JP2023080921A - Measuring method for hydrogen peroxide concentrations, and transistor type sensor for hydrogen peroxide detection and concentration measurement - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水中の過酸化水素濃度を測定する方法に関するものであり、特に有機トランジスタを用いて、超純水等に含まれる低濃度の過酸化水素濃度を測定する方法に好適な過酸化水素濃度の測定方法に関する。また、本発明は、過酸化水素検出および濃度測定用トランジスタ型センサに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for measuring the concentration of hydrogen peroxide in water, and in particular hydrogen peroxide suitable for a method of measuring a low-concentration concentration of hydrogen peroxide contained in ultrapure water or the like using an organic transistor. It relates to a method for measuring concentration. The invention also relates to a transistor type sensor for hydrogen peroxide detection and concentration measurement.
半導体の製造工程で使用される洗浄用超純水は、超純水製造工程において紫外線で有機物が酸化処理される。紫外線による有機物の酸化処理の副産物として過酸化水素が生成する。超純水の純度を維持するため、過酸化水素の極低濃度化の管理が求められ、超純水の製造工程で極低濃度の過酸化水素を測定する技術が必要となる。 Ultrapure water for cleaning, which is used in the semiconductor manufacturing process, is subjected to oxidation treatment of organic substances by ultraviolet rays in the ultrapure water manufacturing process. Hydrogen peroxide is produced as a by-product of the oxidation treatment of organic matter by ultraviolet rays. In order to maintain the purity of ultrapure water, it is necessary to control the concentration of hydrogen peroxide to be extremely low, and a technology for measuring extremely low concentrations of hydrogen peroxide in the ultrapure water production process is required.
過酸化水素濃度をオンラインで測定する方法として、従来はヨウ素による電量滴定法が用いられているが、定量下限値が高い(0.5μg/L程度);測定に試薬が必要である;廃液が生じる;測定時間が長い(15分程度);などの課題がある。また、試薬を使用するため、現場でオンライン測定するには補充の手間がかかる。 Conventionally, coulometric titration with iodine has been used as a method for online measurement of hydrogen peroxide concentration, but the lower limit of determination is high (about 0.5 μg / L); a reagent is required for measurement; long measurement time (about 15 minutes); In addition, since reagents are used, replenishment is troublesome for on-site online measurements.
水中の過酸化水素濃度の測定装置として、水中の過酸化水素の分解手段と、過酸化水素の分解前後の溶存酸素濃度の測定手段とを備えたものがある(特許文献1,2)。
As an apparatus for measuring the concentration of hydrogen peroxide in water, there is one provided with means for decomposing hydrogen peroxide in water and means for measuring dissolved oxygen concentration before and after decomposition of hydrogen peroxide (
本発明は、試薬や過酸化水素分解手段を用いることなく、過酸化水素濃度を容易かつ迅速に測定することができる過酸化水素濃度の測定方法と、過酸化水素検出および濃度測定用トランジスタ型センサを提供することを課題とする。 The present invention provides a hydrogen peroxide concentration measuring method capable of easily and quickly measuring the hydrogen peroxide concentration without using reagents or hydrogen peroxide decomposition means, and a transistor type sensor for hydrogen peroxide detection and concentration measurement. The task is to provide
本発明の要旨は次である。 The gist of the present invention is as follows.
[1] フェニルボロン酸化合物をレセプタとして導入した延長ゲートを有するトランジスタセンサを用いて、測定対象水を延長ゲートに接触させて測定対象水中の過酸化水素濃度を測定する方法。 [1] A method of measuring the concentration of hydrogen peroxide in water to be measured by using a transistor sensor having an extended gate into which a phenylboronic acid compound is introduced as a receptor, and bringing the water to be measured into contact with the extended gate.
[2] 測定対象水中の過酸化水素濃度が1ng/L~100mg/Lの範囲である、[1]の過酸化水素濃度の測定方法。 [2] The method for measuring hydrogen peroxide concentration of [1], wherein the concentration of hydrogen peroxide in the water to be measured is in the range of 1 ng/L to 100 mg/L.
[3] 前記フェニルボロン酸化合物が4-メルカプトフェニルボロン酸である。[1]又は[2]の過酸化水素濃度の測定方法。 [3] The phenylboronic acid compound is 4-mercaptophenylboronic acid. The method for measuring the hydrogen peroxide concentration of [1] or [2].
[4] 前記トランジスタ型センサは、電界効果トランジスタよりなるトランジスタ部位と、該トランジスタ部位から離隔した検出部位とを有しており、
該検出部位は、金属膜と、該金属膜の表面に結合された前記フェニルボロン酸化合物とを有しており、
該金属膜と前記電界効果トランジスタのゲート電極とが配線により電気的に接続されており、
該金属膜の該フェニルボロン酸化合物を有する面に測定対象水を接触させる[3]の過酸化水素濃度の測定方法。
[4] The transistor type sensor has a transistor portion made of a field effect transistor and a detection portion separated from the transistor portion,
The detection site has a metal film and the phenylboronic acid compound bound to the surface of the metal film,
the metal film and the gate electrode of the field effect transistor are electrically connected by wiring,
The method for measuring the concentration of hydrogen peroxide according to [3], wherein the surface of the metal film having the phenylboronic acid compound is brought into contact with water to be measured.
[5] フェニルボロン酸化合物をレセプタとして導入した延長ゲートを有する過酸化水素検出および濃度測定用トランジスタ型センサ。 [5] A transistor-type sensor for hydrogen peroxide detection and concentration measurement having an extended gate incorporating a phenylboronic acid compound as a receptor.
[6] 前記フェニルボロン酸化合物が4-メルカプトフェニルボロン酸である[5]の過酸化水素検出および濃度測定用トランジスタ型センサ。 [6] The transistor-type sensor for hydrogen peroxide detection and concentration measurement according to [5], wherein the phenylboronic acid compound is 4-mercaptophenylboronic acid.
[7] 前記トランジスタ型センサは、電界効果トランジスタよりなるトランジスタ部位と、該トランジスタ部位から離隔した検出部位とを有しており、
該検出部位は、金属膜と、該金属膜の表面に結合された前記フェニルボロン酸化合物とを有しており、
該金属膜と前記電界効果トランジスタのゲート電極とが配線により電気的に接続されており、
該金属膜の該フェニルボロン酸化合物を有する面が測定対象水を接触させる面となっている[5]又は[6]の過酸化水素検出および濃度測定用トランジスタ型センサ。
[7] The transistor type sensor has a transistor portion made of a field effect transistor and a detection portion separated from the transistor portion,
The detection site has a metal film and the phenylboronic acid compound bound to the surface of the metal film,
the metal film and the gate electrode of the field effect transistor are electrically connected by wiring,
The transistor-type sensor for hydrogen peroxide detection and concentration measurement according to [5] or [6], wherein the surface of the metal film having the phenylboronic acid compound is the surface that comes into contact with the water to be measured.
本発明の過酸化水素濃度の測定方法及び過酸化水素検出および濃度測定用トランジスタ型センサは、測定可能な濃度範囲が広い(例えば1ng/Lから100mg/L)、必要なサンプル水量が少なく、試薬を使用しない、測定時間が短い(30秒から3分、特に1分~5分程度)等の長所を有する。 The method for measuring hydrogen peroxide concentration and the transistor-type sensor for detecting and measuring hydrogen peroxide concentration of the present invention have a wide measurable concentration range (for example, 1 ng/L to 100 mg/L), require a small amount of sample water, and It has advantages such as no use of a micrometer and a short measurement time (30 seconds to 3 minutes, especially 1 to 5 minutes).
また、本発明の過酸化水素濃度の測定方法及び過酸化水素検出および濃度測定用トランジスタ型センサでは、サンプル水を、追加処理を行うことなく、純水製造システムの原水槽に戻すことが可能である。 Further, in the hydrogen peroxide concentration measuring method and the hydrogen peroxide detection and concentration measuring transistor type sensor of the present invention, the sample water can be returned to the raw water tank of the pure water production system without additional treatment. be.
本発明では、フェニルボロン酸化合物をレセプタとして修飾した延長ゲートを有するトランジスタ型センサを用い、測定対象水を延長ゲートに接触させて測定対象水中の過酸化水素濃度を測定する。なお、測定対象水は、半導体の製造工程などで使用される純水が好適であり、その電気伝導度は1mS/m以下であることが好ましい。 In the present invention, a transistor-type sensor having an extended gate modified with a phenylboronic acid compound as a receptor is used, and water to be measured is brought into contact with the extended gate to measure the concentration of hydrogen peroxide in the water to be measured. The water to be measured is preferably pure water used in semiconductor manufacturing processes and the like, and its electric conductivity is preferably 1 mS/m or less.
有機薄膜トランジスタは、基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、有機半導体、封止膜等から構成されている。本発明では、ゲート電極を一部延長させた検出電極となる延長ゲートにレセプタを修飾することで、過酸化水素の濃度増加に伴う閾値電圧の変化を定量的に読み出す。 An organic thin film transistor is composed of a substrate, a gate electrode, a gate insulating film, a source electrode, a drain electrode, an organic semiconductor, a sealing film and the like. In the present invention, a change in threshold voltage accompanying an increase in concentration of hydrogen peroxide is quantitatively read out by modifying an extended gate, which is a detection electrode obtained by partially extending the gate electrode, with a receptor.
本発明の一態様では、過酸化水素用センサチップは、人工レセプタとしてフェニルボロン酸化合物を用いる。フェニルボロン酸化合物は、図2(a)の通り、チオール基を介して延長ゲート金電極表面に結合し、電極表面を修飾する。フェニルボロン酸化合物は、図2(b)のように、過酸化水素によって酸化され、フェノール化合物に変換される。フェニルボロン酸化合物はベンゾオキサボロールに置き換えることができる。また、トランジスタ型人工レセプタは1000mg/Lを超える重金属イオン(Cu、Zn、Feなど)やピラニア溶液などの極端な酸が含まれると分解する可能性があるので、測定対象の溶液中に含まれないことが好ましい。 In one aspect of the invention, a sensor chip for hydrogen peroxide uses phenylboronic acid compounds as artificial receptors. The phenylboronic acid compound binds to the extended gate gold electrode surface via a thiol group to modify the electrode surface, as shown in FIG. 2(a). The phenylboronic acid compound is oxidized by hydrogen peroxide and converted to a phenolic compound as shown in FIG. 2(b). Phenyl boronic acid compounds can be replaced with benzoxaborol. In addition, transistor-type artificial receptors may decompose if they contain heavy metal ions (Cu, Zn, Fe, etc.) exceeding 1000 mg/L or extreme acids such as piranha solution. preferably not.
本発明で用いるトランジスタ型センサのトランジスタ部位は、公知のトランジスタ構造により構成することができ、無機トランジスタでも、有機トランジスタであってもよい。中でも、小型で簡易的に用いることができる有機高分子よりなる薄膜トランジスタ(TFT)が好ましい。 The transistor portion of the transistor-type sensor used in the present invention can be configured with a known transistor structure, and may be an inorganic transistor or an organic transistor. Among them, a thin film transistor (TFT) made of an organic polymer is preferable because it is small and can be used easily.
図1(a)、(b)に、トランジスタ型センサの構成の一例を示す。図1(a)に示すトランジスタ型センサは、トランジスタ部位10と検出部位20である延長ゲートとから構成されている。 1(a) and 1(b) show an example of the configuration of a transistor type sensor. A transistor-type sensor shown in FIG.
トランジスタ部位10は、ガラス等よりなる基板11上にゲート電極12が形成され、その表面に、AlOx膜13が形成され、テトラデシルホスホン酸(TDPA。構造図を図3(b)に示す。)よりなるゲート絶縁膜14が形成されている。その上に、ソース15及びドレイン16の電極が形成されている。
A
ソース電極15、ドレイン電極16間に有機高分子半導体層17が形成されている。これらを封止するように封止膜18が形成されている。
An organic
検出部位20である延長ゲートは、PEN基板21上の金属膜22を備えている。金属膜22の表面(図の上面)側は、図2(a)の通り、チオール化させたフェニルボロン酸化合物が化学的に結合している。フェニルボロン酸化合物としては、4-メルカプトフェニルボロン酸が好適である。4-メルカプトフェニルボロン酸の金属膜表面への結合量は1×10-9~1×10-8mol/cm2御程度が好適である。
The
金属膜22上に合成樹脂製の流路材23が配置されている。流路材23に設けられた流路孔Sの一部が金属膜22の上面に露呈している。また、流路孔Sに差し込まれるようにして、Ag/AgCl電極よりなる参照電極24が設けられている。
A
金属膜22とゲート電極12とが配線30によって導通されている。
A
この流路孔Sに、過酸化水素を含む測定対象水を流通させると、図2(b)に示すようにフェニルボロン酸がフェノール化する反応に伴って変化するトランジスタの閾値電圧又はドレイン電流値の変化を計測することによって、測定対象水中の過酸化水素濃度をモニタリングすることができる。 When water to be measured containing hydrogen peroxide is passed through the channel hole S, the threshold voltage or drain current value of the transistor changes with the phenolization reaction of phenylboronic acid as shown in FIG. 2(b). By measuring the change in , the concentration of hydrogen peroxide in the water to be measured can be monitored.
図1(b)では、流路材23が省略されている。図1(b)のその他の構成は図1(a)と同一であり、同一符号は同一部分を示している。図1(b)では、金属膜22に過酸化水素を含む測定対象水を接触させて、トランジスタの閾値電圧又はドレイン電流値の変化を計測することによって、測定対象水中の過酸化水素濃度を測定する。
In FIG. 1B, the
トランジスタを構成する材料は特に限定されるものではない。例えば基板はガラス、セラミックガラス、セラミックス、金属等の無機材料の他、樹脂、紙等の有機材料等を適用することにより、フレキシブルな形態のセンサを構成することができる。 Materials constituting the transistor are not particularly limited. For example, by applying inorganic materials such as glass, ceramic glass, ceramics, and metals, as well as organic materials such as resins and papers, to the substrate, a flexible sensor can be constructed.
有機トランジスタの場合は、基板としては、例えば、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリイミド、ポリパラキシリレン(パリレン(登録商標))等の樹脂、紙等を用いることができる。 In the case of an organic transistor, for example, resins such as polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene, polyimide, and polyparaxylylene (parylene (registered trademark)), paper, and the like can be used as the substrate.
ゲート電極材料としては、例えば、アルミニウム、銀、金、銅、チタン、酸化インジウム(ITO)、PEDOT:PSS等が挙げられ、ソース電極・ドレイン電極の材料としては、金、銀、銅、白金、アルミニウム、PEDOT:PSS等の導電性高分子が挙げられる。 Examples of gate electrode materials include aluminum, silver, gold, copper, titanium, indium oxide (ITO), and PEDOT:PSS. Materials for source and drain electrodes include gold, silver, copper, platinum, Examples include conductive polymers such as aluminum and PEDOT:PSS.
ゲート絶縁膜の構成材料としては、例えば、シリカ、アルミナ、自己組織化単分子膜(SAM)、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、ポリジメチルシロキサン、ポリシルセスキオキサン、イオン液体、ポリテトラフルオロエチレン(テフロン(登録商標)AF、サイトップ(登録商標))等が挙げられる。 Materials constituting the gate insulating film include, for example, silica, alumina, self-assembled monolayer (SAM), polystyrene, polyvinylphenol, polyvinyl alcohol, polymethylmethacrylate, polydimethylsiloxane, polysilsesquioxane, ionic liquid, Polytetrafluoroethylene (Teflon (registered trademark) AF, Cytop (registered trademark)) and the like can be mentioned.
有機半導体の構成材料としては、P型の場合は、ペンタセン、ジナフトチエノチオフェン、ベンゾチエノベンゾチオフェン(Cn-BTBT)、TIPSペンタセン、TES-ADT、ルブレン、P3HT、PBTTT等を用いることができ、N型の場合は、フラーレン等を用いることができる。PBTTTの構造式を図3(a)に示す。 As a constituent material of the organic semiconductor, in the case of P-type, pentacene, dinaphthothienothiophene, benzothienobenzothiophene (Cn-BTBT), TIPS pentacene, TES-ADT, rubrene, P3HT, PBTTT, etc. can be used. In the case of N-type, fullerene or the like can be used. The structural formula of PBTTT is shown in FIG. 3(a).
封止膜(保護膜)の構成材料としては、ポリテトラフルオロエチレン(テフロン(登録商標)AF)、サイトップ(登録商標)、ポリパラキシリレン(パリレン(登録商標))等が挙げられる。サイトップ(登録商標)の構造式を図3(b)に示す。 Materials constituting the sealing film (protective film) include polytetrafluoroethylene (Teflon (registered trademark) AF), CYTOP (registered trademark), polyparaxylylene (parylene (registered trademark)), and the like. The structural formula of Cytop (registered trademark) is shown in FIG. 3(b).
流路材の構成材料としては、シリコン樹脂等が挙げられる。 Examples of the constituent material of the channel material include silicon resin and the like.
薄膜トランジスタの作製方法は、蒸着法、スパッタリング法等のドライプロセスでも、スピンコート、バーコート、スプレーコート等による塗布、スクリーン印刷、グラビアオフセット印刷、凸版反転印刷、インクジェット印刷等の各種印刷機による印刷でもよい。印刷によれば、より効率的に低コストで作製することができる。 Thin film transistors can be produced by dry processes such as vapor deposition and sputtering, coating by spin coating, bar coating, spray coating, screen printing, gravure offset printing, letterpress reverse printing, and inkjet printing by various printing machines. good. Printing can be made more efficiently and at a lower cost.
延長ゲートである検出部位20の金属膜にフェニルボロン酸化合物を結合させるには、金属膜をフェニルボロン酸化合物溶液、例えば4-メルカプトフェニルボロン酸を溶解させたメタノール溶液に浸漬すればよい。この溶液の濃度は1~10mM程度が好適であり、浸漬時間は1~2Hr程度が好適である。
In order to bind the phenylboronic acid compound to the metal film of the
図1のように、トランジスタ部位と検出部位である延長ゲートが別個に作製され、使用時にこれらを連結する構成とすることにより、試料と直接接触する延長ゲートのみを寿命に応じて容易に交換して取り付けることができる。これにより、トランジスタ部位は安定した状態での計測が可能である。また、センサ全体を交換する必要がなく、しかも、検出部位は洗浄操作を行うことにより繰り返し利用可能であるため、経済的であるという利点も有している。 As shown in Fig. 1, the transistor portion and the extension gate, which is the detection portion, are fabricated separately, and by connecting them when in use, only the extension gate that is in direct contact with the sample can be easily replaced depending on the service life. can be installed. As a result, the transistor portion can be measured in a stable state. In addition, there is no need to replace the entire sensor, and the detection site can be used repeatedly by washing, so there is also the advantage of being economical.
本発明では、前記トランジスタセンサを超純水に浸漬して閾値電圧の変化を定量的に読み込み、超純水中の過酸化水素濃度を測定することが好ましい。 In the present invention, it is preferable to measure the concentration of hydrogen peroxide in ultrapure water by immersing the transistor sensor in ultrapure water and reading the change in threshold voltage quantitatively.
具体的には、前記トランジスタ型センサを対象水系に電極部全体が浸かるように設置する。前記トランジスタ型センサを設置する場所は、UV処理設備の処理水あるいは過酸化水素分解設備の給水、さらに過酸化水素分解設備の処理水などが対象となるが、これに限定されない。また、前記トランジスタ型センサを上記設備に直接設置してもよいし、バイパスラインに設置してもよいが、前記トランジスタ型センサの消耗を避けるためにバイパスラインに設置することが望ましく、さらに消耗を避けるために測定時にのみバイパスラインに通水し測定することが好ましい。また、上記設備に設置することが困難、もしくは前記トランジスタ型センサの消耗が激しい場合は、上記設備から超純水をサンプリングしてから、そのサンプリング水に前記トランジスタ型センサを浸漬し測定してもよい。 Specifically, the transistor-type sensor is installed so that the entire electrode portion is immersed in the target water system. The place where the transistor-type sensor is installed is, but is not limited to, treated water from a UV treatment facility, water supply from a hydrogen peroxide decomposition facility, and further treated water from a hydrogen peroxide decomposition facility. In addition, the transistor type sensor may be installed directly in the above equipment or may be installed in a bypass line. In order to avoid this, it is preferable to pass water through the bypass line only during measurement. In addition, if it is difficult to install the transistor type sensor in the above equipment or if the transistor type sensor is severely worn, after sampling ultrapure water from the above equipment, the transistor type sensor can be immersed in the sampling water and measured. good.
前記測定対象水は、出来るだけ室温で測定することが望ましい。高温の水の場合、前記トランジスタ型センサの消耗が激しくなる。上記ラインに直接もしくはバイパスラインに前記トランジスタ型センサを設置する場合、前記測定対象水の温度がなるべく室温になるように冷却用の熱交換器を別途設置する、もしくは、ラインを長めにとって前記トランジスタ型センサに接触する際の前記測定対象水の温度が室温になるようにすることが好ましく、これに限定されない。 The water to be measured is desirably measured at room temperature as much as possible. In the case of hot water, the consumption of the transistor-type sensor is accelerated. When the transistor type sensor is installed directly in the line or in a bypass line, a heat exchanger for cooling is separately installed so that the temperature of the water to be measured reaches room temperature as much as possible, or the line is made longer and the transistor type sensor is installed. The temperature of the water to be measured is preferably room temperature when contacting the sensor, but is not limited to this.
[実施例1]
<実験条件>
Milli-Q精製装置(ミリポア)で製造した超純水にキシダ化学製の過酸化水素30%(特級)を添加し、100,50,10,5,1mg/L、100,50,10,5,1μg/L、500,100,50,30,10,7.5,5,3,1ng/Lの濃度の過酸化水素水溶液を作製した。
[Example 1]
<Experimental conditions>
Add 30% hydrogen peroxide (special grade) manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd. to ultrapure water produced with a Milli-Q purification device (Millipore), , 1 μg/L, 500, 100, 50, 30, 10, 7.5, 5, 3, and 1 ng/L aqueous hydrogen peroxide solutions were prepared.
フェニルボロン酸化合物として4-メルカプトフェニルボロン酸を導入した延長ゲート型の有機トランジスタ(図1(b)の構成のもの)を製作した。金属膜22へのフェニルボロン酸化合物(4-メルカプトフェニルボロン酸)の導入はメタノールに4-メルカプトフェニルボロン酸を10mMになるように溶解させ溶液に、金属膜22を1時間浸漬させた後、メタノールおよび超純水にて洗浄することにより行った。
An extended gate type organic transistor (having the structure shown in FIG. 1(b)) was manufactured by introducing 4-mercaptophenylboronic acid as a phenylboronic acid compound. The phenylboronic acid compound (4-mercaptophenylboronic acid) was introduced into the
このトランジスタの検出部位20を上記の各溶液に浸漬し、5分後の閾値電圧を計測した。
The
なお、トランジスタの主要部分の材料、厚さは次のとおりである。 Materials and thicknesses of main parts of the transistor are as follows.
ゲート電極:アルミニウム,30nm
ソース及びドレイン:金,30nm
有機半導体:PBTTT
封止膜:Cytop(登録商標)
金属膜:金,厚さ100nm、面積15mm2
ソース・ドレイン間隔:50μm
Gate electrode: aluminum, 30 nm
Source and drain: gold, 30 nm
Organic semiconductor: PBTTT
Sealing film: Cytop (registered trademark)
Metal film: gold,
Source-drain spacing: 50 μm
<結果・考察>
結果を図4~7に示す。図4~7の通り、過酸化水素濃度と閾値電圧には良好な相関関係を得られた。なお、図4~7のy軸の閾値電圧は、各過酸化水素濃度の閾値電圧(Vth)とブランクの閾値電圧(Vth0)の差をVth0で除した数値(Vth-Vth0)/Vth0を用いた。
<Results/Discussion>
The results are shown in Figures 4-7. As shown in FIGS. 4 to 7, a good correlation was obtained between the hydrogen peroxide concentration and the threshold voltage. The threshold voltage on the y-axis in FIGS. 4 to 7 is a numerical value ( V th −V th0 )/V th0 was used.
[実施例2]
<実験条件>
図1(a)の通り、延長ゲートに流路材23を一体化したこと以外は実施例1と同一構成の有機トランジスタを用いて、リアルタイムに過酸化水素の濃度を測定した。流路材23は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)を用いて形成した。
[Example 2]
<Experimental conditions>
As shown in FIG. 1(a), the concentration of hydrogen peroxide was measured in real time using an organic transistor having the same configuration as in Example 1, except that the
延長ゲートの測定部の面積は15mm2である。流路孔Sの流路サイズは、高さ50μm、幅100μm、金属膜と接する部分の長さは6mmである。 The area of the measuring part of the extension gate is 15 mm 2 . The channel size of the channel hole S is 50 μm in height, 100 μm in width, and 6 mm in length at the portion in contact with the metal film.
ゲート電極-ソース電極間の電圧VGSは-3.0V、ドレイン電極-ソース電極間の電圧VDSは-1.0Vとした。 The voltage VGS between the gate electrode and the source electrode was -3.0V, and the voltage VDS between the drain electrode and the source electrode was -1.0V.
過酸化水素濃度を10μg/Lに調整した過酸化水素水溶液と超純水を流速46μL/minで交互に流した際のドレイン電極とソース電極間に流れる電流IDSを測定することで、リアルタイム測定の追随性について試験した。 Real-time measurement was performed by measuring the current I DS flowing between the drain electrode and the source electrode when alternately flowing an aqueous hydrogen peroxide solution with a hydrogen peroxide concentration of 10 μg/L and ultrapure water at a flow rate of 46 μL/min. was tested for followability.
<結果・考察>
結果を図8に示す。図8に示す通り、過酸化水素溶液と超純水を交互に流した際、流体の種類を変更した後に1分以内にIDSの値が変化した後に定常状態に達した。これより、このトランジスタによると、追随性良くリアルタイム過酸化水素の濃度を測定できることが認められた。
<Results/Discussion>
The results are shown in FIG. As shown in FIG. 8, when the hydrogen peroxide solution and the ultrapure water were flowed alternately, the IDS value changed within 1 minute after changing the type of fluid, and then reached a steady state. From this, it was confirmed that this transistor could measure the concentration of hydrogen peroxide in real time with good followability.
[実施例3]
<実験条件>
実施例1と同一構成の4-メルカプトフェニルボロン酸を導入した延長ゲート型の有機トランジスタを用いて、過酸化水素および過酸化物(過酸化ベンゾイル(BPO)、2,3-ジクロロ-5,6-ジシアノ-p-ベンゾキノン(DDQ)、tert-ブチルヒドロペルオキシド(t-BHP)、硝酸イオン(NO3
-)、次亜塩素酸イオン(ClO-))を100ng/Lになるように調整した水溶液について測定を行った。
[Example 3]
<Experimental conditions>
Using an extended gate type organic transistor introduced with 4-mercaptophenylboronic acid having the same configuration as in Example 1, hydrogen peroxide and peroxides (benzoyl peroxide (BPO), 2,3-dichloro-5,6 -Dicyano-p-benzoquinone (DDQ), tert-butyl hydroperoxide (t-BHP), nitrate ion (NO 3 − ), hypochlorite ion (ClO − )) adjusted to 100 ng/L. was measured.
ゲート電極-ソース電極間の電圧Vthは-3.0V、ドレイン電極-ソース電極間の電圧Vthは-1.0Vとした。 The voltage V th between the gate electrode and the source electrode was -3.0V, and the voltage V th between the drain electrode and the source electrode was -1.0V.
<結果・考察>
結果を図9に示す。図9の通り、該トランジスタ型センサは過酸化水素の特異的な検出が可能であることが示唆された。なお、図9のy軸の閾値電圧は、各過酸化水素濃度の閾値電圧(Vth)とブランクの閾値電圧(Vth0)の差をVth0で除した数値(Vth-Vth0)/Vth0を用いた。
<Results/Discussion>
The results are shown in FIG. As shown in FIG. 9, it was suggested that the transistor-type sensor is capable of specific detection of hydrogen peroxide. The threshold voltage on the y - axis in FIG. 9 is the numerical value (V th -V th0 ) / V th0 was used.
10 トランジスタ部位
11 基板
12 ゲート電極
13 AlOx膜
14 ゲート絶縁膜
15 ソース電極
16 ドレイン電極
17 有機半導体層
20 検出部位
21 基板
22 金属膜
23 流路材
REFERENCE SIGNS
Claims (7)
該検出部位は、金属膜と、該金属膜の表面に結合された前記フェニルボロン酸化合物とを有しており、
該金属膜と前記電界効果トランジスタのゲート電極とが配線により電気的に接続されており、
該金属膜の該フェニルボロン酸化合物を有する面に測定対象水を接触させる請求項3の過酸化水素濃度の測定方法。 The transistor type sensor has a transistor portion made of a field effect transistor and a detection portion separated from the transistor portion,
The detection site has a metal film and the phenylboronic acid compound bound to the surface of the metal film,
the metal film and the gate electrode of the field effect transistor are electrically connected by wiring,
4. The method for measuring the concentration of hydrogen peroxide according to claim 3, wherein the surface of the metal film having the phenylboronic acid compound is brought into contact with water to be measured.
該検出部位は、金属膜と、該金属膜の表面に結合された前記フェニルボロン酸化合物とを有しており、
該金属膜と前記電界効果トランジスタのゲート電極とが配線により電気的に接続されており、
該金属膜の該フェニルボロン酸化合物を有する面が測定対象水を接触させる面となっている請求項5又は6の過酸化水素検出および濃度測定用トランジスタ型センサ。 The transistor type sensor has a transistor portion made of a field effect transistor and a detection portion separated from the transistor portion,
The detection site has a metal film and the phenylboronic acid compound bound to the surface of the metal film,
the metal film and the gate electrode of the field effect transistor are electrically connected by wiring,
7. The transistor-type sensor for hydrogen peroxide detection and concentration measurement according to claim 5 or 6, wherein the surface of said metal film having said phenylboronic acid compound is a surface to be brought into contact with water to be measured.
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