 3 of the first embodiment will be described.

本発明に係る水分子吸脱着測定方法は、密閉空間Rに導入するための調湿ガスの湿度を測定条件の湿度に調節する調湿工程と、チャンバー部3aにより形成される密閉空間Rの測定領域2aへ前記調節をした調湿ガスを吹き付けるように導入するガス導入工程と、試料2の水分子の量をRIfs測定する測定工程とを有する。   The method for measuring adsorption / desorption of water molecules according to the present invention includes a humidity control step of adjusting the humidity of the humidity control gas to be introduced into the sealed space R to the humidity of the measurement conditions, and the measurement of the sealed space R formed by the chamber portion 3a. A gas introduction step of introducing the adjusted humidity gas into the region 2a and a measurement step of measuring the amount of water molecules in the sample 2 by RIfs.

[調湿工程]
調湿工程は、図10に示すように、第1次調湿工程S1−1、第2次〜第n次調湿工程S1−3を有する。このうち、第2次〜第n次調湿工程S1−3は、ガス導入工程S1−4と並行して行われる。ここで、「n」は、RIfSシステム100により、密閉空間Rに導入する調湿ガスの湿度を段階的に変化させる際の全段階数である。「i」は、調湿の全ての段階のうち、現在行っている調湿が何段階目であるかを示す。
[Humidity control process]
As shown in FIG. 10, the humidity adjustment process includes a primary humidity adjustment process S <b> 1-1 and secondary to n-th humidity adjustment processes S <b> 1-3. Among these, the second to n-th humidity control steps S1-3 are performed in parallel with the gas introduction step S1-4. Here, “n” is the total number of stages when the humidity of the humidity control gas introduced into the sealed space R is changed stepwise by the RIfS system 100. “I” indicates what level of humidity adjustment is currently performed among all stages of humidity adjustment.

例えば、+1%湿度/分の増加速度で段階的に導入する調湿ガスの湿度を20%→22%のように変更させる場合、密閉空間Rを所定の湿度(例えば21%)するために調湿している1分間が1次分の調湿工程となる。この具体例の場合、n=3、i=1〜3であり、i=1では湿度20%に調湿し、i=2では湿度21%し、i=3では22%に調湿することになる。1段階における湿度の変化量については、通常は0.1〜10RH%、好ましくは0.5〜5RH%である。   For example, when the humidity of the humidity control gas introduced in stages at an increasing rate of + 1% humidity / min is changed from 20% to 22%, the air conditioning space R is adjusted to a predetermined humidity (for example, 21%). One minute of moistening is the primary humidity conditioning step. In this specific example, n = 3, i = 1 to 3, humidity is adjusted to 20% when i = 1, humidity is 21% when i = 2, and humidity is adjusted to 22% when i = 3. become. About the variation | change_quantity of the humidity in 1 step, it is 0.1-10RH% normally, Preferably it is 0.5-5RH%.

ステップS1−1では、第1次の調湿段階で設定する湿度に調湿ガスの湿度を調節する。上記具体例では、制御手段10の温湿度調節ユニット(不図示)により調湿ガス送出手段4により調湿ガスの湿度を20%に調節する。   In step S1-1, the humidity of the humidity control gas is adjusted to the humidity set in the first humidity control stage. In the above specific example, the humidity of the humidity control gas is adjusted to 20% by the humidity control gas delivery means 4 by the temperature / humidity adjustment unit (not shown) of the control means 10.

ステップS1−2では、i=2に設定し、上述した測定段階の段階数(n)を設定する。上述の具体例では測定段階が湿度20〜22%であるため、n=3である。
ステップS1−3では、第i次(i段階目)の調湿を行う。i=2の場合、上記具体例では、導入する調湿ガスを湿度21%に設定することになる。
In step S1-2, i = 2 is set, and the number (n) of the measurement steps described above is set. In the specific example described above, the measurement stage is humidity 20-22%, so n = 3.
In step S1-3, the i-th (i-th stage) humidity control is performed. When i = 2, in the above specific example, the humidity control gas to be introduced is set to a humidity of 21%.

[ガス導入工程]
ガス導入工程(ステップS1−4)は、第i−1次の調湿工程で調湿された調湿ガスを、密閉空間形成部材3のガス導入口13a(密閉空間Rの測定領域2aに対向する位置)から、湿度が調節された調湿ガスを測定領域2a吹き付けるように導入する工程である。このガス導入工程は、第i次調湿工程(S1−3)、後述する照射工程(S1−5)、および測定(S1−6)が並行して行われる(図10参照)。
[Gas introduction process]
In the gas introduction process (step S1-4), the humidity-controlled gas conditioned in the (i-1) th humidity control process is opposed to the gas introduction port 13a of the sealed space forming member 3 (the measurement area 2a of the sealed space R). Is a step of introducing the humidity control gas whose humidity has been adjusted from the measurement area 2a. In this gas introduction step, an i-th humidity adjustment step (S1-3), an irradiation step (S1-5), and a measurement (S1-6) described later are performed in parallel (see FIG. 10).

密閉空間Rに導入する調湿ガスの流量は、前述したように、試料2に対する水分子の吸脱着が調湿ガスの湿度において上述した本来の水分子の吸脱着の平衡状態に近づく範囲内のガス流量であることが好ましい。すなわち、密閉空間Rの容量は、水分子の試料に対する吸脱着を測定するための時間間隔の間に、前記密閉空間に供給される調湿ガスの量と略同量か、それ以下となるように形成されることが好ましい。具体例として、RIfSにより水分子の試料に対する吸脱着(それを反映する試料の膜厚d)を測定するための時間間隔が1秒であり、密閉空間形成部材3のチャンバー部3a等により形成される密閉空間Rの容積を17.0mL以下とする場合、供給する調湿ガスの流量を1L/分(約16.7mL/秒)以下とすることが好ましい。   As described above, the flow rate of the humidity control gas introduced into the sealed space R is within the range in which the adsorption / desorption of water molecules with respect to the sample 2 approaches the equilibrium state of the above-described original adsorption / desorption of water molecules at the humidity of the humidity control gas. A gas flow rate is preferred. That is, the capacity of the sealed space R is approximately equal to or less than the amount of the humidity control gas supplied to the sealed space during the time interval for measuring adsorption / desorption of water molecules to the sample. It is preferable to be formed. As a specific example, the time interval for measuring the adsorption / desorption of water molecules with respect to the sample by RIfS (the film thickness d of the sample reflecting it) is 1 second and is formed by the chamber portion 3a of the sealed space forming member 3 or the like. When the volume of the enclosed space R is 17.0 mL or less, the flow rate of the humidity control gas to be supplied is preferably 1 L / min (about 16.7 mL / sec) or less.

ガス導入工程におけるガス導入口13aから密閉空間Rに導入される調湿ガスの流れる方向は、試料2に対して吹き付けられる方向であればよく、好ましくは、試料2の薄膜で平面状の測定領域2a、または試料2がタンパク質等の生体材料であり不連続の場合には、生体材料を固定している平面部に対する角度(θ)が70°以上110°以下である。   The flow direction of the humidity control gas introduced into the sealed space R from the gas introduction port 13a in the gas introduction step may be a direction in which the humidity control gas is blown against the sample 2. Preferably, the planar measurement region is a thin film of the sample 2 In the case where 2a or the sample 2 is a biomaterial such as protein and is discontinuous, the angle (θ) with respect to the flat surface on which the biomaterial is fixed is 70 ° or more and 110 ° or less.

[照射工程]
照射工程(ステップS1−5)は、図9(B)に示すように、測定領域2aに測定光を入射させて反射光を受光し続ける工程である。照射工程は、図10に示すように他の工程と並行して行われる。具体的には、測定光として所定の波長の光を発する光源8を点灯させて第1光ファイバー6を介して測定光を密閉空間Rの測定領域2aに入射させ続け、入射させている間に得られる反射光を第1光ファイバー7で受光して分光器9へ導光し続ける。
[Irradiation process]
In the irradiation step (step S1-5), as shown in FIG. 9B, the measurement light is incident on the measurement region 2a and the reflected light is continuously received. The irradiation process is performed in parallel with other processes as shown in FIG. Specifically, the light source 8 that emits light of a predetermined wavelength as the measurement light is turned on, and the measurement light is continuously incident on the measurement region 2a of the sealed space R through the first optical fiber 6, and obtained while being incident. The reflected light is received by the first optical fiber 7 and continuously guided to the spectrometer 9.

[測定工程]
測定工程(ステップS1−6)は、図2に示すように、照射工程で受光した際の受光データに基づいてRIfS測定することにより、試料2中の水分子の量を測定する工程である。なお、上述したように、測定工程中もガス導入工程が並行して行われるため、密閉空間R内の湿度が常に調節されつづけており、該湿度が経時的に変化またはほぼ維持される。
[Measurement process]
As shown in FIG. 2, the measurement process (step S1-6) is a process of measuring the amount of water molecules in the sample 2 by performing RIfS measurement based on the received light data when light is received in the irradiation process. As described above, since the gas introduction process is performed in parallel during the measurement process, the humidity in the sealed space R is constantly adjusted, and the humidity is changed or substantially maintained over time.

測定工程では、上述のように密閉空間Rを連続的に調湿しながら、所定の時間間隔(例えば20ミリ秒)ごとにRIfS測定を行う。このRIfS測定は、光源8が白色光源の場合、分光器9側で検出する波長を順次変えながら400nm〜800nmを網羅するように複数回行われる。例えば、反射率極小波長の周辺波長の領域(例えば、波長500〜550nm)について、検出する波長を1nmずつ順次変えながらRIfS測定する。この場合、上記例の50nmの範囲であれば50回測定が行われる。そして、1回のRIfS測定を20ミリ秒で行う場合、1群のRIfS測定50回は、50回のRIfS測定×20ミリ秒/回RIfS測定=1000ミリ秒(1秒)かかることになる。   In the measurement process, RifS measurement is performed at predetermined time intervals (for example, 20 milliseconds) while continuously adjusting the humidity of the sealed space R as described above. When the light source 8 is a white light source, the RIfS measurement is performed a plurality of times so as to cover 400 nm to 800 nm while sequentially changing the wavelength detected on the spectroscope 9 side. For example, RIFS measurement is performed while sequentially changing the wavelength to be detected by 1 nm in a peripheral wavelength region (for example, a wavelength of 500 to 550 nm) with a minimum reflectance wavelength. In this case, the measurement is performed 50 times within the range of 50 nm in the above example. When one RIfS measurement is performed in 20 milliseconds, 50 RIfS measurements in one group take 50 RIfS measurements × 20 milliseconds / times RIfS measurement = 1000 milliseconds (1 second).

なお、ステップS1−6で、任意に、図11に示すように、RIfs測定の各時点(例えば図11のt1〜t4)で測定した試料2の厚み変化(Δd[nm])を算出し、各時点におけるΔdの変化率(図11の例では、グラフの各時点における傾き:矢印参照)を求め、Δdの傾き(反射率の変化)が0に近い(例えば0.3以下)か否かを調べてもよい。Δdの傾き(反射率の変化)が0に近ければ、水の吸脱着の平衡状態にほぼ遷移したと判断でき、そうでなければ遷移している最中と判断できる。なお、図11の右に示す湿度は、密閉空間Rへ導入する調湿ガスの湿度を示す。   In step S1-6, arbitrarily, as shown in FIG. 11, the thickness change (Δd [nm]) of the sample 2 measured at each time point of RIfs measurement (for example, t1 to t4 in FIG. 11) is calculated, The change rate of Δd at each time point (in the example of FIG. 11, the slope at each time point in the graph: see the arrow) is obtained, and whether the slope of Δd (change in reflectance) is close to 0 (for example, 0.3 or less). May be examined. If the slope of Δd (reflectance change) is close to 0, it can be determined that the state has substantially shifted to the equilibrium state of water adsorption / desorption, and if not, it can be determined that the transition is in progress. Note that the humidity shown on the right side of FIG. 11 indicates the humidity of the humidity control gas introduced into the sealed space R.

ステップS1−7では、第i次までの調湿工程まで終了したか否か(n<iか否か)を判断する。例えば、湿度20→22%における水分子の吸脱着を測定する場合に22%まで調湿工程が完了したか否かを判断し、完了しておりYESであれば一連の測定を終了させ、完了しておらずNOであれば、ステップS1−8でnをインクリメントした後に、ステップS1−3の前に戻って、次の調湿工程等へ移行する。   In step S1-7, it is determined whether or not the humidity control process up to the i-th order is completed (whether n <i). For example, when measuring the adsorption / desorption of water molecules at a humidity of 20 → 22%, it is judged whether or not the humidity adjustment process is completed up to 22%. If YES, the series of measurements is completed and completed. If it is not and it is NO, after incrementing n by step S1-8, it will return before step S1-3 and will transfer to the following humidity control process.

(実施形態1の作用・効果)
以下、実施形態1の密閉空間形成部材3を用いてRIfSシステム100によりRIfS測定した際の作用・効果について説明する。
(Operation / Effect of Embodiment 1)
Hereinafter, operations and effects when the RIfS measurement is performed by the RIfS system 100 using the sealed space forming member 3 of the first embodiment will be described.

(1)本実施形態1の密閉空間形成部材3は、RIfSシステム100に用いられ、試料2を内包する密閉空間Rを形成するための密閉空間形成部材であって、図2に示すように、調湿ガスを試料2の測定領域2aに対して、それに対向する位置から吹き付けるよう、密閉空間Rに導入するためのガス導入口13aを有している。   (1) The sealed space forming member 3 of the first embodiment is a sealed space forming member for use in the RIfS system 100 to form a sealed space R that encloses the sample 2. As shown in FIG. There is a gas inlet 13a for introducing the humidity control gas into the sealed space R so as to blow the humidity control gas from the position opposite to the measurement region 2a of the sample 2.

したがって、密閉空間形成部材3を有するRIfSシステム100により測定領域2aに対して調湿ガスを導入することとすれば、調湿ガスが測定領域2aに対して吹き付けるように導入されるので、ガス導入路により小容積の密閉空間R内へ調湿ガスを導入する際の問題、すなわち、恒温槽よりも高いガスの流量で測定領域2aに対してガスが導入されてしまうこと、このようなガスの導入により水分子の吸着は生じるものの、水分子の脱離も促進してしまい、本来の水分子の吸脱着を再現しにくい問題が発生すること、つまり、所定のガス流量(例えば1L/分以下)で測定領域2aに対してガスを導入する場合であっても、水分子の試料に対する吸脱着の平衡状態へと遷移させることが困難となるという問題が解消され、より自然状態の水分子の試料に対する吸脱着を反映したかたちでRIfS測定をすることができる。   Therefore, if the humidity control gas is introduced to the measurement region 2a by the RIfS system 100 having the sealed space forming member 3, the humidity control gas is introduced so as to be blown against the measurement region 2a. The problem of introducing the humidity control gas into the small volume sealed space R by the path, that is, the gas is introduced into the measurement region 2a at a gas flow rate higher than that of the constant temperature bath, Although the adsorption of water molecules occurs due to the introduction, the desorption of water molecules is also promoted, and there is a problem that it is difficult to reproduce the original adsorption / desorption of water molecules, that is, a predetermined gas flow rate (for example, 1 L / min or less). ), It is difficult to make a transition to the equilibrium state of adsorption / desorption of water molecules with respect to the sample even when the gas is introduced into the measurement region 2a. It can be a RIfS measured in a manner reflecting the desorption for water molecules of the sample.

(2)密閉空間Rは、水分子の試料に対する吸脱着を測定するための時間間隔の間に、前記密閉空間Rに供給される前記調湿ガスの量とほぼ同量か、それ以下の容量となるように形成されているので、チャンバー部3a内の密閉空間Rで測定領域2aに対して水分子が不足せずに供給され、また、調湿ガスが密閉空間R内で均一に広がって一様となるまでの時間を極力減らすことができる。   (2) The sealed space R has a capacity substantially equal to or less than the amount of the humidity control gas supplied to the sealed space R during the time interval for measuring adsorption / desorption of water molecules to the sample. Therefore, water molecules are supplied to the measurement region 2a without deficiency in the sealed space R in the chamber portion 3a, and the humidity control gas spreads uniformly in the sealed space R. Time until it becomes uniform can be reduced as much as possible.

(3)密閉空間形成部材3のガス導入口13aの開口面積の合計:測定領域2aの面積の比が、50:1〜480:1であれば、測定領域2aに対してガス導入口13aから調湿ガスを好適に吹き付けることができる。   (3) If the ratio of the total opening area of the gas introduction port 13a of the sealed space forming member 3: the area of the measurement region 2a is 50: 1 to 480: 1, the gas introduction port 13a is connected to the measurement region 2a. Humidity control gas can be sprayed suitably.

(4)前記調湿ガスが、前記測定領域2aの平面に対して上記角度(θ)が70°以上110°以下の範囲となるように、ガス導入口13aが設けられていることで、より好適に上記(1)の効果を得ることができる。さらに、角度(θ)が85°〜95°であれば、より好適に上記(1)の効果を得ることができる。   (4) The gas introduction port 13a is provided so that the humidity control gas is in a range of 70 ° to 110 ° with respect to the plane of the measurement region 2a. The effect (1) can be preferably obtained. Furthermore, if the angle (θ) is 85 ° to 95 °, the effect of (1) can be more suitably obtained.

(5)ガス導入口13aが複数設けられ、ガス導入口13a,・・・の各開口が、円形、楕円形、および長方形の少なくともいずれか1つであることにより、流体工学の観点から調湿ガスを測定領域2aに吹き付ける導入するのに適した形状とすることができる。ここで、ガス導入口13aの形状が調湿ガスの導入に適しているか否かは、ガス導入口13aの形状を様々な形状に変更して、上述したRIfS測定により水分子の吸脱着を計測することで、水分子の吸脱着が上記平衡状態に近づくのが速いか遅いかによって決定することができる。   (5) A plurality of gas inlets 13a are provided, and each opening of the gas inlets 13a,... Is at least one of a circle, an ellipse, and a rectangle. A shape suitable for introducing gas into the measurement region 2a can be obtained. Here, whether or not the shape of the gas inlet 13a is suitable for introduction of humidity control gas is determined by changing the shape of the gas inlet 13a to various shapes and measuring the adsorption / desorption of water molecules by the above-described RIfS measurement. By doing so, it can be determined by whether the adsorption / desorption of water molecules is fast or slow in approaching the equilibrium state.

(6)ガス導入口13aから密閉空間Rに導入された前記調湿ガスのガス流が測定領域2aに供給される上記角度(θ)を調節する別体のガスガイド部材13を備えていることで、ガスガイド部材13を加工形成して所望のガス導入口13aを形成することができる。   (6) It is provided with a separate gas guide member 13 for adjusting the angle (θ) at which the gas flow of the humidity control gas introduced into the sealed space R from the gas introduction port 13a is supplied to the measurement region 2a. Thus, the gas guide member 13 can be processed and formed to form the desired gas inlet 13a.

また、このガスガイド部材13が円筒状であり、既に説明したように密閉空間形成部材3の溝11内に貫装される構成であれば、ガスガイド部材13を例えばその軸回りに回転させて設置状態を変えることができるため、密閉空間Rへの調湿ガスの導入方向、つまり上記角度(θ)をユーザが意図したように簡単に変更することができる。そのため、上述した調湿ガスの導入方向の調節が簡単となる。さらに、ガスガイド部材13が別体であるのでメンテナンスがしやすいという利点もある。   Further, if the gas guide member 13 has a cylindrical shape and is inserted in the groove 11 of the sealed space forming member 3 as described above, the gas guide member 13 is rotated around its axis, for example. Since the installation state can be changed, the direction in which the humidity control gas is introduced into the sealed space R, that is, the angle (θ) can be easily changed as intended by the user. Therefore, the adjustment of the introduction direction of the humidity control gas described above becomes easy. Further, since the gas guide member 13 is a separate body, there is an advantage that maintenance is easy.

(7)測定領域2a以外の密閉空間Rを形成する表面(試料2の薄膜の測定領域2a以外の部分、チャンバー部3aの内表面等)が、試料2より疎水性であるカバー部材17により覆われていれば、測定領域2a以外の部分に対する水分子の吸脱着を抑制して、密閉空間R内で遊離状態の水分子の量(リソース)を極力確保することができる。   (7) The surface forming the sealed space R other than the measurement region 2a (the portion other than the measurement region 2a of the thin film of the sample 2, the inner surface of the chamber portion 3a, etc.) is covered with the cover member 17 that is more hydrophobic than the sample 2 If it is, the adsorption / desorption of water molecules to the portion other than the measurement region 2a can be suppressed, and the amount (resource) of free water molecules in the sealed space R can be ensured as much as possible.

このように、密閉空間R内の遊離の水分子がより多く確保されるので、カバー部材17を設けない場合と比較して、密閉空間Rに調湿ガスを導入する際の水分子の吸脱着を平衡状態に遷移させやすくなる。   As described above, since more free water molecules are secured in the sealed space R, the water molecules are adsorbed and desorbed when the humidity control gas is introduced into the sealed space R as compared with the case where the cover member 17 is not provided. Is easily transitioned to an equilibrium state.

[実施形態2]
図7Aおよび図8(A)に、実施形態2に係るRIfS測定システム100Aの密閉空間形成部材3Aを示す。なお、実施形態1のRIfS測定システム100と共通する一部の部材等については同一の符号を付すか図示を省略し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
7A and 8A show a sealed space forming member 3A of the RIfS measurement system 100A according to the second embodiment. In addition, about the one part member etc. which are common in the RIfS measurement system 100 of Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected or illustration is abbreviate | omitted and the description is abbreviate | omitted.

実施形態3の密閉空間形成部材3Aは、チャンバー部3aと、断面C字状の溝11と、ガス導入路12A,12Bと、溝11およびガス導入路12Aに貫装されたガスガイド部材13と、ガス排出路14B等とを有している。   The sealed space forming member 3A according to the third embodiment includes a chamber portion 3a, a groove 11 having a C-shaped cross section, gas introduction paths 12A and 12B, and a gas guide member 13 provided in the groove 11 and the gas introduction path 12A. And a gas discharge path 14B.

実施形態2の密閉空間形成部材3Aでは、第1、第2光ファイバー6,7の一端部が、ガス導入口13aに隣接するチャンバー部3aの位置から密閉空間Rの測定領域2aの上方に延出するように垂下されている。   In the sealed space forming member 3A of the second embodiment, one end portions of the first and second optical fibers 6 and 7 extend above the measurement region 2a of the sealed space R from the position of the chamber portion 3a adjacent to the gas introduction port 13a. Has been drooped to do.

(実施形態2の作用・効果)
実施形態2の密閉空間形成部材3Aを用いたRIfS測定システム100Aによれば、密閉空間Rが直方体状に形成されており、ガス排出路14Bの開口がチャンバー部3aの内壁面に形成されるので、密閉空間Rの調湿ガスを排出する際の排出量を規定しやすい。また、第1、第2光ファイバー6,7により導入される調湿ガスが測定領域2aへガイドされる効果を有する。
(Operation / Effect of Embodiment 2)
According to the RIfS measurement system 100A using the sealed space forming member 3A of Embodiment 2, the sealed space R is formed in a rectangular parallelepiped shape, and the opening of the gas discharge path 14B is formed on the inner wall surface of the chamber portion 3a. It is easy to specify the discharge amount when the humidity control gas in the sealed space R is discharged. In addition, the humidity control gas introduced by the first and second optical fibers 6 and 7 is guided to the measurement region 2a.

[実施形態3]
図8(B)に、実施形態3に係るRIfS測定システム100Bの密閉空間形成部材3Bを示す。なお、実施形態1のRIfS測定システム100と共通する一部の部材等については同一の符号を付すか図示を省略し、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
FIG. 8B shows a sealed space forming member 3B of the RIfS measurement system 100B according to the third embodiment. In addition, about the one part member etc. which are common in the RIfS measurement system 100 of Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected or illustration is abbreviate | omitted and the description is abbreviate | omitted.

実施形態3の密閉空間形成部材3Bは、チャンバー部3aと、断面コ字状の溝11と、ガス導入路12A,12Bと、溝11およびガス導入路12Aに貫装されたガスガイド部材13と、ガス排出路14B等とを有している。   The sealed space forming member 3B according to the third embodiment includes a chamber portion 3a, a groove 11 having a U-shaped cross section, gas introduction paths 12A and 12B, and a gas guide member 13 provided in the groove 11 and the gas introduction path 12A. And a gas discharge path 14B.

実施形態3の密閉空間形成部材3Bでは、図8(B)に示すように、ガス導入路12A,12Bおよび溝11にガスガイド部材13が貫装されている。そして、測定領域2aおよびガス導入口13aの各位置に平面視で一致する位置において、ガスガイド部材13と溝11の底部にそれぞれ開口3bが形成されている(一部不図示)。そして、第1、第2光ファイバー6,7の端部のプローブが、これらの開口3bおよびガス導入口13aを介して、チャンバー部3a内の密閉空間Rの測定領域2aの上方に位置するように垂下されている。   In the sealed space forming member 3B of the third embodiment, as shown in FIG. 8B, a gas guide member 13 is inserted into the gas introduction paths 12A and 12B and the groove 11. And the opening 3b is each formed in the bottom part of the gas guide member 13 and the groove | channel 11 in the position which corresponds to each position of the measurement area | region 2a and the gas inlet 13a by planar view. The probes at the ends of the first and second optical fibers 6 and 7 are positioned above the measurement region 2a of the sealed space R in the chamber portion 3a through the opening 3b and the gas inlet 13a. It is drooping.

(実施形態3の作用・効果)
実施形態3の密閉空間形成部材3を用いたRIfS測定システム100Bによれば、上記のように構成され、本来は調湿ガスを吹き出すためのガス導入口13aを通して第1,2光ファイバー6,7が垂下されているので、調湿ガスの流れを邪魔することなく、第1,2光ファイバー6,7を設置することができるとともに、この第1,2光ファイバー6,7が測定領域2aへ調湿ガスを吹き付けられる際に案内をする機能も果たし、調湿ガスの測定領域2aへの吹き付けが好適に行われることとなる。
(Operation / Effect of Embodiment 3)
According to the RIfS measurement system 100B using the sealed space forming member 3 of the third embodiment, the first and second optical fibers 6 and 7 are configured as described above and are originally passed through the gas introduction port 13a for blowing out the humidity control gas. Since it hangs down, the first and second optical fibers 6 and 7 can be installed without obstructing the flow of the humidity control gas, and the first and second optical fibers 6 and 7 are supplied to the measurement region 2a. This also serves as a guide when the gas is sprayed, and the humidity control gas is preferably sprayed onto the measurement region 2a.

[実施形態4]
図8(C)に、実施形態4に係るRIfS測定システム100Cの密閉空間形成部材3Cを示す。なお、実施形態3のRIfS測定システム100Bと共通する一部の部材等については同一の符号を付すか図示を省略し、その説明を省略する。
[Embodiment 4]
FIG. 8C shows a sealed space forming member 3C of the RIfS measurement system 100C according to the fourth embodiment. In addition, about the one part member etc. which are common in RIFS measurement system 100B of Embodiment 3, the same code | symbol is attached | subjected or illustration is abbreviate | omitted and the description is abbreviate | omitted.

実施形態4の密閉空間形成部材3Cは、チャンバー部3aと、断面コ字状の溝11と、ガス導入路12A,12Bと、ガス排出路14Bと、コ字状の溝11およびガス導入路12A,12Bに貫装されたガスガイド部材13等とを有している。また、ガスガイド部材13の内部およびチャンバー部3aの内部の空間が、それぞれ測定領域2aを中心とする円柱状となるように形成されている。   The sealed space forming member 3C of the fourth embodiment includes a chamber portion 3a, a groove 11 having a U-shaped cross section, gas introduction paths 12A and 12B, a gas discharge path 14B, a U-shaped groove 11 and a gas introduction path 12A. , 12B and the gas guide member 13 and the like penetrated. Further, the space inside the gas guide member 13 and the inside of the chamber portion 3a are formed in a columnar shape centered on the measurement region 2a.

(実施形態4の作用・効果)
実施形態4の密閉空間形成部材3Cを用いたRIfS測定システム100Cによれば、ガスガイド部材13の内部が円柱形状であるため、ガスガイド部材13の内部に導入する調湿ガスが、ガスガイド部材13の内部で回流して均一となりやすく調湿ガスの湿度ムラがなくなる。
(Operation / Effect of Embodiment 4)
According to the RIfS measurement system 100C using the sealed space forming member 3C of the fourth embodiment, the inside of the gas guide member 13 has a cylindrical shape. 13 is easily circulated and uniform in the humidity control gas.

さらに、ガス導入口13aの位置が前記円柱形状の中央であるため、ガスガイド部材13の内部でよく混合された調湿ガスが密閉空間Rへ吹き出されることとなる。そして、チャンバー部3a内の密閉空間Rも円柱形状に形成されているので、測定領域2aの上方で対向する位置から測定領域2aに吹き付けるように導入した調湿ガスが、密閉空間R内で対流して再び測定領域2aに対して吹き付けるように流れる際に(図8(C)の黒矢印参照)、調湿ガスの対流の移動距離が揃うため、チャンバー部3a内でも調湿ガスの混合ムラを改善しつつ、好適に調湿ガスを測定領域2aに吹き付けることができる。   Furthermore, since the position of the gas inlet 13a is the center of the columnar shape, the humidity-controlled gas that is well mixed inside the gas guide member 13 is blown out into the sealed space R. Since the sealed space R in the chamber portion 3a is also formed in a cylindrical shape, the humidity control gas introduced so as to be blown to the measurement region 2a from a position facing the measurement region 2a is convection in the sealed space R. Then, when it flows so as to blow again against the measurement region 2a (see the black arrow in FIG. 8C), the convection moving distance of the humidity control gas is uniform, so that the mixing unevenness of the humidity control gas also occurs in the chamber portion 3a. The humidity control gas can be suitably blown onto the measurement region 2a while improving the above.

ここで、チャンバー部3aの内周壁は、上下方向に垂直に伸びるように形成されているが、再び測定領域2aに対して吹き付けるように流れる調湿ガスの方向が測定領域2aの平面部に対して角度(θ)=70°以上110°以下の範囲となるように樽状に形成してもよい。   Here, the inner peripheral wall of the chamber portion 3a is formed so as to extend vertically in the vertical direction, but the direction of the humidity control gas flowing so as to blow again against the measurement region 2a is relative to the plane portion of the measurement region 2a. The angle (θ) may be formed in a barrel shape so as to be in a range of 70 ° to 110 °.

[実施形態5]
図8(D)に、実施形態5に係るRIfS測定システム100Dの密閉空間形成部材3Cを示す。なお、実施形態1のRIfS測定システム100と共通する一部の部材等については同一の符号を付すか図示を省略し、その説明を省略する。
[Embodiment 5]
FIG. 8D shows a sealed space forming member 3C of the RIfS measurement system 100D according to the fifth embodiment. In addition, about the one part member etc. which are common in the RIfS measurement system 100 of Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected or illustration is abbreviate | omitted and the description is abbreviate | omitted.

実施形態5の密閉空間形成部材3Dは、チャンバー部3aと、断面コ字状の溝11と、ガス導入路12A,12Bと、ガス排出路14Bと、溝11およびガス導入路12A,12Bに貫装されたガスガイド部材13等とを有している。第1,2光ファイバー6,7が、ガス導入口13aの縁部よりやや外側の位置から密閉空間Rに突出するように調湿ガスの流れる方向に合わせて配置されている。そして、チャンバー部3aの内部の密閉空間Rが、ほぼ測定領域2aを中心とする円柱状となるように密閉空間形成部材3Dが形成されている。   The sealed space forming member 3D of the fifth embodiment penetrates the chamber portion 3a, the groove 11 having a U-shaped cross section, the gas introduction paths 12A and 12B, the gas discharge path 14B, the groove 11 and the gas introduction paths 12A and 12B. The gas guide member 13 and the like are mounted. The 1st, 2nd optical fibers 6 and 7 are arrange | positioned according to the direction through which humidity-control gas flows so that it may protrude in the sealed space R from the position a little outside from the edge of the gas inlet 13a. The sealed space forming member 3D is formed so that the sealed space R inside the chamber portion 3a is substantially cylindrical with the measurement region 2a as the center.

(実施形態5の作用・効果)
実施形態5の密閉空間形成部材3Dを用いたRIfS測定システム100Dによれば、第1,2光ファイバー6,7が、図8(D)に示すように、ガス導入口13aから密閉空間Rへ吹き出す調湿ガスの流れをガイドするとともに、密閉空間Rに導入された調湿ガスが側方、特にガス排出路14Bへと向かう方向に移動するのを抑制する役割を果たしている。したがって、上述した実施形態4の対流の際の効果を高めて、より好適に調湿ガスを測定領域2aに吹き付けることができる。
(Operation / Effect of Embodiment 5)
According to the RIfS measurement system 100D using the sealed space forming member 3D of the fifth embodiment, the first and second optical fibers 6 and 7 blow out from the gas inlet 13a to the sealed space R as shown in FIG. 8D. While guiding the flow of the humidity control gas, it plays a role of suppressing the movement of the humidity control gas introduced into the sealed space R to the side, particularly in the direction toward the gas discharge path 14B. Therefore, the effect at the time of the convection of Embodiment 4 mentioned above can be improved, and humidity control gas can be sprayed to the measurement area | region 2a more suitably.

[実施形態6]
図8(E)に、実施形態6に係るRIfS測定システム100Eの密閉空間形成部材3Eを示す。なお、実施形態3のRIfS測定システム100Bと共通する一部の部材等については同一の符号を付すか図示を省略し、その説明を省略する。
[Embodiment 6]
FIG. 8E shows a sealed space forming member 3E of the RIfS measurement system 100E according to the sixth embodiment. In addition, about the one part member etc. which are common in RIFS measurement system 100B of Embodiment 3, the same code | symbol is attached | subjected or illustration is abbreviate | omitted and the description is abbreviate | omitted.

実施形態6の密閉空間形成部材3Eは、チャンバー部3aと、断面コ字状の溝11と、ガス導入路12A,12Bと、ガス排出路14Bと、溝11およびガス導入路12A,12Bに貫装されたガスガイド部材13等とを有している。   The sealed space forming member 3E of the sixth embodiment penetrates the chamber 3a, the groove 11 having a U-shaped cross section, the gas introduction paths 12A and 12B, the gas discharge path 14B, the groove 11 and the gas introduction paths 12A and 12B. The gas guide member 13 and the like are mounted.

実施形態6の密閉空間形成部材3Eには、ガス導入口13aの側方のチャンバー部3aの天井部から下方の測定領域2aの近くまで延出している壁部3cが形成されており、壁部3bの下端部とセンサーチップ1との間には、隙間が形成されている(図8(E)参照)。壁部3bによりチャンバー部3a内の密閉空間Rは、ほぼ2つ空間に仕切られ、このうち、一方の空間(図8(E)において右側)には排出路14Bが形成されている。   In the sealed space forming member 3E of the sixth embodiment, a wall 3c extending from the ceiling of the chamber 3a on the side of the gas inlet 13a to the vicinity of the lower measurement region 2a is formed. A gap is formed between the lower end of 3b and the sensor chip 1 (see FIG. 8E). The wall 3b divides the sealed space R in the chamber 3a into almost two spaces, and a discharge path 14B is formed in one of the spaces (on the right side in FIG. 8E).

(実施形態6の作用・効果)
上述した壁部3bが測定領域2aの近傍上方まで延出しているので、この壁部3bに沿って測定領域2aに向かって導入した調湿ガスが案内されて、測定領域2aに対してほぼ垂直に角度(θ)≒90°で吹き付けられることとなる。また、上述した対流の効果がさらに高まる。また、この延出している壁部3bがチャンバー部3a内の密閉空間Rをほぼ2つの空間に仕切っているので、導入すべきガス量は、測定領域2aを含む左側の空間(図8(E)において左側)だけで済む。さらに、壁部3bとセンサーチップ1の隙間は、測定領域2aに吹き付けられたガスが排出路14Bへ向かって下流側へ移動する唯一の部分であるため、下流へ流れるガス流により測定領域2aの近傍に部分的な引圧状態が発生し、この結果、吹き付ける調湿ガスの流れが促進されるという利点がある。
(Operation / Effect of Embodiment 6)
Since the above-described wall 3b extends to the upper vicinity in the vicinity of the measurement region 2a, the humidity control gas introduced toward the measurement region 2a along the wall 3b is guided and substantially perpendicular to the measurement region 2a. Will be sprayed at an angle (θ) ≈90 °. In addition, the above-described convection effect is further enhanced. Further, since this extending wall 3b partitions the sealed space R in the chamber 3a into almost two spaces, the amount of gas to be introduced is the left space including the measurement region 2a (FIG. 8E ) Only on the left side). Furthermore, since the gap between the wall 3b and the sensor chip 1 is the only part where the gas blown to the measurement region 2a moves downstream toward the discharge path 14B, the gas flow flowing downstream causes a gap in the measurement region 2a. A partial suction state is generated in the vicinity, and as a result, there is an advantage that the flow of the humidity-controlled gas to be sprayed is promoted.

[実施形態7]
図8(F)に、実施形態7のRIfS測定システム100Fの密閉空間形成部材3Fを示す。なお、実施形態3のRIfS測定システム100Bと共通する一部の部材等については同一の符号を付すか図示を省略し、その説明を省略する。
[Embodiment 7]
FIG. 8F shows a sealed space forming member 3F of the RIfS measurement system 100F of the seventh embodiment. In addition, about the one part member etc. which are common in RIFS measurement system 100B of Embodiment 3, the same code | symbol is attached | subjected or illustration is abbreviate | omitted and the description is abbreviate | omitted.

実施形態7の密閉空間形成部材3Fは、チャンバー部3aと、断面コ字状の溝11と、ガス導入路12A,12Bと、ガス排出路14Bと、溝11およびガス導入路12A,12Bに貫装されたガスガイド部材13等とを有している。前記ガス排出路14Bの開口は、測定領域2aのすぐ側方(図8(F)において奥側)にあるチャンバー部3aの内壁に形成されている。   The sealed space forming member 3F of the seventh embodiment penetrates the chamber portion 3a, the groove 11 having a U-shaped cross section, the gas introduction paths 12A and 12B, the gas discharge path 14B, the groove 11 and the gas introduction paths 12A and 12B. The gas guide member 13 and the like are mounted. The opening of the gas discharge path 14B is formed in the inner wall of the chamber portion 3a located immediately on the side of the measurement region 2a (the back side in FIG. 8F).

(実施形態7の作用・効果)
ガス排出路14Bの開口が、測定領域2aのすぐ側方(図8(F)において奥側)に形成されているので、測定領域2aの両側でおこる対流の効果に加え、密閉空間R内の調湿ガスが前記開口から排出される際に測定領域2a周辺に部分的な引圧が生じ、実施形態6と同様に測定領域2aへの調湿ガスの吹き付けが促進される効果が得られる。また、前記開口は排気機構に接続されているので、排気機構(不図示)の排気能力を調整することによっても、測定領域2aに吹き付けられる調湿ガスの流れの強さを正にも負にも制御できる点で有利となる。
(Operation / Effect of Embodiment 7)
Since the opening of the gas discharge path 14B is formed on the immediate side of the measurement region 2a (the back side in FIG. 8F), in addition to the effect of convection occurring on both sides of the measurement region 2a, When the humidity control gas is discharged from the opening, a partial suction pressure is generated around the measurement region 2a, and the effect of promoting the blowing of the humidity control gas to the measurement region 2a is obtained as in the sixth embodiment. In addition, since the opening is connected to the exhaust mechanism, the strength of the flow of the humidity control gas blown to the measurement region 2a can be made positive or negative by adjusting the exhaust capability of the exhaust mechanism (not shown). Is advantageous in that it can also be controlled.

[実施形態8]
図8(G)に、実施形態8のRIfS測定システム100Gの密閉空間形成部材3Gを示す。なお、実施形態7のRIfS測定システム100Fと共通する一部の部材等については同一の符号を付すか図示を省略し、その説明を省略する。
[Embodiment 8]
FIG. 8G shows the sealed space forming member 3G of the RIfS measurement system 100G of the eighth embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about some members etc. which are common with RIFS measuring system 100F of Embodiment 7, or illustration is abbreviate | omitted and the description is abbreviate | omitted.

実施形態8の密閉空間形成部材3Gは、チャンバー部3aと、断面コ字状の溝11と、ガス導入路12A,12Bと、ガス排出路14Bと、溝11およびガス導入路12A,12Bに貫装されたガスガイド部材13等とを有している。さらに、ガス排出路14Bの上流端の開口4つが、それぞれ測定領域2aの両側(図8(G)において左右)および奥側と手前側(図8(G)において前後)にあるチャンバー部3aの内壁にそれぞれ形成されている(一部不図示)。   The sealed space forming member 3G of the eighth embodiment penetrates the chamber portion 3a, the groove 11 having a U-shaped cross section, the gas introduction paths 12A and 12B, the gas discharge path 14B, the groove 11 and the gas introduction paths 12A and 12B. The gas guide member 13 and the like are mounted. Furthermore, four openings at the upstream end of the gas discharge path 14B are provided on the chamber 3a on both sides of the measurement region 2a (left and right in FIG. 8 (G)) and the back side and the near side (front and back in FIG. 8 (G)). Each is formed on the inner wall (partially not shown).

(実施形態8の作用・効果)
測定領域2aから上述した4つの開口のそれぞれまでの距離が、ほぼ均等であり、調湿ガスが4つの開口を介して密閉空間Rから均等に排出される。この結果、測定領域2aに吹き付けおよび排出される調湿ガスの流れが均等となり、密閉空間R内の各部間で湿度ムラが起きにくい点で有利となる。
(Operation / Effect of Embodiment 8)
The distances from the measurement region 2a to each of the four openings described above are substantially equal, and the humidity control gas is uniformly discharged from the sealed space R through the four openings. As a result, the flow of the humidity control gas blown and discharged to the measurement region 2a becomes uniform, which is advantageous in that humidity unevenness is unlikely to occur between the portions in the sealed space R.

以下に説明する実施例1〜4では実施形態1の密閉空間形成部材、実施例5〜8では実施形態2の密閉空間形成部材の各部の寸法を表1に示すように詳細に設定して実際にRIfSシステムにより測定を行った。   In Examples 1 to 4 described below, the dimensions of each part of the sealed space forming member of Embodiment 1 are set in detail, and in Examples 5 to 8 the dimensions of each part of the sealed space forming member of Embodiment 2 are set in detail as shown in Table 1 and actually Measurements were made using a RIfS system.

[実施例1]
《密閉空間形成部材の製造》
以下の内容で実施例1の密閉空間形成部材3を設計し、素材:ポリメチルメタクリレート(PMMA)(住友化学社製)を用いて精密加工して製造した。
・チャンバー部3aの寸法:25.2mmφ×3.5mm(高さ)
・チャンバー部3aの容積:1.75mL
・ガス導入路12A,12Bの寸法:φ6.1mm、長さ(最短部)10.4mm
・溝11の寸法:φ6.1mm、円弧3mm
・ガスガイド部材13(材質/ポリウレタン、寸法/外径:φ26mm、内径:φ4mm、長さ46mm)
・ガス導入口13aの寸法(矩形):3mm×20mm
・ガス導入口13aの開口面積:60mm2
・測定領域2aに対する調湿ガスを導入するガス導入口13aの角度(θ):71°
・ガス排出路14A,14Bの寸法:4mm(横)*2mm(縦)
・開口3bの寸法:φ2.5mm,開口3bとガス導入口13aとの相対距離:2mm
[Example 1]
<< Manufacture of sealed space forming member >>
The sealed space forming member 3 of Example 1 was designed with the following contents, and manufactured by precision processing using a material: polymethyl methacrylate (PMMA) (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.).
・ Dimension of chamber portion 3a: 25.2 mmφ × 3.5 mm (height)
-Volume of chamber part 3a: 1.75 mL
・ Dimensions of gas introduction paths 12A and 12B: φ6.1 mm, length (shortest part) 10.4 mm
・ Dimension of groove 11: φ6.1 mm, arc 3 mm
Gas guide member 13 (material / polyurethane, dimension / outer diameter: φ26 mm, inner diameter: φ4 mm, length 46 mm)
・ Dimension of gas inlet 13a (rectangular): 3 mm × 20 mm
-Opening area of the gas inlet 13a: 60 mm 2
The angle (θ) of the gas inlet 13a for introducing the humidity control gas with respect to the measurement region 2a: 71 °
・ Dimensions of gas discharge paths 14A and 14B: 4 mm (horizontal) * 2 mm (vertical)
・ Dimension of opening 3b: φ2.5 mm, relative distance between opening 3b and gas inlet 13a: 2 mm

《センサーチップの製造》
以下のようにセンサーチップ1を製造した。
「MI−Affinity」専用のセンサーチップ(基板15:Si/光学薄膜16:SiN、厚さ1mm/66nm)を使用し、超親水性材料であるフレッセラR(パナソニック電工社製)の5wt%溶液を調製し、スピンコーターを用いてスロープ(SL)5秒、3000rpm、60秒の条件で前記センサーチップの表面に塗布して、分析対象のセンサーチップ1を製造した。
<Manufacture of sensor chip>
The sensor chip 1 was manufactured as follows.
A sensor chip (substrate 15: Si / optical thin film 16: SiN, thickness 1 mm / 66 nm) dedicated to “MI-Affinity” is used, and a 5 wt% solution of Fresella R (manufactured by Panasonic Electric Works Co., Ltd.), which is a superhydrophilic material. The sample was prepared and applied to the surface of the sensor chip using a spin coater under the conditions of slope (SL) 5 seconds, 3000 rpm, 60 seconds to produce a sensor chip 1 to be analyzed.

《RIfS測定》
上記製造した密閉空間形成部材3とセンサーチップ1とを用いて、RIfSシステム100により、以下のようにRIfS測定を行った。
<< RIfS measurement >>
Using the sealed space forming member 3 and the sensor chip 1 manufactured as described above, RIfS measurement was performed by the RIfS system 100 as follows.

(準備)
実施例1で用いたRIfSシステムは、制御手段10(一般的なPC)と、RIfS装置と、調湿ガス送出手段4等と、を有している。
調湿ガス送出手段4として、流路に調湿ガスを適量供給可能な小型の温湿度調整装置「GenRH−A」(英国Surface Measurement Systems社製)を用いた。
(Preparation)
The RIfS system used in the first embodiment includes a control unit 10 (general PC), a RIfS apparatus, a humidity control gas delivery unit 4 and the like.
As the humidity control gas delivery means 4, a small temperature / humidity adjustment device “GenRH-A” (manufactured by Surface Measurement Systems, UK) capable of supplying an appropriate amount of humidity control gas to the flow path was used.

前記RIfS装置として、反射型RIfS方式の水吸脱着測定装置「MI−Affinity」(登録商標、コニカミノルタテクノロジーセンター株式会社)を用いた。このRIfS装置は、市販の、光源8,第1,2光ファイバー6,7、分光器9、温度調節器5A,温度センサー5、センサーチップ1の温度を測定する温度センサー19,および温度調節手段20等を有している。   As the RIfS apparatus, a reflection type RIfS water adsorption / desorption measurement apparatus “MI-Affinity” (registered trademark, Konica Minolta Technology Center Co., Ltd.) was used. This RIfS apparatus includes a commercially available light source 8, first and second optical fibers 6 and 7, a spectrometer 9, a temperature controller 5A, a temperature sensor 5, a temperature sensor 19 for measuring the temperature of the sensor chip 1, and a temperature adjusting means 20. Etc.

そして、上記密閉空間形成部材3とセンサーチップ1とを接合して前記RIfS装置のセンサー部(不図示)にセットして、密閉空間Rを含むガス流路(垂直流路A−1)を構築した(図2等参照)。このガス流路に調湿ガス送出手段4および「MI−Affinity」を連結して、調湿ガス送出手段4から発生する調湿ガスを測定領域2aの試料2(フロッセラR)に供給する構成とした。また、第1光ファイバーは、光源からの光を出射する外側(クラッド)であり、第2光ファイバーは、分光器9に反射光を戻す第1光ファイバーと同心円状に配置された内側(コア)であり、第1,2光ファイバーは、クラッド/コア構造をとっている。第1,第2光ファイバー6,7の合成束の一端部を測定領域2aから上方1.3mmの位置するように開口3bに固定し、合成束の密閉空間R内への突出長さ(2.2mm)とした。   Then, the sealed space forming member 3 and the sensor chip 1 are joined and set in a sensor unit (not shown) of the RIfS apparatus to construct a gas channel (vertical channel A-1) including the sealed space R. (See FIG. 2 etc.). The humidity control gas delivery means 4 and “MI-Affinity” are connected to the gas flow path, and the humidity control gas generated from the humidity control gas delivery means 4 is supplied to the sample 2 (flocser R) in the measurement region 2a. did. The first optical fiber is the outer side (cladding) that emits light from the light source, and the second optical fiber is the inner side (core) that is arranged concentrically with the first optical fiber that returns the reflected light to the spectroscope 9. The first and second optical fibers have a clad / core structure. One end of the composite bundle of the first and second optical fibers 6 and 7 is fixed to the opening 3b so as to be located 1.3 mm above the measurement region 2a, and the projection length of the composite bundle into the sealed space R (2. 2 mm).

(測定)
調湿ガス送出手段4により以下の(1)〜(5)の順で密閉空間Rの調湿を行った。調湿は、乾燥窒素ガスを用いて行い、調湿の際の密閉空間Rへの調湿ガスの流量は100mL/分に設定した。また、RIfS測定は、1回のRIfS測定を約20ミリ秒で行い、1群のRIfS測定として、50回のRIfS測定を1秒かけて行った。この1群おRIfS測定を少なくとも3000回行った、なお、前記調湿の制御は、監視制御システム(SCADA)としてパッケージソフトウェアの「SpecView」(米国SpecView Corporation社製)を制御手段10にインストールし、調湿レベルをプログラム(下記(1)〜(5))に沿ってPID制御した。実施例1の結果を下記[表1]および図14(A)に示す。
(1)調湿ガス(温度25℃、10RH%(RH:相対湿度))を15分間、連続的に密閉空間Rに送出する。
(2)送出する調湿ガスの湿度を10RH%から80RH%まで30分で遷移させる。
(3)送出する調湿ガスの湿度を80RH%として15分間維持する。
(4)送出する調湿ガスの湿度を80RH%から10RH%までの除湿を30分で遷移させる。
(5)送出する調湿ガスの湿度を10RH%で15分間維持する。
(Measurement)
The humidity of the sealed space R was controlled by the humidity control gas delivery means 4 in the following order (1) to (5). Humidity control was performed using dry nitrogen gas, and the flow rate of the humidity control gas to the sealed space R during humidity control was set to 100 mL / min. In addition, in the RIfS measurement, one RIfS measurement was performed in about 20 milliseconds, and 50 RIfS measurements were performed over 1 second as a group of RIfS measurements. The group 1 RIFS measurement was performed at least 3000 times, and the humidity control was performed by installing package software “SpecView” (manufactured by SpecView Corporation, USA) in the control means 10 as a monitor control system (SCADA), The humidity control level was PID controlled according to the program (the following (1) to (5)). The results of Example 1 are shown in Table 1 below and FIG.
(1) A humidity control gas (temperature: 25 ° C., 10 RH% (RH: relative humidity)) is continuously sent to the sealed space R for 15 minutes.
(2) The humidity of the humidity control gas to be sent is changed from 10 RH% to 80 RH% in 30 minutes.
(3) Maintain the humidity of the humidity control gas to be sent at 80 RH% for 15 minutes.
(4) Dehumidification from 80 RH% to 10 RH% of the humidity control gas to be sent is changed in 30 minutes.
(5) Maintain the humidity of the humidity control gas to be sent at 10 RH% for 15 minutes.

[実施例2]
実施例2では、実施例1において測定領域2aに対する調湿ガスを導入するガス導入口13aの角度(θ)を71°から56°に変更したこと以外は実施例1と同様にRIfS測定等を行った。実施例2の結果を下記[表1]および図14(A)に示す。
[Example 2]
In Example 2, RifS measurement and the like are performed in the same manner as in Example 1 except that the angle (θ) of the gas inlet 13a for introducing the humidity control gas with respect to the measurement region 2a in Example 1 is changed from 71 ° to 56 °. went. The results of Example 2 are shown in Table 1 below and FIG.

[実施例3]
実施例3では、実施例2において、ガス導入口13aの寸法(矩形)を「3mm×20mm」から「3mm×3.5mm」に変更したこと以外は実施例2と同様にRIfS測定等を行った。実施例3の結果を下記[表1]および図14(A)に示す。
[Example 3]
In Example 3, RifS measurement and the like are performed in the same manner as in Example 2 except that the size (rectangular) of the gas inlet 13a is changed from “3 mm × 20 mm” to “3 mm × 3.5 mm” in Example 2. It was. The results of Example 3 are shown in the following [Table 1] and FIG.

[実施例4]
実施例4では、実施例3において測定領域2aに対する調湿ガスを導入するガス導入口13aの角度(θ)を56°から45°に変更したこと以外は実施例1と同様にRIfS測定等を行った。実施例4の結果を下記[表1]および図14(A)に示す。
[Example 4]
In Example 4, RifS measurement or the like was performed in the same manner as in Example 1 except that the angle (θ) of the gas inlet 13a for introducing the humidity control gas with respect to the measurement region 2a in Example 3 was changed from 56 ° to 45 °. went. The results of Example 4 are shown in Table 1 below and FIG.

[実施例5]
実施例5で用いる密閉空間形成部材として前述の実施形態2の密閉空間形成部材3Aを以下の寸法で製造し、実施例1と同様にRIfS測定を行った。なお、実施例1と同じ*を用いて密閉空間形成部材3A製造した。実施例5の結果を下記[表1]に示す。
・チャンバー部3aの寸法:27.0mm×18.0mm(縦、横)×3.5mm(高さ)
・チャンバー部3aの容積:1.70mL
・溝11の寸法:φ6.1mm、円弧3mm
・ガスガイド部材13(材質/ポリウレタン、寸法/外径:φ26mm、内径:φ3mm、長さ46mm)
・ガス導入口13aの寸法(矩形):3mm×20mm
・ガス導入口13aの開口面積:60mm2
・測定領域2aに対する調湿ガスを導入するガス導入口13aの角度(θ):71°
・ガス排出路14A,14Bの寸法:4mm横×2mm縦
・開口3bの寸法:φ2.5mm,
・開口3bとガス導入口13aとの相対位置:2mm
[Example 5]
As the sealed space forming member used in Example 5, the sealed space forming member 3A of Embodiment 2 described above was manufactured with the following dimensions, and the RIfS measurement was performed in the same manner as in Example 1. In addition, 3A of sealed space formation members were manufactured using the same * as Example 1. FIG. The results of Example 5 are shown in [Table 1] below.
-Dimensions of chamber part 3a: 27.0 mm x 18.0 mm (vertical, horizontal) x 3.5 mm (height)
-Volume of chamber part 3a: 1.70 mL
・ Dimension of groove 11: φ6.1 mm, arc 3 mm
Gas guide member 13 (material / polyurethane, dimensions / outer diameter: φ26 mm, inner diameter: φ3 mm, length 46 mm)
・ Dimension of gas inlet 13a (rectangular): 3 mm × 20 mm
-Opening area of the gas inlet 13a: 60 mm 2
The angle (θ) of the gas inlet 13a for introducing the humidity control gas with respect to the measurement region 2a: 71 °
・ Dimensions of gas discharge paths 14A and 14B: 4 mm wide × 2 mm vertical • Dimension of opening 3 b: φ2.5 mm,
-Relative position of opening 3b and gas inlet 13a: 2 mm

[実施例6]
実施例6では、実施例5において測定領域2aに対する調湿ガスを導入するガス導入口13aの角度(θ)を71°から56°に変更したこと以外は実施例5と同様にRIfS測定等を行った。実施例6の結果を下記[表1]および図14(B)に示す。
[Example 6]
In Example 6, RifS measurement and the like were performed in the same manner as in Example 5 except that the angle (θ) of the gas inlet 13a for introducing the humidity control gas with respect to the measurement region 2a in Example 5 was changed from 71 ° to 56 °. went. The results of Example 6 are shown in the following [Table 1] and FIG.

[実施例7]
実施例7では、実施例6において、ガス導入口13aの寸法(矩形)を「3mm×20mm」から「3mm×3.5mm」に変更したこと以外は実施例6と同様にRIfS測定等を行った。実施例7の結果を下記[表1]および図14(B)に示す。
[Example 7]
In Example 7, RifS measurement and the like were performed in the same manner as in Example 6 except that the size (rectangular) of the gas inlet 13a in Example 6 was changed from “3 mm × 20 mm” to “3 mm × 3.5 mm”. It was. The results of Example 7 are shown in the following [Table 1] and FIG. 14 (B).

[実施例8]
実施例8では、実施例7において測定領域2aに対する調湿ガスを導入するガス導入口13aの角度(θ)を56°から45°に変更したこと以外は実施例7と同様にRIfS測定等を行った。実施例8の結果を下記[表1]および図14(B)に示す。
[Example 8]
In Example 8, RifS measurement and the like were performed in the same manner as in Example 7 except that the angle (θ) of the gas inlet 13a for introducing the humidity control gas with respect to the measurement region 2a in Example 7 was changed from 56 ° to 45 °. went. The results of Example 8 are shown in the following [Table 1] and FIG.

[比較例1]
比較例1では、実施例とは異なり、測定領域にその側方向から調湿ガスを導くガス導入を行った。まず、比較例1で用いた密閉空間形成部材について説明する。なお、実施形態1,2の密閉空間形成部材と同一の構成部分については符号を付してその説明を省略する。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, unlike the example, gas introduction was performed to introduce humidity control gas from the side direction to the measurement region. First, the sealed space forming member used in Comparative Example 1 will be described. In addition, the code | symbol is attached | subjected about the component same as the sealed space formation member of Embodiment 1, 2, and the description is abbreviate | omitted.

《比較例1の密閉空間形成部材》
比較例1の密閉空間形成部材22は、図12に示したように、水の吸脱着を行うための反応部23と、反応部23の密閉空間(反応室)R’に連通するガス導入路22aおよびガス排出路22b等を有している。この反応部23は、角丸長方形の溝23aと、この溝23aの内側の島の平面部に形成されたガス導入口23b,ガス排出口23c、および第1,第2光ファイバー6,7を挿入固定するための開口(固定部)3bと、溝23aの深さより肉厚の同一形状に形成され、溝23aに嵌合固定されるO−リング24(図12(A)参照)等とを有している。このO−リング24を溝23aに嵌合固定させた状態でセンサーチップ1に密閉空間形成部材を接合させると(図12(E)参照)、O−リング24の内部に密閉空間R’が形成されるようになっている(図示省略)。密閉空間R’内に臨むガス導入口23bは、ガス導入路に連通しており、測定領域2aに対して角度θとなるように形成されている。一方、ガス排出口23cはガス排出路22bに連通している。
<< Closed space forming member of Comparative Example 1 >>
As shown in FIG. 12, the sealed space forming member 22 of Comparative Example 1 includes a reaction part 23 for adsorbing and desorbing water and a gas introduction path communicating with the sealed space (reaction chamber) R ′ of the reaction part 23. 22a and a gas discharge path 22b. This reaction part 23 is inserted with a rounded rectangular groove 23a, a gas inlet 23b, a gas outlet 23c, and first and second optical fibers 6 and 7 formed in the plane part of the island inside the groove 23a. An opening (fixing portion) 3b for fixing, an O-ring 24 (see FIG. 12 (A)), etc., which is formed in the same shape thicker than the depth of the groove 23a and is fitted and fixed to the groove 23a. doing. When a sealed space forming member is joined to the sensor chip 1 with the O-ring 24 fitted and fixed in the groove 23a (see FIG. 12E), a sealed space R ′ is formed inside the O-ring 24. (Not shown). The gas introduction port 23b facing the sealed space R ′ communicates with the gas introduction path and is formed at an angle θ with respect to the measurement region 2a. On the other hand, the gas discharge port 23c communicates with the gas discharge path 22b.

《密閉空間形成部材の製造》
以下の内容で比較例1の密閉空間形成部材22を設計し、素材PMMA(住友化学社製)を用いて精密加工して製造した。
・反応室R’の寸法:16.0mm×3.0mm×0.1mm
・反応室R’の容積:0.05mL
・ガス導入口23bの寸法:φ1mm
・ガス導入口23bの開口面積:0.785mm2
・測定領域2aに対する調湿ガスを導入するガス導入口23bの角度(θ):11°
・開口3bの寸法:φ2.5mm
<< Manufacture of sealed space forming member >>
The sealed space forming member 22 of Comparative Example 1 was designed with the following contents, and manufactured by precision processing using a material PMMA (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.).
-Dimensions of reaction chamber R ': 16.0 mm x 3.0 mm x 0.1 mm
-Volume of reaction chamber R ': 0.05 mL
・ Dimension of gas inlet 23b: φ1mm
-Opening area of the gas inlet 23b: 0.785 mm 2
The angle (θ) of the gas inlet 23b for introducing the humidity control gas with respect to the measurement region 2a: 11 °
・ Dimension of opening 3b: φ2.5 mm

センサーチップ1の製造については実施例1と同様に行った。なお、第1,第2光ファイバー6,7の合成束の一端部を測定領域2aから上方1.3mmの位置するように開口3bに固定し、合成束の反応室R’内への突出長さ(2.2mm)とした。
また、RIfS測定については、比較例1の調湿レベルを以下の調湿プログラム(下記(1)〜(5))に沿ってPID制御すること以外は実施例1と同様に行った。比較例1の結果を下記[表1]および図14(C)に示す。
(1)調湿ガス(温度25℃、10RH%(RH:相対湿度))を10分間、連続的に密閉空間Rに送出する。
(2)送出する調湿ガスの湿度を10RH%から80RH%まで15分で遷移させる。
(3)送出する調湿ガスの湿度を80RH%として10分間維持する。
(4)送出する調湿ガスの湿度を80RH%から10RH%までの除湿を15分で遷移させる。
(5)送出する調湿ガスの湿度を10RH%として10分間維持する。
The sensor chip 1 was manufactured in the same manner as in Example 1. Note that one end of the combined bundle of the first and second optical fibers 6 and 7 is fixed to the opening 3b so as to be located 1.3 mm above the measurement region 2a, and the protruding length of the combined bundle into the reaction chamber R ′ (2.2 mm).
Further, the RIfS measurement was performed in the same manner as in Example 1 except that the humidity control level of Comparative Example 1 was PID controlled according to the following humidity control program ((1) to (5) below). The results of Comparative Example 1 are shown in the following [Table 1] and FIG.
(1) A humidity control gas (temperature: 25 ° C., 10 RH% (RH: relative humidity)) is continuously sent to the sealed space R for 10 minutes.
(2) The humidity of the humidity control gas to be sent is changed from 10 RH% to 80 RH% in 15 minutes.
(3) Maintain the humidity of the humidity control gas to be sent at 80 RH% for 10 minutes.
(4) Dehumidification from 80 RH% to 10 RH% of the humidity control gas to be sent is changed in 15 minutes.
(5) Maintain the humidity of the humidity control gas to be sent at 10 RH% for 10 minutes.

[比較例2]
比較例2では、実施例とは異なり、また、比較例1とは異なる方法で、測定領域2aにその側方向から調湿ガスを導くガス導入を行った。まず、比較例2で用いた密閉空間形成部材について説明する。なお、実施形態1,2の密閉空間形成部材と同一の構成部分については符号を付してその説明を省略する。
[Comparative Example 2]
In the comparative example 2, the gas introduction which introduces humidity control gas from the side direction to the measurement region 2a was performed by a method different from the example and different from the comparative example 1. First, the sealed space forming member used in Comparative Example 2 will be described. In addition, the code | symbol is attached | subjected about the component same as the sealed space formation member of Embodiment 1, 2, and the description is abbreviate | omitted.

《比較例2の密閉空間形成部材》
比較例2の密閉空間形成部材25は、密閉空間形成部材25は、図13に示したように、その中央に形成された凹部(チャンバー部)25aと、該チャンバー部25aに連通するガス導入路25bおよびガス排出路25c等を有している。ガス導入路25bは幅広に形成されており、チャンバー部25aの内壁面から外部へと貫通している。また、ガス導入路25bは、チャンバー部25aの別の内壁面から外部へと貫通している。
<< Closed space forming member of Comparative Example 2 >>
As shown in FIG. 13, the sealed space forming member 25 of Comparative Example 2 is formed of a recess (chamber portion) 25a formed at the center thereof and a gas introduction path communicating with the chamber portion 25a. 25b and a gas discharge path 25c. The gas introduction path 25b is formed wide and penetrates from the inner wall surface of the chamber portion 25a to the outside. In addition, the gas introduction path 25b penetrates from another inner wall surface of the chamber portion 25a to the outside.

O−リング26をチャンバー部の突出部に取り付けた状態でセンサーチップ1に密閉空間形成部材を接合させると(図13(E)参照)、O−リング26の内側に密閉空間R” が形成されるようになっている(図示省略)。密閉空間R”内に臨むガス導入路25bのガス導入口25baは、センサーチップ1の測定領域2aに対して角度θとなるように形成されている。なお、この角度θはガス導入口25baの開口中心を基準とする。   When a sealed space forming member is joined to the sensor chip 1 with the O-ring 26 attached to the protruding portion of the chamber portion (see FIG. 13E), a sealed space R ″ is formed inside the O-ring 26. The gas introduction port 25ba of the gas introduction passage 25b facing the sealed space R ″ is formed so as to have an angle θ with respect to the measurement region 2a of the sensor chip 1. The angle θ is based on the opening center of the gas inlet 25ba.

《密閉空間形成部材の製造》
以下の内容で比較例1の密閉空間形成部材を設計し、素材PMMA(住友化学社製)を用いて精密加工して製造した。
・チャンバー部25aの寸法:26.0mm×18.0mm×5.0mm
・チャンバー部25aの容積:2.34mL
・ガス導入路25bの寸法:3mmφ、長さ8.6mm
・ガス導入口25baの寸法:3mmφ
・ガス導入口25baの開口面積:7mm2
・測定領域2aに対する調湿ガスを導入するガス導入口13aの角度(θ):21°
・ガス排出口の寸法:3×9長穴
・開口3bの寸法φ2.5mm
<< Manufacture of sealed space forming member >>
The sealed space forming member of Comparative Example 1 was designed with the following contents, and manufactured by precision processing using the material PMMA (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.).
・ Dimension of chamber portion 25a: 26.0 mm × 18.0 mm × 5.0 mm
-Volume of chamber part 25a: 2.34 mL
・ Dimensions of gas introduction path 25b: 3 mmφ, length 8.6 mm
・ Dimension of gas inlet 25ba: 3 mmφ
-Opening area of gas inlet 25ba: 7 mm 2
The angle (θ) of the gas inlet 13a for introducing the humidity control gas with respect to the measurement region 2a: 21 °
・ Dimension of gas outlet: 3 × 9 oblong hole ・ Dimension of opening 3b φ2.5 mm

センサーチップの製造、およびRIfS測定については実施例1と同様に行った。なお、第1,第2光ファイバー6,7の合成束の一端部を測定領域2aから上方*mmの位置するように開口3bに固定し、合成束の反応室R’内への突出長さ(1.3mm)とした。そして、調湿ガスの導入を図14(C)(破線参照)に示すように行い、それ以外は実施例1と同様にRIfS測定等を行った。比較例2の結果を下記[表1]および図14(D)に示す。   The manufacture of the sensor chip and the RIfS measurement were performed in the same manner as in Example 1. One end portion of the combined bundle of the first and second optical fibers 6 and 7 is fixed to the opening 3b so as to be located * mm above the measurement region 2a, and the protruding length of the combined bundle into the reaction chamber R ′ ( 1.3 mm). Then, the humidity control gas was introduced as shown in FIG. 14C (refer to the broken line), and other than that, the RIfS measurement and the like were performed in the same manner as in Example 1. The results of Comparative Example 2 are shown in the following [Table 1] and FIG.

[比較例3]
比較例3では、ESPEC社製「恒温槽PDR-3KT」と専用調湿制御装置を用いて以下のように行った。すなわち、上述したような密閉空間形成部材を用いずに、センサーチップ1をそのまま上記恒温槽の密閉空間の中に入れて、上記恒温槽内の密閉空間と調湿ガス送出手段4とを接続し、第1光ファイバー6,7を固定して、図14(E)(破線参照)に示すようにして調湿を行い、それ以外は実施例1と同様にRIfS測定等を行った。比較例3の結果を下記[表1]および図14(E)に示す。
[Comparative Example 3]
In the comparative example 3, it performed as follows using the "constant temperature bath PDR-3KT" by ESPEC, and a dedicated humidity control apparatus. That is, without using the sealed space forming member as described above, the sensor chip 1 is directly placed in the sealed space of the thermostat and the sealed space in the thermostat and the humidity control gas delivery means 4 are connected. The first optical fibers 6 and 7 were fixed, humidity was adjusted as shown in FIG. 14E (refer to the broken line), and RifS measurement and the like were performed in the same manner as in Example 1 except that. The results of Comparative Example 3 are shown in [Table 1] below and FIG.

(結果・考察)
表1の結果から分かるように、一般的に利用されている恒温槽(No.11の比較例3)を用いると、広い空間内に調湿ガスが充満しているので十分な量の水分が供給される。従って、乾燥ガス中と湿潤ガス中の2状態における水分吸収量は、ほぼ理論値に近づくが、一方で連続的に調湿することは難しく、局部的には湿度の変動が見られる。
(Results and discussion)
As can be seen from the results in Table 1, when a generally used thermostatic chamber (Comparative Example 3 of No. 11) is used, a sufficient amount of moisture can be obtained because the humidity control gas is filled in a large space. Supplied. Therefore, although the moisture absorption amount in the two states of the dry gas and the wet gas approaches the theoretical value, on the other hand, it is difficult to continuously adjust the humidity, and fluctuations in humidity are observed locally.

一方、水平方向に調湿ガスが流れる構造の微小なガス流路(No.9の比較例1、No.10の比較例2)とGen−RHの組合せでは、連続的な調湿が可能なものの、水分吸収量(含水率)の絶対値は、恒温槽には及ばない。   On the other hand, continuous humidity control is possible with the combination of a fine gas flow path (No. 9 comparative example 1 and No. 10 comparative example 2) and Gen-RH in which the humidity control gas flows horizontally. However, the absolute value of moisture absorption (moisture content) does not reach that of a thermostatic chamber.

本発明の垂直ガス流路を形成したNo.1-8(実施例1〜8)では、ガス導入口と測定面との角度が垂直に近い程、水分吸収効率が短時間で恒温槽以上に水吸着が効率的に起こっていることが分かる。なお、角度(θ)=90°の場合については、上記表1には示されていないが水吸着が角度(θ)=71°と同等かそれ以上の効率で起こることは明らかである。このように、水吸着が効率的に起こることは、水が試料2の膜に吸着する際に調湿ガスの向きが反応性に大きく関係していることを示している。垂直であれば水分子を試料2の膜に打ち込むことができるが、水平であれば、水吸脱着の動的平衡においてガス流による試料2の表面の水分子の脱着をも促進していると考えられる。   In No. 1-8 (Examples 1-8) in which the vertical gas flow path of the present invention was formed, the moisture absorption efficiency was more than that of the thermostatic chamber in a shorter time as the angle between the gas inlet and the measurement surface was closer to vertical. It can be seen that water adsorption occurs efficiently. In the case of angle (θ) = 90 °, although not shown in Table 1, it is clear that water adsorption occurs at an efficiency equal to or higher than angle (θ) = 71 °. As described above, the fact that water adsorption occurs efficiently indicates that the direction of the humidity control gas is greatly related to the reactivity when water is adsorbed on the film of the sample 2. If it is vertical, water molecules can be driven into the membrane of the sample 2, but if it is horizontal, desorption of water molecules on the surface of the sample 2 by the gas flow is promoted in the dynamic equilibrium of water adsorption / desorption. Conceivable.

《ガス容量》
以下の実施例9〜11では、反応室(密閉空間R)のガス容量を変更することによる水の吸脱着に対する効果を調べた。
《Gas capacity》
In the following Examples 9 to 11, the effect on water adsorption / desorption by changing the gas capacity of the reaction chamber (sealed space R) was examined.

[実施例9]
実施例1〜8において用いた「フレッセラR」に替えて「ポリメチルメタクリレート(SIGMA−ALDRICH 製品番号「182230」)を試料2として塗布したセンサーチップ1を製造して用いたこと以外は実施例1と同様にして、RIfS測定等を行った。実施例9の結果を[表2]および図14(F)に示す。
[Example 9]
Example 1 except that the sensor chip 1 coated with “polymethyl methacrylate (SIGMA-ALDRICH product number“ 182230 ”)” as a sample 2 was used instead of “Fressera R” used in Examples 1 to 8. In the same manner as above, RIfS measurement and the like were performed. The results of Example 9 are shown in [Table 2] and FIG. 14 (F).

[実施例10]
垂直ガス流路A−1の反応室(密閉空間R)の高さを1.5mmに変更したこと以外は、実施例11と同様に、RIfS測定等を行った。実施例10の結果を[表2]および図14(F)に示す。
[Example 10]
RifS measurement and the like were performed in the same manner as in Example 11 except that the height of the reaction chamber (sealed space R) of the vertical gas flow path A-1 was changed to 1.5 mm. The results of Example 10 are shown in [Table 2] and FIG. 14 (F).

[実施例11]
垂直ガス流路A−1の反応室(密閉空間R)の高さを5mmに変更したこと以外は、実施例11と同様に、RIfS測定等を行った。実施例10の結果を[表2]および図14(F)に示す。
[Example 11]
RifS measurement and the like were performed in the same manner as in Example 11 except that the height of the reaction chamber (sealed space R) of the vertical gas flow path A-1 was changed to 5 mm. The results of Example 10 are shown in [Table 2] and FIG. 14 (F).

(結果・考察)
実施例9〜11の結果から、反応室(密閉空間R)に流入するガスが毎秒リフレッシュされる条件が好ましいことが分かる。半発明の垂直ガス流路を用いた場合、ガス流量との関係も考慮することで最適な水の吸脱着反応を提供可能であることが分かる。
(Results and discussion)
From the results of Examples 9 to 11, it is understood that the condition that the gas flowing into the reaction chamber (sealed space R) is refreshed every second is preferable. When the vertical gas flow path of the semi-invention is used, it is understood that an optimum water adsorption / desorption reaction can be provided by considering the relationship with the gas flow rate.

[実施例12]
実施例9の垂直ガス流路A−1(密閉空間R=1.75mL)を用いて、ガス流量を100mL/分、500mL/分、1000mL/分に変更したこと以外は、実施例11と同様に、RIfS測定等を行った。実施例10の結果を[表3]に示す。
[Example 12]
Similar to Example 11 except that the vertical gas flow path A-1 (sealed space R = 1.75 mL) of Example 9 was used and the gas flow rate was changed to 100 mL / min, 500 mL / min, and 1000 mL / min. In addition, RIfS measurement and the like were performed. The results of Example 10 are shown in [Table 3].

[実施例13]
実施例10の垂直ガス流路A−5(密閉空間R=0.75mL)を用いて、ガス流量を100mL/分、500mL/分、1000mL/分に変更したこと以外は、実施例11と同様に、RIfS測定等を行った。実施例13の結果を[表3]に示す。
[Example 13]
The same as Example 11 except that the gas flow rate was changed to 100 mL / min, 500 mL / min, 1000 mL / min using the vertical gas flow path A-5 (sealed space R = 0.75 mL) of Example 10. In addition, RIfS measurement and the like were performed. The results of Example 13 are shown in [Table 3].

[実施例14]
実施例11の垂直ガス流路A−6(密閉空間R=2.5mL)を用いて、ガス流量を100mL/分、500mL/分、1000mL/分に変更したこと以外は、実施例11と同様に、RIfS測定等を行った。実施例14の結果を[表3]に示す。
[Example 14]
Similar to Example 11 except that the gas flow rate was changed to 100 mL / min, 500 mL / min, 1000 mL / min using the vertical gas flow path A-6 (sealed space R = 2.5 mL) of Example 11. In addition, RIfS measurement and the like were performed. The results of Example 14 are shown in [Table 3].

[実施例15]
実施例の垂直ガス流路A−1の反応室(密閉空間R)の高さを7.5mmに変更し、反応室(チャンバー部)の容積(密閉空間Rの容積)を3.12mLに形成して、ガス流量を100mL/分、500mL/分、1000mL/分に変更したこと以外は、実施例11と同様に、RIfS測定等を行った。実施例15の結果を[表3]に示す。
[Example 15]
The height of the reaction chamber (sealed space R) of the vertical gas flow path A-1 of the example was changed to 7.5 mm, and the volume of the reaction chamber (chamber portion) (volume of the sealed space R) was formed to 3.12 mL. Then, RIFS measurement and the like were performed in the same manner as in Example 11 except that the gas flow rate was changed to 100 mL / min, 500 mL / min, and 1000 mL / min. The results of Example 15 are shown in [Table 3].

(結果・考察)
ガス流量を増加するとチャンバー部の容積が2.5mlまでは水の吸脱着量の改善効果が得られる。それ以上の容積となると、ガス流量を上げても試料2への水の吸脱着効率は向上しない。
(Results and discussion)
When the gas flow rate is increased, the effect of improving the amount of water adsorption / desorption can be obtained up to a chamber volume of 2.5 ml. If the volume exceeds that, even if the gas flow rate is increased, the water adsorption / desorption efficiency of the sample 2 is not improved.

以上、本発明に係る密閉空間形成部材、これを用いた水分子吸脱着測定システムおよび水分子吸脱着測定方法について、実施形態および実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施形態等に限定されず、特許請求の範囲に規定された本発明の要旨を逸脱しない限り、設計変更は許容される。   As described above, the sealed space forming member according to the present invention, the water molecule adsorption / desorption measurement system using the same, and the water molecule adsorption / desorption measurement method have been described based on the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the above, and design changes are permitted without departing from the gist of the present invention defined in the claims.

1 センサーチップ
2 試料
2a 測定領域
3 密閉空間形成部材
3A〜3G 密閉空間形成部材
3c 壁部
4 調湿ガス送出手段
5 温湿センサー
5A 温度調節器
6 第1光ファイバー
7 第2光ファイバー
8 光源
9 分光器
10 制御手段
11 溝
12A,12B ガス導入路
13 ガスガイド部材
13a ガス導入口(導入口)
13b リング部材
14A,14B ガス排出路
15 基板
16 光学薄膜
17 カバー部材
19 温度センサー
20 温度調節手段
21 O−リング
22 密閉空間形成部材
22a ガス導入路
22b ガス排出路
23 反応部
23a 溝
23b ガス導入口
23c ガス排出口
24 O−リング
25 密閉空間形成部材
25a チャンバー部
25a チャンバー部
25b ガス導入路
25ba ガス導入口
25c ガス排出路
26 O−リング
100、100A〜100G 測定システム
R、R’、R” 密閉空間
θ 角度
w 水分子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor chip 2 Sample 2a Measurement area 3 Sealed space formation member 3A-3G Sealed space formation member 3c Wall part 4 Humidity control gas sending means 5 Temperature / humidity sensor 5A Temperature controller 6 1st optical fiber 7 2nd optical fiber 8 Light source 9 Spectroscope DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Control means 11 Groove | channel 12A, 12B Gas introduction path 13 Gas guide member 13a Gas introduction port (introduction port)
13b Ring members 14A and 14B Gas discharge passage 15 Substrate 16 Optical thin film 17 Cover member 19 Temperature sensor 20 Temperature adjusting means 21 O-ring 22 Sealed space forming member 22a Gas introduction passage 22b Gas discharge passage 23 Reaction section 23a Groove 23b Gas introduction port 23c Gas outlet 24 O-ring 25 Sealed space forming member 25a Chamber part 25a Chamber part 25b Gas inlet 25ba Gas inlet 25c Gas outlet 26 O-ring 100, 100A to 100G Measurement systems R, R ', R "Sealed Space θ angle w water molecule

Claims (13)

試料と、該試料に接触させる調湿ガスに含まれる水分子との吸脱着を測定する水分子吸脱着測定システムに用いられ、前記試料を内包する密閉空間を形成するための密閉空間形成部材であって、
前記調湿ガスを、前記試料の測定用の表面部分(測定領域)に対向する位置から、測定領域に吹き付けるよう、前記密閉空間に導入するための導入口と、
前記密閉空間内の調湿ガスを前記密閉空間の外部へ排出するための排出口と、
を備えたことを特徴とする密閉空間形成部材。
A sealed space forming member that is used in a water molecule adsorption / desorption measurement system that measures adsorption / desorption of a sample and water molecules contained in a humidity control gas to be brought into contact with the sample, and forms a sealed space containing the sample. There,
An inlet for introducing the humidity control gas into the sealed space so as to blow the measurement region from a position facing the measurement surface portion (measurement region) of the sample;
A discharge port for discharging the humidity control gas in the sealed space to the outside of the sealed space;
A sealed space forming member comprising:
前記密閉空間の容量が、水分子の試料に対する吸脱着を測定するための時間間隔の間に、前記密閉空間に供給される前記調湿ガスの量とほぼ同量か、それ以下となるように形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の密閉空間形成部材。   The volume of the sealed space is approximately equal to or less than the amount of the humidity control gas supplied to the sealed space during a time interval for measuring adsorption / desorption of water molecules to the sample. The sealed space forming member according to claim 1, wherein the sealed space forming member is formed. 前記密閉空間の容量が1.5mL〜3.2mLであることを特徴とする、請求項2に記載の密閉空間形成部材。   The sealed space forming member according to claim 2, wherein a capacity of the sealed space is 1.5 mL to 3.2 mL. 前記導入口の開口面積の合計:前記測定領域の面積の比が、50:1〜480:1であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の密閉空間形成部材。   4. The sealed space forming member according to claim 1, wherein the ratio of the total opening area of the introduction port to the area of the measurement region is 50: 1 to 480: 1. 前記調湿ガスが、前記測定領域の平面に対して45°以上135°以下の範囲の角度で吹き付けるように、前記導入口が設けられていることを特徴とする、請求項1〜4にいずれか一項に記載の密閉空間形成部材。   The said introduction port is provided so that the said humidity control gas may be sprayed with the angle of the range of 45 degrees or more and 135 degrees or less with respect to the plane of the said measurement area | region, The any of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. The sealed space forming member according to claim 1. 前記導入口が複数設けられ、
該導入口の開口が、円形、楕円形、および長方形の少なくともいずれか1つであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の密閉空間形成部材。
A plurality of the introduction ports are provided,
The sealed space forming member according to any one of claims 1 to 5, wherein the opening of the introduction port is at least one of a circle, an ellipse, and a rectangle.
前記導入口から導入された前記調湿ガスの流れの前記測定領域に供給される角度をガイドするガスガイド部材を備えた、請求項1〜6のいずれか一項に記載の密閉空間形成部材。   The sealed space forming member according to claim 1, further comprising a gas guide member that guides an angle supplied to the measurement region of the flow of the humidity control gas introduced from the introduction port. 前記測定領域以外の密閉空間の表面が、前記試料より疎水性のカバー部材により覆われている、請求項1〜7のいずれか一項に記載の密閉空間形成部材。   The sealed space forming member according to any one of claims 1 to 7, wherein a surface of the sealed space other than the measurement region is covered with a cover member that is more hydrophobic than the sample. 請求項1〜8のいずれかの一項に記載の密閉空間形成部材を有していることを特徴とする水分子吸脱着測定システム。   A water molecule adsorption / desorption measurement system comprising the sealed space forming member according to any one of claims 1 to 8. 試料と水分子との吸脱着を測定するための測定領域に配置された試料を内包するように導入口および排出口を有する密閉空間を形成し、該導入口から水分子を含む調湿ガスを該密閉空間内に導入して該試料の薄膜と該水分子との吸脱着を測定する水分子吸脱着測定方法であって、
前記調湿ガスを、前記試料の測定用の表面部分(測定領域)に対向する位置から、測定領域に吹き付けるよう、前記導入口を介して前記密閉空間に導入するガス導入工程を含むことを特徴とする水分子吸脱着測定方法。
A sealed space having an inlet and an outlet is formed so as to enclose a sample arranged in a measurement region for measuring adsorption and desorption of the sample and water molecules, and a humidity control gas containing water molecules is introduced from the inlet. A water molecule adsorption / desorption measurement method for measuring adsorption / desorption between a thin film of the sample and the water molecules introduced into the sealed space,
A gas introduction step of introducing the humidity control gas into the sealed space through the introduction port so as to spray the humidity control gas from a position facing the measurement surface portion (measurement region) of the sample to the measurement region; A water molecule adsorption / desorption measurement method.
前記調湿ガスが、前記測定領域の平面に対して45°以上135°以下の範囲の角度で吹き付けるようにすることを特徴とする、請求項10に記載の水分子吸脱着測定方法。   11. The water molecule adsorption / desorption measurement method according to claim 10, wherein the humidity control gas is blown at an angle in a range of 45 ° to 135 ° with respect to a plane of the measurement region. 前記調湿ガスが、前記測定領域の平面に対して70°以上110°以下の範囲の角度で吹き付けるようにすることを特徴とする、請求項11に記載の水分子吸脱着測定方法。   The water molecule adsorption / desorption measurement method according to claim 11, wherein the humidity control gas is blown at an angle in a range of 70 ° to 110 ° with respect to a plane of the measurement region. 前記試料と前記水分子との吸脱着をRIfS(反射干渉分光法)によって測定する、請求項10〜12いずれか一項に記載の水分子吸脱着測定方法。   The water molecule adsorption / desorption measurement method according to any one of claims 10 to 12, wherein the adsorption / desorption of the sample and the water molecule is measured by RifS (reflection interference spectroscopy).
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