JP4918678B2 - Acetic acid concentration sensor - Google Patents

Acetic acid concentration sensor Download PDF

Info

Publication number
JP4918678B2
JP4918678B2 JP2006254887A JP2006254887A JP4918678B2 JP 4918678 B2 JP4918678 B2 JP 4918678B2 JP 2006254887 A JP2006254887 A JP 2006254887A JP 2006254887 A JP2006254887 A JP 2006254887A JP 4918678 B2 JP4918678 B2 JP 4918678B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
acetic acid
acid concentration
detection sensor
concentration detection
cladding layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2006254887A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008076195A (en
Inventor
眞三 武藤
正之 森澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Yamanashi NUC
Original Assignee
University of Yamanashi NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Yamanashi NUC filed Critical University of Yamanashi NUC
Priority to JP2006254887A priority Critical patent/JP4918678B2/en
Publication of JP2008076195A publication Critical patent/JP2008076195A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4918678B2 publication Critical patent/JP4918678B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

本発明は酢酸濃度検出センサに係り、特に光ファイバの透過光強度の変化を測定し、その変化に基づいて酢酸の濃度を検出するものである。   The present invention relates to an acetic acid concentration detection sensor, and particularly measures a change in transmitted light intensity of an optical fiber and detects the concentration of acetic acid based on the change.

最近、身の回りには多くの有機酸があふれており、その中でも特に酢酸は酸味食品に広く利用され、また、アルコールや種々の食材の劣化によって発生するなど食品分野において重要である。そのため、酢酸濃度を容易に且つ素早く測定することができれば、食品分野のみならず医療分野その他でも応用できることから、簡易型の酢酸濃度検出センサの開発が強く望まれている。   Recently, many organic acids are overflowing around us. Especially, acetic acid is widely used in sour foods, and it is important in the food field because it is generated by the deterioration of alcohol and various foods. For this reason, if the acetic acid concentration can be measured easily and quickly, it can be applied not only to the food field but also to the medical field and others. Therefore, development of a simple acetic acid concentration detection sensor is strongly desired.

従来の酢酸測定用センサとして、例えば酢酸を選択的に資化する細菌を使用したものが知られている(特許文献1参照)。しかしながら、この酢酸測定用センサは、酢酸以外の複数の有機酸に比較して酢酸に対する応答が優れているものの、酢酸濃度に応じた検出はできなかった。   As a conventional acetic acid measurement sensor, for example, a sensor using bacteria that selectively assimilate acetic acid is known (see Patent Document 1). However, although this acetic acid measurement sensor is superior in response to acetic acid as compared with a plurality of organic acids other than acetic acid, it cannot detect depending on the acetic acid concentration.

一方、本発明者らは光ファイバの透過光強度の変化を利用した湿度センサを既に提案している(特許文献2参照)。この湿度センサは、プラスチック光ファイバのコアの周囲に感湿性のクラッド層を形成したものである。クラッド層の屈折率が湿度によって変化することを利用して、光ファイバを通過する光の透過光強度を測定するものであり、その構造が簡易で取扱いも容易である。
特開平10−201469号公報 特開2003−130863号公報
On the other hand, the present inventors have already proposed a humidity sensor using a change in transmitted light intensity of an optical fiber (see Patent Document 2). This humidity sensor has a moisture-sensitive clad layer formed around the core of a plastic optical fiber. Utilizing the fact that the refractive index of the cladding layer changes with humidity, the transmitted light intensity of the light passing through the optical fiber is measured, and the structure is simple and easy to handle.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-201469 JP 2003-130863 A

本発明者らは、光ファイバの透過光強度の変化に基づく上記湿度センサの測定原理を利用し、酢酸濃度に応じて膨潤するクラッド材について鋭意研究を重ねた結果、酢酸濃度と相関のあるポリマーを見い出すことができ、酢酸濃度検出センサを発明するに至った。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、酢酸濃度を簡易な手段でしかも正確に素早く検出することのできる酢酸濃度検出センサを提供することにある。
The inventors of the present invention have made extensive studies on the clad material that swells in accordance with the acetic acid concentration using the measurement principle of the humidity sensor based on the change in transmitted light intensity of the optical fiber. As a result, the inventors have invented an acetic acid concentration detection sensor.
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide an acetic acid concentration detection sensor capable of accurately and quickly detecting the acetic acid concentration by a simple means.

本発明の酢酸濃度検出センサは、光ファイバのコアの周囲に酢酸の存在下で膨潤し且つ酢酸濃度に応じて屈折率が変化する感応クラッド層が形成されたセンサヘッドを備える。そして、上記の感応クラッド層が、メンチルメタクリル酸とベンジルメタクリル酸との共重合ポリマー又はラウリルメタクリル酸とエチレングリコールジメタクリル酸との共重合ポリマーであることを特徴とする。 Acetate concentration detection sensor of the present invention, Ru comprises a sensor head sensitive cladding layer is formed of the refractive index changes depending on the swell and acetic acid concentrations in the presence of acetic acid around the core of the optical fiber. Then, the above-sensitive cladding layer, wherein the copolymer der Rukoto the copolymer or lauryl methacrylate and ethylene glycol dimethacrylate and menthyl methacrylate and benzyl methacrylate.

酢酸が両親媒性物質であると共に極性物質でもある点を考慮した場合、上記のような脂溶性の強い共重合ポリマーの選択が有効となる。   In consideration of the fact that acetic acid is both an amphiphilic substance and a polar substance, selection of a copolymer having a high fat solubility as described above is effective.

本発明によれば、酢酸濃度に応じて感応クラッド層の膨潤度が異なり、それによって感応クラッド層の屈折率が異なってくるために、光ファイバを通過する光の透過光強度が酢酸濃度に応じて異なることになる。それ故、透過光強度を測定することで酢酸濃度を検出することができる。この酢酸濃度検出センサは、上述した食品分野での応用のみならず、例えば排便中にも酢酸が含まれることから寝たきり老人の排便をモニタリングする目的で医療分野での利用も可能である。   According to the present invention, since the degree of swelling of the sensitive cladding layer varies depending on the acetic acid concentration, and the refractive index of the sensitive cladding layer varies accordingly, the transmitted light intensity of light passing through the optical fiber depends on the acetic acid concentration. Will be different. Therefore, the acetic acid concentration can be detected by measuring the transmitted light intensity. This acetic acid concentration detection sensor can be used not only in the above-described food field but also in the medical field for the purpose of monitoring the defecation of bedridden elderly people, for example, since acetic acid is contained in the stool.

以下、本発明に係る酢酸濃度検出センサを実施するための最良の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図1乃至図5には、本発明に係る酢酸濃度検出センサの一実施形態が示されている。この酢酸濃度検出センサは、図1に示されるように、光ファイバ1の一部にセンサヘッド2を設けた構成からなる。市販の光ファイバ1は、中心部のコア3と、その周囲を被覆するクラッド4と、このクラッド4を被覆する表皮5とで構成されているが、この光ファイバ1のクラッド4の一部を除去し、露出したコア3の表面に酢酸の存在下で膨潤する敏感なクラッド、即ち感応クラッド層6を形成することによりセンサヘッド2を構成したものである。市販のプラスチック光ファイバ1は、一般にコア3がポリメチルメタクリル酸(PMMA)を材料とし、クラッドが低屈折率ポリマーを材料としているが、本発明に係る感応クラッド層6は、例えば、メンチルメタクリル酸とベンジルメタクリル酸との共重合ポリマー(P−(MtMA-co-BzMA))又はラウリルメタクリル酸とエチレングリコールジメタクリル酸との共重合ポリマー(P−(LaMA-co-EGMA))によって形成されている。これらの共重合ポリマーは酢酸分子を吸着することで膨潤し屈折率を低下させる特性を有している。また、上記2種類の共重合ポリマー以外にも、メタクリル酸を含む共重合ポリマが本発明の目的に作用することを本発明者らは実験によって実証している。なお、前記共重合ポリマー(P−(MtMA-co-BzMA)は、図2に示されるような構造式からなるもので、光機能性ポリマーとしての特性を有することが知られている(日本応用物理学会誌 Vol.37(1998) pp.4405-4408参照)。   Hereinafter, the best mode for carrying out an acetic acid concentration detection sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 to 5 show an embodiment of an acetic acid concentration detection sensor according to the present invention. As shown in FIG. 1, this acetic acid concentration detection sensor has a configuration in which a sensor head 2 is provided on a part of an optical fiber 1. The commercially available optical fiber 1 is composed of a core 3 at the center, a clad 4 covering the periphery thereof, and a skin 5 covering the clad 4, and a part of the clad 4 of the optical fiber 1 is formed. The sensor head 2 is configured by forming a sensitive clad that swells in the presence of acetic acid, that is, a sensitive clad layer 6 on the exposed surface of the core 3 after being removed. In the commercially available plastic optical fiber 1, the core 3 is generally made of polymethylmethacrylic acid (PMMA) and the clad is made of a low refractive index polymer. And benzylmethacrylic acid copolymer (P- (MtMA-co-BzMA)) or laurylmethacrylic acid and ethylene glycol dimethacrylic acid copolymer (P- (LaMA-co-EGMA)) Yes. These copolymer polymers have the property of swelling by adsorbing acetic acid molecules and lowering the refractive index. In addition to the above two types of copolymer polymers, the present inventors have demonstrated through experiments that a copolymer polymer containing methacrylic acid acts on the object of the present invention. The copolymer (P- (MtMA-co-BzMA) has a structural formula as shown in FIG. 2 and is known to have characteristics as a photofunctional polymer (Japan Application). (See Journal of Physics Society Vol.37 (1998) pp.4405-4408).

前記光ファイバ1のコア3の表面に共重合ポリマーをディップコートすることで感応クラッド層6を形成することができるが、ディップコートする際、感応クラッド層6の屈折率をコントロールする目的で低屈折率ポリマーや界面活性剤を加えてもよい。その場合、低屈折率ポリマーとしては例えばポリフッ化ビニリデンなどが有効であり、また界面活性剤としてはFC4430(住友3M社製)などのフッ素化界面活性剤が有効である。   The sensitive cladding layer 6 can be formed by dip-coating the copolymer 3 on the surface of the core 3 of the optical fiber 1. However, when dip-coating, the refractive index is low for the purpose of controlling the refractive index of the sensitive cladding layer 6. A rate polymer or a surfactant may be added. In this case, for example, polyvinylidene fluoride is effective as the low refractive index polymer, and a fluorinated surfactant such as FC4430 (manufactured by Sumitomo 3M) is effective as the surfactant.

表1は、PMMAからなるコア3と、上記共重合ポリマーからなる感応クラッド層6との屈折率の違いを示したものである。表1から明らかなように、感応クラッド層6の初期屈折率はコア3のそれより大きな値である。   Table 1 shows the difference in refractive index between the core 3 made of PMMA and the sensitive cladding layer 6 made of the copolymer. As is apparent from Table 1, the initial refractive index of the sensitive cladding layer 6 is larger than that of the core 3.

Figure 0004918678
Figure 0004918678

また、図3は濃度10%の酢酸溶液中でP−(MtMA-co-BzMA)+FC4430の屈折率が測定時間によってどのように変化するかを示したものである。屈折率はアッベ(Abbe)測定率計によって測定した。P−(MtMA-co-BzMA)+FC4430の屈折率は、初期屈折率1.516だったものが15分後には屈折率1.488に、さらに20分後には屈折率1.486まで低下した。また、PMMAの屈折率は1.49を維持して変化がないため、測定開始から5〜6分後にはP−(MtMA-co-BzMA)+FC4430の屈折率がPMMAと逆転すると思われる。   FIG. 3 shows how the refractive index of P- (MtMA-co-BzMA) + FC4430 varies depending on the measurement time in an acetic acid solution having a concentration of 10%. The refractive index was measured with an Abbe measuring rate meter. The refractive index of P- (MtMA-co-BzMA) + FC4430, which had an initial refractive index of 1.516, decreased to a refractive index of 1.488 after 15 minutes and further decreased to a refractive index of 1.486 after 20 minutes. Moreover, since the refractive index of PMMA maintains 1.49 and does not change, it is considered that the refractive index of P- (MtMA-co-BzMA) + FC4430 is reversed from PMMA 5 to 6 minutes after the start of measurement.

図4は、上記構成からなる酢酸濃度検出センサによって酢酸濃度を検出する場合の原理を示したものである。センサヘッド2の感応クラッド層6は酢酸濃度によって屈折率が変化することから、光ファイバ1の一端から入射した入射光7がセンサヘッド2を通過する際の透過光強度を光ファイバ1の他端から出射した出射光8として測定することで酢酸濃度を検出するものである。図4(a)は、酢酸濃度検出センサを酢酸以外の溶液中若しくは酢酸濃度が極めて低い酢酸溶液中などに配置した場合の透過光強度の大きさを示したものである。この場合には感応クラッド層6が膨潤しないために、感応クラッド層6の屈折率はコア3のそれよりも大きく、コア3が導波路として機能しない。そのために、光ファイバ1内に入射した入射光7の多くはセンサヘッド2においてコア3から感応クラッド層6内に洩れ出てしまい、光ファイバ1の他端から出射する出射光8が非常に小さいものとなる。   FIG. 4 shows the principle when the acetic acid concentration is detected by the acetic acid concentration detecting sensor having the above configuration. Since the refractive index of the sensitive cladding layer 6 of the sensor head 2 changes depending on the acetic acid concentration, the transmitted light intensity when the incident light 7 incident from one end of the optical fiber 1 passes through the sensor head 2 is expressed as the other end of the optical fiber 1. The acetic acid concentration is detected by measuring as the outgoing light 8 emitted from. FIG. 4A shows the intensity of transmitted light when the acetic acid concentration detection sensor is arranged in a solution other than acetic acid or in an acetic acid solution having a very low acetic acid concentration. In this case, since the sensitive cladding layer 6 does not swell, the refractive index of the sensitive cladding layer 6 is larger than that of the core 3, and the core 3 does not function as a waveguide. For this reason, most of the incident light 7 incident on the optical fiber 1 leaks from the core 3 into the sensitive cladding layer 6 in the sensor head 2, and the outgoing light 8 emitted from the other end of the optical fiber 1 is very small. It will be a thing.

一方、図4(b)は、酢酸濃度検出センサを酢酸溶液中又は酢酸ガス中に配置した場合の透過光強度の大きさを示したものである。酢酸濃度がある程度高いと感応クラッド層6が酢酸濃度に応じて酢酸を取り込むことで時間と共に次第に膨潤し、感応クラッド層6の密度が低下するのに伴って屈折率も次第に低下することになる。このように、センサヘッド2では感応クラッド層6の屈折率がコア3のそれよりも小さくなるとコア3は導波路として機能するようになる。その結果、光ファイバ1の一端から入射した入射光7の多くはセンサヘッド2において感応クラッド層6によって反射されるために透過光強度が増大し、光ファイバの他端からの出射光9が増えることになる。このように、センサヘッド2における感応クラッド層6での膨潤の度合いは酢酸濃度と相関があるため、酢酸濃度検出センサを通過した光の透過光強度を測定することにより、酢酸濃度をモニタできることになる。   On the other hand, FIG. 4B shows the magnitude of transmitted light intensity when the acetic acid concentration detection sensor is arranged in an acetic acid solution or acetic acid gas. When the acetic acid concentration is high to some extent, the sensitive cladding layer 6 gradually swells with time due to the incorporation of acetic acid according to the acetic acid concentration, and the refractive index gradually decreases as the density of the sensitive cladding layer 6 decreases. Thus, in the sensor head 2, when the refractive index of the sensitive cladding layer 6 is smaller than that of the core 3, the core 3 functions as a waveguide. As a result, most of the incident light 7 incident from one end of the optical fiber 1 is reflected by the sensitive cladding layer 6 in the sensor head 2, so that the transmitted light intensity increases, and the emitted light 9 from the other end of the optical fiber increases. It will be. Thus, since the degree of swelling in the sensitive cladding layer 6 in the sensor head 2 has a correlation with the acetic acid concentration, the acetic acid concentration can be monitored by measuring the transmitted light intensity of the light that has passed through the acetic acid concentration detecting sensor. Become.

図5は本発明に係る酢酸濃度検出センサの作製方法を示したものである。図5(a)は市販されているプラスチック光ファイバ1を示したものである。この光ファイバ1は中心付近のコア3と、その周囲を被覆するクラッド4と、このクラッド4を被覆する表皮5とで構成され、このような市販の光ファイバ1を適当な長さ用意する。 FIG. 5 shows a method for producing an acetic acid concentration detection sensor according to the present invention. FIG. 5A shows a commercially available plastic optical fiber 1. The optical fiber 1 is composed of a core 3 near the center, a clad 4 covering the periphery thereof, and a skin 5 covering the clad 4, and such a commercially available optical fiber 1 is prepared with an appropriate length.

先ず、図5(b)に示すように、光ファイバ1の表皮5を適当な長さlだけ全周にわたってカッターで切除する。長さlはセンサヘッドの全長を決定するものであり、特に限定されないが、センサとしての感度を考慮した場合約3〜5cm程度が好ましい。   First, as shown in FIG. 5 (b), the outer skin 5 of the optical fiber 1 is cut by a cutter over the entire circumference by an appropriate length l. The length l determines the total length of the sensor head, and is not particularly limited, but is preferably about 3 to 5 cm in consideration of sensitivity as a sensor.

次いで、前記表皮5を切除した部分のクラッド4を除去するために、1,4−ジオキサンの中に光ファイバ1を浸漬させる。約10分間でクラッドはエッチングされ、図5(c)に示したように、クラッド4が除去された部分にコア3の表面3aが現れる。市販のプラスチック光ファイバ1はコア3の直径が約1mm前後のものが多いが、図5(d)に示したように、本実施形態ではさらに1,4−ジオキサンとクロロホルムを3:1の割合で混合した溶液にコア3を浸してエッチングし、コア3の直径dをさらに細くすることでセンサとしての感度を上げている。この場合、コア3の直径dを0.25〜1mm程度まで細くするのが好ましい。   Next, the optical fiber 1 is immersed in 1,4-dioxane in order to remove the clad 4 in the part where the skin 5 is cut off. The clad is etched in about 10 minutes, and as shown in FIG. 5C, the surface 3a of the core 3 appears in the portion where the clad 4 is removed. Most of the commercially available plastic optical fibers 1 have a core 3 having a diameter of about 1 mm. However, as shown in FIG. 5D, in this embodiment, a ratio of 3: 1 of 1,4-dioxane and chloroform is further added. The sensitivity of the sensor is increased by immersing and etching the core 3 in the solution mixed in step 1 to further reduce the diameter d of the core 3. In this case, it is preferable to reduce the diameter d of the core 3 to about 0.25 to 1 mm.

共重合ポリマーP−(MtMA-co-BzMA)は、モノマー比1:1のメンチルメタクリル酸とベンジルメタクリル酸とを反応開始材ベンゾイルパオキシドの下でランダム共重合させて得られる。そこで、このP−(MtMA-co-BzMA)を濃度1〜7%でクロロフォルムに溶解してクラッド液とする。このクラッド液の中に前記表皮5とクラッド4を除去した後の光ファイバ1を浸漬させ、図5(e)に示したように露出したコア3の表面3aにP−(MtMA-co-BzMA)をコーティングし、クラッド液から引き上げた後、室温にて約24時間乾燥させて感応クラッド層6を形成する。その際、上述したように、FC4430やPVDFなどをクラッド液に混合することで、感応クラッド層6の屈折率をコントロールすることができる。また、感応クラッド層6の厚みは、酢酸に対する感度および膨潤速度などに影響を与える。本発明では感応クラッド層6の厚みは0.5〜10μmの範囲で適用され、望ましくは1〜7μmの範囲である。なお、感応クラッド層6の厚みは浸漬時間によって調整することができる。このようにして、センサヘッド2を備えた酢酸濃度検出センサが出来上がる。なお、P−(LaMA-co-EGMA)を感応クラッド層として形成する場合にも、上記と同様モノマー比1:1のラウリルメタクリル酸とエチレングリコールジメタクリル酸とを反応開始材ベンゾイルパオキシドの下でランダム共重合させてP−(LaMA-co-EGMA)を得、これをクロロフォルムに溶解してクラッド液とする。   The copolymer P- (MtMA-co-BzMA) is obtained by randomly copolymerizing menthyl methacrylic acid and benzyl methacrylic acid having a monomer ratio of 1: 1 under the reaction initiator benzoyl peroxide. Therefore, this P- (MtMA-co-BzMA) is dissolved in chloroform at a concentration of 1 to 7% to obtain a clad solution. The optical fiber 1 after the skin 5 and the clad 4 are removed is immersed in the clad liquid, and P- (MtMA-co-BzMA is applied to the exposed surface 3a of the core 3 as shown in FIG. ), And pulled up from the cladding solution, and then dried at room temperature for about 24 hours to form the sensitive cladding layer 6. At that time, as described above, the refractive index of the sensitive cladding layer 6 can be controlled by mixing FC4430, PVDF, or the like into the cladding liquid. The thickness of the sensitive cladding layer 6 affects the sensitivity to acetic acid and the swelling speed. In the present invention, the thickness of the sensitive cladding layer 6 is applied in the range of 0.5 to 10 μm, and preferably in the range of 1 to 7 μm. The thickness of the sensitive cladding layer 6 can be adjusted by the immersion time. In this way, an acetic acid concentration detection sensor provided with the sensor head 2 is completed. Even when P- (LaMA-co-EGMA) is formed as a sensitive cladding layer, lauryl methacrylic acid and ethylene glycol dimethacrylic acid having a monomer ratio of 1: 1 are added under the reaction initiator benzoyl peroxide as described above. Is randomly copolymerized to obtain P- (LaMA-co-EGMA), which is dissolved in chloroform to obtain a clad solution.

図6は上記構成からなる酢酸濃度検出センサを組み込んだ酢酸濃度検知システムの一構成例を示したものである。この酢酸濃度検知システムでは、酢酸濃度検出センサのセンサヘッド2を含む光ファイバ1の一部を溶液槽10の中にセットする。溶液槽10内には濃度測定される酢酸溶液11が満たされており、この酢酸溶液11内に前記センサヘッド2が浸漬される。溶液槽10の両側に飛び出している光ファイバ1の両端には半導体レーザ装置12とフォトダイオードを組み込んだ光検出器13とがそれぞれ接続されている。そして、半導体レーザ装置12からλ=670nmのレーザ光を光ファイバ1の一端1aから入射し、センサヘッド2を通過した後の透過光強度を光ファイバ1の他端1bからの出力光量として光検出器13で測定する。光検出器13からの電気信号はデジタル電圧計14に送られてデジタル変換されたのち、コンピュータのディスプレイ15に酢酸濃度値として表示される。   FIG. 6 shows an example of the configuration of an acetic acid concentration detection system incorporating the acetic acid concentration detection sensor having the above-described configuration. In this acetic acid concentration detection system, a part of the optical fiber 1 including the sensor head 2 of the acetic acid concentration detection sensor is set in the solution tank 10. The solution tank 10 is filled with an acetic acid solution 11 whose concentration is to be measured, and the sensor head 2 is immersed in the acetic acid solution 11. A semiconductor laser device 12 and a photodetector 13 incorporating a photodiode are connected to both ends of the optical fiber 1 protruding to both sides of the solution tank 10. Then, a laser beam of λ = 670 nm is incident from the one end 1 a of the optical fiber 1 from the semiconductor laser device 12, and the transmitted light intensity after passing through the sensor head 2 is detected as the output light amount from the other end 1 b of the optical fiber 1. Measure with the instrument 13. The electrical signal from the photodetector 13 is sent to the digital voltmeter 14 for digital conversion, and then displayed as an acetic acid concentration value on the display 15 of the computer.

次に、上記の酢酸濃度検知システムを用いて、本発明に係る酢酸濃度検出センサの酢酸に対する応答性について実験した結果を説明する。   Next, the results of experiments on the responsiveness of the acetic acid concentration detection sensor according to the present invention to acetic acid using the above-described acetic acid concentration detection system will be described.

実施例1
酢酸に対する数種類の共重合ポリマーの応答性について調べた。直径0.5mm、センサヘッド長さ4cmのコア(PMMA)の表面に感応クラッド層を形成してセンサ試料を作製し、上記酢酸濃度検知システムを用いて濃度5wt%の酢酸に対する応答性を調べた。コアの表面に形成した感応クラッド層は、P−(MtMA-co-BzMA)+FC4430、P−(LaMA-co-EGMA)+FC4430、PMMA+PVDF(3:1)及びPMMAの4種類である。図7にその結果を示す。図7によれば、P−(MtMA-co-BzMA)+FC4430及びP−(LaMA-co-EGMA)+FC4430が他の2種類に比べて応答性に優れており、酢酸濃度検出センサのクラッド材として利用できることがわかった。
Example 1
The response of several kinds of copolymer to acetic acid was investigated. A sensor sample was prepared by forming a sensitive clad layer on the surface of a core (PMMA) having a diameter of 0.5 mm and a sensor head length of 4 cm, and the response to acetic acid having a concentration of 5 wt% was examined using the acetic acid concentration detection system. . There are four types of sensitive cladding layers formed on the surface of the core: P- (MtMA-co-BzMA) + FC4430, P- (LaMA-co-EGMA) + FC4430, PMMA + PVDF (3: 1), and PMMA. FIG. 7 shows the result. According to Fig. 7, P- (MtMA-co-BzMA) + FC4430 and P- (LaMA-co-EGMA) + FC4430 are superior in response compared to the other two types, and are used as cladding materials for acetic acid concentration detection sensors. I found that it was available.

実施例2
酢酸濃度に対する酢酸濃度検出センサの応答性について調べた。直径0.5mm、センサヘッド長さ4cmのコア(PMMA)の表面に感応クラッド層としてP−(MtMA-co-BzMA)を形成して試料用の酢酸濃度検出センサを製作した。P−(MtMA-co-BzMA)のクロロフォルム溶解液濃度は5wt%である。上記酢酸濃度検知システムを用いて、10wt%濃度、7wt%濃度、5wt%濃度、3wt%濃度の4種類の酢酸濃度に対する反応性を調べた。比較例として水に対する応答性も同時に調べた。図8にその結果を示す。それによれば、酢酸濃度の増加に伴ってセンサヘッドを通過する際の透過光強度が大きくなり、酢酸濃度3wt%以上において応答性が良好であった。一方、水に対しては十分な応答性を示さないことが確認できた。
Example 2
The response of the acetic acid concentration detection sensor to the acetic acid concentration was investigated. An acetic acid concentration detection sensor for a sample was manufactured by forming P- (MtMA-co-BzMA) as a sensitive cladding layer on the surface of a core (PMMA) having a diameter of 0.5 mm and a sensor head length of 4 cm. The chloroform solution concentration of P- (MtMA-co-BzMA) is 5 wt%. Using the acetic acid concentration detection system, the reactivity with respect to four types of acetic acid concentrations of 10 wt% concentration, 7 wt% concentration, 5 wt% concentration, and 3 wt% concentration was examined. As a comparative example, the response to water was also examined at the same time. FIG. 8 shows the result. According to this, as the acetic acid concentration increased, the transmitted light intensity when passing through the sensor head increased, and the responsiveness was good when the acetic acid concentration was 3 wt% or more. On the other hand, it was confirmed that sufficient response to water was not exhibited.

実施例3
酢酸以外の各種の酸に対する酢酸濃度検出センサの応答性について調べた。センサ試料は実施例2と同じものを使用した。上記酢酸濃度検知システムを用いて、10wt%濃度の酢酸、10wt%濃度の乳酸、10wt%濃度のクエン酸1水和物、10wt%濃度の塩酸に対する応答性を調べた。図9にその結果を示す。それによれば、酢酸以外の他の有機酸や塩酸に比べて酢酸での応答性が優れていることが確認できた。即ち、本発明は酢酸濃度を検出するセンサとして有用である。
Example 3
The response of the acetic acid concentration detection sensor to various acids other than acetic acid was investigated. The same sensor sample as in Example 2 was used. Using the acetic acid concentration detection system, responsiveness to 10 wt% acetic acid, 10 wt% lactic acid, 10 wt% citric acid monohydrate, and 10 wt% hydrochloric acid was examined. FIG. 9 shows the result. According to this, it was confirmed that the response with acetic acid was superior to other organic acids other than acetic acid and hydrochloric acid. That is, the present invention is useful as a sensor for detecting the acetic acid concentration.

本発明に係る酢酸濃度検出センサは、酢酸濃度を検出する手段が簡易であるため、食品分野や医療分野で手軽に利用することができる。   The acetic acid concentration detection sensor according to the present invention can be easily used in the food field and the medical field because the means for detecting the acetic acid concentration is simple.

本発明に係る酢酸濃度検出センサのセンサヘッドの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the sensor head of the acetic acid concentration detection sensor which concerns on this invention. メンチルメタクリル酸とベンジルメタクリル酸との共重合ポリマーの構造式である。It is a structural formula of a copolymer of menthyl methacrylic acid and benzyl methacrylic acid. 共重合ポリマーの測定時間に対する屈折率の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the refractive index with respect to the measurement time of a copolymer. 本発明の酢酸濃度検出センサによる検出原理を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the detection principle by the acetic acid concentration detection sensor of this invention. 酢酸濃度検出センサの作製方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the preparation methods of an acetic acid concentration detection sensor. 本発明の酢酸濃度検出センサを組み込んだ酢酸濃度検知システムの構成図である。It is a block diagram of the acetic acid concentration detection system incorporating the acetic acid concentration detection sensor of this invention. 酢酸に対する数種類の共重合ポリマーの応答性について調べた実施例1の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of Example 1 investigated about the responsiveness of several types of copolymer to acetic acid. 酢酸濃度に対する酢酸濃度検出センサの応答性について調べた実施例2の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of Example 2 investigated about the responsiveness of the acetic acid concentration detection sensor with respect to an acetic acid concentration. 酢酸以外の各種の酸に対する酢酸濃度検出センサの応答性について調べた実施例3の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of Example 3 investigated about the responsiveness of the acetic acid concentration detection sensor with respect to various acids other than acetic acid.

符号の説明Explanation of symbols

1 光ファイバ
2 センサヘッド
3 コア
4 クラッド
5 表皮
6 感応クラッド層
10 溶液槽
11 酢酸溶液
12 半導体レーザ装置
13 光検出器
14 デジタル電圧計
15 ディスプレイ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical fiber 2 Sensor head 3 Core 4 Clad 5 Skin 6 Sensitive clad layer 10 Solution tank 11 Acetic acid solution 12 Semiconductor laser apparatus 13 Photo detector 14 Digital voltmeter 15 Display

Claims (5)

光ファイバのコアの周囲に酢酸の存在下で膨潤し且つ酢酸濃度に応じて屈折率が変化する感応クラッド層が形成されたセンサヘッドを備え
前記感応クラッド層がメンチルメタクリル酸とベンジルメタクリル酸との共重合ポリマー又はラウリルメタクリル酸とエチレングリコールジメタクリル酸との共重合ポリマーにより形成されていることを特徴とする酢酸濃度検出センサ。
A sensor head in which a sensitive cladding layer that swells in the presence of acetic acid and whose refractive index changes according to the concentration of acetic acid is formed around the core of the optical fiber ;
An acetic acid concentration detection sensor, wherein the sensitive cladding layer is formed of a copolymer of menthyl methacrylic acid and benzyl methacrylic acid or a copolymer of lauryl methacrylic acid and ethylene glycol dimethacrylic acid .
前記感応クラッド層は、前記共重合ポリマーに低屈折率ポリマーとしてのポリフッ化ビニリデン又はフッ素化界面活性剤が混合されたものである請求項記載の酢酸濃度検出センサ。 The sensitive cladding layer, acetate concentration detection sensor of claim 1, wherein polyvinylidene fluoride or fluorinated surfactants are those that have been mixed as a low refractive index polymer to the copolymer. 前記酢酸濃度が3〜10重量%の範囲で測定可能である請求項1記載の酢酸濃度検出センサ。 The acetic acid concentration detection sensor according to claim 1, wherein the acetic acid concentration is measurable in a range of 3 to 10% by weight. 前記感応クラッド層は、酢酸が液体又は気体の存在下で膨潤する請求項1記載の酢酸濃度検出センサ。 The acetic acid concentration detection sensor according to claim 1, wherein the sensitive clad layer swells in the presence of liquid or gas. 前記センサヘッドを通過した時の透過光強度を測定することで酢酸濃度を検出する請求項1記載の酢酸濃度検出センサ。 The acetic acid concentration detection sensor according to claim 1, wherein the acetic acid concentration is detected by measuring a transmitted light intensity when passing through the sensor head.
JP2006254887A 2006-09-20 2006-09-20 Acetic acid concentration sensor Active JP4918678B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006254887A JP4918678B2 (en) 2006-09-20 2006-09-20 Acetic acid concentration sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006254887A JP4918678B2 (en) 2006-09-20 2006-09-20 Acetic acid concentration sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008076195A JP2008076195A (en) 2008-04-03
JP4918678B2 true JP4918678B2 (en) 2012-04-18

Family

ID=39348427

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006254887A Active JP4918678B2 (en) 2006-09-20 2006-09-20 Acetic acid concentration sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4918678B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9838800B2 (en) * 2014-01-24 2017-12-05 The Johns Hopkins Univeristy PBLG based planar microphones
KR101894183B1 (en) * 2017-03-17 2018-08-31 가천대학교 산학협력단 The optical waveguide sensor and the concentration measurement system with it
JP7117869B2 (en) * 2018-03-22 2022-08-15 株式会社日立製作所 Analysis equipment
KR102097421B1 (en) * 2018-06-14 2020-04-06 가천대학교 산학협력단 An optical waveguide based sensor and an analyte detection system using it as a key constituent

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0560689A (en) * 1991-09-04 1993-03-12 Kazuo Ikezaki Optical fiber humidity sensor
JP3799377B2 (en) * 2001-10-23 2006-07-19 大宏電機株式会社 Optical fiber humidity sensor and humidity detection system and respiration detection system using the same
JP2005143906A (en) * 2003-11-17 2005-06-09 Taiko Denki Co Ltd Optical fiber for expiration sensor, optical fiber expiration sensor and expiration detecting system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008076195A (en) 2008-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4918678B2 (en) Acetic acid concentration sensor
Sorrell et al. Glucose sensitive poly (N-isopropylacrylamide) microgel based etalons
Purniawan et al. Fabrication and optical measurements of a TiO2-ALD evanescent waveguide sensor
Kaya et al. Reproducibly reversible fiber loop ringdown water sensor embedded in concrete and grout for water monitoring
WO2014148375A1 (en) Photoacoustic measurement device, photoacoustic measurement method, and probe contact determination method
US20180041011A1 (en) Photonic crystal laser and strain measuring device
CN107056981A (en) Photonic crystal gel rubber material and glucose sensing approach for detecting glucose
CN109682513B (en) Pressure detection method based on side-throwing all-fiber F-P structure
Chryssis et al. Increased sensitivity and parametric discrimination using higher order modes of etched-core fiber Bragg grating sensors
Lu et al. Polymer-coated fiber Bragg grating sensors for simultaneous monitoring of soluble analytes and temperature
Abbas et al. Photonic crystal fiber pollution sensor based on surface plasmon resonance
Datta et al. Investigation of a highly sensitive vortex beam-shined optical sensor for the detection of glucose concentration in urine
EP0190830A2 (en) Single optical fiber sensor for measuring the partial pressure of oxygen
CN212180625U (en) Optical sensor based on Tam state plasmon
JP3305398B2 (en) Optical fiber sensor
Fallauto et al. Impact of optical fiber characteristics in SPR sensors for continuous glucose monitoring
KR20220023725A (en) Pressure sensor and method for forming the same
JP2010281698A (en) Skin gas detection device
FR3075960A1 (en) DEVICE FOR MEASURING RETRACTABLE RADIATION BY SAMPLE AND MEASURING METHOD USING SUCH A DEVICE.
CN113959988A (en) Tandem SPR sensor based on capillary optical fiber
Jorge et al. Rapid fabrication of dual analyte luminescent optrodes by self-guiding photo-polymerization
Yao et al. Ultra-sensitive optical coherence elastography using a high-dynamic-range force loading scheme for cervical rigidity assessment
JP2003270141A (en) Optical fiber humidity sensor, humidity detecting system and respiration detecting system using the humidity sensor
Chung et al. Accurate real-time sensing tip for aqueous NO with optical fibers embedded in active hydrogel waveguide
Xie et al. An acousto-optic sensor based on resonance grating waveguide structure

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090629

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20111004

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A521 Written amendment

Effective date: 20111128

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111227

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150