JP5505616B2 - Gas analyzer - Google Patents
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Description
種々の気体成分を含む気体が流され気体中の種々の気体成分を気体の流れの方向に相互に分離させる気体分離流路を使用し、このように相互に分離された種々の気体成分を分析する気体分析装置に関係している。 A gas separation channel is used to analyze the various gas components separated from each other using a gas separation channel that separates the various gas components in the gas in the direction of the gas flow. Related to gas analyzers.
気体の種々の気体成分を吸脱着する薬剤がその細長い内表面に塗布されているか、又は上記薬剤を含有あるいは塗布されたビーズを含む気体成分分離管の流路に、複数の気体成分を含む気体をキャリアガスと共に流し、気体中の複数の気体成分を相互に分離させ時間差を伴って排出させて分離する気体成分分離技術はガスクロマトグラフィーとして知られている。 A gas containing a plurality of gas components in a flow path of a gas component separation tube containing beads that contain or have been coated with a drug that absorbs and desorbs various gas components of the gas. A gas component separation technique that separates a plurality of gas components in a gas by separating them from each other and discharging them with a time difference is known as gas chromatography.
上記異なる時間に気体成分分離管から排出される気体の複数の気体成分は公知の分析手段により検出されて種類や濃度を分析することが出来る。 A plurality of gas components of the gas discharged from the gas component separation pipe at the different times can be detected by known analysis means and analyzed for type and concentration.
これら種々の公知の分析手段には、熱伝導度利用式検出器や水素炎利用式検出器や質量分析装置が良く知られており、一般には簡便な熱伝導度利用式検出器や水素炎利用式検出器が使用されている。 As these various known analysis means, a thermal conductivity detector, a hydrogen flame detector, and a mass spectrometer are well known, and generally a simple thermal conductivity detector and a hydrogen flame detector. A type detector is used.
熱伝導度利用式検出器では、上述した如く排出された上記種々の気体成分を含む上記キャリアガスが検出部に吹き付けられ、気体成分の種類と量(濃度)により熱伝導度の値が変わることを利用している。 In the thermal conductivity type detector, the carrier gas containing the various gas components discharged as described above is sprayed on the detection unit, and the value of the thermal conductivity changes depending on the type and amount (concentration) of the gas component. Is used.
水素炎利用式検出器では、上述した如く排出された上記種々の気体成分の夫々を含む上記キャリアガスが水素炎に吹き付けられ、その結果として吹き付けられた気体成分の種類と量(濃度)により水素炎のスペクトルが変わることを利用している。 In the hydrogen flame utilizing detector, the carrier gas containing each of the various gas components discharged as described above is blown to the hydrogen flame, and as a result, the hydrogen gas depends on the type and amount (concentration) of the blown gas components. It takes advantage of changes in the flame spectrum.
このような気体分析装置の一例が特開昭55−94159号公報(特許文献1)に開示されている。 An example of such a gas analyzer is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 55-94159 (Patent Document 1).
また、弾性表面波素子を使った検出器を備えたガスクロマトグラフィーが実用化されている。検出器として弾性表面波共振器をもちい、弾性表面波が伝搬する領域に分析する気体をさらすことで、弾性表面波の伝搬状態が変化し、それに基づいて共振周波数が変化することを利用している。気体を燃焼させることなく計測できるとともに共振周波数を計測する回路は安価で小型であるから可搬用ガス分析装置として用いられる。 Gas chromatography equipped with a detector using a surface acoustic wave element has been put into practical use. By using a surface acoustic wave resonator as a detector and exposing the gas to be analyzed to the region where the surface acoustic wave propagates, the propagation state of the surface acoustic wave changes and the resonance frequency changes based on it. Yes. A circuit that can measure without burning gas and measures the resonance frequency is inexpensive and small in size, and is therefore used as a portable gas analyzer.
上記の従来型弾性表面波素子ではなく球状弾性表面波素子を使用し、マイクロマシニング微細加工技術をもちいて平板のウェファー基板に溝を掘りガラス基板を張り合わせることで作製した気体分離流路と組み合わせた、より小型で高精度なガスクロマトグラフィーが国際特許WO 2008/056458A1(特許文献2)に提案されている。 A spherical surface acoustic wave element is used instead of the conventional surface acoustic wave element described above, and combined with a gas separation channel created by grooving a flat wafer substrate using a micromachining microfabrication technique and bonding the glass substrate together Further, a smaller and more accurate gas chromatography has been proposed in International Patent WO 2008 / 056458A1 (Patent Document 2).
球状弾性表面波素子は従来の平面型弾性表面波素子とことなり反射器と呼ばれる電極パターンを持たない。また弾性表面波をその球形表面に沿って長い距離伝搬させる際の、強度の減衰量を計測することにより、気体の種類や分圧を高精度に計測する事も可能で、検出できる気体成分の種類も多様である。 Unlike the conventional planar surface acoustic wave element, the spherical surface acoustic wave element does not have an electrode pattern called a reflector. It is also possible to measure the type and partial pressure of gas with high accuracy by measuring the amount of attenuation of strength when a surface acoustic wave is propagated along a spherical surface for a long distance. There are various types.
上述した如き従来の気体分析装置では、気体成分の種類に従って異なる保持時間を発揮する薬剤がその細長い内表面に塗布されているか、又は上記薬剤が含有あるいは塗布されたビーズを含む気体分離管を準備する際に、分析すべき気体成分に従ってより精度良く分離するために適した薬剤を内部に塗布した気体分離管を選択して使用する作業が煩雑であるばかりでなく、気体分離管の持ち運びや、その寸法を小型化することが困難である。 In the conventional gas analyzer as described above, a gas separation tube including a bead containing a drug that exhibits different holding times according to the type of gas component is applied to the elongated inner surface, or containing or applied with the drug. In doing so, not only is the work of selecting and using a gas separation tube coated with a medicine suitable for separating more accurately according to the gas component to be analyzed, but also carrying the gas separation tube, It is difficult to reduce the size.
気体分離管の小型化は、シリコン基板にフォトリソグラフィー技術を用いて気体分離流路を微細加工(マイクロマシニング)することにより可能である。 The gas separation tube can be miniaturized by finely processing (micromachining) the gas separation channel on the silicon substrate by using a photolithography technique.
上述した分析の為にはさらに、上記気体分離管に例えば熱伝導度利用式検出器や水素炎利用式検出器や質量分析装置などの大型で操作が煩雑な公知の分析手段を組み合わせなければならず、上記気体分離管に加えてこれら公知の分析手段を持ち運ぶことは煩雑であった。 For the above-described analysis, the gas separation tube must be combined with known analytical means that are large and cumbersome to operate, such as a thermal conductivity detector, a hydrogen flame detector, and a mass spectrometer. In addition to the above gas separation tube, it is complicated to carry these known analytical means.
また、熱伝導度利用式検出器や水素炎利用式検出器は、測定精度があまり高くなかったり、あるいは分析対象となる気体成分の種類にも制約があった。 In addition, the thermal conductivity detector and the hydrogen flame detector are not very high in measurement accuracy, or there are restrictions on the types of gas components to be analyzed.
シリコンウェファーや金属の平面部材を張り合わせることによって、断面が1mm2以下になるような小さな気体分離流路を実現しても、気体を入排出する比較的大きな接続部品を必要とする。特に、複数の気体分離流路を直列に接続する場合はガスの接続部品も増えるから小型化が困難になる。複数の気体分離流路とそれらに付属する接続部分と、さらに検出器を一定の温度に温度制御することは大きな温度制御用のケースを要求し省電力化も難しくなる。 Even if a small gas separation flow path having a cross section of 1 mm 2 or less is realized by laminating a silicon wafer or a metal flat member, a relatively large connecting part for entering and discharging gas is required. In particular, when a plurality of gas separation channels are connected in series, the number of gas connection parts increases, making it difficult to reduce the size. Controlling the temperature of the plurality of gas separation flow paths, the connecting portions attached to them, and the detector to a constant temperature requires a large temperature control case and makes it difficult to save power.
特に球状弾性表面波素子は一般に温度依存性を有することから、その温度制御の良し悪しが、計測精度に直接影響することから、高精度化にむけた課題になっていた。 In particular, since the spherical surface acoustic wave element generally has temperature dependency, the quality of the temperature control directly affects the measurement accuracy, which has been a problem for higher accuracy.
さらに、断面が1mm2以下になるような小さな気体流路に弾性表面波素子を設置することは、少なくとも従来の平面型の弾性表面波素子はその大きさから困難であり、それを動作する為に必要な高周波信号の結線は複雑な構造を必要とするから、小型化が困難で且つ製造コストも高くなる。 Further, it is difficult to install a surface acoustic wave element in a small gas flow path having a cross section of 1 mm 2 or less, because at least the conventional planar type surface acoustic wave element is difficult to operate. Since the connection of high-frequency signals required for the above requires a complicated structure, it is difficult to reduce the size and the manufacturing cost increases.
この発明は上記事情の下でなされ、この発明の目的は、従来に比べ、より構成を簡易化して操作性や携帯性を向上させることが出来るとともに気体成分分析の精度の向上を達成し、しかも安価に出来る、気体中の種々の気体成分を相互に分離させるガスクロマトグラフィー分析方法に基づいた気体分離流路を使用する気体分析装置を提供することである。 The present invention has been made under the circumstances described above, and the object of the present invention is to simplify the structure and improve operability and portability as compared with the prior art, and to improve the accuracy of gas component analysis. It is an object of the present invention to provide a gas analyzer that uses a gas separation flow path based on a gas chromatography analysis method that can separate various gas components in a gas from each other at low cost.
この発明に従った気体分析装置は:本体が、気体分離流路が溝として形成された一面を有する第1本体部材と、第1本体部材の一面に固定され前記一面における気体分離流路の溝の開口を塞ぐ第2本体部材との接合によって構成することを特徴としており、本体が有する上記の気体分離流路は、気体流入口と気体排出口とを有し、分析すべき種々の気体成分を含む気体がキャリアガスとともに気体流入口から気体分離流路に供給され、気体分離流路の内部に気体中の種々の気体成分と吸収と脱離を行う薬剤を有することで気体成分の種類に応じて気体分離流路を通過する時間を異ならせ、種々の気体成分を相互に分離させるものであって;
さらに、本体はその気体分離流路の所定の位置に、球形状の一部で構成され球形状の最大径の外周円を含んでおり弾性表面波が励起可能であり励起された弾性表面波を伝搬可能な円環状の領域を少なくとも1つ有している基体と、基体の円環状の領域に弾性表面波を励起させ励起した弾性表面波を円環状の領域の延出方向に沿い周回させるとともに周回後の弾性表面波を検知し、検知した弾性表面波に対応した電気信号を発生させる弾性表面波・励起/検知手段と、を有する球状弾性表面波素子を備えており;
球状弾性表面波素子は、基体の円環状の領域の延出方向に沿い周回させている弾性表面波を、気体分離流路において気体成分に順次接触させ、接触した気体成分の種類と濃度に応じた弾性表面波の変化を電気信号の変化として検出する、
ことを特徴としている。
A gas analyzer according to the present invention includes: a main body having a first body member having a surface on which a gas separation channel is formed as a groove; and a groove of the gas separation channel on the one surface fixed to the one surface of the first body member. The gas separation flow path of the main body has a gas inlet and a gas outlet, and has various gas components to be analyzed. Gas is supplied from the gas inlet to the gas separation channel together with the carrier gas, and various gas components in the gas and chemicals that absorb and desorb are contained in the gas separation channel, thereby changing the type of gas component Depending on the time of passage through the gas separation flow path, the various gas components are separated from each other;
In addition, the main body includes a spherical outer circumferential circle having a maximum diameter at a predetermined position of the gas separation channel, and the surface acoustic wave can be excited and the excited surface acoustic wave is generated. A base having at least one annular region capable of propagating, and a surface acoustic wave is excited in the annular region of the substrate, and the excited surface acoustic wave circulates along the extending direction of the annular region. A spherical surface acoustic wave element having surface acoustic wave / excitation / detection means for detecting a surface acoustic wave after circulation and generating an electrical signal corresponding to the detected surface acoustic wave;
A spherical surface acoustic wave element is a surface acoustic wave that circulates along the extending direction of an annular region of a substrate, sequentially contacting a gas component in a gas separation channel, and depending on the type and concentration of the contacted gas component. Detecting changes in surface acoustic waves as changes in electrical signals,
It is characterized by that.
このような気体分離流路を含む本体及び球状弾性表面波素子の夫々は簡易な構成であって安価に提供することが出来、しかも気体成分分析手段として使用される球状弾性表面波素子は本体の気体分離流路中の所定の位置に容易に配置させることが出来る。即ち、気体分離流路を含む基体及び球状弾性表面波素子の組み合わせは、前述した従来の気体成分分離管と分析手段との組み合わせに比べ、操作性及び携帯性が遥かに向上している。気体成分分析手段として使用される球状弾性表面波素子は、前述した従来の分析手段と比べ遥かに小型であって流路内に設置可能で、さらに短時間で高精度に種々の気体成分の量の分析を行うことが出来る。球状弾性表面波素子によりなる検出器を気体分離流路内部に形成することは検出器の温度を追加の温度制御手段を用いることなく気体分離流路と同じに保ち、結果として計測が高精度化する。 Each of the main body and the spherical surface acoustic wave element including such a gas separation channel can be provided at a low cost with a simple configuration, and the spherical surface acoustic wave element used as the gas component analysis means is It can be easily arranged at a predetermined position in the gas separation channel. That is, the combination of the substrate including the gas separation flow path and the spherical surface acoustic wave element has much improved operability and portability as compared with the conventional combination of the gas component separation tube and the analysis means described above. The spherical surface acoustic wave element used as the gas component analysis means is much smaller than the conventional analysis means described above and can be installed in the flow path. Can be analyzed. Forming a detector consisting of spherical surface acoustic wave elements inside the gas separation channel keeps the temperature of the detector the same as the gas separation channel without using additional temperature control means, resulting in higher accuracy of measurement. To do.
球状弾性表面波素子の表面において弾性表面波が励起され伝搬可能な円環状の領域に気体成分の種類に応じて異なる特性で感応する感応膜を形成することにより所定の気体成分を高感度に検出することが出来るし、形成する感応膜の種類を変えたり、複数種類の感応膜の応答を主成分分析法などを使って総合的に分析することで特定の気体成分を高感度に検出できる。 Detecting a specific gas component with high sensitivity by forming a sensitive film with different characteristics depending on the type of gas component in an annular region where surface acoustic waves can be excited and propagated on the surface of a spherical surface acoustic wave device It is possible to detect a specific gas component with high sensitivity by changing the type of the sensitive film to be formed, or by comprehensively analyzing the responses of a plurality of types of sensitive films using a principal component analysis method or the like.
1つの球状弾性表面波素子の表面には上述した如き円環状の領域が複数設定可能である。従って、複数の円環状の領域の夫々に相互に異なる感応膜を形成することが出来る。また、複数の球状弾性表面波素子の夫々の表面の円環状の領域に複数の球状弾性表面波素子の相互間で相互に異なる感応膜を形成し、このような複数の球状弾性表面波素子を組み合わせて使用することも出来る。 A plurality of annular regions as described above can be set on the surface of one spherical surface acoustic wave element. Therefore, different sensitive films can be formed in each of the plurality of annular regions. Also, different sensitive films are formed between the plurality of spherical surface acoustic wave elements in an annular region on the surface of each of the plurality of spherical surface acoustic wave elements. It can also be used in combination.
また本体の気体分離流路において球状弾性表面波素子の下流に分岐弁とともに分岐路を設け、球状弾性表面波素子の検出結果に従って所定の気体成分を分岐路に流すことにより所定の気体成分の分取が可能である。分岐路に更なる球状弾性表面波素子を設ければ、分岐路に流れる所定の気体成分の分析をさらに行うことが出来る。 In addition, a branch path is provided with a branch valve downstream of the spherical surface acoustic wave element in the gas separation channel of the main body, and the predetermined gas component is separated by flowing the predetermined gas component through the branch path according to the detection result of the spherical surface acoustic wave element. It is possible to take. If a further spherical surface acoustic wave element is provided in the branch path, it is possible to further analyze a predetermined gas component flowing in the branch path.
[第1実施形態]
最初に、図1乃至図3を参照しながら、この発明の第1実施形態に従った気体分析装置10について説明する。
[First Embodiment]
First, a
気体分析装置10は:気体流入口と気体排出口とを有していて気体の種類(気体成分)に応じて異なる保持時間を発揮する従来公知の薬剤がその細長い内表面に塗布されているか、又は上記薬剤を含有或いは上記薬剤が塗布されている多数のビーズを保持している気体分離流路12aを含む本体12と;本体12の気体分離流路12a中の所定の位置に配置された球状弾性表面波素子14と;を備えている。
The
現在では、1mm2以下の横断面積を有した気体分離流路を、シリコン等の平面基板にフォトリソグラフィー技術を使用して微細加工(マイクロマシニング)することが可能である。あるいは薄い金属板をエッチング加工により溝を形成し、後に一面を別の金属板で加熱溶接してふさぐ事により気体分離流路を形成する事も可能である。 At present, it is possible to finely process a gas separation channel having a cross-sectional area of 1 mm 2 or less on a planar substrate such as silicon by using a photolithography technique. Alternatively, it is possible to form a gas separation flow path by forming a groove by etching a thin metal plate and then sealing the other surface by heat welding with another metal plate.
詳細には、本体12は平坦な板形状をしていて、本体12の2つの平面の間に気体の流動可能な流路をもち、1つの螺旋形状の気体分離流路12aが形成されている。気体分離流路12aの気体流入口と気体流出口とは本体12の薄い側面の相互に異なる位置に開口している。
Specifically, the
この実施形態に従った本体12は、図2の(A)乃至(D)に概略的に図示されている製造工程により製造されている。この製造工程では、最初に図2の(A)中に図示されている如く、例えば厚さ0.5mmのパイレックスガラス(登録商標)の如き耐熱強化ガラス製の所定の寸法の第1表面板材12bの平面にシリコンウェファー12cが接合された第1本体部材が準備される。この接合は例えば陽極接合により行なわれる。次に、図2の(B)中に図示されている如く、第1本体部材のシリコンウェファー12cにおいて第1表面板材12bとは反対側の平面(外側平面)に図1中では螺旋形状に示されている気体分離流路12aの所望の形状の延出パターンに対応した感光性樹脂のレジストパターン12dが付着される。さらに、このレジストパターン12dを介してシリコンウェファー12cの上述した反対側の平面(外側平面)をエッチング処理することにより図2の(C)中に図示されている如くシリコンウェファー12cの上述した反対側の平面(外側平面)に気体分離流路12aを形成する。なお、上記エッチング処理には、例えばDRIE(Deep Reactive Ion Etching)と呼ばれているエッチング技術が使用される。最後に、レジストパターン12dが取り除かれた後に、図2の(D)中に図示されている如く、第1表面板材12bと同じ第2表面板材12eがシリコンウェファー12cの上述した反対側の平面(外側平面)に接合により固定され、上述した反対側の平面(外側平面)における気体分離流路12aの平面開口を閉塞する。シリコンウェファー12cの上述した反対側の平面(外側平面)に対する第2表面板材12eの接合も陽極接合により行なわれる。第2表面板材12eは、前述した第1本体部材(第1表面板材12bとシリコンウェファー12cとの組み合わせ)と協働して本体12を構成する第2本体部材を構成している。
The
図2の(A)乃至(D)を参照しながら前述した如く本体12を製造する方法は、いわゆるマイクロマシニングと呼ばれている微細加工技術として知られており、気体分離流路12aを含む本体12を数センチ角の寸法で精密に製造することが出来る。
The method for manufacturing the
球状弾性表面波素子14の構造は図3中に概略的に図示されていて、球形状の一部で構成され球形状の最大径の外周円16aを含んでおり弾性表面波SAWが励起可能であり励起された弾性表面波SAWを伝搬可能な円環状の領域16bを有している基体16と、基体16の円環状の領域16bに弾性表面波SAWを励起させ励起した弾性表面波SAWを円環状の領域16bの延出方向に沿い周回させるとともに周回後の弾性表面波16bを検知し検知した弾性表面波SAWに対応した電気信号を発生させる弾性表面波・励起/検知手段18と、を含んでいる。
The structure of the spherical surface
基体16は、例えば水晶やランガサイトやニオブ酸リチウム(LiNbO3)やタンタル酸リチウム(LiTaO3)などの圧電性結晶材料により形成することが出来、この実施形態では最も安価に入手可能な水晶が使用されている。本実施例で使用する圧電性結晶材料の直径は気体分離流路の他の部分と比較して大きなスペースを取ることは加工プロセスを複雑化したり気体の流動を変化させることから望ましくなく、できれば1mm以下であることが望まれ、より望ましくは0.8mm以下である。
The
圧電性結晶材料により球形状の基体16を形成する場合、圧電性結晶材料の所定の結晶軸、例えばZ軸、を法線とする平面と上記の球形状基体との交点によりなる外周線に沿い所定の条件で弾性表面波SAWを励起させ伝搬させると弾性表面波SAWを上記線に沿い上記線に対し直交する方向に拡散させることなく繰り返し周回させることが出来ることが分かっている。この時の上記線が最大径の外周円16aであり、上記線の両側で弾性表面波SAWが上記所定の条件で伝搬する範囲が円環状の領域16bとなる。
When the
なお、圧電性結晶材料により球形状の基体16を形成する場合、基体16の外表面に形成可能な最大径の外周円16a、即ち円環状の領域16b、の数は複数設定可能であり、設定可能な数は圧電性結晶材料の種類により決まる。
When the
以下の説明では、話を分かり易くする為に、1つの円環状の領域16bを使用することについて記載する。
In the following description, the use of one
上述した所定の条件は、例えば国際公開WO 01/45255 A1 号公報から知られており、最大径の外周円16aの半径,弾性表面波・励起/検知手段18により励起される弾性表面波SAWの周波数,そして最大径の外周円16aを中心としてその両側にわたる弾性表面波SAWの幅により決められる。
The predetermined condition described above is known from, for example, International Publication No. WO 01/45255 A1, and the radius of the
基体16の円環状の領域16bに励起され円環状の領域16bの延出方向に沿い伝搬し周回する弾性表面波SAWは、それが接触した環境、即ち円環状の領域16bが接触した環境、が変わると伝搬速度や強度の減衰率に変化を生じ、この変化は周回数が増えるほど大きくなる。即ち、多くの周回数が可能になればなるほど、環境の僅かな変化を検出することが出来、環境の変化の高精度な検出が可能になる。
The surface acoustic wave SAW which is excited by the
このことは、球状弾性表面波素子14を環境の変化を検出する為の検出器として使用する場合には、基体16において弾性表面波SAWが伝搬し周回する円環状の領域16bには球状弾性表面波素子14により検出する対象物以外の物体は接触できないようにする必要がある。逆に、基体16において弾性表面波SAWを伝搬可能な円環状の領域16b以外の領域、即ち円環状の領域16bの両側、に上記物体を接触させても円環状の領域16bを周回する弾性表面波SAWには何等の影響も与えない。つまり、マイクロマシン技術によって製作するような微細流路内に含ませる事が可能である。
This means that when the spherical surface
従って、基体16は円環状の領域16b以外の領域、即ち円環状の領域16bの両側、において他の物体に支持される。また、基体16は円環状の領域16b以外の領域、即ち円環状の領域16bの両側、はいかなる形状であっても良く、例えば円環状の領域16bの両側を相互に平行に整形した円盤形状とすることが出来る。
Therefore, the
平面部材の微細加工によって製作した気体分離流路の断面は一般に円形ではなく平面部材の厚さ方向に長い辺を持つ長方形であり、円盤形状の球状弾性表面波素子は上記長方形の断面形状により即している。従来の平面型弾性表面波素子を上記の気体分離流路に挿入しても、大きな反射器を二つ持っているために大きな空間を流路上に用意しなくてはならず、結果的に性能向上に繋がりにくい。つまり、平面部材をつかって製作した気体分離流路に導入して、高い性能を発揮できるのは球状弾性表面波素子であり、球状弾性表面波素子は円盤形状とすればよりその利点は大きくなる。 The cross section of the gas separation channel manufactured by microfabrication of the planar member is generally not a circle but a rectangle having a long side in the thickness direction of the planar member. doing. Even if a conventional planar surface acoustic wave device is inserted into the gas separation channel, a large space must be prepared on the channel because it has two large reflectors, resulting in performance. It is hard to lead to improvement. In other words, it is a spherical surface acoustic wave element that can be introduced into a gas separation channel manufactured using a planar member and exhibit high performance, and the advantage of a spherical surface acoustic wave element is greater if it is a disk shape. .
この実施形態において弾性表面波・励起/検知手段18は、基体16の円環状の領域16bにおいて最大径の外周円16a上に形成されたすだれ状電極により提供されている。すだれ状電極は公知のフォトリソグラフィー法により基体16の円環状の領域16bの所望の位置に所望の寸法で容易に形成することが出来る。
In this embodiment, the surface acoustic wave / excitation / detection means 18 is provided by an interdigital electrode formed on the
すだれ状電極が形成されている基体16の表面の弾性物性とすだれ状電極の複数の電極枝が相互に配列されている間隔がすだれ状電極により円環状の領域16bの所望の位置に励起される弾性表面波SAWの周波数を決定し、すだれ状電極の複数の電極枝が相互に対面している部分の長さがすだれ状電極により円環状の領域16bに励起される弾性表面波SAWの幅になる。この実施形態においてすだれ状電極の中心は最大径の外周円16a上に置かれ複数の電極枝は最大径の外周円16aと直交している。
The elastic physical properties of the surface of the
なお近年では、弾性表面波が最大径の外周円16aに沿い実際に周回する経路は外周円16aに対し僅かに蛇行しており、すだれ状電極は実際の蛇行した周回経路上に位置していれば必ずしも最大外周線上にすだれ状電極の中心が無くても良い事がわかっているが、これらの蛇行は僅かである。
In recent years, the path in which the surface acoustic wave actually circulates along the
また、この実施形態のすだれ状電極は弾性表面波の励起と検出を行うが、弾性表面波の励起と検出を互いに異なるすだれ状電極によって行なうことも出来るし、個々のすだれ状電極の外部接続端子は2本を含むそれ以上の場合もある。 In addition, the interdigital electrode of this embodiment performs excitation and detection of surface acoustic waves. However, excitation and detection of surface acoustic waves can be performed by different interdigital electrodes, and external connection terminals of individual interdigital electrodes. May be more than two, including two.
すだれ状電極の一対の外部接続端子18a,18bは基体16の円環状の領域16bの両側に延びていて、球形状の基体16を地球に見立て最大径の外周円16aを上記地球の赤道と仮定したときの、両極に相当する部位に比較的大きな面積の外部接続部位を有している。
The pair of
この実施形態において球状弾性表面波素子14は本体12の気体分離流路12aの気体流出口近傍の流路内に配置されている。
In this embodiment, the spherical surface
本体12の気体分離流路12aの気体流出口近傍の横断面の幅は、気体分離流路12aの上記気体流出口近傍を除く領域の横断面の幅よりも大きく、さらに球状弾性表面波素子14の球形状の基体16の最大径の外周円16aの直径よりも大きく設定されていて、しかも気体分離流路12a中を上記気体流出口近傍まで流れてきた気体が上記気体流出口近傍に滞留しないよう形作られている。気体分離流路12aの上記気体流出口近傍を規定している内表面において相互に対向した一対の部分には、図2中に図示されていた本体12の製造工程において第1本体部材のシリコンウェファー12cに形成された気体分離流路12aの平面開口が第2表面板材12eにより覆われる前に、一対の外部延出配線20a,20bが形成されている。一対の外部延出配線20a,20bは、本体12において気体分離流路12aが形成されているシリコンウェファー12cの薄い側面における気体流出口の周辺まで延出している。
The width of the cross section in the vicinity of the gas outlet of the
気体分離流路12aの内表面に気体の種類(気体成分)に応じて異なる保持時間を発揮する従来公知の薬剤が塗布される場合には、図2中に図示されていた本体12の製造工程において第1本体部材のシリコンウェファー12cに形成された気体分離流路12aの平面開口が第2表面板材12eにより覆われた後に薬剤を含んだ薬液を気体流入口より注入することにより上記塗布が行われる。
When a conventionally known drug that exhibits different holding times depending on the type of gas (gas component) is applied to the inner surface of the
特に、弾性表面波素子14の外表面の円環状の領域16bに感応膜が形成されている場合は、薬液が気体分離路12a中の球状弾性表面波素子の位置に到達する前までで注入を止め薬液を再び気体流入口から排出することで、感応膜や弾性表面波素子の特性に影響が及びことを防ぐことが出来る。気体分離路12a中のどの位置まで薬液が注入されているかは、例えば注入した薬液の量を計測することによって可能であるし、或いは超音波探傷装置を使って表面板材の外部から観測することも可能である。
In particular, when a sensitive film is formed in the
感応膜は、例えば、所定の気体成分をその表面に吸着させることにより増加したその質量に応じて、円環状の表面領域16bに沿い伝搬する弾性表面波SAWの伝搬速度を遅くさせても良いし、或いは、所定の気体成分を感応膜内に吸蔵し、その吸蔵量に応じてその感応膜の機械的堅さを変化させることにより、円環状の表面領域16bを伝搬する弾性表面波SAWの伝搬速度や減衰率を変化させても良い。更には、所定の気体成分と反応することにより反応した所定の気体成分の量に応じて吸熱或いは発熱反応を起こし、吸熱或いは発熱反応の量に応じて、円環状の表面領域16bを伝搬する弾性表面波SAWの伝搬速度を変化させても良い。感応膜は、可逆的に反応する材料であることが必要である。
The sensitive film may slow down the propagation speed of the surface acoustic wave SAW propagating along the
例えば、この様な感応膜として、水素(H2)を吸蔵し水素化物を形成して機械的性質が変化するパラジウム(Pd)、アンモニア(NH3)に対する吸着性が高いプラチナ(Pt)、水素化物を吸着する酸化タングステン(WO3)、一酸化炭素(CO),二酸化炭素(CO2),二酸化硫黄(SO2),二酸化窒素(NO2)等を選択的に吸着するフタロシアニン(Phthalocyanine)等が知られている。 For example, as such a sensitive film, hydrogen (H 2 ) is occluded to form a hydride to change mechanical properties, such as palladium (Pd), ammonia (NH 3 ) having high adsorptivity to platinum (Pt), hydrogen Tungsten oxide (WO 3 ), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), sulfur dioxide (SO 2 ), nitrogen dioxide (NO 2 ), etc. that selectively adsorb fluorides, etc. It has been known.
気体分離流路12aの気体流出口近傍の一対の外部延出配線20a,20bの内端部には、図2中に図示されていた本体12の製造工程において第1本体部材のシリコンウェファー12cに形成された気体分離流路12aの平面開口が第2表面板材12eにより覆われる前に、気体分離流路12aの気体流出口近傍に挿入された球状弾性表面波素子14の弾性表面波・励起/検知手段18のすだれ状電極の一対の外部接続端子18a,18bの外部接続部位が電気的及び機械的に接続されている。このような電気的及び機械的な接続は、例えば、すだれ状電極の一対の外部接続端子18a,18bの外部接続部位及び気体流出口近傍の一対の外部延出配線20a,20bの材料の弾性を利用した圧接や、半田や導電性接着剤などの公知の電気的・機械的接続手段により行なわれる。
At the inner ends of the pair of
気体分離流路12aの気体流出口近傍にこのように配置された球状弾性表面波素子14の基体16の円環状の領域16bは、弾性表面波・励起/検知手段18とともに、気体分離流路12aの内表面に接触しない。
The
この後、図2中に図示されていた本体12の製造工程において第1本体部材のシリコンウェファー12cに形成された気体分離流路12aの平面開口が第2表面板材12eにより覆われる(図2の(D)参照)。
Thereafter, the planar opening of the
気体分離流路12aの内表面に気体流出口近傍を除き前述した如く気体の種類(気体成分)に応じて異なる保持時間を発揮する従来公知の薬剤が塗布される代わりに、上記薬剤を含有或いは上記薬剤が塗布されている多数のビーズを気体分離流路12aに保持させる場合には、図2中に図示されていた本体12の製造工程において第1本体部材のシリコンウェファー12cに形成された気体分離流路12aの平面開口が第2表面板材12eにより覆われた(図2の(D)参照)後に気体分離流路12aの気体流入口を介し上記ビーズが気体分離流路12a中に供給される。この結果、上述した多数のビーズが気体分離流路12a中において気体流出口近傍の球状弾性表面波素子14から気体流入口までの間に保持される。
Instead of being applied to the inner surface of the
一対の外部延出配線20a,20bの外端部の一方は接地され、他方は高周波信号・発信/受信手段22に接続されていて、高周波信号・発信/受信手段22にはさらに制御/分析手段24が接続されている。制御/分析手段24は高周波信号・発信/受信手段22の動作を制御し、所望のタイミングで高周波信号・発信/受信手段22により球状弾性表面波素子14の弾性表面波・励起/検知手段18に所定の高周波信号を適用させて弾性表面波・励起/検知手段18により基体16の円環状の領域16bに円環状の領域16bの延出方向に沿い所定の弾性表面波SAWを励起させるとともに伝搬させ、さらに基体16の円環状の領域16bを周回し受信した弾性表面波SAWに対応して弾性表面波・励起/検知手段18が発生した高周波信号を受信し分析する。
One of the outer ends of the pair of
なお、上記薬剤を含有或いは上記薬剤が塗布されている多数のビーズを気体分離流路12aに保持させた場合には、球状弾性表面波素子14に隣接した上記ビーズが球状弾性表面波素子14の基体16の円環状の領域16bや弾性表面波・励起/検知手段18に接触する可能性があり、それを防ぐ為の障壁を気体分離流路に作る事ができるし、あるいは障壁に相当する部材を球状弾性表面波素子に固定して持たせる事が出来る。しかし、上記接触点の面積は円環状の領域16bの全体の面積はもちろんのこと弾性表面波・励起/検知手段18の全体の面積に比べると小さく、しかも一定しているので、弾性表面波・励起/検知手段18が基体16の円環状の領域16bに励起させ伝搬させた弾性表面波に対する影響は微小である。
When a large number of beads containing the drug or coated with the drug are held in the
前述した分析は、受信した高周波信号の強度や速度の変化であることが出来、速度の変化は受信した高周波信号の位相の変化によって知ることが出来る。ここで高周波信号の位相とは、所定の時刻における円環状の領域16b上の所定の高周波信号の位置であり、所定の高周波信号を弾性表面波・励起/検知手段18に適用させて円環状の領域16b上に所定の弾性表面波を励起させた時点から円環状の領域16b上を所定の周回数周回してきた上記所定の弾性表面波を弾性表面波・励起/検知手段18が受信するまでの時間を計測すれば、上述した如く所定の弾性表面波を励起させた時点から所定の時間が経過した時点での円環状の領域16b上における上記所定の弾性表面波の位置(位相)は、例えばフーリエ解析やクアドラチャ検波やウエーブレット変換などを使用して容易に求めることが出来る。これらの求め方は公知であり説明を要しない。
The analysis described above can be a change in intensity or speed of the received high-frequency signal, and the change in speed can be known from the change in phase of the received high-frequency signal. Here, the phase of the high-frequency signal is the position of the predetermined high-frequency signal on the
気体分離流路12aの気体流入口には、キャリアガス供給源26が接続されていて、上記気体流入口とキャリアガス供給源26との間には、この気体分析装置10において分析しようとする種々の気体成分を含む気体試料をキャリアガス供給源26から気体分離流路12aの気体流入口に向かい流されるキャリアガス中に注入する為の試料注入手段28が接続されている。ここにおいてキャリアガスは、気体分離流路12aの内表面や上記内表面に塗布された前述した薬剤或いは気体分離流路12aに保持された多数の前述したビーズを変質させたりキャリアガス中に注入される試料中の種々の気体成分を変質させたり気体分離流路12aの出口近傍に配置される球状弾性表面波素子14の基体16や弾性表面波・励起/検知手段18を変質させたり上記出口近傍の一対の外部延出配線20a,20bを変質させることがないものが選択される。
A carrier
試料注入手段28は制御/分析手段24に電気接続されていて、試料注入開始を制御/分析手段24に知らせるか、あるいは試料注入手段28は制御/分析手段24の指示に従って注入を行う。 The sample injection means 28 is electrically connected to the control / analysis means 24 and notifies the control / analysis means 24 of the start of sample injection, or the sample injection means 28 performs injection in accordance with instructions from the control / analysis means 24.
次にこのように構成されたこの発明の第1実施形態に従った気体分析装置10の動作について説明する。
Next, the operation of the
キャリアガス供給源26から気体分離流路12aの気体流入口にキャリアガスを所定の速度で供給している間に試料注入手段28はこの気体分析装置10において分析しようとする気体成分を含む気体試料を注入する。
While the carrier gas is being supplied from the carrier
気体試料の気体成分は、気体分離流路12a中を流れる間に気体分離流路12aの内表面の薬剤或いは前述したビーズに保持されている薬剤に対する吸着や離脱反応の違いからキャリアガスの流れの方向に種々の気体成分が相互に分離され、結果的に気体分離流路12aを通過するために必要な時間(保持時間)が異なる。
While the gas component of the gas sample flows through the
種々の気体成分が予め判っていれば、種々の気体成分が気体分離流路12aの気体流入口から気体流出口まで到達する概略の時間が予めわかる。
If the various gas components are known in advance, the approximate time for the various gas components to reach from the gas inlet to the gas outlet of the
制御/分析手段24は、試料注入手段28からの試料注入開始を示す信号を受信した時に、或いは試料注入手段28に試料注入開始を指示すると共に、球状弾性表面波素子14を動作させるよう高周波信号・発信/受信手段22を動作させ、基体16の円環状の領域16bの延出方向に沿い周回させている弾性表面波SAWを励起してその出力の変化を連続的に解析し始める。気体分離流路12a中を流れるキャリアガス中の相互に分離された気体成分は気体成分の種類に応じた時刻で球状弾性表面波素子に到着し、気体成分の種類と濃度に応じた弾性表面波SAWの変化を対応する高周波電気信号の強度や速度(位相)の変化として検出させる。
The control / analyzing
制御/分析手段24は、球状弾性表面波素子14から高周波信号・発信/受信手段22を介して順次送られてきた高周波電気信号の強度(減衰率)や速度(位相)の変化を基に、気体分離流路12aの気体流出口近傍で基体16の円環状の領域16bの延出方向に沿い周回している弾性表面波SAWに順次接触した気体成分の夫々の濃度を分析する。
The control / analyzing means 24 is based on changes in the strength (attenuation rate) and speed (phase) of the high-frequency electrical signal sequentially sent from the spherical surface
制御/分析手段24は、分析結果を表示する図示しない公知の表示手段を含んでいることが出来るとともに分析結果を記録する図示しない公知の記録手段を含んでいることが出来る。
The control /
前述した如く球状弾性表面波素子14の基体16の外表面には円環状の領域16bを複数設定可能であるので、複数の円環状の領域16bの夫々に相互に異なる感応膜を形成するとともに複数の円環状の領域16bの夫々に弾性表面波・励起/検知手段18を設けることが出来る。その場合には、気体分離流路12aの気体流出口近傍に複数の弾性表面波・励起/検知手段18の夫々の為の複数の外部延出配線が当然必要になる。
As described above, since a plurality of
また、気体分離流路12aの気体流出口近傍に、夫々の外表面の円環状の領域に相互間で相互に異なる感応膜が設けられている複数の球状弾性表面波素子14を配置することも出来る。
Also, a plurality of spherical surface
[第1実施形態の変形例]
次に、添付の図面中の図4乃至図6を参照しながら、図1乃至図3中に図示されているこの発明の第1実施形態に従った気体分析装置10の変形例を説明する。
[Modification of First Embodiment]
Next, a modification of the
変形例の気体分析装置10´が図1乃至図3を参照しながら前述したこの発明の第1実施形態に従った気体分析装置10と異なっているのは、球状弾性表面波素子14´の弾性表面波・励起/検知手段18´の構成と、本体12´の気体分離流路12´aの気体流出口近傍において球状弾性表面波素子14´を配置するための構成である。
The modified gas analyzer 10 'differs from the
この変形例において、第1実施形態に従った気体分析装置10の構成部材と同じ構成部材には第1実施形態に従った気体分析装置10の対応する構成部材に付されていた参照符号と同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。
In this modification, the same components as those of the
図4中に良く示されている如く、変形例の球状弾性表面波素子14´の弾性表面波・励起/検知手段18´のすだれ状電極の一対の外部接続端子18´a,18´bは、基体16の円環状の領域16bの一方の側の極に延出していて、上記一方の極に相互に独立した比較的大きな面積の外部接続部位を有している。
As well shown in FIG. 4, the pair of external connection terminals 18'a and 18'b of the interdigital electrode of the surface acoustic wave / excitation / detection means 18 'of the modified spherical surface acoustic wave element 14' The
図5中に良く示されている如く、変形例の本体12´のシリコンウェファー12´cに形成された気体分離流路12´aの気体流出口はシリコンウェファー12´cの薄い側面に開口しておらず、シリコンウェファー12´cに形成された気体分離流路12´aの前述した平面開口において気体流出口となる部分に対応した第2表面板材12´eの部分に出口開口12´fが形成されていることにより提供されている。
As well shown in FIG. 5, the gas outlet of the
変形例の本体12´において気体分離流路12´aの気体流出口に対向した第1表面板材12bの部分には、第2表面板材12´eがシリコンウェファー12´cの上述した外側平面に接合された後に、第2表面板材12´eの出口開口12´fを介して、球状弾性表面波素子14´の基体16において円環状の領域16bの他方の側の極を受け入れる凹所30aを伴った台座30が固定され、さらに台座30の凹所30aに球状弾性表面波素子14´の基体16において円環状の領域16bの他方の側の極が着座され公知の固定手段、例えば接着剤、により固定される。
In the main body 12 'of the modified example, the portion of the first
その後、図6中に図示されている如く、第2表面板材12´eの出口開口12´fには、筒状の出口ノズル32の内端部が嵌合され公知の固定手段、例えば接着剤、により固定される。出口ノズル32は、例えばセラミックや合成樹脂の如き不導体により形成されていて、内孔32aにおいて周方向に相互に離間した2つの位置には内孔32aの内端から外端まで相互に独立して延出した一対の外部延出配線32b,32cが形成されている。
Thereafter, as shown in FIG. 6, the inner end portion of the
一対の外部延出配線32b,32cの内端は、台座30の凹所30aに着座されている球状弾性表面波素子14´の基体16における円環状の領域16bの一方の側の極の一対の外部接続端子18´a,18´bに押圧されて一対の外部接続端子18´a,18´bと電気的に接続されている。一対の外部延出配線32b,32cの外端の一方は接地されていて、他方は高周波信号・発信/受信手段22を介して制御/分析手段24に電気的に接続されている。
The inner ends of the pair of externally extending
このように構成されている変形例の気体分析装置10´は、図1乃至図3を参照しながら前述したこの発明の第1実施形態に従った気体分析装置10と同様に動作する。
The modified
[第2実施形態]
次に、添付の図面中の図7及び図8を参照しながら、この発明の第2実施形態に従った気体分析装置40を説明する。
[Second Embodiment]
Next, a
この実施形態に従った気体分析装置40が、図1乃至図3を参照しながら前述したこの発明の第1実施形態に従った気体分析装置10と異なっているのは、本体12´´の気体分離流路12´´aにおける球状弾性表面波素子14の配置位置及び上記配置位置への固定方法であるとともに、球状弾性表面波素子14の弾性表面波・励起/検知手段18の動作を制御する方法である。
The
この実施形態に従った気体分析装置40において使用されている球状弾性表面波素子14は前述したこの発明の第1実施形態に従った気体分析装置10において使用されている球状弾性表面波素子14と同じであり、この球状弾性表面波素子14が本体12´´の気体分離流路12´´aの気体流入口近傍領域と気体流出口近傍領域との間の中間領域中の所定の位置、この実施形態では略中央、に配置されている。
The spherical surface
図7の気体流出口に、熱伝導度利用式検出器や水素炎利用式検出器や質量分析型検出器を装着することで気体分離流路12´´aに流された気体の種々の気体成分についてさらにより多くの情報を得る事が出来る。
Various types of gases that have flowed into the gas
本体12´´の気体分離流路12´´aの内表面の上記所定の位置において球状弾性表面波素子14の弾性表面波・励起/検出手段18のすだれ状電極の一対の外部接続端子18a,18bに対応した一対の相互に離間した部位には、図2中に図示されていた本体12の製造工程と同様な本体12´´の製造工程において第1本体部材のシリコンウェファー12´´cに形成された気体分離流路12´´aの平面開口が第2表面板材12´´eにより覆われる前に、アンテナ材料によりアンテナ手段42が形成されている。
A pair of
本発明においてアンテナ手段とは、電磁波を受信し受信した電磁波に対応した高周波を発生したりあるいは高周波信号が供給されることにより高周波信号に応じて電磁波を放射するための導体による配線パターンあるいは部材をさす。 In the present invention, the antenna means means a wiring pattern or member made of a conductor for receiving an electromagnetic wave and generating a high frequency corresponding to the received electromagnetic wave or emitting an electromagnetic wave in response to the high frequency signal when the high frequency signal is supplied. Sure.
図8に示すように、一対のアンテナ手段42の相互に対向する所定の位置には、球状弾性表面波素子14の基体16の円環状の領域16bの両側の極が着座される凹所42aが形成されている。
As shown in FIG. 8, at a predetermined position facing the pair of antenna means 42, there are recesses 42a in which the poles on both sides of the
図2中に図示されていた本体12の製造工程と同様な本体12´´の製造工程において第1本体部材のシリコンウェファー12´´cに形成された気体分離流路12´´aの平面開口が第2表面板材12´´eにより覆われる前に、気体分離流路12´´aの上記所定位置に球状弾性表面波素子14が配置される。この時に、一方のアンテナ手段42の凹所42aに球状弾性表面波素子14の基体16の円環状の領域16bの一方の極が着座され、上記一方の極に配置されている弾性表面波・励起/検出手段18のすだれ状電極の一対の外部接続端子18a,18bの一方が電気的及び機械的に接続される。このような電気的及び機械的な接続は、例えば導電性接着剤の如き公知の電気的機械的接続手段により行なわれる。
Planar opening of the
上記本体12´´の製造後に気体の種類(気体成分)に応じて異なる保持時間を発揮する従来公知の薬剤が溶液と共に気体分離流路12´´aの気体流入口から注入されて気体分離流路12´´aの内表面に塗布される。さらに気体分離流路12´´aの内表面に上記所定の位置よりも気体流入口側に前述した如く気体の種類(気体成分)に応じて異なる保持時間を発揮する従来公知の薬剤が塗布される代わりに、上記薬剤を含有或いは上記薬剤が塗布されている多数のビーズを気体分離流路12´´aに保持させる場合には、上述した如く気体分離流路12´´aの上記所定位置に球状弾性表面波素子14が配置された後に気体分離流路12´´aにおいて上記所定位置の球状弾性表面波素子14よりも気体流入口側に上記ビーズが供給される。この結果、上述した多数のビーズが、気体分離流路12a中において上記所定位置の球状弾性表面波素子14よりも気体流入口側に保持される。
After manufacturing the
次に、第1本体部材のシリコンウェファー12´´cに形成された気体分離流路12´´aの平面開口が第2表面板材12´´eにより覆われることにより、他方のアンテナ手段42の凹所42aに球状弾性表面波素子14の基体16の円環状の領域16bの他方の極が着座され、上記他方の極に配置されている弾性表面波・励起/検出手段18のすだれ状電極の一対の外部接続端子18a,18bの他方が電気的及び機械的に接続される。このような電気的及び機械的な接続も、例えば、すだれ状電極の一対の外部接続端子18a,18bの外部接続部位及び一対のアンテナ手段42の材料の弾性を利用した圧接や、導電性接着剤の如き公知の電気的機械的接続手段により行なわれる。
Next, the planar opening of the
気体分離流路12´´aの上記所定位置にこのように配置された球状弾性表面波素子14の基体16の円環状の領域16bは弾性表面波・励起/検知手段18とともに気体分離流路12´´aの内表面に接触しない。
The
この実施形態の高周波信号・発信/受信手段22´は、本体12´´側の一対のアンテナ手段42と協働する制御/分析手段24´側の一対のアンテナ手段44を備えている。
The high-frequency signal / transmission / reception means 22 ′ of this embodiment includes a pair of antenna means 44 on the control / analysis means 24 ′ side that cooperates with a pair of antenna means 42 on the
この実施形態において、球状弾性表面波素子14の弾性表面波・励起/検知手段18と高周波信号・発信/受信手段22´とは、本体12´´側の一対のアンテナ手段42に制御/分析手段24´側の一対のアンテナ手段44を接近させることにより互いのアンテナ手段42,44は表面板材を介して非接触な状態でありながら電磁的に相互に接続される。
In this embodiment, the surface acoustic wave / excitation / detection means 18 and the high-frequency signal / transmission / reception means 22 ′ of the spherical surface
この状態で制御/分析手段24´は高周波信号・発信/受信手段22´の動作を制御し、所望のタイミングで高周波信号・発信/受信手段22´により電磁的に球状弾性表面波素子14の弾性表面波・励起/検知手段18に所定の高周波信号を適用させて弾性表面波・励起/検知手段18により基体16の円環状の領域16bに円環状の領域16bの延出方向に沿い所定の弾性表面波SAWを励起させるとともに伝搬させ、さらに基体16の円環状の領域16bを周回し受信した弾性表面波SAWに対応して弾性表面波・励起/検知手段18が発生した高周波信号を受信し分析する。
In this state, the control / analysis means 24 'controls the operation of the high-frequency signal / transmission / reception means 22', and the high-frequency signal / transmission / reception means 22 'controls the elasticity of the spherical surface
なお、上記薬剤を含有或いは上記薬剤が塗布されている多数のビーズを気体分離流路12´´aに保持させた場合には、球状弾性表面波素子14に隣接した上記ビーズが球状弾性表面波素子14の基体16の円環状の領域16bや弾性表面波・励起/検知手段18に接触する可能性があるが、上記接触点の面積は円環状の領域16bの全体の面積はもちろんのこと弾性表面波・励起/検知手段18の全体の面積に比べると遥かに小さく、しかも一定しているので、弾性表面波・励起/検知手段18が基体16の円環状の領域16bに励起させ伝搬させた弾性表面波に対する影響は微小である。
In addition, when a large number of beads containing the drug or coated with the drug are held in the
この間にキャリアガス供給源26からのキャリアガスとともに気体分離流路12´´a中に供給される試料注入手段28からの試料中の種々の気体成分は、気体分離流路12´´a中を流れる間に夫々の種類に応じてキャリアガスの流れの方向に流れる速度が異なることによって相互に分離され、気体分離流路12´´aの略中央の所定位置の球状弾性表面波素子14の円環状の領域16bを周回している弾性表面波SAWに順次接触させられる。接触した気体成分の種類や濃度に応じて弾性表面波SAWの強度やその減衰や速度が変化し、この変化は弾性表面波・励起/検知手段18により高周波信号の強度や速度(位相)の変化として球状弾性表面波素子14側の一対のアンテナ手段42から制御/分析手段24´側の一対のアンテナ手段44に電磁的に伝達され、さらには高周波信号・発信/受信手段22´を介して制御/分析手段24´に伝達され、制御/分析手段24´により弾性表面波SAWに順次接触した複数の気体成分の夫々の濃度が分析される。
During this time, various gas components in the sample from the sample injection means 28 that are supplied into the
制御/分析手段24´は、分析結果を表示する図示しない公知の表示手段を含んでいることが出来るとともに分析結果を記録する図示しない公知の記録手段を含んでいることが出来る。 The control / analysis unit 24 'can include a known display unit (not shown) for displaying the analysis result, and can also include a known recording unit (not shown) for recording the analysis result.
このように構成されている第2実施形態の気体分析装置40は、図1乃至図3を参照しながら前述したこの発明の第1実施形態に従った気体分析装置10と同様に動作する。とはいうものの、第2実施形態の気体分析装置40では、球状弾性表面波素子14が本体12´´の気体分離流路12´´aの気体流入口近傍領域と気体流出口近傍領域との間の中間領域中の所定の位置、この実施形態では略中央、に配置されているので、気体分離流路12´´a中にキャリアガスとともに流される試料中の複数の気体成分の中には気体分離流路12´´aの上記略中央に到達した時点で分離が十分でない気体成分がある場合がある。
The
その場合には、図1や図5中に図示されている如く、気体分離流路12´´aの気体流出口近傍領域に追加の球状弾性表面波素子14を配置するとともに気体分離流路12´´aの内表面において上記所定の位置の球状弾性表面波素子14よりも気体流出口側に追加の前述した薬剤を塗布するか、又は前述したビーズを保持させることにより、気体分離流路12´´aの内表面において上記所定の位置の球状弾性表面波素子14よりも気体流出口側でさらに詳細な分離を行い、その後に上記追加の球状弾性表面波素子14により上述した如く追加で分離された気体成分についての前述した如き分析をすればよい。
In that case, as shown in FIGS. 1 and 5, an additional spherical surface
また、この実施形態において図1乃至図3を参照しながら前述したこの発明の第1実施形態に従った気体分析装置10の球状弾性表面波素子14に代わり、図4乃至図6を参照しながら前述した第1実施形態の変形例において使用されている球状弾性表面波素子14´を使用することも出来る。この場合には、球状弾性表面波素子14´の基材16の外表面における前記円環状の領域16bの片側にのみすだれ状電極18´の2つの外部接続端子18´a,18´bが配置されているので、気体分離流路12´´aの内表面において球状弾性表面波素子14´の基材16の外表面の円環状の領域16bの片側のすだれ状電極18´の2つの外部接続端子18´a,18´bに対応した相互に離間した2つの位置に2つの外部接続端子18´a,18´bと電気的に接続される2つのアンテナ手段42が配置されることになる。
Further, in this embodiment, instead of the spherical surface
球状弾性表面波素子を電磁界によるアンテナ手段を介して動作させることで、気体分離流路の流入口あるいは排出口から離れた位置に検出器を設置できる。あるいは平面部材に電極取り出し用の貫通孔を形成する製造工程が必要なく低コストで検出器を内部に含んだ気体分離流路や本体を製造できる。 By operating the spherical surface acoustic wave element via antenna means using an electromagnetic field, the detector can be installed at a position away from the inlet or outlet of the gas separation channel. Alternatively, it is possible to manufacture a gas separation channel and a main body including a detector at a low cost without the need for a manufacturing process for forming a through hole for extracting an electrode in a planar member.
「第2実施形態の変形例」
図9の(A)及び(B)、そして図10を参照して、第2実施形態の変形例について説明する。
“Modification of Second Embodiment”
A modification of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 9A and 9B and FIG.
この変形例では、図1乃至図3を参照しながら前述したこの発明の第1実施形態に従った気体分析装置10の球状弾性表面波素子14に代わり、図4乃至図6を参照しながら前述した第1実施形態の変形例において使用されている球状弾性表面波素子14´を使用し、さらに、本体12´´の気体分離流路12´´aの所定の位置の球状弾性表面波素子14´の高周波信号発生/受信手段18´のすだれ状電極の2つの外部接続端子18´a,18´bと本体12´´の外部の高周波信号・発信/受信手段22´との間の高周波電気信号の電気的な結線を伴うことのない電磁気的な送受を行う為に、前述した第2実施形態において使用されている気体分離流路12´´aの内表面に気体分離流路12´´aの延出方向に延びて形成されている一対のアンテナ手段42と、この一対のアンテナ手段42と協働する本体12´´の外部の一対のアンテナ手段44との組み合わせとは異なっている磁界結合と呼ばれるコイルアンテナを用いた公知の無接触式電気信号送受信方法を使用している。
In this modification, instead of the spherical surface
図9の(A)中には、本体12´´の第2表面板材12´´eの外表面において気体分離流路12´´a中の所定の位置に設けられる球状弾性表面波素子14´に対応した位置に形成されたコイル状のアンテナパターンを含む外部アンテナ手段45が図示されている。このような外部アンテナ手段45は、例えば上記外表面上の上記対応した位置へ例えばクロムと金の如き導体膜を蒸着により形成した後にフォトリソグラフィーによってパターン形成することにより得ることが出来る。
In FIG. 9A, the spherical surface
図9の(B)中には、上述した外部アンテナ手段45の形成方法と同様の作成方法で本体12´´の第2表面板材12´´eの内表面において気体分離流路12´´a中の所定の位置に設けられる球状弾性表面波素子14´に対応した位置に形成されたコイル状のアンテナパターンを含むアンテナ手段47が図示されている。以下ここでは、アンテナ手段47は、外部アンテナ手段45との区別を明確にする為に内部アンテナ手段47という。
In FIG. 9B, the
図9の(A)及び(B)中に図示されている外部アンテナ手段45及び内部アンテナ手段47は、図2中に図示されていた本体12の製造工程と同様な本体12´´の製造工程において第1本体部材のシリコンウェファー12´´cに形成された気体分離流路12´´aの平面開口が第2表面板材12´´eにより覆われる前に、第2表面板材12´´eの外表面及び内表面の夫々の所定の位置に上述した如く形成される。
The external antenna means 45 and the internal antenna means 47 shown in FIGS. 9A and 9B are the same as the manufacturing process of the
さらに、図10中に図示されている如く、第2表面板材12´´eの内表面の内部アンテナ手段47の一対の端子48に球状弾性表面波素子14´の基体16の一方の極の一対の外部接続端子18´a,18´bが電気的に接続されるとともに機械的に固定された後に、第1本体部材のシリコンウェファー12´´cに形成された気体分離流路12´´aの平面開口を覆うよう第2表面板材12´´eが第1本体部材のシリコンウェファー12´´cの外側平面に固定される。これにより、球状弾性表面波素子14´は本体12´´の気体分離流路12´´a中の所定の位置に設けられる。この変形例では、上述した電気的な接続及び機械的な固定は、例えば金バンプ49が使用されている。
Further, as shown in FIG. 10, a pair of one pole of the
その後、第2表面板材12´´eの外表面の外部アンテナ手段45の一対の端子46の一方は接地され、また他方は高周波信号発生/受信手段22´を介し制御/分析手段24´に接続されている。
Thereafter, one of the pair of
[第3実施形態]
次に、添付の図面中の図11及び図12を参照しながら、この発明の第3実施形態に従った気体分析装置50を説明する。
[Third Embodiment]
Next, a
この実施形態に従った気体分析装置50が、図1乃至図3を参照しながら前述したこの発明の第1実施形態に従った気体分析装置10と異なっているのは、本体12´´´の流路における所定の配置位置への球状弾性表面波素子14の配置方法及び上記配置位置への固定方法であるとともに、球状弾性表面波素子14の弾性表面波・励起/検知手段18の動作を制御する方法である。
The
この実施形態に従った気体分析装置50において使用されている球状弾性表面波素子14は前述したこの発明の第1実施形態に従った気体分析装置10において使用されている球状弾性表面波素子14と同じであるが、球状弾性表面波素子14において円環状の領域16bの両側に位置する一対の極に、即ち一対の極に位置する弾性表面波・励起/検出手段18のすだれ状電極の一対の外部接続端子18a,18bの比較的大きな面積の外部接続部位に、アンテナ材料のアンテナ手段が電気的及び機械的に接続されている。
The spherical surface
詳細には、アンテナ手段は導体、好ましくは金属によりなるブロック状のアンテナ部材52により提供されていて、上述した電気的及び機械的な接続は例えば半田や導電性接着剤の如き公知の電気的機械的接続手段により行なわれている。ブロック状のアンテナ部材52はこの例では導電性部材で有るが、高周波信号の送受においてその効率を向上する為のコンデンサ機能部品を兼ねさせたり配線パターンを含ませることも可能であることは言うまでもない。
Specifically, the antenna means is provided by a block-
この実施形態に従った気体分析装置50において使用されている本体12´´´の気体分離流路12´´´aの内表面の径は気体流出口近傍領域の所定の位置以外は気体流入口から気体流出口まで同じであって、アンテナ部材52の外径及び球状弾性表面波素子14の基体16の外径は気体分離流路12´´´aの内表面の上記所定の位置以外の径よりも僅かに小さい。従って、アンテナ部材52が接続されている球状弾性表面波素子14は気体分離流路12´´´aが延出している方向を回転中心とする以外には回転できない。気体分離流路12´´´aの内表面の上記所定の位置には位置決め突起54が形成されている。
The diameter of the inner surface of the
図2中に図示されている本体12の製造工程と同じ製造工程で本体12´´´が製造された後に、一対のアンテナ部材52を伴った球状弾性表面波素子14は、図11中に図示されている如く、本体12´´´の気体分離流路12´´´aの気体流入口に一方のアンテナ部材52を先頭に挿入される。続いて多数の充填剤(例えば、スチレン/ジビニルベンゼンビーズ)56を含んでいる溶液を充填剤充填装置51によって気体流入口に高圧で注入する。
The spherical surface
一対のアンテナ部材52を伴った球状弾性表面波素子14は、上記溶液により気体分離流路12´´´aの気体流出口に向かい押し流され、気体分離流路12´´´aの気体流出口近傍領域の所定の位置の位置決め突起54に先頭の一方のアンテナ部材52が当接することにより気体分離流路12´´´aの出口近傍領域の所定の位置に配置される。その後に、充填剤充填装置51は、不活性ガスを上記気体流入口に供給することによって上記溶液のみを気体分離流路12´´´aの気体流出口から排出させ、気体分離流路12´´´aにおいて上記所定の位置の球状弾性表面波素子14の他方のアンテナ部材52から気体流入口までの間に多数の充填剤56を残す。
The spherical surface
一対のアンテナ部材52の間の球状弾性表面波素子14の円環状の領域16bは、図12中に図示されている如く、一対のアンテナ部材52と球状弾性表面波素子14の基体16との組み合わせにおいて一対のアンテナ部材52と球状弾性表面波素子14の基体16とを貫く長手方向中心線に対し傾斜している。従って、一対のアンテナ部材52と球状弾性表面波素子14の基体16との組み合わせが、本体12´´´の気体分離流路12´´´a中に挿入された後には、一対のアンテナ部材52のいずれか一方が気体分離流路12´´´aの内表面に接触した場合はもちろんのこと、一対のアンテナ部材52の両方が気体分離流路12´´´aの内表面に接触した場合でも、球状弾性表面波素子14の基体16の円環状の領域16bは上記内表面に決して接触することがない。
An
気体分離流路12´´´aの所定位置への一対のアンテナ部材52と球状弾性表面波素子14の基体16との組み合わせの固定は、この組み合わせを気体分離流路12´´´a中に挿入した後に、前述した如く気体分離流路12´´´aの気体流入口から充填剤充填装置51により多数の充填剤(ビーズ)56を含む溶液を流し込み、図12中に図示されている如く、充填剤(ビーズ)56により一対のアンテナ部材52と球状弾性表面波素子14の基体16との組み合わせを気体分離流路12´´´aの所定位置の位置決め突起54に押圧させることにより実行することが出来る。
Fixing the combination of the pair of
気体分離流路12´´´a中の充填剤(ビーズ)56は、図12中に図示されている如く、相互間に隙間を生じさせ、図1の第1実施例の如く気体分離流路12´´´aの気体流入口に接続されるキャリャガス供給源26からのキャリアガスの流れを阻害しないし、キャリアガスとともに試料注入手段28により気体分離流路12´´´aの気体流入口に供給される種々の気体成分を含む試料の流れも阻害しない。そして充填剤(ビーズ)56は、分離したい気体成分の種類に従ってことなる保持時間を発揮する薬剤を保持又は塗布されているが、気体分離流路12´´´aの内表面,一対のアンテナ部材52と球状弾性表面波素子14の基体16との組み合わせ,キャリアガス,そして上記試料に含まれている種々の気体成分を変質させない。
As shown in FIG. 12, the filler (beads) 56 in the gas
この実施形態の高周波信号・発信/受信手段22´´は、球状弾性表面波素子14側の一対のアンテナ部材52と協働する制御/分析手段24´´側の一対のアンテナ手段58を備えている。
The high-frequency signal / transmission / reception means 22 ″ of this embodiment includes a pair of antenna means 58 on the control / analysis means 24 ″ side that cooperates with the pair of
この実施形態において、球状弾性表面波素子14の弾性表面波・励起/検知手段18と高周波信号・発信/受信手段22´´とは、球状弾性表面波素子14側の一対のアンテナ部材52に制御/分析手段24´´側の一対のアンテナ手段58を接近させることにより非接触な状態で電磁的に相互に接続される。
In this embodiment, the surface acoustic wave / excitation / detection means 18 and the high-frequency signal / transmission / reception means 22 ″ of the spherical surface
この状態で制御/分析手段24´´は高周波信号・発信/受信手段22´´の動作を制御し、所望のタイミングで高周波信号・発信/受信手段22´´により電磁的に球状弾性表面波素子14の弾性表面波・励起/検知手段18に所定の高周波信号を適用させて弾性表面波・励起/検知手段18により基体16の円環状の領域16bに円環状の領域16bの延出方向に沿い所定の弾性表面波SAWを励起させるとともに伝搬させ、さらに基体16の円環状の領域16bを周回し受信した弾性表面波SAWに対応して弾性表面波・励起/検知手段18が発生した高周波信号を受信し分析する。
In this state, the control / analysis means 24 ″ controls the operation of the high frequency signal / transmission / reception means 22 ″, and electromagnetically the spherical surface acoustic wave element is electromagnetically operated by the high frequency signal / transmission / reception means 22 ″ at a desired timing. A predetermined high-frequency signal is applied to the 14 surface acoustic wave / excitation / detection means 18, and the surface acoustic wave / excitation / detection means 18 causes the
この間に図示されていないキャリアガス供給源からのキャリアガスとともに気体分離流路12´´´a中に供給される図示されていない試料注入手段からの試料中の種々の気体成分は、気体分離流路12´´´a中の多数の充填剤(ビーズ)56の間を流れる間に夫々の種類に応じてキャリアガスの流れの方向に相互に分離され、気体分離流路12´´´aの気体流出口近傍領域の所定位置の球状弾性表面波素子14の円環状の領域16bを周回している弾性表面波SAWに順次接触させられる。接触した気体成分の種類や濃度に応じて弾性表面波SAWの強度(減衰率)や速度(位相)が変化し、この変化は弾性表面波・励起/検知手段18により高周波信号の強度(減衰率)や速度(位相)の変化として球状弾性表面波素子14側の一対のアンテナ部材52から制御/分析手段24´´側の一対のアンテナ手段58に電磁的に伝達され、さらには高周波信号・発信/受信手段22´´を介して制御/分析手段24´´に伝達され、制御/分析手段24´´により弾性表面波SAWに順次接触した複数の気体成分の夫々の濃度が分析される。
During this time, various gas components in the sample from the sample injection means (not shown) supplied into the
制御/分析手段24´´は、分析結果を表示する図示しない公知の表示手段を含んでいることが出来るとともに分析結果を記録する図示しない公知の記録手段を含んでいることが出来る。
The control /
なお、本実施例では一対のアンテナ部材52と球状弾性表面波素子14との組み合わせは、本体12′′′の製造工程において第1本体部材のシリコンウェファー12′′′cに形成された気体分離流路12´´´aの平面開口が第2表面板材12′′′eにより覆われたあとに気体分離流路12´´´aの気体流入口に挿入されたが、シリコンウェファー12′′′cに形成された気体分離流路12´´´aの平面開口が第2表面板材12′′′eにより覆われる前に一対のアンテナ部材52と球状弾性表面波素子14を気体分離流路12´´´a中の所定の位置に設置した後に上記平面開口を第2表面板材12′′′eにより覆っても良い事は当然である。
In the present embodiment, the combination of the pair of
また、本実施例では一対のアンテナ部材52と球状弾性表面波素子14との組み合わせは、図2中に図示されている本体12の製造工程と同じ製造工程で本体12´´´が製造された後に、一対のアンテナ部材52を伴った球状弾性表面波素子14を、本体12´´´の気体分離流路12´´´aの気体流出口から一方のアンテナ部材52を先頭に挿入させることも出来る。
Further, in this embodiment, the combination of the pair of
この場合には、気体分離流路12´´´aの気体流出口から一対のアンテナ部材52と球状弾性表面波素子14との組み合わせを挿入した後に気体分離流路12´´´aの気体流出口の出口又は気体分離流路12´´´a中において気体流出口近傍の所定位置に位置決め突起54を固定する。続いて多数の充填剤(例えば、スチレン/ジビニルベンゼンビーズ)56を含んでいる溶液を充填剤充填装置51によって気体流入口に高圧で注入し、さらに充填剤充填装置51は、不活性ガスを上記気体流入口に供給することによって上記溶液のみを気体分離流路12´´´aの気体流出口から排出させ、気体流出口又は気体分離流路12´´´aの気体流出口近傍の上記所定の位置の位置決め突起54により気体分離流路12´´´aの気体流出口近傍の上記所定の位置に位置決めされている球状弾性表面波素子14の内方のアンテナ部材52から気体流入口までの間に多数の充填剤56を残す。
In this case, after the combination of the pair of
気体分離流路12´´´aの気体流出口近傍の上記所定位置への一対のアンテナ部材52と球状弾性表面波素子14の基体16との組み合わせの固定は、充填剤(ビーズ)56により一対のアンテナ部材52と球状弾性表面波素子14の基体16との組み合わせを気体流出口又は気体分離流路12´´´aの気体流出口近傍の上記所定の位置の位置決め突起54に押圧させることにより実行することが出来る。
The combination of the pair of
[第4実施形態]
次に、添付の図面中の図13及び図14を参照しながら、この発明の第4実施形態に従った気体分析装置60を説明する。
[Fourth Embodiment]
Next, a gas analyzer 60 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 and 14 in the accompanying drawings.
この実施形態に従った気体分析装置60が、図1乃至図3を参照しながら前述したこの発明の第1実施形態に従った気体分析装置10や図9及び図10を参照しながら前述した第2の実施形態の変形例の気体分析装置と異なっているのは、本体12の気体分離流路12aにおける球状弾性表面波素子14´´の固定方法であるとともに、アンテナ手段を球状弾性表面波素子14´´の基体16の表面に形成することであり、さらには球状弾性表面波素子14´´の弾性表面波・励起/検知手段18´´の動作を制御する方法である。
The gas analyzer 60 according to this embodiment is the same as the
図13中に良く示されている如く、第4実施形態の球状弾性表面波素子14´´の弾性表面波・励起/検知手段18´´のすだれ状電極の一対の外部接続端子18´´a,18´´bは、基体16の円環状の領域16bの一方の側の極に延出していて、上記一方の極を中心にしたコイル状のアンテナパターンのアンテナ手段18´´cを構成している。なお、この際にコイル状のアンテナパターンのアンテナ手段18´´cと交差しなければならない一方の外部接続端子18´´bは、絶縁体18´´dにより覆われていて、コイル状のアンテナパターンのアンテナ手段18´´cとの電気的な接続が避けられている。
As well shown in FIG. 13, a pair of
図14中に良く示されている如く、第4実施形態の本体12の構成は図1乃至図3を参照しながら前述した第1実施形態の本体12の構成と同じであり、気体分離流路12aの気体流出口近傍の所定の位置に球状弾性表面波素子14´´が配置されている。
As well shown in FIG. 14, the configuration of the
詳細には、気体分離流路12aの上記気体流出口近傍を規定している内表面の上記所定の位置には、図2中に図示されていた本体12の製造工程において第1本体部材のシリコンウェファー12cに形成された気体分離流路12aの平面開口が第2表面板材12eにより覆われる前に、図14中に図示されている如く、球状弾性表面波素子14´´の基体16において円環状の領域16bの他方の側の極を受け入れる凹所62aを伴った台座62が固定され、さらに台座62の凹所62aに球状弾性表面波素子14´´の基体16において円環状の領域16bの他方の側の極が着座され公知の固定手段、例えば接着剤、により固定される。そしてその後、第1本体部材のシリコンウェファー12cに形成されたた気体分離流路12aの平面開口が第2表面板材12eにより覆われる。
Specifically, the silicon of the first main body member is formed in the predetermined position on the inner surface defining the vicinity of the gas outlet of the
気体分離流路12aの上記所定位置にこのように配置された球状弾性表面波素子14´´の基体16の円環状の領域16bは弾性表面波・励起/検知手段18とともに気体分離流路12aの内表面に接触しない。
The
この実施形態の高周波信号・発信/受信手段22´´´は、本体12の気体分離流路12aの上記所定位置に配置されている球状弾性表面波素子14´´のコイル状のアンテナパターンのアンテナ手段18´´cと協働する制御/分析手段24´´´側の一対のコイル状のアンテナパターンのアンテナ手段64を備えている。
The high-frequency signal / transmitting / receiving means 22 ″ ″ of this embodiment is an antenna having a coiled antenna pattern of a spherical surface
この実施形態において、球状弾性表面波素子14´´の弾性表面波・励起/検知手段18と高周波信号・発信/受信手段22´´´とは、本体12側の球状弾性表面波素子14´´の弾性表面波・励起/検知手段18の一対の外部接続端子18´´a,18´´bのコイル状のアンテナパターンのアンテナ手段18´´cに制御/分析手段24´´´側のコイル状のアンテナパターンのアンテナ手段64を接近させることにより非接触な状態で電磁的に相互に接続される。
In this embodiment, the surface acoustic wave / excitation / detection means 18 and the high frequency signal / transmission / reception means 22 ″ of the spherical surface
この状態で制御/分析手段24´´´は高周波信号・発信/受信手段22´´´の動作を制御し、所望のタイミングで高周波信号・発信/受信手段22´´´により電磁的に球状弾性表面波素子14´´の弾性表面波・励起/検知手段18´´に所定の高周波信号を適用させて弾性表面波・励起/検知手段18´´により基体16の円環状の領域16bに円環状の領域16bの延出方向に沿い所定の弾性表面波SAWを励起させるとともに伝搬させ、さらに基体16の円環状の領域16bを多重周回し受信した弾性表面波SAWに対応して弾性表面波・励起/検知手段18´´が発生した高周波信号を受信し分析する。
In this state, the control / analysis means 24 "" controls the operation of the high-frequency signal / transmission / reception means 22 "", and the high-frequency signal / transmission / reception means 22 "" performs electromagnetic spherical elasticity at a desired timing. A predetermined high-frequency signal is applied to the surface acoustic wave / excitation / detection means 18 ″ of the
この間にキャリアガス供給源26からのキャリアガスとともに気体分離流路12a中に供給される試料注入手段28からの試料中の種々の気体成分は、気体分離流路12a中を流れる間に夫々の種類に応じてキャリアガスの流れの方向にその保持時間の違いによって相互に分離され、気体分離流路12aの気体流出口近傍領域の所定位置の球状弾性表面波素子14´´の円環状の領域16bを周回している弾性表面波SAWに順次接触させられる。接触した気体成分の種類や濃度に応じて弾性表面波SAWの強度(減衰率)や速度(位相)が変化し、この変化は弾性表面波・励起/検知手段18´´により高周波信号の強度(減衰率)や速度(位相)の変化としてコイル状のアンテナパターンのアンテナ手段18´´cから制御/分析手段24´´´側のコイル状のアンテナパターンのアンテナ手段64に電磁的に伝達され、さらには高周波信号・発信/受信手段22´´´を介して制御/分析手段24´´´に伝達され、制御/分析手段24´´´により弾性表面波SAWに順次接触した複数の気体成分の夫々の濃度が分析される。
During this period, various gas components in the sample from the sample injection means 28 supplied into the
球状弾性表面波素子14´´の基体16の外表面上にコイル状のアンテナパターンを形成する代わりに、図13及び図14中に図示されている第4実施形態に従った球状弾性表面波素子14´´の弾性表面波・励起/検知手段18´´のすだれ状電極の一対の外部接続端子18´´a,18´´bとは逆に、上記すだれ状電極の一対の外部接続端子18´´a,18´´bを基体16の円環状の領域16bの他方の極の側に延出させ、さらに台座62の表面において凹所62aの周囲にコイル状のアンテナパターンを形成し、球状弾性表面波素子14´´の基体16の他方の極の側を台座62の表面の凹所62aに着座させる時に上記他方の極の側のすだれ状電極の一対の外部接続端子18´´a,18´´bを上記コイル状のアンテナパターンに例えば金バンプ等の公知の電気的機械的接続手段を使用して電気的に接続するとともに機械的に固定することが出来る。
Instead of forming a coiled antenna pattern on the outer surface of the
制御/分析手段24´´´は、分析結果を表示する図示しない公知の表示手段を含んでいることが出来るとともに分析結果を記録する図示しない公知の記録手段を含んでいることが出来る。
The control /
[第5実施形態]
次に、添付の図面中の図15を参照しながら、この発明の第5実施形態に従った気体分析装置70を説明する。
[Fifth Embodiment]
Next, a gas analyzer 70 according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 15 in the accompanying drawings.
気体分析装置70は:種々の気体成分を含む気体が流され気体中の種々の気体成分を種類に応じて気体の流れの方向に相互に分離させる第1気体分離流路72aを含む本体72と;本体72の第1気体分離流路72a中の所定の位置に配置された第1球状弾性表面波素子74と;を備えている。公知の微細加工技術(マイクロマシニング)によりこのような第1気体分離流路72aの横断面積は一般に1mm2以下にすることが出来、気体分析装置70の小型化とともに製造も容易になる。
The gas analyzer 70 includes: a
詳細には、本体72は平坦な板形状をしていて、本体72の2つの平面の間に1つの螺旋形状の第1気体分離流路72aが形成されている。第1気体分離流路72aの気体流入口は本体12の薄い側面に開口しており、第1気体分離流路72aの気体流出口近傍領域に第1球状弾性表面波素子74が配置されている。
Specifically, the
気体分析装置70の本体72はさらに、第1気体分離流路72aの下流で分岐弁76を介して複数に分岐しており、この実施形態では1つの排出流路78,第2気体分離流路72b,そして第3気体分離流路72cに分岐している。排出流路78,第2気体分離流路72b,そして第3気体分離流路72cの夫々の気体流出口は、本体12の薄い側面において相互に異なった位置に開口している。
The
第2気体分離流路72b及び第3気体分離流路72cの夫々は、その内表面に塗布される薬剤か或いはその内部に配置され薬剤が塗布又は充填された多数の充填剤と夫々に流される気体の種々の気体成分との相互作用により気体成分の種類によって異なった保持時間を発揮させる事が出来る。つまり、第1気体分離流路72aの内表面に塗布された薬剤か或いはその内部に配置され薬剤が塗布又は充填された多数の充填剤によって分離できなかった気体成分が、球状弾性表面波素子74からの出力を分析した制御/分析手段84の計測結果に基づいて分岐弁76が操作され、他の第2の気体分離流路72bあるいは第3の気体分離流路72cでようやく分離されて夫々の下流にある第2球状弾性表面波素子80aや第3球状弾性表面波素子80cで検出することが可能である。種類の違う気体成分に対して互いに異なる保持時間を発揮させる薬剤や充填材は、polyphenyl ether、cerebrosides、thermol-1、polyethylene glycol 1000、versamid 900、tricresyl phosphate、apiezon L、ethyl cellulose等の商品名で様々な材料が既に入手可能であり、分離しようとする気体成分の種類に合わせて用いる。
Each of the second gas
第2気体分離流路72b及び第3気体分離流路72cの夫々の所定位置、この実施形態では夫々の気体流出口近傍領域、には、第1気体分離流路72a中の第1球状弾性表面波素子74と同様の第2及び第3球状弾性表面波素子80a,80bが配置されている。
The first spherical elastic surface in the first
上述した如き、第1気体分離流路72a,排出流路78,第2気体分離流路72b,そして第3気体分離流路72cを含む本体72は、図2の(A)乃至(D)を参照しながら前述した第1実施形態の気体分離流路12aを含む板形状の本体12の製造方法と同様のいわゆるマイクロマシニングにより数センチ角の寸法で精密に製造することが出来る。
As described above, the
第1球状弾性表面波素子74,第2球状弾性表面波素子80a,そして第3球状弾性表面波素子80bの夫々は、本体12の外部から電磁的に動作が制御されるよう例えば図12中に図示されている球状弾性表面波素子14の如く一対のアンテナ部材52と組み合わされていたり、あるいは図9や図10中に図示されている如く気体分離流路12´´aの内表面に形成されているループ状のアンテナパターンのアンテナ手段47と組み合わされたり、あるいは図14中に図示されている球状弾性表面波素子14′′の弾性表面波・励起/検出手段18´´のすだれ状電極の一対の電極18´´a,18´´bの如く、夫々の図示されていない弾性表面波・励起/検出手段のすだれ状電極の一対の電極がコイル状アンテナパターンのアンテナ手段に構成されている。
Each of the first spherical surface
第1球状弾性表面波素子74,第2球状弾性表面波素子80a,そして第3球状弾性表面波素子80bの夫々は、例えば図12中に図示されている球状弾性表面波素子14や図14中に図示されている球状弾性表面波素子14′′の如く本体72の製造工程の途中で第1気体分離流路72a,第2気体分離流路72b,そして第3気体分離流路72cの夫々の出口近傍領域の所定の位置に配置され固定される。
Each of the first spherical surface
分岐弁76は、第1気体分離流路72aからの気体を排出流路78,第2気体分離流路72b,そして第3気体分離流路72cのいずれかに選択的に流すことが出来るよう構成されていて、しかも本体12の外部から電磁的に動作が制御されるよう構成されているが、このような分岐弁76はいわゆるマイクロマシニングと呼ばれている微小精密加工技術により本体72において第1気体分離流路72aの下流の所定位置に作り込むことが可能である。
The
第1気体分離流路72aの入口には、図1中に図示されていた第1実施形態の気体分析装置10において使用されていたのと同じキャリアガス供給源26及び試料注入手段28が接続されており、第1球状弾性表面波素子74,第2球状弾性表面波素子80a,そして第3球状弾性表面波素子80bの夫々は、本体72の外部の高周波信号・励起/検出手段82に電磁的に接続され、高周波信号・励起/検出手段82は制御/分析手段84に接続されている。制御/分析手段84にはさらに、分岐弁76も電磁的に接続されている。
The same carrier
次にこのように構成されたこの発明の第5実施形態に従った気体分析装置70の動作について説明する。 Next, the operation of the gas analyzer 70 according to the fifth embodiment of the present invention configured as described above will be described.
キャリアガス供給源26から第1気体分離流路72aの気体流入口に向かいキャリアガスを所定の速度で供給している間に試料注入手段28を介してこの気体分析装置70において分析しようとする種々の気体成分を含む試料を上記キャリアガス中に注入する。
While the carrier gas is being supplied from the carrier
このように、様々な気体成分を含んだ気体中の種々の気体成分を相互に分離して分析する際に、分離したい気体成分の種類に応じて異なる薬剤や薬剤が塗布されるか又は充填されている充填剤やあるいは長さの異なる気体分離流路を選択的に使用することで、様々な気体成分の分離に対応可能な気体分析装置を実現できる。さらに、第1の気体分離流路72aに組み合わされた第1の球状弾性表面波素子74を用いて分析した結果によって、第1の気体分離流路72aの下流の第2気体分離流路72bや第3気体分離流路72cに長く気体が残留して次の計測までに長い時間が必要になることを排気路78からの排気によって避ける事も可能になる。
Thus, when various gas components in a gas containing various gas components are separated and analyzed from each other, different drugs or drugs are applied or filled depending on the type of gas components to be separated. By selectively using the gas separation channels having different lengths or different lengths, it is possible to realize a gas analyzer that can cope with separation of various gas components. Further, depending on the result of analysis using the first spherical surface
このことは気体成分検知器として球状弾性表面波素子を使用することで初めて可能になる。気体成分検知器として従来の熱伝導度利用式検出器や水素炎利用式検知器を用いた場合には、気体成分検知器を本体72の気体分離流路中に配置する事は不可能だった。つまり、前記したように球状弾性表面波素子は、高周波を用いた電磁的な方法で非接触でも本体の外部からその動作を制御することが可能であるが、従来の熱伝導度利用式検出器や水素炎利用式検知器は加熱機構を有し分析すべき気体の温度を上昇させるので、その下流で追加の気体分析装置によりさらなる気体成分の分析を行う場合にその分析結果に温度上昇の影響をもたらし、一体に形成された本体内で相互に連通している複数の気体分離流路内に複数の気体成分検知器として複数の球状弾性表面波素子を使用するこの実施形態のように小型でしかも高精度な分析を可能にすることができない。
This is possible for the first time by using a spherical surface acoustic wave element as a gas component detector. When a conventional thermal conductivity detector or a hydrogen flame detector is used as a gas component detector, it was impossible to place the gas component detector in the gas separation channel of the
また、小型化するために必要な電力の供給が難しく、球状弾性表面波素子は高周波信号を使用するためにアンテナを使えば動作する事が出来るが、前述した従来の検知器では難しい。 In addition, it is difficult to supply power necessary for miniaturization, and the spherical surface acoustic wave element can be operated by using an antenna to use a high-frequency signal, but is difficult with the above-described conventional detector.
従来の平面型の弾性表面波素子を用いることでも非接触での動作と計測が考えられるが、従来の平面型の弾性表面波素子はその内部に反射器をそなえる必要があることから大型で大きな気体分離流路を作る必要がありマイクロマシンニング技術を用いて対応する大型で大きな気体分流路を製造することは出来なくなる。さらに、従来の平面型の弾性表面波素子は基体が平面形状をしていて球体ではないために気体分離流路を通過する気体の流れを不規則に乱すという問題もあり、実装方法だけでなく、アンテナの形成も困難となる。 Non-contact operation and measurement can be considered by using a conventional surface acoustic wave element, but a conventional surface acoustic wave element is large and large because it needs a reflector inside. It is necessary to create a gas separation channel, and it is impossible to manufacture a corresponding large and large gas distribution channel using micromachining technology. Furthermore, the conventional planar surface acoustic wave device has a problem that the flow of the gas passing through the gas separation channel is irregularly disturbed because the substrate has a planar shape and is not a sphere. Also, the formation of the antenna becomes difficult.
さらには、水素炎利用式検知器では分析する気体を燃焼してしまう為に、下流で異なる気体分離流路で分析することが出来ないために、複数の気体分離流路を一枚の本体中に機能的に接続して動作するものは実現出来ない。 Furthermore, since the gas to be analyzed burns with the hydrogen flame type detector, it cannot be analyzed in different gas separation channels downstream, so that multiple gas separation channels are placed in one main body. It cannot be realized that it is functionally connected to the system.
以上説明するように、気体分離流路と検知器を一体に形成したり、あるいは複数の気体分離流路を本体に含ませる事は球状弾性表面波素子を使用して初めて可能になることである。また、電磁的な送受信を導入する事によってその性能を向上したり結線などの製造コストを抑制する利点がえられる。 As described above, it is only possible to form a gas separation channel and a detector integrally or to include a plurality of gas separation channels in the main body using a spherical surface acoustic wave element. . In addition, by introducing electromagnetic transmission / reception, there are advantages of improving the performance and suppressing the manufacturing cost such as connection.
なおこの制御/分析手段84も、分析結果を表示する図示しない公知の表示手段を含んでいることが出来るとともに分析結果を記録する図示しない公知の記録手段を含んでいることが出来る。
The control / analyzing
単一の基材の上に複数の弾性表面波の周回経路を有する場合には周回経路に応じて、あるいは複数の球状弾性表面波素子を用いる場合には異なる気体反応特性を持った感応膜を夫々の素子にもたせることができる。このような、気体の種類に応じて互いに異なる応答をする感応膜を用いて気体の分析を行う方法は匂いセンサなど公知の方法が採用できる。例えば3個の球状弾性表面波素子で構成されそのうち2個は互いに異なる感応膜を形成しており、3個の球状弾性表面波素子の応答に基づいて気体成分についての情報を制御/分析手段が得る事が出来る。この様に本発明においては球状弾性表面波素子は、その表面に複数の経路を持っていても良いし互いに異なる感応膜を持っていてもよく、さらには複数の素子によって構成してもこれを除くものではない。複数の素子を一箇所に使用したり複数種類の感応膜を使用することでより多くの気体成分に関する情報を得る事が出来る事は明らかである。 When a plurality of surface acoustic wave circulation paths are provided on a single substrate, a sensitive film having different gas reaction characteristics is used depending on the circulation path or when using a plurality of spherical surface acoustic wave elements. Each element can be applied. A known method such as an odor sensor can be employed as a method for analyzing gas using such sensitive films that respond differently depending on the type of gas. For example, it is composed of three spherical surface acoustic wave elements, two of which form different sensitive films. Based on the response of the three spherical surface acoustic wave elements, the control / analyzing means controls / analyzes information on gas components. I can get it. Thus, in the present invention, the spherical surface acoustic wave element may have a plurality of paths on its surface, may have different sensitive films, or may be constituted by a plurality of elements. It is not excluded. It is clear that information on more gas components can be obtained by using a plurality of elements in one place or using a plurality of types of sensitive films.
[第6実施形態]
次に、添付の図面中の図16を参照しながら、この発明の第6実施形態に従った気体分析装置120を説明する。
[Sixth Embodiment]
Next, a
第6実施形態に従った気体分析装置120においては、種々の気体成分を含む気体が流され気体中の種々の気体成分を種類に応じて気体の流れの方向に相互に分離させる気体分離流路122aが本体122中に2層になって形成されている。
In the
詳細には、本体122は、図2(A)乃至(D)を参照しながら前述した第1実施例の気体分析装置10の本体12と同様に、マイクロマシニングにより製造された第1本体ハーフ126を備えている。第1本体ハーフ126は、一対の耐熱強化ガラス製の所定の寸法の第1及び第2表面板材126a,126b間に挟まれたシリコンウェファー126cを含む。シリコンウェファー126cは第1表面板材126aに陽極接合された後に例えばDRIE(Deep Reactive Ion Etching)と呼ばれているエッチング技術により気体分離流路122aの後半分が形成され、第2表面板材126bはシリコンウェファー126cに対しシリコンウェファー126cの気体分離流路122aの平面開口を覆うように陽極接合されている。
Specifically, the
気体分離流路122aの後半分の一端を気体分離流路122aの全体の出口として機能させる為に第1本体ハーフ126の第1表面板材126aにおいて気体分離流路122aの後半分の一端に対応する部分には出口開口が形成されていて、出口開口には出口ノズル126dが固定されている。
In order to make one end of the rear half of the
気体分離流路122aの後半分の他端は気体分離流路122aの全体の中間となり、第1本体ハーフ126の第2表面板材126bにおいて気体分離流路122aの後半分の他端に対応する部分には中間開口が形成されている。
The other end of the rear half of the
中間開口には、電磁的に操作される球状弾性表面波素子128が格納される。
A spherical surface
本体122はさらに、図2(A)乃至(D)を参照しながら前述した第1実施例の気体分析装置10の本体12と同様に、マイクロマシニングにより製造された第2本体ハーフ130を備えている。第2本体ハーフ130は、1枚の耐熱強化ガラス製の所定の寸法の第3表面板材130aの2つの平面の一方に陽極接合されたシリコンウェファー130bを含む。シリコンウェファー130bには第3表面板材130aに陽極接合された後に例えばDRIE(Deep Reactive Ion Etching)と呼ばれているエッチング技術により気体分離流路122aの前半分が形成される。第2本体ハーフ130のシリコンウェファー130bの平面開口は第2本体ハーフ130のシリコンウェファー130bが第1本体ハーフ126の第2表面板材126bに重複されることにより閉じられ、第2本体ハーフ130のシリコンウェファー130bは第1本体ハーフ126の第2表面板材126bに対し例えば陽極接合により接合される。
The
第2本体ハーフ130のシリコンウェファー130bの気体分離流路122aの前半分の一端を気体分離流路122aの全体の入口として機能させる為に第2本体ハーフ130の第3表面板材130aにおいて気体分離流路122aの前半分の一端に対応する部分には入口開口が形成されていて、入口開口には入口ノズル130cが固定されている。
In order to allow one end of the front half of the gas
気体分離流路122aの前半分の他端は気体分離流路122aの全体の中間となり、第1本体ハーフ126の第2表面板材126bにおいて気体分離流路122aの後半分の他端に対応する部分の中間開口に一致され、この中間開口に格納された球状弾性表面波素子128を覆っている。
The other end of the front half of the
入口ノズル130cには試料注入手段28及びキャリアガス供給源26が接続される。
The sample injection means 28 and the carrier
キャリアガス供給源26からのキャリアガスとともに試料注入手段28からの種々の気体成分を含む試料が入口ノズル130cを介して本体122の気体分離流路122a中に流されると気体分離流路122a中において試料中の種々の気体成分が種類に応じてキャリアガス及び試料の流れの方向に相互に分離させる。
When a sample containing various gas components from the sample injection means 28 together with the carrier gas from the carrier
この実施形態において、球状弾性表面波素子128の基体16(図12参照)の円環状の領域16b上の弾性表面波・励起/検知手段18は、球状弾性表面波素子128に組み合わされている一対のアンテナ部材128aに高周波信号・発信/受信手段22´´の一対のアンテナ手段58を接近させることにより高周波信号・発信/受信手段22´´と非接触な状態で電磁的に相互に接続される。
In this embodiment, the surface acoustic wave / excitation / detection means 18 on the
この状態で制御/分析手段24´´は高周波信号・発信/受信手段22´´の動作を制御し、所望のタイミングで高周波信号・発信/受信手段22´´により電磁的に球状弾性表面波素子128の弾性表面波・励起/検知手段18に所定の高周波信号を適用させて弾性表面波・励起/検知手段18により基体16の円環状の領域16bに円環状の領域16bの延出方向に沿い所定の弾性表面波SAWを励起させるとともに伝搬させ、さらに基体16の円環状の領域16bを周回し受信した弾性表面波SAWに対応して弾性表面波・励起/検知手段18が発生した高周波信号を受信し分析する。
In this state, the control / analysis means 24 ″ controls the operation of the high frequency signal / transmission / reception means 22 ″, and electromagnetically the spherical surface acoustic wave element is electromagnetically operated by the high frequency signal / transmission / reception means 22 ″ at a desired timing. A predetermined high-frequency signal is applied to the 128 surface acoustic wave / excitation / detection means 18, and the surface acoustic wave / excitation / detection means 18 causes the
この間にキャリアガス供給源26からのキャリアガスとともに気体分離流路122a中に供給される試料注入手段28からの試料中の種々の気体成分は、気体分離流路122a中を流れる間に夫々の種類に応じてキャリアガスの流れの方向に相互に分離され、気体分離流路122aの中間位置の球状弾性表面波素子128の円環状の領域16bを周回している弾性表面波SAWに順次接触させられる。接触した気体成分の種類や濃度に応じて弾性表面波SAWの強度(減衰率)や速度(位相)が変化し、この変化は弾性表面波・励起/検知手段18により高周波信号に変換された後に球状弾性表面波素子128側の一対のアンテナ部材128aから制御/分析手段24´´側の一対のアンテナ手段58に電磁的に伝達され、さらには高周波信号・発信/受信手段22´´を介して制御/分析手段24´´に伝達され、制御/分析手段24´´により弾性表面波SAWに順次接触した複数の気体成分の夫々の濃度が分析される。
During this time, various gas components in the sample from the sample injection means 28 supplied into the
制御/分析手段24´´は、分析結果を表示する図示しない公知の表示手段を含んでいることが出来るとともに分析結果を記録する図示しない公知の記録手段を含んでいることが出来る。
The control /
[第7実施形態]
次に、添付の図面中の図17を参照しながら、この発明の第7実施形態に従った気体分析装置140を説明する。
[Seventh Embodiment]
Next, a
第7実施形態に従った気体分析装置140においては、種々の気体成分を含む気体が流され気体中の種々の気体成分を種類に応じて気体の流れの方向に相互に分離させる第1乃至第3気体分離流路142a,142b,そして142cが本体142中に3層になって形成されている。
In the
詳細には、本体142は、図2(A)乃至(D)を参照しながら前述した第1実施例の気体分析装置10の本体12と同様に、マイクロマシニングにより製造された第1本体ユニット144を備えている。第1本体ユニット144は、一対の耐熱強化ガラス製の所定の寸法の第1及び第2表面板材144a,144b間に挟まれたシリコンウェファー144cを含む。シリコンウェファー144cは第1表面板材144aに陽極接合された後に例えばDRIE(Deep Reactive Ion Etching)と呼ばれているエッチング技術により第3気体分離流路142cが形成され、第2表面板材144bはシリコンウェファー144cに対しシリコンウェファー144cの第3気体分離流路142cの平面開口を覆うように陽極接合されている。
Specifically, the
第1表面板材144aにおいて第3気体分離流路142cの一端に対応する部分には出口開口が形成されていて、出口開口には出口ノズル145が固定されている。出口ノズル145は図6中に図示されている出口ノズル32と同じ構成であり、第3気体分離流路142cの一端に図6中に図示されている如く球状弾性表面波素子14´を固定している。
An outlet opening is formed in a portion of the first
第3気体分離流路142cの他端は第3気体分離流路142cの入口となり、第1本体ユニット144の第2表面板材144bにおいて第3気体分離流路142cの入口に対応する部分には入口開口が形成されている。
The other end of the third
本体142はさらに、図2(A)乃至(D)を参照しながら前述した第1実施例の気体分析装置10の本体12と同様に、マイクロマシニングにより製造された第2本体ユニット146を備えている。第2本体ユニット146は、1枚の耐熱強化ガラス製の所定の寸法の第3表面板材146aの2つの平面の一方に陽極接合されたシリコンウェファー146bを含む。シリコンウェファー146bには第3表面板材146aに陽極接合された後に例えばDRIE(Deep Reactive Ion Etching)と呼ばれているエッチング技術により第2気体分離流路142bが形成される。第2本体ユニット146のシリコンウェファー146bの平面開口は第2本体ユニット146のシリコンウェファー146bが第1本体ユニット144の第2表面板材144bに重複されることにより閉じられ、第2本体ユニット146のシリコンウェファー146bは第1本体ユニット144の第2表面板材144bに対し例えば陽極接合により接合される。
The
第2本体ユニット146のシリコンウェファー146bの幅の狭い外側面において第2気体分離流路142bの一端に対応する部分には出口開口が形成されていて、出口開口には出口ノズル148が固定されている。出口ノズル148は図6中に図示されている出口ノズル32と同じ構成であり、第2気体分離流路142bの一端に図6中に図示されている如く球状弾性表面波素子14´を固定している。
An outlet opening is formed in a portion corresponding to one end of the second gas
第2気体分離流路142cの他端は第2気体分離流路142bの入口となり、第2本体ユニット146の第3表面板材146aにおいて第2気体分離流路142bの入口に対応する部分には入口開口が形成されている。
The other end of the second
本体142はさらに、図2(A)乃至(D)を参照しながら前述した第1実施例の気体分析装置10の本体12と同様に、マイクロマシニングにより製造された第3本体ユニット150を備えている。第3本体ユニット150は、1枚の耐熱強化ガラス製の所定の寸法の第4表面板材150aの2つの平面の一方に陽極接合されたシリコンウェファー150bを含む。シリコンウェファー150bには第4表面板材150aに陽極接合された後に例えばDRIE(Deep Reactive Ion Etching)と呼ばれているエッチング技術により第1気体分離流路142aが形成される。第1本体ユニット150のシリコンウェファー150bの平面開口は第1本体ユニット150のシリコンウェファー150bが第2本体ユニット146の第3表面板材146aに重複されることにより閉じられ、第3本体ユニット150のシリコンウェファー150bは第2本体ユニット146の第3表面板材146aに対し例えば陽極接合により接合される。
The
第3本体ユニット150の第4表面板材150aにおいて第1気体分離流路142aの一端に対応する部分には入口開口が形成されていて、入口開口には入口ノズル152が固定されている。入口ノズル152にはキャリアガス供給源26とともに試料注入手段28が接続されている。
In the fourth
第1気体分離流路142aの出口となる他端は、第2本体ユニット146の第3表面板材146aにおいて第2気体分離流路142bの入口に対応する部分に形成されている入口開口に連通している。第1気体分離流路142aの出口となる他端には、図12中に図示されている如き一対のアンテナ部材52と組み合わされた第1球状弾性表面波素子14が格納されている。
The other end serving as the outlet of the first
第2気体分離流路142bの入口には、三方弁160が収容されている。三方弁160は、三方弁160の図示しない出口開口,第1気体分離流路142aの出口,第2気体分離流路142bの入口,そして第3気体分離流路142cの入口に接続されている。
A three-
なお、この実施形態では、第2気体分離流路142b及び第3気体分離流路142cは互いに異なる充填材を内部に充填することで、互いに異なる気体分離特性を有している。
In this embodiment, the second
第1気体分離流路142aの出口の一対のアンテナ部材52と組み合わされた第1球状弾性表面波素子14は、一対のアンテナ部材52と対応する一対のアンテナ手段58を介して電磁的に高周波信号・発信手段22´´に接続されていて、第2及び第3気体分離流路150bの出口の第2及び第3球状弾性表面波素子14´は、出口ノズル148,145中の図示されていない一対の外部延出配線を介して高周波信号・発信手段22に接続されているとともに接地されている。第1気体分離流路142aの出口の一対のアンテナ部材52と組み合わされた第1球状弾性表面波素子14の為の高周波信号・発信手段22´´と第2及び第3気体分離流路142b,142cの出口の第2及び第3球状弾性表面波素子14´の為の高周波信号・発信手段22とは共通の制御/分析手段162に接続されていて、制御/分析手段162にはさらに三方弁160も接続されている。
The first spherical surface
このように構成されている第8実施形態に従った気体分析装置140は、図15中に図示されている第5実施形態に従った気体分析装置70と同様に機能する。
The
キャリアガス供給源26から第1気体分離流路142aの入口ノズル152に向かいキャリアガスを所定の速度で供給している間に試料注入手段28を介してこの気体分析装置140において分析しようとする種々の気体成分を含む試料を上記キャリアガス中に注入する。
While the carrier gas is being supplied from the carrier
この時には、三方弁160は第1気体分離流路142aの出口を三方弁160の図示しない出口開口に連通させていて、第2気体分離流路142b及び第3気体分離流路142cには連通させていない。第一気体分離流路142aで分離計測された結果に基づいて、三方弁160は第2気体分離流路142bか第3気体分離流路142cに気体を導入するかを決定することが出来る。
At this time, the three-
なおこの制御/分析手段162も、分析結果を表示する図示しない公知の表示手段を含んでいることが出来るとともに分析結果を記録する図示しない公知の記録手段を含んでいることが出来る。
The control / analyzing
しかもこの実施形態の気体分析装置140は、第1乃至第3気体分離流路142a,142b,そして142cが本体142中で3層になっているので、同じ機能を果たす図15中に図示されている第5実施形態に従った気体分析装置70では第1乃至第3気体分離流路72a,72b,そして72cが本体72中で同一平面内に配置されているのと比べると、本体142の平面寸法は略1/3にすることが出来る。
In addition, the
10…気体分析装置,12…本体,12a…気体分離流路,12b…第1表面板材(第1本体部材),12c…シリコンウェファー(第1本体部材),12d…レジストパターン,12e…第2表面板材(第2本体部材),14…球状弾性表面波素子,SAW…弾性表面波,16…基体,16a…最大径の外周円,16b…円環状の領域,18…弾性表面波・励起/検知手段,18a,18b…外部接続端子,20a,20b…外部延出配線,22…高周波信号・発信/受信手段、24…制御/分析手段,26…キャリアガス供給源,28…試料注入手段;
10´…気体分析装置,12´…本体,12´a…気体分離流路,12´c…シリコンウェファー(第1本体部材),12´e…第2表面板材(第2本体部材),12´f…出口開口,14´…球状弾性表面波素子,18´…弾性表面波・励起/検知手段,18´a,18´b…外部接続端子,30…台座,30a…凹所,32…出口ノズル,32a…内孔,32b,32c…外部延出配線;
40…気体分析装置,12´´…本体,12´´a…気体分離流路,12´´b…第1表面板材(第1本体部材),12´´c…シリコンウェファー(第1本体部材),12´´e…第2表面板材(第2本体部材),22´…高周波信号・発信/受信手段、24´…制御/分析手段,42…アンテナ手段,42a…凹所,44…アンテナ手段;
45…外部アンテナ手段,46…端子,47…アンテナ手段,48…端子,49…金バンプ;
50…気体分析装置,51…充填剤充填装置,12´´´…本体,12´´´a…気体分離流路,12´´´b…第1表面板材(第1本体部材),12´´´c…シリコンウェファー(第1本体部材),12´´´e…第2表面板材(第2本体部材),22´´…高周波信号・発信/受信手段,24´´…制御/分析手段,52…アンテナ部材,54…位置決め突起,56…充填剤(ビーズ),58…アンテナ手段;
60…気体分析装置,14´´…球状弾性表面波素子,18´´…弾性表面波・励起/検知手段,18´´a,18´´b…外部接続端子,18′′c…アンテナ手段,18′′d…絶縁体,22´´´…高周波信号・発信/受信手段,24´´´…制御/分析手段,62…台座,62a…支持凹所,64…アンテナ手段;
70…気体分析装置,72…本体,72a…第1気体分離流路,72b…第2気体分離流路,72c…第2気体分離流路,74…第1球状弾性表面波素子,76…分岐弁,78…排出流路,80a…第2球状弾性表面波素子,80b…第3球状弾性表面波素子,82…高周波信号・発信/受信手段、84…制御/分析手段;
120…気体分析装置,122…本体,122a…気体分離流路,126…第1本体ハーフ,126a…第1表面板材,126b…第2表面板材,126c…シリコンウェファー,126d…出口ノズル,128…球状弾性表面波素子,128a…アンテナ部材,130…第2本体ハーフ,130a…第3表面板材,130b…シリコンウェファー,130c…入口ノズル;
140…気体分析装置,142…本体,142a…第1気体分離流路,142b…第2気体分離流路,142c…第3気体分離流路,144…第1本体ユニット,144a…第1表面板材,144b…第2表面板材,144c…シリコンウェファー,145…出口ノズル,146…第2本体ユニット,146a…第3表面板材,146b…シリコンウェファー,148…出口ノズル,150…第3本体ユニット,150a…第4表面板材,150b…シリコンウェファー,152…入口ノズル,160…三方弁,162…制御/分析手段。
DESCRIPTION OF
10 '... Gas analyzer, 12' ... Main body, 12'a ... Gas separation channel, 12'c ... Silicon wafer (first main body member), 12'e ... Second surface plate (second main body member), 12 'F ... outlet opening, 14' ... spherical surface acoustic wave element, 18 '... surface acoustic wave excitation / detection means, 18'a, 18'b ... external connection terminal, 30 ... pedestal, 30a ... recess, 32 ... Outlet nozzle, 32a ... inner hole, 32b, 32c ... externally extending wiring;
40 ... Gas analyzer, 12 "... Main body, 12" a ... Gas separation flow path, 12 "b ... First surface plate (first main body member), 12" c ... Silicon wafer (first main body member) ), 12 '"e ... second surface plate (second body member), 22' ... high frequency signal / transmitting / receiving means, 24 '... control / analyzing means, 42 ... antenna means, 42a ... recess, 44 ... antenna means;
45 ... external antenna means, 46 ... terminal, 47 ... antenna means, 48 ... terminal, 49 ... gold bump;
DESCRIPTION OF
60 ... Gas analyzer, 14 "... spherical surface acoustic wave element, 18" ... surface acoustic wave / excitation / detection means, 18 "a, 18" b ... external connection terminal, 18 "c ... antenna means , 18'd ... insulator, 22 "'... high frequency signal / transmitting / receiving means, 24"' ... control / analyzing means, 62 ... pedestal, 62a ... support recess, 64 ... antenna means;
DESCRIPTION OF SYMBOLS 70 ... Gas analyzer, 72 ... Main body, 72a ... 1st gas separation flow path, 72b ... 2nd gas separation flow path, 72c ... 2nd gas separation flow path, 74 ... 1st spherical surface acoustic wave element, 76 ... Branch Valve, 78 ... discharge channel, 80a ... second spherical surface acoustic wave element, 80b ... third spherical surface acoustic wave element, 82 ... high frequency signal / transmitting / receiving means, 84 ... control / analyzing means;
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (7)
さらに、本体はその気体分離流路の所定の位置に、球形状の一部で構成され球形状の最大径の外周円を含んでおり弾性表面波が励起可能であり励起された弾性表面波を伝搬可能な円環状の領域を少なくとも1つ有している基体と、基体の円環状の領域に弾性表面波を励起させ励起した弾性表面波を円環状の領域の延出方向に沿い周回させるとともに周回後の弾性表面波を検知し、検知した弾性表面波に対応した電気信号を発生させる弾性表面波・励起/検知手段と、を有する球状弾性表面波素子を備えており;
球状弾性表面波素子は、基体の円環状の領域の延出方向に沿い周回させている弾性表面波を、気体分離流路において気体成分に順次接触させ、接触した気体成分の種類と濃度に応じた弾性表面波の変化を電気信号の変化として検出する、
ことを特徴とする気体分析装置。 A first body member having a surface on which the gas separation channel is formed as a groove; and a second body member fixed to one surface of the first body member and closing an opening of the groove of the gas separation channel on the one surface. The gas separation flow path of the main body has a gas inlet and a gas outlet, and a gas containing various gas components to be analyzed is transferred from the gas inlet to the carrier gas. In addition to the various gas components in the gas and the agent that absorbs and desorbs in the gas separation channel, the time for passing through the gas separation channel according to the type of the gas component To separate various gas components from each other;
In addition, the main body includes a spherical outer circumferential circle having a maximum diameter at a predetermined position of the gas separation channel, and the surface acoustic wave can be excited and the excited surface acoustic wave is generated. A base having at least one annular region capable of propagating, and a surface acoustic wave is excited in the annular region of the substrate, and the excited surface acoustic wave circulates along the extending direction of the annular region. A spherical surface acoustic wave element having surface acoustic wave / excitation / detection means for detecting a surface acoustic wave after circulation and generating an electrical signal corresponding to the detected surface acoustic wave;
A spherical surface acoustic wave element is a surface acoustic wave that circulates along the extending direction of an annular region of a substrate, sequentially contacting a gas component in a gas separation channel, and depending on the type and concentration of the contacted gas component. Detecting changes in surface acoustic waves as changes in electrical signals,
A gas analyzer characterized by that.
前記すだれ状電極の外部接続端子は、球状弾性表面波素子の基材の外表面及び本体の気体分離流路の内表面のいずれか一方に形成されたアンテナ手段に電気的に接続されていて、
前記すだれ状電極は、前記アンテナ手段を介して本体の外部との間で電気的な結線を伴うことなく電磁的に電気信号の送受信を行い、前記アンテナ手段を介した外部からの電気信号の受信により基体の円環状の領域の延出方向に沿い弾性表面波を励起するとともに弾性表面波を伝搬させて周回させ、また円環状の領域を周回してきた弾性表面波に対応して発生させた電気信号を前記アンテナ手段を介して外部に電磁的に発信する、
ことを特徴とする請求項1に記載の気体分析装置。 The surface acoustic wave / excitation / detection means of the spherical surface acoustic wave element includes an interdigital electrode,
The external connection terminal of the interdigital electrode is electrically connected to the antenna means formed on either the outer surface of the base material of the spherical surface acoustic wave element or the inner surface of the gas separation channel of the main body,
The interdigital electrode electromagnetically transmits and receives electrical signals without electrical connection to the outside of the main body via the antenna means, and receives electrical signals from the outside via the antenna means. The surface acoustic wave is excited along the extending direction of the annular region of the substrate, and the surface acoustic wave is propagated and circulated, and the electricity generated corresponding to the surface acoustic wave that has circulated in the annular region is generated. Electromagnetically transmitting a signal to the outside via the antenna means;
The gas analyzer according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2に記載の気体分析装置。 The spherical surface acoustic wave element with the antenna means is inserted from a gas inlet or a gas outlet into a predetermined position of the gas separation channel of the main body,
The gas analyzer according to claim 2.
前記すだれ状電極に接続されたアンテナ手段は、前記外部アンテナ手段を介して本体の外部との間で磁界結合による電気信号の送受信を行い、前記外部アンテナ手段を介した外部からの電気信号の受信により前記すだれ状電極に基体の円環状の領域の延出方向に沿い弾性表面波を励起するとともに弾性表面波を伝搬させて周回させ、また円環状の領域を周回してきた弾性表面波に対応して前記すだれ状電極が発生させた電気信号を前記外部アンテナ手段を介して外部に電磁的に発信する、
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の気体分析装置。 The antenna means connected to the interdigital electrode has a coiled antenna pattern, and the outside of the gas separation channel of the main body is electromagnetically electrically connected to the antenna means without being electrically connected. External antenna means including a coiled antenna pattern for transmitting and receiving signals is formed,
The antenna means connected to the interdigital electrode transmits / receives an electric signal by magnetic field coupling with the outside of the main body via the external antenna means, and receives an electric signal from the outside via the external antenna means. In response to the surface acoustic wave that has excited the surface acoustic wave along the extending direction of the annular region of the base and propagated the surface acoustic wave around the interdigital electrode. The electromagnetic signal generated by the interdigital electrode is electromagnetically transmitted to the outside via the external antenna means.
The gas analyzer according to claim 2 or 3, characterized in that.
前記すだれ状電極は、前記アンテナパターンを介して本体の外部との間で電気的な結線を伴わず電磁的に電気信号の送受信を行い、前記アンテナパターンを介した外部からの電気信号の受信により基体の円環状の領域の延出方向に沿い弾性表面波を励起するとともに弾性表面波を伝搬させて周回させ、また円環状の領域を周回してきた弾性表面波に対応して発生させた電気信号を前記アンテナパターンを介して外部に電磁的に発信する、
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の気体分析装置 The antenna means includes an antenna pattern extending along the inner surface of the gas separation channel,
The interdigital electrodes transmit and receive electromagnetic signals electromagnetically without electrical connection to the outside of the main body through the antenna pattern, and receive electric signals from the outside through the antenna pattern. An electric signal generated in response to the surface acoustic wave that has excited the surface acoustic wave along the extending direction of the annular region of the substrate, propagated the surface acoustic wave, and circulated around the annular region. Electromagnetically transmitted to the outside through the antenna pattern,
The gas analyzer according to claim 2 or 3,
分岐弁は、気体分離流路中の球状弾性表面波素子の出力を分析した結果に従って操作され、気体分離流路からの気体を複数の分岐路のいずれか1つに導くことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の気体分析装置。 The gas separation channel of the main body is branched into a plurality through a branch valve downstream of the spherical surface acoustic wave element, and at least one of the plurality of branch channels functions as a gas separation channel,
The branch valve is operated according to a result of analyzing the output of the spherical surface acoustic wave element in the gas separation channel, and guides the gas from the gas separation channel to any one of the plurality of branch channels. Item 6. The gas analyzer according to any one of Items 1 to 5.
上記複数の感応膜の感応に基づいた弾性表面波の伝搬の変化に応じて、前記分岐弁が前記気体を導く分岐路を決定する
ことを特徴としている請求項6に記載の気体分析装置。 The annular region where the surface acoustic wave of one or more spherical surface acoustic wave elements propagates is sensitive to at least one of the gas components to be analyzed, and an annular region is formed depending on the degree of sensitivity. A plurality of different sensitive films that affect the propagation of propagating surface acoustic waves are arranged,
The gas analyzer according to claim 6, wherein the branch valve determines a branch path through which the gas is guided according to a change in propagation of surface acoustic waves based on the sensitivity of the plurality of sensitive films.
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