JP4427659B2 - Gas detection device - Google Patents
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Description
本発明は循環送液装置を備えた気体検出装置に関する。 The present invention relates to a gas detection apparatus equipped with a circulating liquid delivery device.
従来より知られている気体検出装置として、例えば、内部液が収容された検出槽内に、該内部液に接するように電極が設けられるとともに、検出槽の底面に、液体を透過せず気体を透過する隔膜が設けられた隔膜型ガスセンサーがある(下記、特許文献1)。
かかる構成のガスセンサーにあっては、迅速で安定な応答を確保するとともに、装置を小型化する等の目的から、隔膜と電極との距離を小さくし、隔膜を透過した気体と内部液との反応が生じる反応領域(検出槽)の容積を小さくしたいという要請がある。
しかし、そのようにすると、隔膜周辺の内部液が乾燥化し易く、その結果センサー性能の劣化が生じ易いという問題があった。また、内部液が少ないほど内部液中の測定対象成分や干渉成分の濃度が上昇し易く、その結果、内部液や電極表面が変質して、センサー性能の劣化が生じるおそれもあった。
In the gas sensor having such a configuration, in order to ensure a quick and stable response and to reduce the size of the apparatus, the distance between the diaphragm and the electrode is reduced, and the gas permeated through the diaphragm and the internal liquid are reduced. There is a demand to reduce the volume of the reaction region (detection tank) where the reaction occurs.
However, in such a case, there is a problem that the internal liquid around the diaphragm is easily dried, and as a result, the sensor performance is easily deteriorated. Further, the smaller the internal liquid, the more easily the concentration of the component to be measured and the interference component in the internal liquid is increased. As a result, the internal liquid and the electrode surface may be altered and the sensor performance may be deteriorated.
そこで本発明者等は、閉路内の一部に反応領域を設け、該閉路内で内部液を循環させることができれば、反応領域の容積を小さくし、隔膜と電極との距離を小さくしても前記した問題を解決できるのではないか、との着想に至ったが、かかる狭小な流路を含む閉路内で内部液をスムーズに循環させることができる送液装置は未だ開発されていなかった。 Therefore, the present inventors can provide a reaction region in a part of the closed circuit, and if the internal liquid can be circulated in the closed circuit, the volume of the reaction region can be reduced and the distance between the diaphragm and the electrode can be reduced. The inventors have come up with the idea that the above-mentioned problem can be solved, but a liquid delivery device that can smoothly circulate the internal liquid in a closed circuit including such a narrow channel has not been developed yet.
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、狭小な流路を含む閉路内でも液体をスムーズに循環させることができるようにした循環送液装置を提供することを目的とする。
また本発明は、内部液の乾燥化や、内部液の濃度上昇に伴う内部液および電極表面の変質を防止して、高いセンサー性能が得られるようにした気体検出装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a circulating liquid feeding device that can smoothly circulate a liquid even in a closed circuit including a narrow channel.
Another object of the present invention is to provide a gas detection device capable of obtaining high sensor performance by preventing drying of the internal liquid and alteration of the internal liquid and the electrode surface accompanying an increase in the concentration of the internal liquid. To do.
前記課題を解決するために、本発明の気体検出装置は、液体を収容可能で、容積可変のポンプ部と、前記ポンプ部に接続され、断面積がポンプ部に向かって拡大する拡径流路と、前記ポンプ部に接続され、断面積がポンプ部に向かって縮小する縮径流路と、前記拡径流路と縮径流路とを連通させる連絡流路と、前記連絡流路に連通しており、圧縮可能な流体を収容するバッファ部と、前記ポンプ部の容積を変化させ得る駆動装置とを備える循環送液装置、前記連絡流路上に設けられ、液体を透過せず気体を透過する気液分離部、および
該気液分離部から前記連絡流路内に導入された気体と、該連絡流路内の液体との反応を検出可能な検出部を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a gas detection device of the present invention is capable of containing a liquid and has a variable volume pump unit, and an enlarged flow channel connected to the pump unit and having a cross-sectional area expanding toward the pump unit. A reduced diameter channel that is connected to the pump unit and whose cross-sectional area decreases toward the pump unit, a communication channel that connects the expanded diameter channel and the reduced diameter channel, and a communication channel that communicates with the communication channel, A circulating liquid feeding device comprising a buffer unit for storing a compressible fluid and a driving device capable of changing the volume of the pump unit, and a gas-liquid separation that is provided on the communication channel and does not transmit liquid but transmits gas Department, and
A detection unit capable of detecting a reaction between the gas introduced into the communication channel from the gas-liquid separation unit and the liquid in the communication channel is provided .
さらに、前記ポンプ部に連通する貯液部を設けることができる。
前記ポンプ部、拡径流路、縮径流路、および連絡流路は同一基体内に形成されていることが好ましい。
Furthermore, a liquid storage part communicating with the pump part can be provided.
It is preferable that the pump part, the diameter-enlarging channel, the diameter-reducing channel, and the communication channel are formed in the same substrate.
前記検出部が、前記連絡流路内であって前記気液分離部近傍に設けられた作用電極と、前記連絡流路内に前記作用電極と離間して設けられた対極を有する構成とすることができる。 Before Symbol detection unit, a structure including a working electrode disposed near the gas-liquid separator a said communication passage, a counter electrode which are provided spaced apart from the working electrode to said communication passage be able to.
本発明の循環送液装置にあっては、ポンプ部、拡径流路、縮径流路、および連絡流路が連なった循環閉路が形成されており、該循環閉路に液体を満たした状態で、ポンプ部の容積を変化させると、拡径流路からポンプ部内へ液体が流入し、ポンプ部内の液体が縮径流路から流出される流れを生じさせることができる。ポンプ部の容積変化に伴ってバッファ部内の流体が圧縮されてポンピングされるので、液体が非圧縮性であっても循環閉路内の液体を流動させることができる。したがって、本発明の循環送液装置によれば、循環閉路の一部に狭小な流路が含まれていても、内部液をスムーズに循環させることができる。 In the circulation liquid feeding device of the present invention, a circulation closed circuit is formed in which a pump unit, an enlarged diameter flow path, a reduced diameter flow path, and a communication flow path are connected. When the volume of the part is changed, it is possible to generate a flow in which the liquid flows into the pump part from the enlarged diameter channel and the liquid in the pump part flows out from the reduced diameter channel. Since the fluid in the buffer unit is compressed and pumped in accordance with the volume change of the pump unit, the liquid in the circulation closed circuit can flow even if the liquid is incompressible. Therefore, according to the circulation liquid feeding device of the present invention, the internal liquid can be circulated smoothly even if a narrow flow path is included in a part of the circulation closed circuit.
また、本発明の気体検出装置によれば、反応領域となる流路の容積を小さくし、気液分離部と作用電極との距離を小さくしても、内部液を容易に循環させることができるので、反応領域において、内部液の補充、リフレッシュ機能を得ることができる。したがって、気液分離部近傍における内部液の乾燥化を防止することができるとともに、反応領域における内部液の濃度上昇を抑えることができるので、内部液や電極表面の変質を防止することができる。よって、小型で高性能の気体検出装置を実現することができる。 Further, according to the gas detection device of the present invention, the internal liquid can be easily circulated even if the volume of the flow path serving as the reaction region is reduced and the distance between the gas-liquid separation part and the working electrode is reduced. Therefore, the internal liquid replenishment and refresh functions can be obtained in the reaction region. Therefore, it is possible to prevent the internal liquid from being dried in the vicinity of the gas-liquid separation unit, and it is possible to suppress an increase in the concentration of the internal liquid in the reaction region, thereby preventing the internal liquid and the electrode surface from being altered. Therefore, a small and high-performance gas detection device can be realized.
図1、2は、本発明の気体検出装置の一実施形態を模式的に示したもので、図1は平面図、図2は図1中のA−A線に沿う断面図である。
図中符号1は板状の基体であり、その内部にポンプ部11、拡径流路12、縮径流路13、および連絡流路14からなる循環閉路が形成されている。連絡流路14には、拡径流路12に隣接する第1の幅広部14aと、縮径流路13に隣接する第2の幅広部14cと、これらの間に設けられた反応部14bとが、これらよりも幅が狭い中間流路14d、14eを介して接続されている。反応部14bにはバッファ部30が設けられている。また、ポンプ部11上には駆動装置としての圧電素子21が設けられており、該圧電素子21は図示しない電圧印加手段に電気的に接続されている。
1 and 2 schematically show an embodiment of the gas detection device of the present invention. FIG. 1 is a plan view and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
In the figure,
基体1は、流路を形成可能な板状部材の一面上に、微細な開口部を形成可能な膜状部材を液密に積層一体化して形成されている。板状部材としては、例えばガラス板2が好適に用いられ、膜状部材としては、例えばシリコン(Si)膜3が好適に用いられる。
本実施形態において、ガラス板2の厚さは1mm、シリコン膜3の厚さは0.1mm(100μm)で、基体1の寸法は、図中X方向の長さ(縦)20mm、Y方向の長さ(横)15mm、厚さ1.1mmに形成されている。
The
In the present embodiment, the
ポンプ部11は、ガラス板2の一面側に形成された略円形の凹部11aと、該凹部11aの開口部を塞ぐシリコン膜3とによって囲まれた空間からなっている。該空間は液体を収容可能であり、シリコン膜3を押圧して撓ませると容積を変化するようになっている。凹部11aの底面には、ガラス板2の他面側に貫通する貫通孔11bが設けられている。該貫通孔11bには、図示していないが、開閉バルブを介して貯液槽(貯液部)が液密に接続されている。
本実施形態において、ポンプ部11の凹部11aの深さは0.9mm、平面視したときの直径は7.0mm程度に形成されている。
The
In the present embodiment, the depth of the
拡径流路12および縮径流路13はいずれも、ガラス板2の一面側に形成された凹溝と、該凹溝の開口部を塞ぐシリコン膜3とによって囲まれた空間からなっている。
拡径流路12は平面視したときに略直線状で、一端部がポンプ部11に接続され、他端部が連絡流路14の第1の幅広部14aに接続されている。拡径流路12の深さは一定で、幅がポンプ部11に向かって漸次拡大しており、したがって断面積がポンプ部11に向かって漸次拡大するように形成されている。拡径流路12の深さは、ポンプ部11の深さよりも小さく(浅く)形成されている。
縮径流路13は、平面視したときに略直線状で、一端部がポンプ部11に接続され、他端部が第2の幅広部14cに接続されている。縮径流路13の深さは一定で、幅がポンプ部11に向かって漸次縮小しており、したがって断面積がポンプ部11に向かって漸次縮小するように形成されている。縮径流路13の深さは、ポンプ部11の深さよりも小さく(浅く)形成されている。
これら拡径流路12、縮径流路13、およびポンプ部11は、いわゆるディフューザーポンプを構成している。すなわち、ポンプ部11内に液体を満たした状態で、ポンプ部11の容積を変化させてポンピングが行われると、2つのディフューザー(拡径流路12および縮径流路13)により圧力差が生じ、これによって、拡径流路12からポンプ部11へ液体が流入し、ポンプ部11内の液体が縮径流路13から流出するように構成されている。拡径流路12および縮径流路13における各寸法は両流路間で好ましい圧力差が得られるようにそれぞれ設計される。
例えば本実施形態においては、拡径流路12および縮径流路13の深さは0.8mm、長さは3.0mmとし、拡径流路12の両端における幅はそれぞれ0.88mmと0.5mm、縮径流路の両端における幅はそれぞれ0.13mmと0.5mmとした。
Each of the enlarged
The enlarged
The reduced-
The diameter-enlarging
For example, in this embodiment, the diameter-enlarged
連絡流路14は、ガラス板2の一面側に形成された凹溝と、該凹溝の開口部を塞ぐシリコン膜3とによって囲まれた空間からなっている。
連絡流路14の流路長に沿う方向における中央部分には反応部14bが設けられている。反応部14bよりも下流側の第1の幅広部14aおよび中間流路14dと、反応部14bよりも上流側の第2の幅広部14cおよび中間流路14eとは、形状が略対称となるように構成されている。
これら第1の幅広部14a、中間流路14d、反応部14b、中間流路14e、および第2の幅広部14cの深さは、いずれも拡径流路12および縮径流路13と同じに形成されており、0.8mmである。
本実施形態において、第1の幅広部14aおよび第2の幅広部14cの、流路長に沿う方向における長さは3.0mm、これに垂直な方向における幅は最も大きい部位で1.0mmに形成されている。また中間流路14d、14eの流路長に沿う方向における長さは4.0mm、これに垂直な方向における幅は0.5mmで略一定に形成されている。、
The
A
The first
In the present embodiment, the length of the first
反応部14bには、圧縮可能な流体をトラップできるバッファ部30が設けられている。すなわち、反応部14bをなす凹溝の底面の一部に、ガラス板2の他面側に貫通する貫通孔31が設けられるとともに、ガラス板2の他面上に該貫通孔31を気密かつ開閉自在に塞ぐバルブ32が接着固定されており、これら貫通孔31およびバルブ32の内部に圧縮可能な流体が収容されるようになっている。バルブ32は、筒状で内面にネジ山が形成されたバルブ本体32aと、該バルブ本体32aに螺合する栓体32bとからなっている。バルブ本体32aが雌ネジで、栓体32bが雄ネジである方が気密性を確保するうえで好ましい。
反応部14bを含む循環閉路に液体が満たされているとき、バッファ部30における、バルブ32の内部および貫通孔31の内部からなる空間に、圧縮可能な流体を気密に収容しておけば、ポンプ部11の容積変化に伴って、バッファ部30内の気体がポンピングされるので、これによって循環閉路内での液体の循環が可能となる。
バッファ部30内にトラップされる圧縮可能な流体としては、循環閉路内の液体との反応性が低い気体が好ましく、例えば空気、窒素、アルゴン等が用いられる。
バッファ部30は、その内部の流体が循環閉路に流出しないように構成することが好ましく、該流体が循環閉路内の液体よりも低比重である場合は、反応部14bよりも上方にバッファ部30を設け、循環閉路内の液体の水位がバッファ部30の貫通孔31の中途に位置するように構成することが好ましい。
本実施形態において、バッファ部30の貫通孔31の内径は1.0mmに形成されており、バッファ部30内にトラップされる流体の容積は0.5〜1.0ml程度が好ましい。
The
When a liquid is filled in the circulation closed circuit including the
The compressible fluid trapped in the
The
In the present embodiment, the inner diameter of the through
反応部14bにおいて、シリコン膜3の一部には、液体を透過せず気体を透過する気液分離部が設けられている。本実施形態においては、気液分離部としてシリコン膜3に平面視略長方形の開口部5が形成されている。
図3〜5は、本実施形態における気液分離部を拡大して示したもので、図3は開口部5の平面図、図4は図3中のA−A線に沿う断面図、図5は図3中のB−B線に沿う断面図である。便宜上、符号3aをシリコン膜3の表面、3bをシリコン膜3の裏面とする。
開口部5の内壁面5a、5cは、シリコン膜3の厚さ方向(図中Z方向)に対して、開口面積がシリコン膜3の表面側に向かって拡大するように傾斜しており、シリコン膜3の裏面側である最下部(底)に、平面視ライン状のスリット孔5bが形成されている。
ここで、開口部5の開口面積とは、開口部5をシリコン膜3の厚さ方向(Z方向)に対して垂直な断面で切ったときに孔となっている部分の面積をいう。
すなわち、図4に示すように、開口部5の長さ方向(図中、Y方向)に対して垂直な断面形状は略V字状に形成されている。また、開口部5の長さ方向の両端部の内壁面5cも、Z方向に対して傾斜しており、Y方向における開口部5の長さは最下部(底)のスリット孔5bで最も小さく、そこから表面3a側に向かって漸次拡大している。
In the
3 to 5 are enlarged views of the gas-liquid separation part in the present embodiment. FIG. 3 is a plan view of the
The inner wall surfaces 5a and 5c of the
Here, the opening area of the
That is, as shown in FIG. 4, the cross-sectional shape perpendicular to the length direction (Y direction in the drawing) of the
開口部5の内壁面5a、5cには撥水処理が施されている。具体的には、内壁面5a、5c上に撥水剤からなる薄膜が設けられており、所定の液体に対する内壁面5a、5cの静的接触角が所定の範囲内となっている。内壁面5a、5cの静的接触角は、開口部5において好適な耐水圧が得られる範囲に設計される。
すなわち、開口部5における耐水圧がある程度高ければ、シリコン膜3の裏面3b側に液体が満たされている状態で、この開口部5から液体が流出せず、気液分離機能が得られる。開口部5における耐水圧は液体の表面張力に応じて変化し、開口部5のスリット孔5bの大きさ(Y方向の長さおよびX方向の幅)、および該液体と内壁面5a、5cとの接触角によって制御可能である。該液体と内壁面5a、5cとの接触角は内壁面5a、5c上に成膜される撥水剤の種類によって制御することができる。
内壁面5a、5cの撥水処理は、少なくとも開口部5のスリット孔5bの周囲が撥水性となっていればよいが、開口部5の内壁面5a、5cの全面に撥水処理が施されていることが好ましい。また、該内壁面5a、5cに続くシリコン膜3の表面3aにも撥水処理が施されていても構わない。一方、液体と接触する側である、シリコン膜3の裏面3bは親水性であることが好ましい。
The inner wall surfaces 5a and 5c of the
That is, if the water pressure resistance in the
The water repellent treatment of the inner wall surfaces 5a and 5c is sufficient if at least the periphery of the
内部液を循環させながら気液分離機能を得るために、開口部5における耐水圧は20kPa以上であることが好ましい。
開口部5の大きさは、好ましい耐水圧が得られる範囲内であればよいが、例えば本実施形態においては、シリコン膜3の裏面3bにおけるスリット孔5bのY方向の長さが2mm、X方向の幅が1〜5μmに形成されている。
開口部5の内壁面5a、5cのZ方向に対する傾斜角は、エッチング条件(エッチングレート)によって決まる。したがって、シリコン膜3の表面3aにおける開口部5のY方向の長さおよびX方向の幅は、エッチング条件によって決まる傾斜角とシリコン膜3の厚さとから、開口部5の最下部に所望のサイズのスリット孔5bが形成されるように設計される。
液体と内壁面5a、5cとの静的接触角は、好ましい耐水圧が得られる範囲内であればよいが、例えば本実施形態においては、開口部5の内壁面5a上に、蒸留水に対する静的接触角156°の撥水剤からなる膜厚1μm程度の層が形成されており、この開口部5における、蒸留水に対する耐水圧は20kPa程度となっている。
In order to obtain a gas-liquid separation function while circulating the internal liquid, the water pressure resistance in the
The size of the
The inclination angle of the inner wall surfaces 5a and 5c of the
The static contact angle between the liquid and the inner wall surfaces 5a and 5c may be within a range in which a preferable water pressure resistance can be obtained. For example, in the present embodiment, the static contact angle with distilled water is formed on the
反応部14bを構成する凹溝の底面であって、気液分離部(開口部5)の近傍には作用電極7が設けられている。
作用電極7は、流路内の液体と接触し、かつ基体1の外部に設けられた機器と電気的に接続できるように構成されていればよく、形状や材料等は限定されない。
本実施形態では、作用電極7として、凹溝の底面上に膜状の白金電極が蒸着により設けられており、該作用電極7に接続された導線8がガラス板2を貫通して基体1外へ導出されている。
The working
The working
In this embodiment, as the working
また、第1の幅広部14aを構成する凹溝の底面上に、対極9としての電極が設けられている。対極9の材質や形状は特に限定されないが、例えば前記作用電極8と同様の構成としてもよい。
なお、必須ではないが、循環閉路内に参照電極や流量計を設けてもよく、例えば第2の幅広部14bにこれらを設けてもよい。
In addition, an electrode as the
In addition, although it is not essential, a reference electrode and a flow meter may be provided in the circulation closed circuit, and for example, these may be provided in the second
圧電素子21は、ポンプ部11を構成するシリコン膜3上に固定されている。圧電素子21は膜状で、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)など、圧電性を有する材料で形成される。そして、電圧印加手段(図示せず)から圧電素子21に印加される電圧を周期的に変化させることによって、圧電素子21を振動させ、該振動によってシリコン膜3を周期的に押圧して撓ませることによってポンプ部11の容積を周期的に変化させることができるように構成されている。
The
本実施形態の気体検出装置は、概略、次のようにして製造することができる。
すなわち、まず、ガラス板2に、ポンプ部11、拡径流路12、縮径流路13、および連絡流路14等に対応する凹部および凹溝等を形成し、さらに作用電極7、対極9等を設ける。ガラス板2に流路を形成する加工は、サンドブラスト、超音波加工等の周知の手法によって行うことができる。これらの方法では、凹部や凹溝の形状や深さを自在に制御することができる。
これとは別に、シリコン膜3の表面に開口部5を形成し、撥水処理を施して気液分離部を形成するとともに、該表面上に圧電素子21を設ける。
そして、これらガラス板2の凹溝等が形成された面と、シリコン膜3の裏面とを陽極接合により積層一体化することによって気体検出装置が得られる。バッファ部30のバルブ32や、図示しない貯液槽は、ガラス板2とシリコン膜3との陽極接合の前に設けてもよく、後に設けてもよい。
前記陽極接合は周知の手法で行うことができる。すなわち、シリコン膜3とガラス板2とを積層して300〜400℃程度に加熱し、500V〜1kV程度の電圧を印加すると、シリコン膜3とガラス板2との間に大きな静電引力が発生し、これらの界面で両者が化学的に結合する。
The gas detection device of the present embodiment can be manufactured roughly as follows.
That is, first, the
Separately from this, an
And the gas detection apparatus is obtained by carrying out lamination | stacking integration of the surface in which the ditch | groove etc. of these
The anodic bonding can be performed by a known method. That is, when the
シリコン膜3に開口部5を形成する方法は、まず、シリコン膜3にウェットエッチングによる結晶異方性エッチングを施して孔5bを有する溝を形成する。
シリコン膜3の表面3a側から結晶異方性エッチングを行うと、内壁面5a、5cがシリコン膜3の厚さ方向(Z方向)に対して傾斜して形成され、エッチング時間を好適に設定すれば、該内壁面がシリコン膜3の最下部に到達して裏面3b側に貫通するスリット孔5bが形成される。
スリット孔5bにおける、Y方向の長さおよびX方向の幅は、シリコン膜3の厚さおよびエッチング条件(エッチングレート)が決まっているとき、結晶異方性エッチング時に使用するエッチングマスク寸法を調整することによって制御することができる。
エッチングマスクとしては、シリコン膜3の表面3a上にSiO2膜を形成し、これをフォトリソグラフ法によりパターニングしたものを用いることができる。、
In the method of forming the
When crystal anisotropic etching is performed from the
In the
As an etching mask, an SiO 2 film formed on the
内壁面5a、5cの撥水処理は、予め、シリコン膜3の裏面3b上に剥離可能な粘着シートを密着させた状態で行うのが好ましい。こうすることにより、撥水処理がシリコン膜3の裏面3bにまで及ぶのを防止できるので、該裏面3bを親水性とするうえで好ましい。
そして、シリコン膜3の表面3a上に液状の撥水剤を、スプレー法、塗布法、浸漬法などの適宜のコーティング法を用いてコーティングする。このとき、少なくとも開口部5の内壁面5a、5cの全面上に撥水剤をコーティングすることが好ましい。より好ましくは、シリコン膜3の表面3a全面にコーティングを施す。
また、超音波によって、コーティングされた撥水剤に振動を加えて、該撥水剤中の気泡を除去することが好ましい。
この後、コーティングされた撥水剤を乾燥させる。乾燥条件は、コーティングされた撥水剤中の溶剤が除去されて、撥水剤からなる薄膜が形成される程度に設定される。
The water repellent treatment of the inner wall surfaces 5a and 5c is preferably performed in a state where a peelable adhesive sheet is in close contact with the
Then, a liquid water repellent is coated on the
Moreover, it is preferable to apply vibration to the coated water repellent by ultrasonic waves to remove bubbles in the water repellent.
Thereafter, the coated water repellent is dried. The drying conditions are set such that the solvent in the coated water repellent is removed and a thin film made of the water repellent is formed.
ここで、乾燥時に、コーティングされた撥水剤中に気泡が存在していると、該気泡の近傍で撥水処理が不十分となり易い。特に、開口部5の最下部に気泡が滞留し易く、そのためにスリット孔5bの周囲における撥水処理が不十分になると、耐水圧が設計通りに得られなくなるが、上記のように乾燥前に超音波を用いて撥水剤中の気泡を除去することにより、これを防止することができる。
撥水処理に用いる撥水剤は、処理後に所望の接触角が得られ、コーティングされる面への濡れ性が良好であり、微小な開口部5の内壁面にコーティング可能な膜厚が得られるものが好ましい。具体的には主成分としてフッ素を含有するものが好適であり、具体例としてはHIRECX1(商品名;NTT−アドバンステクノロジー社製)等が挙げられる。撥水剤の乾燥条件は、例えば50〜60℃、60〜120分程度の範囲内が好ましい。
Here, if air bubbles are present in the coated water repellent during drying, the water repellent treatment tends to be insufficient in the vicinity of the air bubbles. In particular, if air bubbles are likely to stay in the lowermost part of the
The water repellent used in the water repellent treatment has a desired contact angle after the treatment, good wettability to the surface to be coated, and a film thickness that can be coated on the inner wall surface of the
本実施形態の気体検出装置を用いて、例えば塩素ガスの検出を行う場合、まず基体1内の流路を、内部液としてのアルカリ臭化物溶液で満たす。具体的には、バッファ部30の栓体32bを外してバルブ本体32aを空気抜き孔として用いて、貯液槽から貫通孔11bを介してポンプ部11へ内部液を供給する。内部液の供給量は、ポンプ部11内が完全に内部液で満たされ、ポンプ部11の貫通孔11bから貯液槽へ通じる流路も内部液で満たされており、かつバッファ部30の貫通孔31の中途に水面が位置する状態となるように設定するのが好ましい。そして、ポンプ部11の貫通孔11bと貯液槽との間のバルブを閉じ、バッファ部30の内部に気体が収容された状態で栓体32bを閉じる。
For example, when chlorine gas is detected using the gas detection device of the present embodiment, the flow path in the
内部液を供給した後、作用電極7と対極9との間に、作用電極7がカソード(陰極)となるように一定電圧を印加すると、作用電極7では水素が発生し分極する。
気液分離機能を有する開口部5から塩素ガスが流路内に透過されると、反応部14bにおいて塩素ガスと内部液との反応が生じる。これによって分極が解除され作用電極7と対極9との間に電流が流れるので、これによって塩素ガスの検出を行うことができる。
After supplying the internal liquid, when a constant voltage is applied between the working
When chlorine gas permeates into the flow path from the
一方、圧電素子21を振動させてポンプ部11の容積を変化させることによって内部液を循環させることができる。内部液の循環は連続的に行ってもよく、断続的に行ってもよい。循環する液体の流量および流速は一定でもよく、経時的に変化させてもよい。
圧電素子21に印加する電圧を変化させる際の駆動波形は、矩形波またはsin波とすることができるが、流量及び流速を大きくするうえでは矩形波の方が好ましい。周波数は、大きすぎても、小さすぎても流量及び流速が低下する傾向がある。駆動波形が矩形波の場合、周波数300〜400Hz程度が好ましく、例えば、流量の最大値として、周波数320Hzで39.7μl/minを達成することができる。駆動波形がsin波の場合は、周波数200〜300Hz程度が好ましく、例えば、流量の最大値として、周波数250Hzで14.9μl/minを達成することができる。
On the other hand, the internal liquid can be circulated by vibrating the
The driving waveform when changing the voltage applied to the
本実施形態にあっては、拡径流路12、縮径流路13、およびポンプ部11でディフューザーポンプを構成するとともに、拡径流路12と縮径流路13を連絡流路14で繋げ、さらに、気体を気密に収容できるバッファ部30を設けたので、バッファ部30にトラップされた気体がポンピングされ、循環閉路内が非圧縮性の液体で満たされていても該液体を流動、循環させることができる。
本実施形態によれば、反応部14bにおいて、気液分離部(開口部5)の近傍に作用電極7が設けられ、第1の幅広部14aに対極9が設けられているので、気体の検知を行うことができるとともに、迅速で安定な応答を得ることができる。
また、反応部14bが循環流路内に設けられているので、反応部14b内の液体を連続的または断続的に循環させることができる。したがって、気液分離部(開口部5)と作用電極7との距離が小さくても、これらと接する内部液を循環させることにより、気液分離部(開口部5)に接する内部液の乾燥化を防止することができる。また、内部液における測定対象成分や干渉成分の濃度上昇によって、内部液や作用電極7が変質しそうな場合にも、内部液を循環させることによって、かかる変質が生じるのを防止することができる。したがって、反応部14bの容積を小さくし、気液分離部(開口部5)と作用電極7との距離を小さくしても、高いセンサー性能を得ることができので、より迅速で安定な応答を確保できるとともに、装置の小型化達成にも寄与する。
本実施形態において、反応部14bの深さを変更することにより、気液分離部(開口部5)と作用電極7との距離を、0.05mm程度にまで小さくすることができる。該気液分離部(開口部5)と作用電極7との距離の上限は特に制限されないが、迅速で安定な応答を確保するうえでは0.2mm以下程度とするのが好適であり、より好ましくは0.1μm以下である。
In the present embodiment, the enlarged
According to the present embodiment, in the
Moreover, since the
In this embodiment, the distance between the gas-liquid separation part (opening part 5) and the working
また、本実施形態では、ポンプ部11に貯液槽(図示せず)が連設されているので、特に、内部液が乾燥化され易い場合や、内部液における測定対象成分や干渉成分の濃度が上昇し易い場合には、貯積槽からポンプ部11を介して循環流路14へ内部液を補充することができるので、センサー機能の劣化を防止することができる。
また、本実施形態では、1つの基体1の内部に、ポンプ部1、気液分離部(開口部5)、検知装置(作用電極7および対極9)を含む循環閉路が形成されているので、非常にコンパクトである。
Moreover, in this embodiment, since the liquid storage tank (not shown) is connected with the
In the present embodiment, a circulation circuit including the
さらに、本実施形態の装置は、循環流路14に第1の幅広部14aおよび第2の幅広部14cが設けられているので、流路内の液体が滞り難くなっている。また第1の幅広部14aおよび第2の幅広部14cは、スペース的に電極や流量計などの部品を設けるのに好適であるので、流路中にこれらの部品を容易に設けることができる。特に本実施形態では、反応部14bに作用電極7が設けられ、第1の幅広部14aに対極9が設けられているので、これらの電極間の距離が短く、電極間に気泡が入り難くなっている。
Furthermore, in the apparatus of the present embodiment, the first
また、本実施形態では、ガラス板2内に流路が形成されているので、流路内部を目視で観察することが可能である。
なお、本実施形態では流路中に作用電極と対極を離間して設けて、電量式の検出方式を採用したが、気体の検出方式はこれに限らず、例えば流路中に光出射部と受光部とを離間して設けて光学的な検出方式で気体を検出するように構成することもできる。
また、本実施形態では、気液分離部として、シリコン膜3にスリット孔5bを有する開口部5を形成し、その内壁面5a、5cに撥水処理を施した構成を用いたが、これに代えて、例えばポリテトラフルオロエチレンなどを延伸した多孔質メンブレン等、液体を透過せず気体を透過する適宜の気液分離膜を用いることができる。特に、シリコン膜3は、ガラス板2と化学的に接合が可能であり高い密閉性が得られるので好ましい。ガラス板2は耐薬品性に優れているので好ましい。
Moreover, in this embodiment, since the flow path is formed in the
In this embodiment, the working electrode and the counter electrode are provided apart from each other in the flow path, and the coulometric detection method is adopted.However, the gas detection method is not limited to this, and for example, the light emitting unit It can also be configured to detect the gas by an optical detection method by providing the light receiving portion apart.
Further, in the present embodiment, as the gas-liquid separation part, the
1 基体
2 ガラス板
3 シリコン膜
5 開口部(気液分離部)
7 作用電極(検出部)
9 対極(検出部)
11 ポンプ部
12 拡径流路
13 縮径流路
14 連絡流路
21 圧電素子(駆動装置)
30 バッファ部
1
7 Working electrode (detector)
9 Counter electrode (detector)
DESCRIPTION OF
30 Buffer section
Claims (4)
前記連絡流路上に設けられ、液体を透過せず気体を透過する気液分離部、および
該気液分離部から前記連絡流路内に導入された気体と、該連絡流路内の液体との反応を検出可能な検出部を備えることを特徴とする気体検出装置。 A pump unit that can store liquid and has a variable volume, is connected to the pump unit, has a diameter-enlarged flow path whose cross-sectional area expands toward the pump unit, is connected to the pump unit, and has a cross-sectional area toward the pump unit. A reduced diameter channel to be reduced, a communication channel that communicates the expanded diameter channel and the reduced diameter channel, a buffer unit that communicates with the communication channel and stores a compressible fluid, and a volume of the pump unit A circulating liquid feeding device comprising a drive device capable of changing
A gas-liquid separator that is provided on the communication channel and does not transmit liquid but transmits gas; and
A gas detection apparatus comprising a detection unit capable of detecting a reaction between a gas introduced from the gas-liquid separation unit into the communication channel and a liquid in the communication channel .
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