JP3447478B2 - 微量油分検知装置 - Google Patents
微量油分検知装置Info
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/55—Specular reflectivity
- G01N21/552—Attenuated total reflection
- G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水などの溶媒中に微
量に存在する油分の検知装置に関する。
量に存在する油分の検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】水中の微量油分の検知に関しては、浄水
場における取水中の表面油分の検知する方法として、例
えば、光反射式油膜検知法や、ＴＶカメラによる画
像監視法が、また、下水、工場排水中の油分の検知方法
として、例えば、抽出・赤外線吸収測定法、乳化・
濁度測定法、乳化・紫外線吸収測定法などの方法が従
来から知られている。
場における取水中の表面油分の検知する方法として、例
えば、光反射式油膜検知法や、ＴＶカメラによる画
像監視法が、また、下水、工場排水中の油分の検知方法
として、例えば、抽出・赤外線吸収測定法、乳化・
濁度測定法、乳化・紫外線吸収測定法などの方法が従
来から知られている。
【０００３】これらの測定方法のそれぞれの概要につい
て簡単に記述すると、まず光反射式油膜検知法は、光
源にレーザやＬＥＤを用いて光線を水面上にあて、反射
した光の反射率が増大することを利用して、油膜を検知
するものである。ＴＶカメラによる画像監視法は、照
明装置によって水面を照らし、ＴＶカメラでこの水面を
撮影し、得られた画像を２値化し、油膜の反射率が水よ
りも大きいことを利用して、油膜を検知する方法であ
る。抽出・赤外線吸収測定法は、四塩化炭素などの抽
出溶媒に油分を抽出し、赤外線分析計で吸収スペクトル
を測定して、油分濃度を測定する方法である。乳化・
濁度測定法、および乳化・紫外線吸収測定法は、乳化
剤で油分を乳化させ、乳化した成分を濁度計、およびＵ
Ｖ計でそれぞれの測定をして、油分濃度を測定する方法
である。これら各種の測定方法を利用した装置もそれぞ
れ実用化されている。
て簡単に記述すると、まず光反射式油膜検知法は、光
源にレーザやＬＥＤを用いて光線を水面上にあて、反射
した光の反射率が増大することを利用して、油膜を検知
するものである。ＴＶカメラによる画像監視法は、照
明装置によって水面を照らし、ＴＶカメラでこの水面を
撮影し、得られた画像を２値化し、油膜の反射率が水よ
りも大きいことを利用して、油膜を検知する方法であ
る。抽出・赤外線吸収測定法は、四塩化炭素などの抽
出溶媒に油分を抽出し、赤外線分析計で吸収スペクトル
を測定して、油分濃度を測定する方法である。乳化・
濁度測定法、および乳化・紫外線吸収測定法は、乳化
剤で油分を乳化させ、乳化した成分を濁度計、およびＵ
Ｖ計でそれぞれの測定をして、油分濃度を測定する方法
である。これら各種の測定方法を利用した装置もそれぞ
れ実用化されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の油分検
知方法や装置には、微量油分の検出が困難であるという
問題点があった。例えば浄水場において河川から取水し
た原水が油により汚染された場合には、飲料に用いられ
る点からも微量でも重大な事故であり、ｐｐｂオーダー
の検出能力が要求される。しかし現状では、油分検知装
置が十分な感度がないことから、人がにおいを嗅いで油
分の有無を判定するという方法が多く用いられている。
また、水中の油分は水面の油膜として存在するだけでは
なく、水中にコロイドとして分散している微量油分もあ
る。従来の光反射式油膜検知法やＴＶカメラによる
画像監視法では、この水中の微量油分を検知することが
できないという欠点がある。一方、抽出・赤外線吸収
測定法、乳化・濁度測定法、乳化・紫外線吸収測定
法は、水中油分の検知は可能であるが、感度としてはｐ
ｐｍまたはサブｐｐｍオーダーであって感度が不足して
いるほか、測定のために試料の前処理を必要とするとい
う欠点がある。
知方法や装置には、微量油分の検出が困難であるという
問題点があった。例えば浄水場において河川から取水し
た原水が油により汚染された場合には、飲料に用いられ
る点からも微量でも重大な事故であり、ｐｐｂオーダー
の検出能力が要求される。しかし現状では、油分検知装
置が十分な感度がないことから、人がにおいを嗅いで油
分の有無を判定するという方法が多く用いられている。
また、水中の油分は水面の油膜として存在するだけでは
なく、水中にコロイドとして分散している微量油分もあ
る。従来の光反射式油膜検知法やＴＶカメラによる
画像監視法では、この水中の微量油分を検知することが
できないという欠点がある。一方、抽出・赤外線吸収
測定法、乳化・濁度測定法、乳化・紫外線吸収測定
法は、水中油分の検知は可能であるが、感度としてはｐ
ｐｍまたはサブｐｐｍオーダーであって感度が不足して
いるほか、測定のために試料の前処理を必要とするとい
う欠点がある。
【０００５】その他に、検出部の汚れや径時変化による
性能の低下を防ぎ、信頼性を向上させることや、様々な
油分の汚染元を特定するための成分分類を行うことなど
の要望もある。本発明は、上記の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、水などの溶媒に微量
に分散する油分を高感度で、高信頼性をもって検知で
き、また成分の分類もできる装置を提供することにあ
る。
性能の低下を防ぎ、信頼性を向上させることや、様々な
油分の汚染元を特定するための成分分類を行うことなど
の要望もある。本発明は、上記の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、水などの溶媒に微量
に分散する油分を高感度で、高信頼性をもって検知で
き、また成分の分類もできる装置を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明では「表面プラズ
モン共鳴角度」の測定を利用した３つの手段により、上
記の問題を解決する。本発明の第１の手段は、表面プラ
ズモン光学系を用いて、親油性膜に濃縮された水などの
溶媒中の微量な油分を誘電率（屈折率）の変化として検
出する。ここで「表面プラズモン光学系」とは、光線を
放射する投光部と、この光線の照射により表面プラズモ
ン共鳴を示すことのできる光線反射器と、この光線反射
器の表面を被覆する親油性膜と、この親油性膜表面にサ
ンプル溶媒を接触させる機構と、前記光線反射器から反
射した光の光量または表面プラズモン共鳴角度とを測定
する光検出部の全体を含んだ総称である。
モン共鳴角度」の測定を利用した３つの手段により、上
記の問題を解決する。本発明の第１の手段は、表面プラ
ズモン光学系を用いて、親油性膜に濃縮された水などの
溶媒中の微量な油分を誘電率（屈折率）の変化として検
出する。ここで「表面プラズモン光学系」とは、光線を
放射する投光部と、この光線の照射により表面プラズモ
ン共鳴を示すことのできる光線反射器と、この光線反射
器の表面を被覆する親油性膜と、この親油性膜表面にサ
ンプル溶媒を接触させる機構と、前記光線反射器から反
射した光の光量または表面プラズモン共鳴角度とを測定
する光検出部の全体を含んだ総称である。
【０００７】表面プラズモンとは、金属表面などで電荷
密度が集団的に振動し表面上を進行していくプラズマ波
であり、簡単な発生方法としては、高屈折率プリズムな
どの誘電体の一面に金属薄膜をコーティング（固着）
し、光線を適当な角度（θ）で入射したときに、エバネ
ッセント波の伝播速度と一致することによって、金属薄
膜表面にこのプラズモン波を励起することができる。こ
こで、エバネッセント波とは光線を全反射角で入射した
ときに、プリズムの外側にしみだしてプリズム表面を伝
播する光の表面波のことである。表面プラズモン光学系
で、反射角（θ）を変えながら反射光強度を測定する
と、ある一定の角度で光のエネルギーが表面プラズモン
へ移行するため、その反射角度での反射光出力が著しく
低下する現象が観察される。この反射角度が「表面プラ
ズモン共鳴角度」である。
密度が集団的に振動し表面上を進行していくプラズマ波
であり、簡単な発生方法としては、高屈折率プリズムな
どの誘電体の一面に金属薄膜をコーティング（固着）
し、光線を適当な角度（θ）で入射したときに、エバネ
ッセント波の伝播速度と一致することによって、金属薄
膜表面にこのプラズモン波を励起することができる。こ
こで、エバネッセント波とは光線を全反射角で入射した
ときに、プリズムの外側にしみだしてプリズム表面を伝
播する光の表面波のことである。表面プラズモン光学系
で、反射角（θ）を変えながら反射光強度を測定する
と、ある一定の角度で光のエネルギーが表面プラズモン
へ移行するため、その反射角度での反射光出力が著しく
低下する現象が観察される。この反射角度が「表面プラ
ズモン共鳴角度」である。
【０００８】金属薄膜が十分薄い場合には、表面プラズ
マ波は金属を透過して、サンプル中に電界分布をもつ。
そのために、表面プラズモン共鳴角度は金属表面上にあ
る物質の誘電率（屈折率）によって変化する。この金属
薄膜表面に親油性膜を被覆させると、水などの溶媒中の
微量油分は親油性膜に吸着、濃縮される。これは上記の
「金属表面上にある物質の誘電率（屈折率）の変化」に
相当するため、表面プラズモン共鳴角度の変化をもたら
し、これを測定することにより微量な油分の検出が可能
となる。
マ波は金属を透過して、サンプル中に電界分布をもつ。
そのために、表面プラズモン共鳴角度は金属表面上にあ
る物質の誘電率（屈折率）によって変化する。この金属
薄膜表面に親油性膜を被覆させると、水などの溶媒中の
微量油分は親油性膜に吸着、濃縮される。これは上記の
「金属表面上にある物質の誘電率（屈折率）の変化」に
相当するため、表面プラズモン共鳴角度の変化をもたら
し、これを測定することにより微量な油分の検出が可能
となる。
【０００９】この方法が高感度な理由は、表面プラズマ
波のエネルギーは界面で最大、サンプルの深さ方向へ指
数関数的に減衰するため、界面の極近傍にエネルギーが
集中し、界面にある微量物質の誘電率（屈折率）の変化
に対して高い測定感度が得られるためである。本発明の
第２の手段は、親油性膜を備える表面プラズモン光学系
と親油性膜のない表面プラズモン光学系からの信号出力
の差を観測することにより、汚れと経時変化の影響の少
ない微量油分の検知を行う。例えば、河川水の微量油分
を検知しようとするときには、油分以外の汚染物により
検知部の表面が汚染され、表面プラズモン共鳴角度の出
力値が変化してしまう。また、光学系や信号処理部の経
時変化によっても出力は変化する。本方法では、親油性
膜を備える表面プラズモン光学系のほかにリファレンス
として親油性膜のない表面プラズモン光学系を持ってい
る。油分以外の汚染物は親油性膜のある表面と親油性膜
のない表面の両方を汚染するので、親油性膜を備える表
面プラズモン光学系と親油性膜のない表面プラズモン光
学系の出力の差を観測することにより汚れに強い微量油
分の検知を行うことができる。また、光学系や信号処理
部の経時変化については、親油性膜の有無にかかわらず
同様な変化をすると考えられるので、親油性膜有の表面
プラズモン光学系と親油性膜無の表面プラズモン光学系
の出力の差を観測することにより経時変化の影響の少な
い微量油分の検知を行うことができる。
波のエネルギーは界面で最大、サンプルの深さ方向へ指
数関数的に減衰するため、界面の極近傍にエネルギーが
集中し、界面にある微量物質の誘電率（屈折率）の変化
に対して高い測定感度が得られるためである。本発明の
第２の手段は、親油性膜を備える表面プラズモン光学系
と親油性膜のない表面プラズモン光学系からの信号出力
の差を観測することにより、汚れと経時変化の影響の少
ない微量油分の検知を行う。例えば、河川水の微量油分
を検知しようとするときには、油分以外の汚染物により
検知部の表面が汚染され、表面プラズモン共鳴角度の出
力値が変化してしまう。また、光学系や信号処理部の経
時変化によっても出力は変化する。本方法では、親油性
膜を備える表面プラズモン光学系のほかにリファレンス
として親油性膜のない表面プラズモン光学系を持ってい
る。油分以外の汚染物は親油性膜のある表面と親油性膜
のない表面の両方を汚染するので、親油性膜を備える表
面プラズモン光学系と親油性膜のない表面プラズモン光
学系の出力の差を観測することにより汚れに強い微量油
分の検知を行うことができる。また、光学系や信号処理
部の経時変化については、親油性膜の有無にかかわらず
同様な変化をすると考えられるので、親油性膜有の表面
プラズモン光学系と親油性膜無の表面プラズモン光学系
の出力の差を観測することにより経時変化の影響の少な
い微量油分の検知を行うことができる。
【００１０】本発明の第３の手段では、複数の表面プラ
ズモン光学系の各々に種類の異なった親油性膜を被覆す
ることにより、微量油分の検知と同時に油分の分類を行
う。例えば河川水の微量油分としては、灯油、重油、工
業排油類、食用油類など様々な成分のものを含み、それ
ぞれの成分はアルキル基の長さや特徴となる官能基が異
なっている。これらの油分をその性質に従って分類する
には、各々の油成分に特徴的に結合する親油性膜を各々
選択して、各々異なる親油性膜を備える表面プラズモン
光学系からの出力を各々測定することにより可能にな
る。
ズモン光学系の各々に種類の異なった親油性膜を被覆す
ることにより、微量油分の検知と同時に油分の分類を行
う。例えば河川水の微量油分としては、灯油、重油、工
業排油類、食用油類など様々な成分のものを含み、それ
ぞれの成分はアルキル基の長さや特徴となる官能基が異
なっている。これらの油分をその性質に従って分類する
には、各々の油成分に特徴的に結合する親油性膜を各々
選択して、各々異なる親油性膜を備える表面プラズモン
光学系からの出力を各々測定することにより可能にな
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】上記３つの手段を利用した本発明
は、次の構成要素を持った装置によって具体化できる。
まず第１の発明は、光線を放射する投光部と、この光線
の照射により表面プラズモン共鳴を示すことのできる光
線反射器と、この光線反射器の表面を被覆する親油性膜
と、この親油性膜表面にサンプル溶媒を接触させる機構
と、前記光線反射器から反射した光の光量または表面プ
ラズモン共鳴角度を測定する光検出部と、受光光量また
は表面プラズモン共鳴角度の変化をモニタする信号処理
部とを、備えた装置で、水などの溶媒の微量油分を測定
する。
は、次の構成要素を持った装置によって具体化できる。
まず第１の発明は、光線を放射する投光部と、この光線
の照射により表面プラズモン共鳴を示すことのできる光
線反射器と、この光線反射器の表面を被覆する親油性膜
と、この親油性膜表面にサンプル溶媒を接触させる機構
と、前記光線反射器から反射した光の光量または表面プ
ラズモン共鳴角度を測定する光検出部と、受光光量また
は表面プラズモン共鳴角度の変化をモニタする信号処理
部とを、備えた装置で、水などの溶媒の微量油分を測定
する。
【００１２】次に第２の発明は、複数の光線を放射する
投光部と、この複数の光線の照射によって各々の照射位
置に表面プラズモン共鳴を各々示すことのできる光線反
射器と、この光線反射器表面の複数の光線照射位置のう
ちいくつかを被覆する親油性膜と、この親油性膜表面お
よび光線反射器表面の親油性膜で被覆されていない照射
位置の各々にサンプル溶媒を接触させる機構と、前記光
線反射器から反射した各々の光の光量または表面プラズ
モン共鳴角度を各々測定する光検出部と、この親油性膜
で被覆された部位からの反射光と親油性膜で被覆されて
いない部位からの反射光との光量差または表面プラズモ
ン共鳴角度の差をモニタする信号処理部とを、備えた装
置で、試料とリファレンスとの同時測定により汚れと経
時変化の影響の少ない測定環境で、水などの溶媒の微量
油分を測定する。
投光部と、この複数の光線の照射によって各々の照射位
置に表面プラズモン共鳴を各々示すことのできる光線反
射器と、この光線反射器表面の複数の光線照射位置のう
ちいくつかを被覆する親油性膜と、この親油性膜表面お
よび光線反射器表面の親油性膜で被覆されていない照射
位置の各々にサンプル溶媒を接触させる機構と、前記光
線反射器から反射した各々の光の光量または表面プラズ
モン共鳴角度を各々測定する光検出部と、この親油性膜
で被覆された部位からの反射光と親油性膜で被覆されて
いない部位からの反射光との光量差または表面プラズモ
ン共鳴角度の差をモニタする信号処理部とを、備えた装
置で、試料とリファレンスとの同時測定により汚れと経
時変化の影響の少ない測定環境で、水などの溶媒の微量
油分を測定する。
【００１３】また第３の発明は、複数の光線を放射する
投光部と、この複数の光線の照射によって各々の照射位
置に表面プラズモン共鳴を各々示すことのできる光線反
射器と、この光線反射器表面上の各々の照射位置に被覆
された各々異なる種類の親油性膜と、各々の親油性膜に
サンプル溶媒を接触させる機構と、前記光線反射器から
反射した各々の光の光量または表面プラズモン共鳴角度
を各々測定する光検出部と、各々の受光光量または共鳴
角度の変化をモニタする信号処理部とを、備えた装置
で、水などの溶媒の微量油分の測定と同時に油分の分類
を行う。
投光部と、この複数の光線の照射によって各々の照射位
置に表面プラズモン共鳴を各々示すことのできる光線反
射器と、この光線反射器表面上の各々の照射位置に被覆
された各々異なる種類の親油性膜と、各々の親油性膜に
サンプル溶媒を接触させる機構と、前記光線反射器から
反射した各々の光の光量または表面プラズモン共鳴角度
を各々測定する光検出部と、各々の受光光量または共鳴
角度の変化をモニタする信号処理部とを、備えた装置
で、水などの溶媒の微量油分の測定と同時に油分の分類
を行う。
【００１４】
［実施例１］第１の発明の実施例として水中の微量油分
の検知装置を図１に示す。微量油分を含むサンプル水１
は、取水配管２によりフローセル３に導かれた後、排水
４として排出される。フローセル３の上部には表面プラ
ズモン共鳴発生用の光線反射器５が備え付けられてい
る。光線反射器５はシリンドリカル状のプリズム６の下
面に厚さ約５０ｎｍの銀薄膜７を真空蒸着により固着し
たものである。さらにその下面には後述する方法によっ
て親油性膜８が被覆されている。半導体レーザ光源９か
らの光線はレンズ１０とプリズム６によって絞られ、焦
点が銀薄膜７の表面上に結ばれている。光線は絞られて
いるため光軸から約±１０°の振れ角をもって銀薄膜７
の表面に入射されることになる。このとき表面プラズモ
ン共鳴の発生条件に合うある角度（表面プラズモン共鳴
角度）から銀薄膜７の表面に入射された光の反射光光量
に鋭い減衰が起こる。この表面プラズモン共鳴角度は、
反射光を１０２４素子のリニアイメージセンサ１１で測
定したときに現れる鋭い光の減衰ピーク位置から求めら
れる。
の検知装置を図１に示す。微量油分を含むサンプル水１
は、取水配管２によりフローセル３に導かれた後、排水
４として排出される。フローセル３の上部には表面プラ
ズモン共鳴発生用の光線反射器５が備え付けられてい
る。光線反射器５はシリンドリカル状のプリズム６の下
面に厚さ約５０ｎｍの銀薄膜７を真空蒸着により固着し
たものである。さらにその下面には後述する方法によっ
て親油性膜８が被覆されている。半導体レーザ光源９か
らの光線はレンズ１０とプリズム６によって絞られ、焦
点が銀薄膜７の表面上に結ばれている。光線は絞られて
いるため光軸から約±１０°の振れ角をもって銀薄膜７
の表面に入射されることになる。このとき表面プラズモ
ン共鳴の発生条件に合うある角度（表面プラズモン共鳴
角度）から銀薄膜７の表面に入射された光の反射光光量
に鋭い減衰が起こる。この表面プラズモン共鳴角度は、
反射光を１０２４素子のリニアイメージセンサ１１で測
定したときに現れる鋭い光の減衰ピーク位置から求めら
れる。
【００１５】サンプルが純水の場合には図４の実線で示
すような吸収波形が観察される。光学系の角度分解能は
約０．０２°である。次にサンプル水中に微量油分１２
が存在するときは、微量油分１２が親油性膜８中に濃縮
され、親油性膜８の誘電率の増加によって、図４の破線
で示すように、表面プラズモン共鳴角は高角度側にシフ
トする。このシフト角はリニアイメージセンサ１１で鋭
い光の減衰位置がシフトして測定される。リニアイメー
ジセンサ１１の測定信号は信号処理部１２に送られ、信
号処理部１２では表面プラズモン共鳴角のシフトを計算
し、あらかじめ設定された値を越えた場合には油分の混
入があったと判定し、必要に応じて外部へ警報の通知を
行う。
すような吸収波形が観察される。光学系の角度分解能は
約０．０２°である。次にサンプル水中に微量油分１２
が存在するときは、微量油分１２が親油性膜８中に濃縮
され、親油性膜８の誘電率の増加によって、図４の破線
で示すように、表面プラズモン共鳴角は高角度側にシフ
トする。このシフト角はリニアイメージセンサ１１で鋭
い光の減衰位置がシフトして測定される。リニアイメー
ジセンサ１１の測定信号は信号処理部１２に送られ、信
号処理部１２では表面プラズモン共鳴角のシフトを計算
し、あらかじめ設定された値を越えた場合には油分の混
入があったと判定し、必要に応じて外部へ警報の通知を
行う。
【００１６】親油性膜の製作方法の例としては、図５に
示すシランカプラーの反応を用いることができる。シラ
ンカプラーは相互に馴染みの悪い無機材料（金属など）
と有機材料（高分子など）の両者と化学結合できる官能
基をもつ有機珪素化合物で、その標準型は、（ＣＨ
3 Ｏ)3Ｓi(ＣＨ2)n Ｘと表される。銀薄膜との結合は加
水分解性の置換基であるアルコキシル基がシロキサン結
合する。Ｘは有機物と反応しやすいビニル基、エポキシ
基、アミノ基などのであり、さらに種々の機能団の導入
に利用される。本発明の請求項４に示した親油性膜は上
述の方法により作製が可能である。疎水性のアルキル鎖
はシランカプラーの（ＣＨ2)n Ｘ部に相当し、金属薄膜
と反応する反応する官能器は（ＣＨ3 Ｏ)3Ｓｉ部に相当
する。
示すシランカプラーの反応を用いることができる。シラ
ンカプラーは相互に馴染みの悪い無機材料（金属など）
と有機材料（高分子など）の両者と化学結合できる官能
基をもつ有機珪素化合物で、その標準型は、（ＣＨ
3 Ｏ)3Ｓi(ＣＨ2)n Ｘと表される。銀薄膜との結合は加
水分解性の置換基であるアルコキシル基がシロキサン結
合する。Ｘは有機物と反応しやすいビニル基、エポキシ
基、アミノ基などのであり、さらに種々の機能団の導入
に利用される。本発明の請求項４に示した親油性膜は上
述の方法により作製が可能である。疎水性のアルキル鎖
はシランカプラーの（ＣＨ2)n Ｘ部に相当し、金属薄膜
と反応する反応する官能器は（ＣＨ3 Ｏ)3Ｓｉ部に相当
する。
【００１７】［実施例２］第２の発明の実施例として水
中の微量油分の検知装置を図２に示す。この図において
図１に示した符号と同一のものは同一物を示している。
この実施例においては、半導体レーザ光源９からの光線
はハーフミラー１３とミラー１４によって２つの光線に
分けられ、２本の光線が各々銀薄膜７の表面の異なる位
置に入射している。銀薄膜７の表面の異なる位置に入射
した光線は各々表面プラズモン共鳴を励起する。第一の
光線の入射位置には親油性膜８が被覆されているが、第
二の光線の入射位置には親油性膜は被覆されていない。
各々の反射光はリニアイメージセンサ１１と１５で各々
受光され、各々の表面プラズモン共鳴角度が測定され
る。各々の測定値は信号処理部１２に送られ、信号処理
部１２では、２つの表面プラズモン共鳴角度測定値の差
を演算し、差があらかじめ設定された値を越えた場合に
は油分の混入があったと判定し、必要に応じて外部へ警
報の通知を行う。この第２の実施例の装置は、親油性膜
をもたない表面プラズモン光学系の測定値をリファレン
スとして用いているため、親油性膜の有無に関わらず起
こる現象、例えば、汚れ、径時変化の影響をキャンセル
し、信頼性の高い微量油分の検知を行うことができる。
中の微量油分の検知装置を図２に示す。この図において
図１に示した符号と同一のものは同一物を示している。
この実施例においては、半導体レーザ光源９からの光線
はハーフミラー１３とミラー１４によって２つの光線に
分けられ、２本の光線が各々銀薄膜７の表面の異なる位
置に入射している。銀薄膜７の表面の異なる位置に入射
した光線は各々表面プラズモン共鳴を励起する。第一の
光線の入射位置には親油性膜８が被覆されているが、第
二の光線の入射位置には親油性膜は被覆されていない。
各々の反射光はリニアイメージセンサ１１と１５で各々
受光され、各々の表面プラズモン共鳴角度が測定され
る。各々の測定値は信号処理部１２に送られ、信号処理
部１２では、２つの表面プラズモン共鳴角度測定値の差
を演算し、差があらかじめ設定された値を越えた場合に
は油分の混入があったと判定し、必要に応じて外部へ警
報の通知を行う。この第２の実施例の装置は、親油性膜
をもたない表面プラズモン光学系の測定値をリファレン
スとして用いているため、親油性膜の有無に関わらず起
こる現象、例えば、汚れ、径時変化の影響をキャンセル
し、信頼性の高い微量油分の検知を行うことができる。
【００１８】［実施例３］第３の発明の実施例として水
中の微量油分の検知装置を図３に示す。この図において
図１及び図２に示した符号と同一のものは同一物を示し
ている。この実施例においては、半導体レーザ光源９か
らの光線はハーフミラー１３、１６とミラー１４によっ
て３つの光線に分けられ、３本の光線が各々銀薄膜７の
表面の異なる位置に入射している。銀薄膜７の表面の異
なる位置に入射した光線は各々表面プラズモン共鳴を励
起する。第１の光線の入射位置には第１の親油性膜８が
被覆されていて、第２の光線の入射位置には性質の異な
る第２の親油性膜１７が被覆されている。また、第３の
光線の入射位置には性質の異なる第３の親油性膜１８が
被覆されている。各々の反射光はリニアイメージセンサ
１１、１５および１９で各々受光され、各々の表面プラ
ズモン共鳴角度が測定される。各々の測定値は信号処理
部１２に送られ、信号処理部１２では、各々の測定値が
あらかじめ設定された値を越えていないか各々判定し、
越えていた場合にはそれそれの親油性膜に対応した油分
の混入があったと判定し、必要に応じて外部へ警報の通
知を行う。３つの異なる親油性膜はいずれも上述のシラ
ンカプラーを用いて作製され、疎水性を示すアルキル鎖
の長さを各々変えてある。アルキル鎖の長い親油性膜は
アルキル鎖の長い油成分と、アルキル鎖の短い親油性膜
はアルキル鎖の短い油成分と結合しやすいので、この第
３の実施例の装置を用いて微量油分の検知と同時に油分
の分類を行うことができる。
中の微量油分の検知装置を図３に示す。この図において
図１及び図２に示した符号と同一のものは同一物を示し
ている。この実施例においては、半導体レーザ光源９か
らの光線はハーフミラー１３、１６とミラー１４によっ
て３つの光線に分けられ、３本の光線が各々銀薄膜７の
表面の異なる位置に入射している。銀薄膜７の表面の異
なる位置に入射した光線は各々表面プラズモン共鳴を励
起する。第１の光線の入射位置には第１の親油性膜８が
被覆されていて、第２の光線の入射位置には性質の異な
る第２の親油性膜１７が被覆されている。また、第３の
光線の入射位置には性質の異なる第３の親油性膜１８が
被覆されている。各々の反射光はリニアイメージセンサ
１１、１５および１９で各々受光され、各々の表面プラ
ズモン共鳴角度が測定される。各々の測定値は信号処理
部１２に送られ、信号処理部１２では、各々の測定値が
あらかじめ設定された値を越えていないか各々判定し、
越えていた場合にはそれそれの親油性膜に対応した油分
の混入があったと判定し、必要に応じて外部へ警報の通
知を行う。３つの異なる親油性膜はいずれも上述のシラ
ンカプラーを用いて作製され、疎水性を示すアルキル鎖
の長さを各々変えてある。アルキル鎖の長い親油性膜は
アルキル鎖の長い油成分と、アルキル鎖の短い親油性膜
はアルキル鎖の短い油成分と結合しやすいので、この第
３の実施例の装置を用いて微量油分の検知と同時に油分
の分類を行うことができる。
【００１９】実施例１〜３の微量油分検知装置は、親油
性膜表面にサンプル溶媒を接触させる機構として、フロ
ーセルを用いてサンプル水を親油性膜表面へ導いている
が、河川、取水池、排水池、水槽、プールなどの水質測
定には、親油性膜を含む検出表面を直接試料水に浸けて
測定を行ってもよい。また、実施例２および３の微量油
分検知装置は１つの光線反射器に複数の光線を照射して
表面プラズモンを励起しているが、複数の光線反射器に
複数の光線を照射することでも同様の目的が達成でき
る。
性膜表面にサンプル溶媒を接触させる機構として、フロ
ーセルを用いてサンプル水を親油性膜表面へ導いている
が、河川、取水池、排水池、水槽、プールなどの水質測
定には、親油性膜を含む検出表面を直接試料水に浸けて
測定を行ってもよい。また、実施例２および３の微量油
分検知装置は１つの光線反射器に複数の光線を照射して
表面プラズモンを励起しているが、複数の光線反射器に
複数の光線を照射することでも同様の目的が達成でき
る。
【００２０】
【発明の効果】本発明の微量油分検知装置は、水などの
溶媒に微量に分散する微量油分を高感度、高信頼に検
知、分類できる。
溶媒に微量に分散する微量油分を高感度、高信頼に検
知、分類できる。
【図１】水中の微量油分検知装置の第１の発明例の模式
図
図
【図２】水中の微量油分検知装置の第２の発明例の模式
図
図
【図３】水中の微量油分検知装置の第３の発明例の模式
図
図
【図４】銀薄膜表面に光を入射した場合の入射角−反射
率特性を示す図
率特性を示す図
【図５】シランカプラー反応を用いた親油膜製作方法の
例を示す図
例を示す図
１ サンプル水
２ 取水配管
３ フローセル
４ 排水
５ 光線反射器
６ プリズム
７ 銀薄膜
８ 親油性膜
９ レーザ光源
１０ レンズ
１１ リニアイメージセンサ
１２ 信号処理部
１３ ハーフミラー
１４ ミラー
１５ リニアイメージセンサ
１６ ハーフミラー
１７ 親油性膜
１８ 親油性膜
１９ リニアイメージセンサ
フロントページの続き
(72)発明者 野田 直広
神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号
富士電機株式会社内
(72)発明者 大戸 時喜雄
神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号
富士電機株式会社内
(72)発明者 田中 良春
神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号
富士電機株式会社内
(72)発明者 塩川 祥子
静岡県浜松市城北２−25−40 丸二サン
ハイツ Ａ303
(56)参考文献 特開2000−122603（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−104163（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−225185（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−58873（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−232841（ＪＰ，Ａ)
特表 平７−509565（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 21/00 - 21/01
G01N 21/17 - 21/61
実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)
特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)
Claims (4)
- 【請求項１】光線を放射する投光部と、この光線の照射
により表面プラズモン共鳴を示すことののできる光線反
射器と、この光線反射器の表面を被覆する親油性膜と、
この親油性膜表面にサンプル溶媒を接触させる機構と、
前記光線反射器から反射した光の光量または表面プラズ
モン共鳴が生じる前記光線の入射角度（以下、表面プラ
ズモン共鳴角度と記す）を測定する光検出部と、受光光
量または表面プラズモン共鳴角度の変化をモニタする信
号処理部と、を備える水などの溶媒中の微量油分検知装
置。 - 【請求項２】複数の光線を放射する投光部と、この複数
の光線の照射によって各々の照射位置に表面プラズモン
共鳴を各々示すことのできる光線反射器と、この光線反
射器表面の複数の光線照射位置のうちのいくつかを被覆
する親油性膜と、この親油性膜表面および光線反射器表
面の親油性膜で被覆されていない照射位置の各々にサン
プル溶媒を接触させる機構と、前記光線反射器から反射
した各々の光の光量または表面プラズモン共鳴角度を各
々測定する光検出部と、親油性膜で被覆された部位から
の反射光と親油性膜で被覆されていない部位からの反射
光との光量差または表面プラズモン共鳴角度の差をモニ
タする信号処理部と、を備える水などの溶媒中の微量油
分検知装置。 - 【請求項３】複数の光線を放射する投光部と、この複数
の光線の照射によって各々の照射位置に表面プラズモン
共鳴を各々示すことのできる光線反射器と、この光線反
射器表面上の各々の照射位置に被覆された各々種類の異
なる親油性膜と、各々の親油性膜にサンプル溶媒を接触
させる機構と、前記光線反射器から反射した各々の光の
光量または表面プラズモン共鳴角度を各々測定する光検
出部と、各々の受光光量または表面プラズモン共鳴角度
の変化をモニタする信号処理部と、を備え、各々の親油
性膜に対応する各々の受光光量または表面プラズモン共
鳴角度の変化から水などの溶媒中の微量油分の検知と油
分の分類を行う微量油分検知装置。 - 【請求項４】請求項１〜３いずれかの装置において、親
油性膜が疎水性を示すアルキル鎖と金属薄膜と反応する
官能基を有する化合物であることを特徴とする微量油分
検知装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18795396A JP3447478B2 (ja) | 1996-07-18 | 1996-07-18 | 微量油分検知装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18795396A JP3447478B2 (ja) | 1996-07-18 | 1996-07-18 | 微量油分検知装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1038797A JPH1038797A (ja) | 1998-02-13 |
| JP3447478B2 true JP3447478B2 (ja) | 2003-09-16 |
Family
ID=16215063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18795396A Expired - Fee Related JP3447478B2 (ja) | 1996-07-18 | 1996-07-18 | 微量油分検知装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3447478B2 (ja) |
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| JP4027048B2 (ja) * | 2001-02-23 | 2007-12-26 | 富士フイルム株式会社 | 全反射減衰を利用した測定方法および測定装置 |
| US7602495B2 (en) | 2004-08-24 | 2009-10-13 | Fujifilm Corporation | Method for measuring dissociation constant by surface plasmon resonance analysis |
| CN100434896C (zh) * | 2005-05-08 | 2008-11-19 | 西安交通大学 | 一种在线测量含油污水中含油浓度的方法及其装置 |
| JP4676402B2 (ja) * | 2006-08-29 | 2011-04-27 | シャープ株式会社 | 分子検出装置及び分子検出装置を用いた洗浄装置 |
| US8393198B2 (en) * | 2008-01-09 | 2013-03-12 | OronoSpectral Solutions, Inc. | Apparatus and method for determining analyte content in a fluid |
| CN104713851A (zh) * | 2015-03-24 | 2015-06-17 | 吉林大学 | 小型化实时在线海上溢油检测系统 |
-
1996
- 1996-07-18 JP JP18795396A patent/JP3447478B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1038797A (ja) | 1998-02-13 |
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