JP5399101B2 - Sample holding member - Google Patents

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本発明は、表面増強赤外吸収法における赤外分光分析が行われる試料を保持するための試料保持部材に関する。
The present invention relates to a sample holding member for holding a sample to be subjected to infrared spectroscopic analysis in a surface enhanced infrared absorption method .

全反射測定(ATR)法は、例えば、有機化合物を同定することが可能な赤外分光分析法の1種として広汎に知られている。図15に示すように、このATR法に使用される試料保持部材1は、円筒体を半分に切り欠いた形状のプリズム2と、該プリズム2の平坦面に形成された金属薄膜3とを有する。   The total reflection measurement (ATR) method is widely known as one type of infrared spectroscopic analysis method capable of identifying an organic compound, for example. As shown in FIG. 15, a sample holding member 1 used in this ATR method has a prism 2 having a shape in which a cylindrical body is cut in half, and a metal thin film 3 formed on a flat surface of the prism 2. .

前記金属薄膜3は、例えば、厚み5〜16nmの金メッキ膜や銀蒸着膜からなり、微視的には、島状に点在するもの同士の集合体である。すなわち、該金属薄膜3を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した場合、プリズム2の平坦面が全域にわたって被覆されているのではなく、点状に露呈した箇所が認められる。   The metal thin film 3 is made of, for example, a gold plating film or a silver deposition film having a thickness of 5 to 16 nm, and microscopically is an aggregate of things scattered in an island shape. That is, when the metal thin film 3 is observed with a scanning electron microscope (SEM), the flat surface of the prism 2 is not covered over the entire area, but a spot exposed in the form of dots is recognized.

この金属薄膜3に対し、測定対象である試料が溶解された溶液が付着される。この状態で、光源4から出射された赤外光IRがプリズム2に入射され、該赤外光IRは、金属薄膜3の界面で全反射される。   A solution in which a sample to be measured is dissolved is attached to the metal thin film 3. In this state, the infrared light IR emitted from the light source 4 enters the prism 2, and the infrared light IR is totally reflected at the interface of the metal thin film 3.

その一方で、試料側には若干のエバネッセント光が認められる。このエバネッセント光の反射を測定することにより、試料が如何なる構造であるのかについての情報を得て該試料の同定を行うこと等が可能となる。   On the other hand, some evanescent light is observed on the sample side. By measuring the reflection of the evanescent light, it is possible to obtain information on what structure the sample has and identify the sample.

また、ATR法と、表面増強赤外吸収(SEIRA)法とを組み合わせたATR−SEIRA法も提案されている(例えば、特許文献1参照)。この場合、図16に示すように、試料保持部材1に溶液保持セル5が接合される。さらに、前記溶液保持セル5にはAg/AgCl参照電極6の一部が挿入されるとともに、白金製の対極7の全体が挿入される。なお、この場合、金属薄膜は作用電極として機能する。   An ATR-SEIRA method combining an ATR method and a surface enhanced infrared absorption (SEIRA) method has also been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this case, as shown in FIG. 16, the solution holding cell 5 is joined to the sample holding member 1. Further, a part of the Ag / AgCl reference electrode 6 is inserted into the solution holding cell 5, and the entire counter electrode 7 made of platinum is inserted. In this case, the metal thin film functions as a working electrode.

ATR−SEIRA法では、試料の電気化学変化を調べることが可能である。すなわち、作用電極と対極間に電位が印加され、これに伴って溶液保持セル5内で前記試料が電気化学反応を起こす。この電気化学反応が進行している最中に、光源4から出射された赤外光IRがプリズム2に入射され、該赤外光IRは、作用電極(金属薄膜3)の界面で全反射される。この全反射光の赤外吸収スペクトルを検出器8にて検出・測定することにより、作用電極(金属薄膜3)上で生じている電気化学反応に伴う試料の構造変化につき、いわゆるその場観察が行われる。特許文献2によれば、上記したような金属薄膜(作用電極)の表面において赤外光電場強度が増幅され、その結果、赤外吸収が十分に行われるので、高感度で赤外吸収スペクトルを取得することができる、とされている。   In the ATR-SEIRA method, it is possible to examine the electrochemical change of the sample. That is, an electric potential is applied between the working electrode and the counter electrode, and the sample causes an electrochemical reaction in the solution holding cell 5 accordingly. While this electrochemical reaction is in progress, infrared light IR emitted from the light source 4 is incident on the prism 2, and the infrared light IR is totally reflected at the interface of the working electrode (metal thin film 3). The By detecting and measuring the infrared absorption spectrum of the total reflected light with the detector 8, so-called in-situ observation can be performed on the structural change of the sample accompanying the electrochemical reaction occurring on the working electrode (metal thin film 3). Done. According to Patent Document 2, the intensity of the infrared photoelectric field is amplified on the surface of the metal thin film (working electrode) as described above, and as a result, the infrared absorption is sufficiently performed. It can be acquired.

特開2007−78487号公報JP 2007-78487 A 特開平4−105044号公報JP-A-4-105044

試料の構造についてや、如何なる電気化学反応が進行しているのかについての一層精確な情報を得るためには、上記したような測定における感度を向上させる必要がある。このための方策として、金属薄膜(作用電極)の表面積を増加させること、すなわち、島状に点在するもの同士の間の間隙を充填し、層状にすることが想起される。   In order to obtain more accurate information about the structure of the sample and what kind of electrochemical reaction is progressing, it is necessary to improve the sensitivity in the measurement as described above. As a measure for this, it is conceived to increase the surface area of the metal thin film (working electrode), that is, to fill the gaps between the island-spotted ones to form a layer.

しかしながら、メッキや蒸着等のいずれの手法によっても、厚みが5〜16nm程度と極めて小さい膜を層状のものとして得ることは困難である。このことから諒解されるように、表面増強赤外吸収法において、作用電極の表面積を増加させること、ひいては測定感度を向上させることは容易ではないという不具合がある。   However, it is difficult to obtain a layer having a very small thickness of about 5 to 16 nm by any method such as plating or vapor deposition. As can be understood from this, in the surface-enhanced infrared absorption method, there is a problem that it is not easy to increase the surface area of the working electrode and thus improve the measurement sensitivity.

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、表面増強赤外吸収法における測定感度を向上させることが可能な試料保持部材を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a sample holding member capable of improving the measurement sensitivity in the surface enhanced infrared absorption method.

前記の目的を達成するために、本発明は、表面増強赤外吸収法の測定対象である試料を保持する試料保持部材であって、
赤外光が入射されるプリズムと、
前記プリズムの一端面に形成され、該プリズムに入射された赤外光を反射する反射面を有する導電性高分子膜と、
を備え、
前記導電性高分子膜は、前記反射面の裏面に開気孔を有し、
前記開気孔に進入した前記試料を、前記開気孔で保持し、
且つ該導電性高分子膜を構成する導電性高分子の導電率が10 -3 〜10 4 S/cmの範囲内であり、前記反射面の裏面側に滲出するエバネッセント光と相互作用して電磁場を生じさせるものであることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a sample holding member for holding a sample to be measured by the surface-enhanced infrared absorption method,
A prism on which infrared light is incident;
A conductive polymer film formed on one end surface of the prism and having a reflecting surface for reflecting infrared light incident on the prism;
With
The conductive polymer film has open pores on the back surface of the reflective surface,
Holding the sample that has entered the open pores in the open pores ;
The conductivity of the conductive polymer constituting the conductive polymer film is in the range of 10 −3 to 10 4 S / cm, and interacts with the evanescent light that oozes out on the back surface side of the reflecting surface to generate an electromagnetic field. characterized in der Rukoto causing a.

開気孔を有する導電性高分子膜、換言すれば、多孔質体である導電性高分子膜を形成した場合、前記開気孔に測定対象の化学種(試料)が吸着保持される。開気孔が存在する物質は表面積が大きいので、この導電性高分子膜も表面積が大きくなっている。従って、該導電性高分子膜には多量の試料が保持される。このため、該試料に対して測定を行う際の感度が大きくなるので、同定等を行うことが容易になる。   When a conductive polymer film having open pores, in other words, a conductive polymer film that is a porous body, a chemical species (sample) to be measured is adsorbed and held in the open pores. Since the substance having open pores has a large surface area, this conductive polymer film also has a large surface area. Therefore, a large amount of sample is held on the conductive polymer film. For this reason, since the sensitivity at the time of measuring with respect to this sample becomes large, identification etc. become easy.

なお、導電性高分子膜とプリズムの間に金属膜が介在していてもよい。すなわち、本発明は、表面増強赤外吸収法の測定対象である試料を保持する試料保持部材であって、
赤外光が入射されるプリズムと、
前記プリズムの一端面に形成され、該プリズムに入射された赤外光を反射する反射面を有する金属膜と、
前記金属膜における前記反射面の裏面に形成された導電性高分子膜と、
を備え、
前記導電性高分子膜は、前記金属膜の前記反射面に臨む側の端面の裏面に開気孔を有し、
前記開気孔に進入した前記試料を、前記開気孔で保持し、
且つ該導電性高分子膜を構成する導電性高分子の導電率が10 -3 〜10 4 S/cmの範囲内であり、前記反射面の裏面側に滲出するエバネッセント光と相互作用して電磁場を生じさせるものであることを特徴とする。
A metal film may be interposed between the conductive polymer film and the prism. That is, the present invention is a sample holding member for holding a sample to be measured by the surface enhanced infrared absorption method,
A prism on which infrared light is incident;
A metal film formed on one end surface of the prism and having a reflection surface for reflecting infrared light incident on the prism;
A conductive polymer film formed on the back surface of the reflective surface of the metal film;
With
The conductive polymer film has open pores on the back surface of the end face facing the reflective surface of the metal film,
Holding the sample that has entered the open pores in the open pores ;
The conductivity of the conductive polymer constituting the conductive polymer film is in the range of 10 −3 to 10 4 S / cm, and interacts with the evanescent light that oozes out on the back surface side of the reflecting surface to generate an electromagnetic field. characterized in der Rukoto causing a.

この場合においても、上記と同様に導電性高分子膜の開気孔に測定対象の化学種(試料)が多量に吸着保持される。従って、該試料に対して測定を行う際の感度を向上させることができる。   In this case as well, a large amount of the chemical species (sample) to be measured is adsorbed and held in the open pores of the conductive polymer film as described above. Therefore, the sensitivity when performing measurement on the sample can be improved.

なお、導電性高分子膜を構成する導電性高分子は、導電率が10-3〜104S/cmの範囲内のものであることが好ましい。 The conductive polymer constituting the conductive polymer film preferably has a conductivity in the range of 10 −3 to 10 4 S / cm.

また、導電性高分子膜を構成する導電性高分子としては、高分子鎖中にラジカルカチオン又はジカチオンの少なくともいずれか一方を有するものが好適である。この場合、測定対象(試料)が硫酸イオン、硝酸イオン、スルホン酸イオン、カルボン酸イオン等の負電荷を有する化学種であると、導電性高分子の静電相互作用によって測定対象を効率よく導電性高分子膜に引き寄せることができる。結局、測定対象の保持量が一層増加する。しかも、この場合、導電性高分子の導電率が大きくなる。このような理由により、感度がさらに向上する。   Moreover, as a conductive polymer which comprises a conductive polymer film, what has at least any one of a radical cation or a dication in a polymer chain is suitable. In this case, if the measurement target (sample) is a negatively charged chemical species such as sulfate ion, nitrate ion, sulfonate ion, carboxylate ion, etc., the measurement target is efficiently conducted by electrostatic interaction of the conductive polymer. Can be attracted to the conductive polymer membrane. Eventually, the holding amount of the measurement object further increases. In addition, in this case, the conductivity of the conductive polymer is increased. For this reason, the sensitivity is further improved.

導電性高分子膜を構成する導電性高分子の別の好適な例としては、スルホン酸基、カルボキシル基、水酸基、アミノ基の群から選択される少なくとも1種の置換基を有するものが挙げられる。この中、スルホン酸基及びカルボキシル基は、静電相互作用によって正電荷を有するイオン(例えば、アミン)を引き寄せる。また、アミノ基は負電荷を有するイオンを引き寄せ、さらに、アミノ基及び水酸基は、配位結合を介して金属イオンと錯体を形成する。このような理由により、様々な化学種を測定する際の感度を向上させることが可能となる。   Another preferred example of the conductive polymer constituting the conductive polymer film includes one having at least one substituent selected from the group of sulfonic acid group, carboxyl group, hydroxyl group and amino group. . Among these, a sulfonic acid group and a carboxyl group attract an ion (for example, amine) having a positive charge by electrostatic interaction. The amino group attracts negatively charged ions, and the amino group and the hydroxyl group form a complex with the metal ion through a coordination bond. For these reasons, it is possible to improve sensitivity when measuring various chemical species.

いずれの場合においても、開口端部がプリズムの一端面に臨むようにして該プリズムに連なって設けられ、前記試料が溶解された溶液を保持する溶液保持セルをさらに具備するようにしてもよい。この場合、該溶液保持セルに収容された溶液に試料を溶解し、この試料を導電性高分子膜の開気孔に進入させればよい。   In any case, a solution holding cell that holds the solution in which the sample is dissolved may be further provided so as to be connected to the prism so that the open end faces the one end surface of the prism. In this case, the sample may be dissolved in the solution accommodated in the solution holding cell, and this sample may enter the open pores of the conductive polymer film.

本発明によれば、多孔質体である導電性高分子膜をプリズムに形成するようにしているので、測定対象である試料が前記導電性高分子膜の開気孔に進入して保持される。多孔質体は表面積が大きいため、導電性高分子膜に多量の試料が保持されることになる。このため、赤外分光分析を行う際の感度を向上させることができる。   According to the present invention, since the conductive polymer film that is a porous body is formed on the prism, the sample to be measured enters and is held in the open pores of the conductive polymer film. Since the porous body has a large surface area, a large amount of sample is held in the conductive polymer film. For this reason, the sensitivity at the time of performing infrared spectroscopic analysis can be improved.

従って、例えば、試料の構造に関する精確な情報を得ることや、如何なる反応が進行しているのかについての精確な情報を得ることが容易となる。   Therefore, for example, it is easy to obtain accurate information on the structure of the sample and to obtain accurate information about what reaction is proceeding.

第1実施形態に係る試料保持部材を具備する赤外分光分析装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the infrared spectroscopy analyzer which comprises the sample holding member which concerns on 1st Embodiment. 導電性高分子膜を構成する導電性高分子の成長方向を模式的に示す要部断拡大図である。It is a principal part expanded view which shows typically the growth direction of the conductive polymer which comprises a conductive polymer film. 図2の導電性高分子膜における開気孔に試料が吸着保持された状態を模式的に示す要部断拡大図である。FIG. 3 is a fragmentary enlarged view schematically showing a state in which a sample is adsorbed and held in open pores in the conductive polymer film of FIG. 2. 溶液保持セルが設けられた第1実施形態に係る試料保持部材の水平方向断面図である。It is a horizontal sectional view of the sample holding member concerning a 1st embodiment provided with a solution holding cell. 第2実施形態に係る試料保持部材における導電性高分子の成長方向を模式的に示す要部断拡大図である。It is a principal part cutting enlarged view which shows typically the growth direction of the conductive polymer in the sample holding member which concerns on 2nd Embodiment. 図5の導電性高分子膜における開気孔に試料が吸着保持された状態を模式的に示す要部断拡大図である。FIG. 6 is a fragmentary enlarged view schematically showing a state in which a sample is adsorbed and held in open pores in the conductive polymer film of FIG. 5. 溶液保持セルが設けられた第2実施形態に係る試料保持部材の水平方向断面図である。It is horizontal direction sectional drawing of the sample holding member which concerns on 2nd Embodiment provided with the solution holding cell. 実施例1の操作によって得られたポリアニリンの薄膜のSEM写真である。2 is a SEM photograph of a polyaniline thin film obtained by the operation of Example 1. FIG. ポリアニリンの薄膜の形成後における純水及びメタンスルホン酸水溶液の赤外表面増強吸収スペクトルの各々から、形成前における純水及びメタンスルホン酸水溶液の赤外吸収スペクトルの各々を差し引いたスペクトルである。From each of the infrared surface enhanced absorption spectrum of pure water and methanesulfonic acid solution after the formation of the thin film of polyaniline is a spectrum obtained by subtracting the respective infrared absorption spectra of pure water and methanesulfonic acid solution before formation. 実施例3の操作によって得られたポリピロールの薄膜のSEM写真である。3 is a SEM photograph of a thin film of polypyrrole obtained by the operation of Example 3. ポリピロールの薄膜の形成後におけるエタノールの赤外表面増強吸収スペクトルから、形成前におけるエタノールの赤外吸収スペクトルを差し引いたスペクトルである。From the infrared surface enhanced absorption spectra of ethanol after formation of a thin film of polypyrrole is a spectrum obtained by subtracting the infrared absorption spectrum of the ethanol before forming. 実施例4の操作によって得られたポリアニリンの薄膜のSEM写真である。4 is a SEM photograph of a polyaniline thin film obtained by the operation of Example 4. FIG. 実施例4の操作によって得られたポリアニリンの薄膜のSEM写真である。4 is a SEM photograph of a polyaniline thin film obtained by the operation of Example 4. FIG. 金属薄膜上に多孔質のポリアニリンの薄膜が形成された試料保持部材、金属薄膜のみが形成された試料保持部材、金属薄膜上に平坦なポリアニリンの薄膜が形成された試料保持部材を用いて得たメタンスルホン酸水溶液の赤外表面増強吸収スペクトルである。Obtained using a sample holding member in which a porous polyaniline thin film was formed on a metal thin film, a sample holding member in which only a metal thin film was formed, and a sample holding member in which a flat polyaniline thin film was formed on a metal thin film It is an infrared surface enhancement absorption spectrum of methanesulfonic acid aqueous solution. 従来技術に係る試料保持部材を具備する赤外分光分析装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the infrared spectroscopy analyzer which comprises the sample holding member which concerns on a prior art. 溶液保持セルが設けられた従来技術に係る試料保持部材の水平方向断面図である。It is horizontal direction sectional drawing of the sample holding member which concerns on the prior art provided with the solution holding cell.

以下、本発明に係る試料保持部材につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、図15及び図16に示される構成要素に対応する構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the sample holding member according to the present invention will be described and described in detail with reference to the accompanying drawings. Components corresponding to those shown in FIGS. 15 and 16 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

第1実施形態に係る試料保持部材10を具備する赤外分光分析装置12の概略構成図を図1に示す。なお、試料保持部材10は、長手方向に対して直交する方向の断面図として示している。   FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of an infrared spectroscopic analyzer 12 including a sample holding member 10 according to the first embodiment. The sample holding member 10 is shown as a cross-sectional view in a direction orthogonal to the longitudinal direction.

この試料保持部材10は、半円柱形状のプリズム2と、該プリズム2の平坦面に形成された導電性高分子膜14とを有する。   The sample holding member 10 includes a semi-cylindrical prism 2 and a conductive polymer film 14 formed on a flat surface of the prism 2.

プリズム2の材質としては、ケイ素、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、臭ヨウ化タリウム、臭塩化タリウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、塩化ナトリウム、臭化カリウム、塩化カリウム、光学用合成石英(SiO2)ガラス、ヨウ化セシウム、LaSFN15、サファイア、SF59等が例示されるが、特に、ケイ素、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、臭ヨウ化タリウム、臭塩化タリウムは耐湿性に優れ且つ屈折率が大きく好適である。また、図1においては、半円柱形状のプリズム2を例示しているが、プリズムの形状は半球形状であってもよいし、三角柱形状や台形形状であってもよい。このような材質・形状のプリズムは、市販品として容易に入手可能である。 The material of the prism 2 is silicon, germanium, zinc selenide, zinc sulfide, thallium bromoiodide, thallium bromochloride, calcium fluoride, lithium fluoride, magnesium fluoride, barium fluoride, sodium chloride, potassium bromide, Examples include potassium chloride, optical synthetic quartz (SiO 2 ) glass, cesium iodide, LaSFN15, sapphire, SF59 and the like, and in particular, silicon, germanium, zinc selenide, zinc sulfide, thallium bromoiodide, thallium bromochloride Is excellent in moisture resistance and has a high refractive index and is suitable. 1 illustrates a semi-cylindrical prism 2, the shape of the prism may be a hemispherical shape, a triangular prism shape, or a trapezoidal shape. A prism having such a material and shape is readily available as a commercial product.

一方、導電性高分子膜14を構成する導電性高分子は、図2に模式的に示すように、プリズム2の平坦面を約20nmの厚みで覆った後、該プリズム2の平坦面の延在方向に略直交する方向に連なるようにして成長し、導電性高分子列15をなす。すなわち、導電性高分子は、成長方向に異方性を生じている。   On the other hand, as shown schematically in FIG. 2, the conductive polymer constituting the conductive polymer film 14 covers the flat surface of the prism 2 with a thickness of about 20 nm and then extends the flat surface of the prism 2. Growing so as to be continuous in a direction substantially orthogonal to the existing direction, the conductive polymer row 15 is formed. That is, the conductive polymer has anisotropy in the growth direction.

このため、導電性高分子膜14においては、隣接する導電性高分子列15、15同士の間に間隙(開気孔16)が存在する。後述するように、この開気孔16に測定対象の化学種(試料S)が吸着保持される。開気孔16が存在することによって導電性高分子膜14の表面積が大きくなっているので、試料Sの保持量が多くなる。従って、該試料Sに対して測定を行う際の感度が大きくなる。   For this reason, in the conductive polymer film 14, there are gaps (open pores 16) between the adjacent conductive polymer rows 15 and 15. As will be described later, a chemical species (sample S) to be measured is adsorbed and held in the open pores 16. Since the surface area of the conductive polymer film 14 is increased due to the presence of the open pores 16, the amount of the sample S held is increased. Therefore, the sensitivity when measuring the sample S is increased.

導電性高分子は、導電性を示す高分子であれば特に限定されるものではないが、その導電率が10-3〜104S/cmの範囲内のものであることが好ましい。このような導電性高分子の好適な例としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン等を挙げることができる。 The conductive polymer is not particularly limited as long as it is a polymer exhibiting conductivity, but the conductivity is preferably in the range of 10 −3 to 10 4 S / cm. Preferable examples of such a conductive polymer include polyaniline, polypyrrole, poly (3,4-ethylenedioxythiophene), polyphenylene, polyphenylene vinylene and the like.

また、高分子鎖中にラジカルカチオン又はジカチオンの少なくともいずれか一方を有するものであることが好ましい。ここで、ラジカルカチオンは、高分子主鎖から電子が1個引き抜かれた結果として形成される1個のラジカルと1個の正電荷とを併せ持つ状態を意味する。すなわち、下記の構造式(1)、(2)中に「ラジカルカチオン」と示された状態である。   In addition, the polymer chain preferably has at least one of a radical cation and a dication. Here, the radical cation means a state having one radical and one positive charge formed as a result of one electron being extracted from the polymer main chain. That is, it is a state indicated as “radical cation” in the following structural formulas (1) and (2).

Figure 0005399101
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Figure 0005399101
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また、ジカチオンは、2つのラジカルカチオンが結合した際にラジカル同士が結合を形成し、2つの正電荷が残留した状態として定義される。すなわち、上記の構造式(1)、(2)中に「ジカチオン」と示された状態である。   A dication is defined as a state in which radicals form a bond when two radical cations are bonded to each other, and two positive charges remain. That is, it is a state indicated as “diccation” in the above structural formulas (1) and (2).

このようにラジカルカチオン又はジカチオンを有する導電性高分子では、静電相互作用が生じる。このため、試料Sが硫酸イオン、硝酸イオン、スルホン酸イオン、カルボン酸イオン等の負電荷を有する化学種である場合、導電性高分子膜14に効率よく引き寄せられる。このことと、導電性高分子の導電率が大きくなることとが相俟って、感度が向上する。   Thus, an electrostatic interaction occurs in the conductive polymer having a radical cation or a dication. For this reason, when the sample S is a chemical species having a negative charge such as sulfate ion, nitrate ion, sulfonate ion, or carboxylate ion, the sample S is efficiently attracted to the conductive polymer film 14. This, combined with the increase in the conductivity of the conductive polymer, improves the sensitivity.

導電性高分子は、スルホン酸基、カルボキシル基、水酸基、アミノ基の群から選択される少なくとも1種の置換基を有するもの、例えば、下記の構造式(3)〜(5)で示されるものであってもよい。   The conductive polymer has at least one substituent selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a carboxyl group, a hydroxyl group, and an amino group, such as those represented by the following structural formulas (3) to (5) It may be.

Figure 0005399101
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Figure 0005399101
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スルホン酸基(−SO3H)及びカルボキシル基(−COOH)は、静電相互作用によって正電荷を有するイオン、例えば、アミン等を引き寄せる。逆に、アミノ基(−NH2)は、負電荷を有するイオンを引き寄せることが可能である。さらに、アミノ基(−NH2)及び水酸基(−OH)は、配位結合を介して金属イオンと錯体を形成する。このような理由により、様々な化学種を測定する際の感度を向上させることが可能となる。 The sulfonic acid group (—SO 3 H) and the carboxyl group (—COOH) attract an ion having a positive charge, such as an amine, by electrostatic interaction. Conversely, an amino group (—NH 2 ) can attract negatively charged ions. Furthermore, an amino group (—NH 2 ) and a hydroxyl group (—OH) form a complex with a metal ion through a coordination bond. For these reasons, it is possible to improve sensitivity when measuring various chemical species.

このような導電性高分子膜14は、以下のようにして形成することができる。   Such a conductive polymer film 14 can be formed as follows.

先ず、プリズム2の平坦面に溶液保持セルを連設し、この溶液保持セルにポリアニリン、ポリピロール、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン等のモノマーを溶解した溶液を収容する。次に、この溶液に対し、酸化剤等の重合剤を添加する。これにより前記モノマーが化学酸化重合を起こし、導電性高分子として成長する結果、導電性高分子膜14が形成される。   First, a solution holding cell is connected to the flat surface of the prism 2, and a solution in which a monomer such as polyaniline, polypyrrole, poly (3,4-ethylenedioxythiophene), polyphenylene, or polyphenylene vinylene is dissolved is accommodated in the solution holding cell. To do. Next, a polymerization agent such as an oxidizing agent is added to this solution. As a result, the monomer undergoes chemical oxidative polymerization and grows as a conductive polymer, and as a result, a conductive polymer film 14 is formed.

なお、導電性高分子膜14の材質をポリアニリンとする場合、導電性高分子膜14の厚みを20nm以上とすると、20nmを超える部分は、プリズム2の平坦面の延在方向に対して略直交する方向に延伸するように成長する。   When the material of the conductive polymer film 14 is polyaniline, when the thickness of the conductive polymer film 14 is 20 nm or more, the portion exceeding 20 nm is substantially orthogonal to the extending direction of the flat surface of the prism 2. It grows so as to stretch in the direction.

高分子鎖内にラジカルカチオン又はジカチオンを有する導電性高分子を得るためには、モノマーを溶解した溶液に芳香族スルホン酸のアニオン等のドーパントを添加して化学的酸化重合又は電気化学的酸化重合を進行させればよい。この際の酸化反応において高分子鎖から1個の電子が引き抜かれ、その結果、高分子鎖内にラジカルカチオン又はジカチオンの少なくともいずれか一方を有する導電性高分子からなる導電性高分子膜14が形成される。   In order to obtain a conductive polymer having a radical cation or a dication in the polymer chain, a chemical oxidative polymerization or an electrochemical oxidative polymerization is performed by adding a dopant such as an aromatic sulfonic acid anion to the solution in which the monomer is dissolved. Can be advanced. In this oxidation reaction, one electron is extracted from the polymer chain, and as a result, the conductive polymer film 14 made of a conductive polymer having at least one of a radical cation and a dication in the polymer chain is obtained. It is formed.

以上のように構成される導電性高分子膜14の好適な厚みは、1nm〜5μm程度である。なお、導電性高分子膜14の厚みは、プリズム2の平坦面から導電性高分子の最大成長終点までの距離として定義され、図2においてはTとして表される。   A suitable thickness of the conductive polymer film 14 configured as described above is about 1 nm to 5 μm. The thickness of the conductive polymer film 14 is defined as the distance from the flat surface of the prism 2 to the maximum growth end point of the conductive polymer, and is represented as T in FIG.

第1実施形態に係る試料保持部材10は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。   The sample holding member 10 according to the first embodiment is basically configured as described above. Next, the function and effect will be described.

この試料保持部材10を用いて赤外分光分析を行う場合、試料Sを溶媒に溶解して溶液とし、この溶液を導電性高分子膜14に付着させる。溶液、すなわち、試料Sは、導電性高分子膜14の開気孔16に吸着されることによって保持される。上記したように、導電性高分子膜14には開気孔16が存在しており、このため、表面積が大きい。従って、図3に示すように、導電性高分子膜14に保持される試料Sの量が多くなる。   When infrared spectroscopic analysis is performed using the sample holding member 10, the sample S is dissolved in a solvent to form a solution, and this solution is attached to the conductive polymer film 14. The solution, that is, the sample S is held by being adsorbed by the open pores 16 of the conductive polymer film 14. As described above, the open pores 16 exist in the conductive polymer film 14, and thus the surface area is large. Therefore, as shown in FIG. 3, the amount of the sample S held on the conductive polymer film 14 increases.

次に、光源4から赤外光IRが出射される。この赤外光IRがプリズム2と導電性高分子膜14の界面に到達することに伴い、エバネッセント光Eが導電性高分子膜14側に滲出する。このエバネッセント光Eと導電性高分子との相互作用によって電磁場が生じ、これにより、赤外吸収における表面増強効果が向上する。すなわち、試料Sの赤外線吸収を高感度で検出することができるようになる。   Next, infrared light IR is emitted from the light source 4. As the infrared light IR reaches the interface between the prism 2 and the conductive polymer film 14, the evanescent light E oozes out to the conductive polymer film 14 side. An electromagnetic field is generated by the interaction between the evanescent light E and the conductive polymer, thereby improving the surface enhancement effect in infrared absorption. That is, the infrared absorption of the sample S can be detected with high sensitivity.

しかも、この場合、導電性高分子膜14に保持された試料Sの量が多いので、このことによっても感度が向上する。   In addition, in this case, since the amount of the sample S held on the conductive polymer film 14 is large, this also improves the sensitivity.

さらに、導電性高分子膜14を構成する導電性高分子がラジカルカチオン又はジカチオンを有するものである場合には、硫酸イオン、硝酸イオン、スルホン酸イオン、カルボン酸イオン等の負電荷を有する試料Sを効率よく引き寄せる。また、導電性高分子がスルホン酸基及びカルボキシル基を有するものである場合にはアミン等の正電荷イオンを引き寄せ、アミノ基を有するものである場合には負電荷を有するイオンを引き寄せる。以上とは別に、導電性高分子がアミノ基又は水酸基を有するものである場合には、導電性高分子は、配位結合を介して金属イオンと錯体を形成する。この引き寄せ又は配位結合の形成によっても、測定の際の感度が向上する。   Furthermore, when the conductive polymer constituting the conductive polymer film 14 has radical cations or dications, the sample S having a negative charge such as sulfate ion, nitrate ion, sulfonate ion, carboxylate ion or the like. Draws efficiently. When the conductive polymer has a sulfonic acid group and a carboxyl group, it attracts positively charged ions such as amine, and when it has an amino group, it attracts negatively charged ions. In addition to the above, when the conductive polymer has an amino group or a hydroxyl group, the conductive polymer forms a complex with a metal ion via a coordination bond. This pulling or formation of coordination bonds also improves the sensitivity during measurement.

このように、第1実施形態によれば、開気孔16を有する導電性高分子膜14をプリズム2に形成することにより、表面増強赤外吸収法における赤外分光分析を行う際の感度を容易に向上させることができる。
As described above, according to the first embodiment, by forming the conductive polymer film 14 having the open pores 16 on the prism 2, the sensitivity when performing the infrared spectroscopic analysis in the surface-enhanced infrared absorption method is facilitated. Can be improved.

なお、上記の説明においては、導電性高分子膜14に試料Sを付着させる場合を例示したが、図4に示すように、該プリズム2における導電性高分子膜14が形成された平坦面側に溶液保持セル5を設け、この溶液保持セル5に、試料Sを溶解した溶液を収容するようにしてもよい。   In the above description, the case where the sample S is attached to the conductive polymer film 14 is exemplified. However, as shown in FIG. 4, the flat surface side of the prism 2 on which the conductive polymer film 14 is formed. The solution holding cell 5 may be provided, and the solution holding cell 5 may contain a solution in which the sample S is dissolved.

次に、第2実施形態に係る試料保持部材22につき説明する。なお、図1〜図4に示される構成要素については同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。   Next, the sample holding member 22 according to the second embodiment will be described. The components shown in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図5は、第2実施形態に係る試料保持部材22の模式的な断面図である。なお、試料保持部材22は、長手方向に対して直交する方向の断面図として示している。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the sample holding member 22 according to the second embodiment. The sample holding member 22 is shown as a cross-sectional view in a direction orthogonal to the longitudinal direction.

この試料保持部材22においては、プリズム2の平坦面と導電性高分子膜14との間に金属薄膜26が介在されている。この金属薄膜26の好適な材質としては、白金、金、パラジウム、銀、銅、ニッケル、又はこれらの中から選択された2種以上の合金が挙げられるが、耐腐食性が高いことから、白金、金、パラジウム又は銀を選定することが好ましい。とりわけ、白金及び金は耐酸性に優れ、電気化学測定時にも安定であるので特に好適である。   In the sample holding member 22, a metal thin film 26 is interposed between the flat surface of the prism 2 and the conductive polymer film 14. Suitable materials for the metal thin film 26 include platinum, gold, palladium, silver, copper, nickel, or two or more alloys selected from these. Gold, palladium or silver is preferably selected. In particular, platinum and gold are particularly suitable because they have excellent acid resistance and are stable during electrochemical measurement.

金属薄膜26の厚みは、5〜300nmに設定することが好ましい。厚みが過度に小さいと島状構造を形成することが容易ではなく、過度に大きいと赤外光IRの透過量が少なくなる。金属薄膜26の一層好適な厚みは、10〜30nmである。   The thickness of the metal thin film 26 is preferably set to 5 to 300 nm. If the thickness is excessively small, it is not easy to form an island structure, and if it is excessively large, the amount of transmitted infrared light IR decreases. A more preferable thickness of the metal thin film 26 is 10 to 30 nm.

この試料保持部材22は、プリズム2の平坦面に金属薄膜26を無電解メッキや蒸着によって形成した後、上記に準拠して導電性高分子膜14を形成することによって作製することができる。   The sample holding member 22 can be produced by forming the metal thin film 26 on the flat surface of the prism 2 by electroless plating or vapor deposition, and then forming the conductive polymer film 14 in accordance with the above.

又は、金属薄膜26を作用電極とし、電気化学的酸化重合を進行させるようにしてもよい。この場合、金属薄膜26が形成されたプリズム2の平坦面に溶液保持セルを連設し、この溶液保持セルに対極7とAg/AgCl参照電極6を挿入する。次に、前記溶液保持セルにモノマーを溶解した溶液を収容した後、モノマーの種類に応じて適切な電圧を所定の時間印加する。この電圧印加及び保持により電気化学的酸化重合が開始・進行し、前記モノマーが導電性高分子に変化して導電性高分子膜14が成長する。   Or, the metal thin film 26 may be used as a working electrode, and the electrochemical oxidative polymerization may proceed. In this case, a solution holding cell is connected to the flat surface of the prism 2 on which the metal thin film 26 is formed, and the counter electrode 7 and the Ag / AgCl reference electrode 6 are inserted into the solution holding cell. Next, after storing the solution in which the monomer is dissolved in the solution holding cell, an appropriate voltage is applied for a predetermined time according to the type of the monomer. By applying and holding this voltage, electrochemical oxidative polymerization starts and proceeds, the monomer changes to a conductive polymer, and the conductive polymer film 14 grows.

この第2実施形態に係る試料保持部材22を用いて赤外分光分析を行う場合においても、図6に示すように、試料Sが導電性高分子膜14の開気孔16に吸着されることによって保持される。勿論、この場合も、導電性高分子膜14の表面積が大きいために該導電性高分子膜14に保持される試料Sの量が多くなる。   Even when infrared spectroscopic analysis is performed using the sample holding member 22 according to the second embodiment, the sample S is adsorbed by the open pores 16 of the conductive polymer film 14 as shown in FIG. Retained. Of course, also in this case, since the surface area of the conductive polymer film 14 is large, the amount of the sample S held on the conductive polymer film 14 increases.

以降も上記と同様にして、光源4から出射された赤外光IRがプリズム2と導電性高分子膜14の界面に到達し、これに伴って導電性高分子膜14側に滲出したエバネッセント光Eと、導電性高分子との相互作用によって電磁場が生じる。これにより、赤外吸収における表面増強効果が向上する。すなわち、試料Sの赤外線吸収を高感度で検出することができるようになる。勿論、導電性高分子膜14に保持された試料Sの量が多いことによっても感度が向上する。   Thereafter, in the same manner as described above, the infrared light IR emitted from the light source 4 reaches the interface between the prism 2 and the conductive polymer film 14, and the evanescent light oozed out to the conductive polymer film 14 side with this. An electromagnetic field is generated by the interaction between E and the conductive polymer. Thereby, the surface enhancement effect in infrared absorption is improved. That is, the infrared absorption of the sample S can be detected with high sensitivity. Of course, the sensitivity is also improved by increasing the amount of the sample S held on the conductive polymer film 14.

なお、第2実施形態においても、図7に示すように、該プリズム2における導電性高分子膜14が形成された平坦面側に溶液保持セル5を設けるようにしてもよい。ここで、試料Sの構造変化をその場観察するためには、溶液保持セル5にAg/AgCl参照電極6の一部を挿入するとともに、白金製の対極7の全体を挿入すればよい。   Also in the second embodiment, as shown in FIG. 7, the solution holding cell 5 may be provided on the flat surface side of the prism 2 on which the conductive polymer film 14 is formed. Here, in order to observe the structural change of the sample S in situ, a part of the Ag / AgCl reference electrode 6 may be inserted into the solution holding cell 5 and the entire counter electrode 7 made of platinum may be inserted.

この構成においては、金属薄膜26を作用電極として機能させる。すなわち、金属薄膜26と対極7間に電位が印加される。これに伴って溶液保持セル5内の溶液に溶解された試料Sが電気化学反応を起こす。   In this configuration, the metal thin film 26 functions as a working electrode. That is, a potential is applied between the metal thin film 26 and the counter electrode 7. Along with this, the sample S dissolved in the solution in the solution holding cell 5 causes an electrochemical reaction.

この電気化学反応が進行している最中、光源4から出射された赤外光IRがプリズム2に入射され、該赤外光IRは、作用電極(金属薄膜26)の界面で全反射される。この全反射光の赤外表面増強吸収スペクトルを検出器8にて検出・測定することにより、作用電極上で生じている電気化学反応に伴う試料Sの構造変化につき、その場観察を行うことができる。
While this electrochemical reaction proceeds, the infrared light IR emitted from the light source 4 is incident on the prism 2, and the infrared light IR is totally reflected at the interface of the working electrode (metal thin film 26). . By detecting and measuring the infrared surface-enhanced absorption spectrum of the total reflected light with the detector 8, in-situ observation can be performed on the structural change of the sample S accompanying the electrochemical reaction occurring on the working electrode. it can.

ピアーオプチックス社製の半円柱形状(直径20mm×高さ25mm)のシリコン製プリズムにおける赤外吸収スペクトルを測定し、リファレンススペクトルとした。以降においては、試料を用いて得られた赤外吸収スペクトル及び赤外表面増強吸収スペクトルからこのリファレンススペクトルを差し引いて示すものとする。   An infrared absorption spectrum of a silicon prism having a semi-cylindrical shape (diameter 20 mm × height 25 mm) manufactured by Pier Optics was measured and used as a reference spectrum. Hereinafter, the reference spectrum is subtracted from the infrared absorption spectrum and the infrared surface enhanced absorption spectrum obtained using the sample.

次に、このシリコン製プリズムの平坦面に、一辺が20mm、高さが25mmであり、一側面及び一底面が開口部として設けられた直方体形状の溶液保持セルを設けた。この溶液保持セルに10mlの純水を収容し、純水の赤外吸収スペクトルを測定した。   Next, a rectangular parallelepiped solution holding cell having a side of 20 mm and a height of 25 mm and having one side and one bottom as openings was provided on the flat surface of the silicon prism. 10 ml of pure water was accommodated in this solution holding cell, and the infrared absorption spectrum of pure water was measured.

その一方で、50mlの純水に0.93gのアニリンモノマーを溶解し、濃度0.2mol/lのアニリンモノマー溶液を得た。さらに、このアニリンモノマー溶液にメタンスルホン酸4.81gを溶解してその濃度を1.0mol/lとした。   Meanwhile, 0.93 g of aniline monomer was dissolved in 50 ml of pure water to obtain an aniline monomer solution having a concentration of 0.2 mol / l. Further, 4.81 g of methanesulfonic acid was dissolved in this aniline monomer solution to adjust its concentration to 1.0 mol / l.

このアニリンモノマー溶液10mlを前記溶液保持セルに収容した後、該アニリンモノマー溶液に酸化剤であるペルオキソニ硫酸アンモニウム5mgを添加し、撹拌棒で撹拌して均一に溶解させた。   After 10 ml of this aniline monomer solution was placed in the solution holding cell, 5 mg of ammonium peroxodisulfate as an oxidant was added to the aniline monomer solution, and the mixture was stirred and uniformly dissolved with a stirring rod.

この添加・溶解に伴ってアニリンモノマーの重合が開始・進行し、溶液が青緑色を呈するとともに、溶液保持セルの内壁及びプリズムの平坦面にポリアニリンの薄膜が形成されていることが観察された。   It was observed that the polymerization of the aniline monomer started and proceeded with the addition and dissolution, the solution had a bluish green color, and a polyaniline thin film was formed on the inner wall of the solution holding cell and the flat surface of the prism.

重合が確認されてから5分後にピペットで溶液を全量抜き出し、溶液保持セル内を純水で洗浄した。その後、プリズムの平坦面に存在するポリアニリンの薄膜の厚みを測定したところ、100nmであった。   Five minutes after the polymerization was confirmed, the entire solution was extracted with a pipette, and the inside of the solution holding cell was washed with pure water. Then, when the thickness of the polyaniline thin film present on the flat surface of the prism was measured, it was 100 nm.

図8は、得られたポリアニリンの薄膜のSEM写真(倍率は2000倍)であり、黒色部分平坦な層部分を表し、粒状形状物が密集したような白色部が導電性高分子列を表す。この図8から、該薄膜において、高分子列同士の間に間隙、すなわち、開気孔が多数存在することが分かる。換言すれば、この薄膜は多孔質体である。   FIG. 8 is an SEM photograph (magnification is 2000 times) of the obtained polyaniline thin film, which represents a flat layer portion of a black portion, and a white portion where granular shapes are densely represents a conductive polymer row. From FIG. 8, it can be seen that in the thin film, a large number of gaps, that is, open pores exist between the polymer rows. In other words, this thin film is a porous body.

次に、溶液保持セル内に10mlの純水を収容して赤外表面増強吸収スペクトルを測定し、ポリアニリンの薄膜を形成する前の純水の赤外吸収スペクトルと対比した。ポリアニリンの薄膜の形成後における純水の赤外表面増強吸収スペクトルから、形成前における純水の赤外吸収スペクトルを差し引いたスペクトルを図9に示す。この図9から、水素結合を示す部分の波長である3000〜3450cm-1においてピークが大きくなっていること、換言すれば、水素結合を有する成分が増加していることが諒解される。このことは、ポリアニリンの薄膜に水素結合を介して水分子が吸着されていることを意味する。
Next, it accommodates pure water 10ml in a solution holding cell and measuring the infrared surface enhanced absorption spectrum was compared with the infrared absorption spectrum of the pure water before forming a thin film of polyaniline. From the infrared surface enhanced absorption spectrum of the pure water after formation of a thin film of polyaniline, it shows a spectrum obtained by subtracting the infrared absorption spectrum of the pure water before forming in FIG. From FIG. 9, it can be understood that the peak is large at 3000 to 3450 cm −1 , which is the wavelength of the portion showing hydrogen bonds, in other words, the component having hydrogen bonds is increasing. This means that water molecules are adsorbed to the polyaniline thin film through hydrogen bonds.

以上から、プリズムの平坦面にポリアニリンの薄膜を形成することによって表面増強効果が得られることが明らかである。   From the above, it is clear that the surface enhancement effect can be obtained by forming a polyaniline thin film on the flat surface of the prism.

測定対象物(試料)を純水からメタンスルホン酸水溶液に変更したことを除いては実施例1と同様にして、ポリアニリンの薄膜の形成前後におけるメタンスルホン酸水溶液の赤外吸収スペクトル及び赤外表面増強吸収スペクトルを対比した。ポリアニリンの薄膜の形成後におけるメタンスルホン酸水溶液の赤外表面増強吸収スペクトルから、形成前におけるメタンスルホン酸水溶液の赤外吸収スペクトルを差し引いたスペクトルを図9に併せて示す。この結果から、1050cm-1、1200cm-1近傍におけるスルホン酸基の吸収強度が大きくなっていること、すなわち、ポリアニリンの薄膜にメタンスルホン酸が引き寄せられていることが明らかである。
The infrared absorption spectrum and the infrared surface of the aqueous methanesulfonic acid solution before and after the formation of the polyaniline thin film in the same manner as in Example 1 except that the measurement object (sample) was changed from pure water to a methanesulfonic acid aqueous solution. The enhanced absorption spectrum was contrasted. From the infrared surface enhanced absorption spectra of aqueous methanesulfonic acid after formation of a thin film of polyaniline, it shows a spectrum obtained by subtracting the infrared absorption spectrum of the aqueous methanesulfonic acid before forming in conjunction with FIG. From this result, it is clear that the absorption strength of the sulfonic acid group in the vicinity of 1050 cm −1 and 1200 cm −1 is increased, that is, methanesulfonic acid is attracted to the polyaniline thin film.

ピアーオプチックス社製の半円柱形状(直径20mm×高さ25mm)のゲルマニウム製プリズムにおける赤外吸収スペクトルを測定し、リファレンススペクトルとした。以降においては、試料を用いて得られた赤外吸収スペクトル及び赤外表面増強吸収スペクトルからこのリファレンススペクトルを差し引いて示すものとする。   An infrared absorption spectrum of a germanium prism having a semi-cylindrical shape (diameter 20 mm × height 25 mm) manufactured by Pier Optics was measured and used as a reference spectrum. Hereinafter, the reference spectrum is subtracted from the infrared absorption spectrum and the infrared surface enhanced absorption spectrum obtained using the sample.

次に、このゲルマニウム製プリズムの平坦面に、一辺が20mm、高さが25mmであり、一側面及び一底面が開口部として設けられた直方体形状の溶液保持セルを設けた。この溶液保持セルに10mlのエタノールを収容し、エタノールの赤外吸収スペクトルを測定した。   Next, a rectangular parallelepiped solution holding cell having a side of 20 mm and a height of 25 mm and having one side and one bottom as openings was provided on the flat surface of the germanium prism. 10 ml of ethanol was placed in this solution holding cell, and the infrared absorption spectrum of ethanol was measured.

その一方で、50mlの純水に0.50gのピロールモノマーを溶解し、濃度0.15mol/lのピロールモノマー溶液を得た。さらに、このピロールモノマー溶液にパラトルエンスルホン酸ナトリウム1.94gを溶解してその濃度を0.2mol/lとした。   Meanwhile, 0.50 g of pyrrole monomer was dissolved in 50 ml of pure water to obtain a pyrrole monomer solution having a concentration of 0.15 mol / l. Further, 1.94 g of sodium paratoluenesulfonate was dissolved in this pyrrole monomer solution to a concentration of 0.2 mol / l.

このピロールモノマー溶液10mlを前記溶液保持セルに収容した後、該ピロールモノマー溶液ペルオキソニ硫酸アンモニウム(酸化剤)5mgを添加し、撹拌棒で撹拌して均一に溶解させた。   After 10 ml of this pyrrole monomer solution was placed in the solution holding cell, 5 mg of the pyrrole monomer solution ammonium peroxodisulfate (oxidant) was added and stirred to stir with a stir bar to uniformly dissolve.

この添加・溶解に伴ってピロールモノマーの重合が開始・進行し、溶液が青色を呈するとともに、溶液保持セルの内壁及びプリズムの平坦面にポリピロールの薄膜が形成されていることが観察された。   It was observed that the polymerization of the pyrrole monomer started and proceeded with this addition / dissolution, the solution turned blue, and a thin film of polypyrrole was formed on the inner wall of the solution holding cell and the flat surface of the prism.

重合が確認されてから5分後にピペットで溶液を全量抜き出し、溶液保持セル内を純水で洗浄した。その後、プリズムの平坦面に存在するポリピロールの薄膜の厚みを測定したところ、50nmであった。   Five minutes after the polymerization was confirmed, the entire solution was extracted with a pipette, and the inside of the solution holding cell was washed with pure water. Then, when the thickness of the polypyrrole thin film present on the flat surface of the prism was measured, it was 50 nm.

得られたポリピロールの薄膜のSEM写真(1万倍)を図10に示す。図8と同様に、黒色部が平坦な層部分、白色部が導電性高分子列を示す。この図11から、上記のようにして得られたポリピロールの薄膜もまた、多数の間隙(開気孔)が存在する多孔質体であることが分かる。   The SEM photograph (10,000 times) of the obtained polypyrrole thin film is shown in FIG. As in FIG. 8, the black portion indicates a flat layer portion, and the white portion indicates a conductive polymer row. From FIG. 11, it can be seen that the polypyrrole thin film obtained as described above is also a porous body having a large number of gaps (open pores).

次に、溶液保持セル内に10mlのエタノールを収容して赤外表面増強吸収スペクトルを測定し、ポリピロールの薄膜を形成する前のエタノールの赤外吸収スペクトルと対比した。ポリピロールの薄膜の形成後におけるエタノールの赤外表面増強吸収スペクトルから、形成前におけるエタノールの赤外吸収スペクトルを差し引いたスペクトルを図11に示す。
Then, to accommodate ethanol 10ml in a solution holding cell and measuring the infrared surface enhanced absorption spectrum was compared with the infrared absorption spectrum before ethanol to form a thin film of polypyrrole. From the infrared surface enhanced absorption spectra of ethanol after formation of a thin film of polypyrrole, showing a spectrum obtained by subtracting the infrared absorption spectrum of the ethanol before forming in FIG.

この図11から、3000cm-1近傍、及び1000cm-1近傍におけるエタノールに由来する吸収強度が増加していることが明らかである。 From FIG. 11, it is clear that the absorption intensity derived from ethanol increases in the vicinity of 3000 cm −1 and 1000 cm −1 .

ピアーオプチックス社製の半円柱形状(直径20mm×高さ25mm)のシリコン製プリズムにおける平坦面に対し、無電解メッキによって厚み20nmの金薄膜を形成した。   A gold thin film having a thickness of 20 nm was formed by electroless plating on a flat surface of a semi-cylindrical silicon prism (diameter 20 mm × height 25 mm) manufactured by Pier Optics.

その一方で、50mlの純水に0.93gのアニリンモノマーを溶解し、その濃度を0.2mol/lとするとともに、メタンスルホン酸4.81gを溶解してその濃度を1.0mol/lとした溶液を調製した。   On the other hand, 0.93 g of aniline monomer is dissolved in 50 ml of pure water to make the concentration 0.2 mol / l, and 4.81 g of methanesulfonic acid is dissolved to make the concentration 1.0 mol / l. A prepared solution was prepared.

次に、この溶液中に、前記シリコン製プリズム、Ag/AgCl参照電極、及び白金対極を浸漬し、前記金薄膜と白金対極の各々をポテンショスタットに電気的に接続した。そして、前記金属薄膜を作用電極とし、電位を−0.1〜0.85Vとして50mV/秒で18サイクルの掃引を行うことにより、電気化学的酸化重合を進行させた。その結果、金薄膜上に厚み約100nmのポリアニリンの薄膜が得られた。   Next, the silicon prism, the Ag / AgCl reference electrode, and the platinum counter electrode were immersed in this solution, and each of the gold thin film and the platinum counter electrode was electrically connected to a potentiostat. Then, electrochemical oxidation polymerization was advanced by sweeping 18 cycles at 50 mV / sec with the metal thin film as a working electrode and a potential of −0.1 to 0.85 V. As a result, a polyaniline thin film having a thickness of about 100 nm was obtained on the gold thin film.

図12及び図13は、ポリアニリンの薄膜のSEM写真である。図8及び図10と同様に、これら図12及び図13の各々にも黒色部及び白色部が存在することから、ポリアニリンの薄膜に、金属薄膜に密着した平坦な層部分と、その層部分上に形成された多孔質部分が存在していることが認められる。   12 and 13 are SEM photographs of a polyaniline thin film. As in FIGS. 8 and 10, since each of FIGS. 12 and 13 has a black portion and a white portion, a flat layer portion in close contact with the metal thin film is formed on the polyaniline thin film, and on the layer portion. It can be seen that the porous portion formed in

次に、このシリコン製プリズムの平坦面に、一辺が20mm、高さが25mmであり、一側面及び一底面が開口部として設けられた直方体形状の溶液保持セルを設けた。この溶液保持セルに0.1mol/lのメタンスルホン酸水溶液10mlを収容し、赤外表面増強吸収スペクトルを測定した。   Next, a rectangular parallelepiped solution holding cell having a side of 20 mm and a height of 25 mm and having one side and one bottom as openings was provided on the flat surface of the silicon prism. In this solution holding cell, 10 ml of a 0.1 mol / l methanesulfonic acid aqueous solution was accommodated, and an infrared surface enhanced absorption spectrum was measured.

比較のため、平坦面に金薄膜のみが形成されたシリコン製プリズムに溶液保持セルを設け、この溶液保持セル内に0.1mol/lのメタンスルホン酸水溶液10mlを収容し、赤外表面増強吸収スペクトルを測定した。   For comparison, a solution holding cell is provided on a silicon prism having only a gold thin film formed on a flat surface, and 10 ml of a 0.1 mol / l methanesulfonic acid aqueous solution is accommodated in the solution holding cell, and infrared surface enhanced absorption is performed. The spectrum was measured.

また、掃引サイクルを8サイクルとして厚みが20nmの平坦な層部分のみを有するポリアニリンの薄膜を金薄膜上に形成したことを除いては上記と同様にして、溶液保持セルに収容された0.1mol/lのメタンスルホン酸水溶液10mlにつき赤外表面増強吸収スペクトルを測定した。   Further, in the same manner as described above except that the polyaniline thin film having only a flat layer portion having a thickness of 20 nm was formed on the gold thin film with 8 sweep cycles, 0.1 mol contained in the solution holding cell. Infrared surface-enhanced absorption spectrum was measured for 10 ml of an aqueous methanesulfonic acid solution of 1 liter.

結果を、図14に併せて示す。この図14から、多孔質のポリアニリンの薄膜を設けることによって、メタンスルホン酸及びH2Oの吸収ピーク強度が向上していることが明らかである。 The results are also shown in FIG. FIG. 14 clearly shows that the absorption peak intensities of methanesulfonic acid and H 2 O are improved by providing a porous polyaniline thin film.

以上に示した通り、開気孔を有する導電性高分子膜をプリズムに形成することによって赤外分光分析における感度を向上させることができる。   As described above, the sensitivity in infrared spectroscopic analysis can be improved by forming the conductive polymer film having open pores on the prism.

1、10、22…試料保持部材 2…プリズム
3、26…金属薄膜 4…光源
5…溶液保持セル 6…Ag/AgCl参照電極
7…対極 8…検出器
12…赤外分光分析装置 14…導電性高分子膜
15…導電性高分子列 16…開気孔
IR…赤外光 S…試料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 10, 22 ... Sample holding member 2 ... Prism 3, 26 ... Metal thin film 4 ... Light source 5 ... Solution holding cell 6 ... Ag / AgCl reference electrode 7 ... Counter electrode 8 ... Detector 12 ... Infrared spectroscopy analyzer 14 ... Conductivity Conductive polymer film 15 ... conductive polymer array 16 ... open pore IR ... infrared light S ... sample

Claims (5)

表面増強赤外吸収法の測定対象である試料を保持する試料保持部材であって、
赤外光が入射されるプリズムと、
前記プリズムの一端面に形成され、該プリズムに入射された赤外光を反射する反射面を有する導電性高分子膜と、
を備え、
前記導電性高分子膜は、前記反射面の裏面に開気孔を有し、
前記開気孔に進入した前記試料を、前記開気孔で保持し、
且つ該導電性高分子膜を構成する導電性高分子の導電率が10 -3 〜10 4 S/cmの範囲内であり、前記反射面の裏面側に滲出するエバネッセント光と相互作用して電磁場を生じさせるものであることを特徴とする試料保持部材。
A sample holding member for holding a sample to be measured by the surface enhanced infrared absorption method,
A prism on which infrared light is incident;
A conductive polymer film formed on one end surface of the prism and having a reflecting surface for reflecting infrared light incident on the prism;
With
The conductive polymer film has open pores on the back surface of the reflective surface,
Holding the sample that has entered the open pores in the open pores ;
The conductivity of the conductive polymer constituting the conductive polymer film is in the range of 10 −3 to 10 4 S / cm, and interacts with the evanescent light that oozes out on the back surface side of the reflecting surface to generate an electromagnetic field. sample holding member, characterized in der Rukoto causing a.
表面増強赤外吸収法の測定対象である試料を保持する試料保持部材であって、
赤外光が入射されるプリズムと、
前記プリズムの一端面に形成され、該プリズムに入射された赤外光を反射する反射面を有する金属膜と、
前記金属膜における前記反射面の裏面に形成された導電性高分子膜と、
を備え、
前記導電性高分子膜は、前記金属膜の前記反射面に臨む側の端面の裏面に開気孔を有し、
前記開気孔に進入した前記試料を、前記開気孔で保持し、
且つ該導電性高分子膜を構成する導電性高分子の導電率が10 -3 〜10 4 S/cmの範囲内であり、前記反射面の裏面側に滲出するエバネッセント光と相互作用して電磁場を生じさせるものであることを特徴とする試料保持部材。
A sample holding member for holding a sample to be measured by the surface enhanced infrared absorption method,
A prism on which infrared light is incident;
A metal film formed on one end surface of the prism and having a reflection surface for reflecting infrared light incident on the prism;
A conductive polymer film formed on the back surface of the reflective surface of the metal film;
With
The conductive polymer film has open pores on the back surface of the end face facing the reflective surface of the metal film,
Holding the sample that has entered the open pores in the open pores ;
The conductivity of the conductive polymer constituting the conductive polymer film is in the range of 10 −3 to 10 4 S / cm, and interacts with the evanescent light that oozes out on the back surface side of the reflecting surface to generate an electromagnetic field. sample holding member, characterized in der Rukoto causing a.
請求項1又は2記載の試料保持部材において、前記導電性高分子膜が、
高分子鎖中にラジカルカチオン又はジカチオンの少なくともいずれか一方を有する導電性高分子からなることを特徴とする試料保持部材。
The sample holding member according to claim 1 or 2 , wherein the conductive polymer film is
A sample holding member comprising a conductive polymer having at least one of a radical cation and a dication in a polymer chain.
請求項1又は2のいずれか1項に記載の試料保持部材において、前記導電性高分子膜が、スルホン酸基、カルボキシル基、水酸基、アミノ基の群から選択される少なくとも1種の置換基を有する導電性高分子からなることを特徴とする試料保持部材。 3. The sample holding member according to claim 1, wherein the conductive polymer film has at least one substituent selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a carboxyl group, a hydroxyl group, and an amino group. A sample holding member comprising a conductive polymer. 請求項1〜のいずれか1項に記載の試料保持部材において、開口端部が前記プリズムの一端面に臨むようにして前記プリズムに連なって設けられ、前記試料が溶解された溶液を保持する溶液保持セルをさらに有し、
前記溶液保持セルに収容された溶液に溶解されて前記開気孔に進入した前記試料を、前記開気孔で保持することを特徴とする試料保持部材。
The sample holding member according to any one of claims 1 to 4 , wherein an opening end portion is provided continuously to the prism so as to face one end surface of the prism, and holds the solution in which the sample is dissolved. Further comprising a cell,
A sample holding member that holds the sample dissolved in the solution stored in the solution holding cell and entering the open pores by the open pores.
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