JP6933321B2 - 測定セル及び測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば溶液中で振動する振動子の周波数変化を測定するための測定セル及び測定装置に関する。

近年、化学、物理、生化学、薬学、材料等の分野においては、水晶振動子を溶液に浸した状態で発振させ、その共振周波数の変化に基づいて物質の質量変化や膜厚、粘弾性係数等を測定するＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）という技術が用いられている。

例えば特許文献１には、表面及び裏面に第１の電極及び第２の電極がそれぞれ配置された振動子と、当該振動子を振動可能に保持するセル本体とを備え、第１の電極をセル本体に収容された溶液に接触させた状態で発振する振動子の共振周波数の変化に基づいて、第１の電極上への物質の吸着量等を分析する方法が開示されている。

特許第４００９２２１号公報

共振周波数の変化に基づく電極上への物質の吸着量計測は、大気中及び溶液中のいずれでも可能ではあるが、溶液中では更に溶液の粘性変化、ｐＨ変化、導電率変化、誘電率変化なども周波数変化の要因となる。したがって、溶液中のＱＣＭ測定で精度よく測定を行う場合は、上記の変化（溶液の粘性、ｐＨ、導電率、誘電率など）が起きない条件を作る、あるいは、上記の変化の影響を受けないセンサを用いることが望ましい。

例えば、水晶振動子には計測中に漏れ電界が生じる。大気中ではその漏れ電界による大気の電気的特性が変化することはないため無視できる。しかし、溶液中では、漏れ電界により溶液の電気的特性が変化しやすいため、その変化分を周波数変化として検知してしまうという問題がある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、水晶振動子からの漏れ電界による測定への影響を抑制することができる測定セル及び測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る測定セルは、振動子と、筒状のセル本体と、端子ユニットと、導電性の環状シールド層とを具備する。
上記振動子は、溶液に接触可能な第１の電極面と、上記第１の電極面とは反対の第２の電極面とを有する。
上記セル本体は、上記第１の電極面の周縁部を液密に支持する環状支持部を有し、上記振動子を振動可能に支持する。
上記端子ユニットは、上記第１の電極面と上記第２の電極面とに電気的に接続される複数の端子を有し、上記セル本体に取り付けられる。
上記環状シールド層は、上記振動子の周囲に配置され、上記振動子及び上記溶液とは非接触で上記セル本体に取り付けられる。

上記測定セルは、振動子の周囲に配置された導電性の環状シールド層を備えているため、振動子の外側を回り込む漏れ電界を遮蔽することができる。これにより、振動子からの漏れ電界による測定への影響を抑制することができる。

上記環状支持部体は、典型的には、シール部材を有する。上記シール部材は、上記第１の電極面の周縁部を弾性的に支持する。この場合、上記環状シールド層は、上記シール部材の周囲に配置されてもよい。
これにより、振動子の外側を回り込む漏れ電界を効果的に遮蔽することができる。

上記セル本体は、上記環状支持部を有する第１の本体部と、上記第１の本体部と接続される第２の本体部とを有し、上記環状シールド層は、上記第１の本体部と上記第２の本体部との間に挟持されてもよい。
これにより、環状シールド層をセル本体へ容易に組み付けることができる。

上記環状シールド層は、典型的には、金属箔、金属膜又は金属板で構成される。環状シールド層は、繊維状、メッシュ状等であってもよい。

上記セル本体は、上記第１の電極面と接触する溶液を収容可能な液室をさらに有してもよい。

以上述べたように、本発明によれば、振動子からの漏れ電界による測定への影響を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る測定セルの断面構造とこれを備えた測定装置を示す概略構成図である。 上記測定セルにおける振動子の構成を示す図であって、Ａは、第１の電極面から見たときの平面図、Ｂは、Ａにおける［Ｂ］−［Ｂ］線方向断面図、Ｃは第２の電極面から見たときの平面図である。 環状シールド層を備えていない比較例に係る測定セルにおける振動子近傍の漏れ電界の様子を模式的に示す側断面図である。 図３に示す測定セルの概略的な等価回路図である。 図１に示す測定セルの概略的な等価回路図である。 振動子の共振周波数のコンダクタンス波形（基本波）を示す説明図である。 実験例における振動子の共振周波数（Ｆｓ）の時間変化を示す図である。 実験例における振動子の半値半幅周波数（Ｆｗ）の時間変化を示す図である。 実験例における振動子の半値周波数（Ｆ２）の時間変化を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る測定セルの構成を示す概略断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る測定セルの構成を示す概略断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る測定セルの構成を示す概略断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る測定セルの構成を示す概略断面図である。 上記測定セルの概略的な等価回路図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る測定セル１０１の断面構造とこれを備えた測定装置１００を示す概略構成図である。

［測定装置］
測定装置１００は、測定セル１０１と、分析ユニット１０２と、制御ユニット１０３とを備える。
まず、測定装置１００の概要について説明する。

測定セル１０１は、後述するように、測定対象である特定成分が溶解あるいは分散した溶液Ｌを収容し、溶液Ｌに一方の面（第１の電極面２０Ａ）が接する振動子２０を発振可能に支持する。
分析ユニット１０２は、ネットワークアナライザやインピーダンスアナライザ等で構成され、制御ユニット１０３からの指令を受けて、測定セル１０１へ交流信号を印加し、振動子２０を所定の共振周波数で発振させる。
溶液Ｌと接する振動子２０の一方側の電極２１は、溶液中に溶解あるいは分散した特定物質と反応し、あるいは当該特定物質を吸着することで、重量が増加する。これにより、振動子２０の共振周波数が変化する。振動子２０の周波数変化と吸着した特定物質の質量負荷との関係は、以下の（１）式（Sauerbreyの式）で表される。

式（１）において、ΔＦｓは周波数変化量、Δｍは質量変化量、ｆ₀は基本周波数、ρ_Qは水晶の密度、μ_Qは水晶のせん断応力、Ａは電極面積、Ｎは定数をそれぞれ示している。

制御ユニット１０３は、典型的にはコンピュータで構成されており、分析ユニット１０２の動作を制御する。制御ユニット１０３は、分析ユニット１０２から測定セル１０１へ出力される周波数等を変化させることが可能に構成される。
制御ユニット１０３は、交流信号の周波数を所定範囲で変化させながら、コンダクタンスの最大値を所定の間隔で測定し、振動子２０の共振周波数を求め、これらを記録する。なお、振動子２０の共振状態では、コンダクタンスは極値をとる。
そして、制御ユニット１０３は、記録された共振周波数の測定値と共振周波数の初期値との差から得られる重量変動値に基づいて、溶液Ｌ中の特定成分の濃度を測定する。

［測定セル］
続いて、測定セル１０１の詳細について説明する。

測定セル１０１は、セル本体１０と、振動子２０と、端子ユニット３０と、環状シールド層４０とを有する。

セル本体１０は、典型的には、合成樹脂材料等の電気絶縁材料で構成される。セル本体１０は、全体的に筒状の形状を有し、本実施形態では、円筒形状に形成される。

セル本体１０は、円筒状の第１の本体部１１と、同じく円筒状の第２の本体部１２とを有し、これらを軸方向に組み合わせることでセル本体１０が構成される。第１の本体部１１には溶液Ｌを収容する液室１１ｓが形成され、第２の本体部１２には端子ユニット３０が着脱可能に取り付けられる。第１の本体部１１と第２の本体部１２との接続方法は特に限定されず、接着、溶着、ネジ止め、螺着等の適宜の手法が採用可能である。

第１の本体部１１は、振動子２０の周縁部を支持するための環状支持部１３を有する。環状支持部１３は、第１の本体部１１における第２の本体部１２との接続端部の近傍に設けられる。環状支持部１３は、第１の本体部１１の内周面から中心に向かって突出する環状のフランジ部で構成される。振動子２０は、環状支持部１３と端子ユニット３０との間に挟持されることで、セル本体１０に振動可能に支持されるとともに、液室１１ｓの底部を形成する。

環状支持部１３は、シール部材１４を有する。シール部材１４は、環状支持部１３の底面に配置された環状の弾性体で構成される。環状支持部１３は、シール部材１４を介して振動子２０の第１の電極面２０Ａの周縁部を弾性的かつ液密に支持する。

振動子２０は、第１の電極２１と、第２の電極２２と、円板状の振動子本体２３とを有する。第１の電極２１は、振動子本体２３の一方の主面に設けられ、第２の電極２２は、振動子本体２３の他方の主面に設けられる。振動子本体２３の一方の主面と第１の電極２１とにより第１の電極面２０Ａが構成され、振動子本体２３の他方の主面と第２の電極２２とにより第２の電極面２０Ｂが構成される。

図２は、振動子２０の構成を示す図であって、Ａは、第１の電極面２０Ａから見たときの平面図、Ｂは、Ａにおける［Ｂ］−［Ｂ］線方向断面図、Ｃは第２の電極面２０Ｂから見たときの平面図である。

第１の電極２１及び第２の電極２２は、主電極部２１１，２１２と、接続端子部２１２，２２２と、連絡部２１３，２２３とを有する。主電極部２１１，２１２は、振動子本体２３の中央部を挟んで相互に対向し、振動子本体２３を圧電駆動させる電極層として構成される。接続端子部２１２，２２２は、第２の電極面２０Ｂ上において振動子本体２３の径方向に相互に対向し、端子ユニット３０に電気的に接続可能に構成される。連絡部２１３，２２３は、主電極部２１１，２１２と接続端子部２１２，２２２との間をそれぞれ接続する。
なお、第１及び第２の電極２１，２２のパターン形状は図示の例に限られず、他の形状であってもよい。

振動子本体２３は、水晶、ニオブ酸リチウム（LiNbO₃）、タンタル酸リチウム（LiTaO₃）等の圧電性を有する材料で構成され、本実施形態では水晶振動板で構成される。振動子本体２３の基本周波数（固有振動数）は特に限定されず、例えば、４ＭＨｚ〜６４ＭＨｚである。
第１及び第２の電極２１，２２は、典型的には金属膜で構成され、例えば、金、銀、アルミニウム、チタン、クロム等で構成される。
なお振動子２０には、弾性表面波素子（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）が採用されてもよい。

端子ユニット３０は、端子台３１と、複数の内部端子３２と、複数の外部端子３３とを有する。端子台３１は、第２の本体部１２の端部に着脱可能に取り付けられる。内部端子３２は、端子台３１の一方の面に接続され、振動子２０の接続端子部２１２，２２２を介して第１及び第２の電極面２０Ａ，２０Ｂに電気的に接続可能に構成される。内部端子３２は、典型的には金属製コイルバネで構成され、振動子２０をシール部材１４に向けて押圧する付勢部材として機能する。外部端子３３は、端子台３１の他方の面に接続され、内部端子３２を分析ユニット１０２へ電気的に接続する中継端子として機能する。

環状シールド層４０は、振動子２０の周囲に配置される。本実施形態において環状シールド層４０は、第１の本体部１１と第２の本体部１２との間に配置されることで、シール部材１４の外周側に位置する。これにより、環状シールド層４０は、振動子２０及び液室１１ｓ内の溶液Ｌとは非接触でセル本体１０に取り付けられる。

環状シールド層４０は、金属箔、金属膜、金属板等の導電性材料で構成され、本実施形態では銅箔である。環状シールド層４０は、典型的には平面で形成されるが、曲面で形成されてもよい。さらに環状シールド層４０は、周方向に連続して形成される場合に限られず、複数の導電性の小片が周方向に適宜の間隔をおいて配列されたものであってもよい。環状シールド層４０が振動子２０の周囲に配置されることで、振動子２０の外側を回り込む第１及び第２の電極２１，２２間の電界の形成が阻止される。このように振動子２０の外側に形成される電界ループの遮蔽作用が得られる限りにおいて、環状シールド層４０は規則的あるいは不規則的な凹凸面（例えば、メッシュ状あるいは多孔性の面構造）を有していてもよい。

振動子２０に対する環状シールド層４０の相対位置は特に限定されず、振動子２０の大きさ、環状シールド層４０の幅（外径と内径との差）等に応じて適宜設定可能である。本実施形態において環状シールド層４０は、測定セル１０１において、振動子２０と同一の高さ位置に配置される。あるいは、環状シールド層４０は、振動子２０の高さ位置を基準として、例えば、±３ｍｍ以内の位置に配置される。これにより、振動子２０の外側を回り込む漏れ電界のうち、電界密度が最も高い内周側の電気力線を効果的に遮蔽することができる。

環状シールド層４０は、セル本体１０とは別部材で構成されてもよいし、第１の本体部１１あるいは第２の本体部１２に一体的に設けられてもよい。環状シールド層４０は、典型的には、図示しないグランドラインを介して接地電位に接続される。

環状シールド層４０の内径及び外径は特に限定されず、本実施形態では、セル本体１０の円筒部を構成する壁部の内径及び外径と同一又はほぼ同一の大きさに形成される。環状シールド層４０の幅（外径と内径との差）は大きいほど好ましく、これにより振動子２０の外側を回り込む電界のシールド効果を 高めることができる。環状シールド層４０の厚みも特に限定されず、上述した電界の遮蔽作用が得られる範囲で適宜設定可能である。

図３は、環状シールド層４０を備えていない測定セル２００における振動子２０近傍の漏れ電界の様子を模式的に示す側断面図である。図３に示すように振動子２０の第１及び第２の電極２１，２２に交流信号を印加して振動子本体２３を発振させたとき、第１及び第２の電極２１，２２の間には振動子２０の内側に形成される漏れ電界Ｅ１（図中破線）と、振動子２０の外側に形成される漏れ電界Ｅ２（図中二点鎖線）とが発生し得る。

漏れ電界Ｅ１，Ｅ２はいずれも溶液Ｌを通過するため、溶液Ｌの粘性変化やｐＨ変化、導電率変化、誘電率変化などの影響を受け易く、振動子２０の共振周波数の測定精度に与える影響が大きい。測定精度の向上を実現するためには、これら漏れ電界による影響を低減できることが望ましい。

本実施形態では、振動子２０の外側に配置された環状シールド層４０により振動子２０の外側に形成される漏れ電界Ｅ２を遮蔽することが可能に構成される。これにより、溶液Ｌの粘性変化やｐＨ変化、導電率変化、誘電率変化などの影響を低減して、振動子２０の共振周波数の測定精度を高めることが可能となる。

図４は、図３に示す測定セル２００の概略的な等価回路図であり、ブロックＥ１０は漏れ電界Ｅ１に相当し、ブロックＥ２０は漏れ電界Ｅ２に相当する。
なお、ブロックＥ１０，Ｅ２０は必ずしも厳密な等価回路ではなく、図示せずとも誘導成分（インダクタンス成分）が含まれてもよいし、容量成分及び抵抗成分の一部が誘導成分に置き換えられてもよい。

図５は、本実施形態の測定セル１０１の概略的な等価回路図である。図４と比較すると、ブロックＥ２０の代わりに、環状シールド層４０に相当するブロックＥ４０が追加される。これにより、ブロックＥ２０に起因する溶液の電気的な特性変動成分が分析ユニット１０２に入力されることを阻止して、振動子２０の共振周波数の変化を高精度に測定することが可能となる。

［実験例］
本発明者らは、図１に示す本実施形態の測定セル１０１と、比較例として図３に示す（環状シール層を備えていない）測定セル２００とを用いて、これら２つの測定セルにおける振動子２０の共振周波数の測定精度の違いを評価した。ここでは、溶液に純水と食塩水とを用い、純水に食塩水を添加して溶液の導電率を高くしたときの振動子の周波数変化を測定した。電極への吸着が生じない（質量変化が起きない）実験系であり、得られる周波数変化は漏れ電界の電荷量と相関があることから、各測定セルの漏れ電界による電荷量の相対比較が可能である。

実験に用いた振動子２０は、直径８．９ｍｍの水晶振動板であり、その基本周波数は２７ＭＨｚ、主電極部２１１，２１２の直径は２．５ｍｍである。測定セル１０１における環状シールド層４０は、内径９ｍｍ、外径１４ｍｍ、厚み０．２ｍｍの銅箔とした。

図６は、振動子２０の共振周波数のコンダクタンス波形（基本波）を示す説明図である。同図においてＦｓは共振周波数（コンダクタンスピーク）、Ｆ１及びＦ２は共振周波数Ｆｓの半値コンダクタンスを与える半値周波数、Ｆｗは共振周波数Ｆｓのコンダクタンスの半値半幅をそれぞれ示している。

まず、各測定セルの液室に純水２００μＬ注入して振動子２０の周波数を測定し、周波数が安定したら純水に５Ｍの食塩水を５μＬ添加し、そのときの振動子２０の周波数変化量を測定した。その結果を図７〜９に示す。
図７〜９において実線で示す「シールド層なし」は、比較例に係る測定セル２００による測定結果を示し、破線で示す「シールド層あり」は、本実施形態に係る測定セル１０１による測定結果を示している。

純水に食塩水を添加したことで、溶液の導電率及び誘電率の値が変化する。比較例に係る測定セル２００では、この変化が共振周波数Ｆｓの変化として検知され、その変化量は約−２００Ｈｚ程度であったのに対して、本実施形態の測定セル１０１では、共振周波数Ｆｓの変化量は約−１５０Ｈｚ程度であった。

一方、共振周波数Ｆｓの半値半幅周波数Ｆｗによって、溶液の粘性変化を測定することができる。図８に示すように、半値半幅周波数Ｆｗは、本実施形態及び比較例のいずれについても、約−１１０Ｈｚ程度とほぼ同じ値を示した。これは、溶液の導電率や誘電率の変化を検知せず、５Ｍの食塩水を５μＬ添加することで生じた溶液の粘性変化のみを測定しているため、どちらの測定セルでも同じ周波数値を示したものと考えられる。

さらに、高周波数側の半値周波数Ｆ２については、図９に示すように、比較例が−１００Ｈｚ程度の変化を示したときに、本実施形態はその半分以下の約−４０Ｈｚの周波数変化量であった。Ｆ２は、溶液（ニュートン流体）の粘性変化を受けず、質量変化を主に検知する特長をもつ周波数である。この実験例は質量変化を伴う実験系ではないことから、Ｆｓ、Ｆ２は溶液が導電率・誘電率の値などが変化した影響で周波数変化を起こしていることがわかる。ただし、Ｆｓは溶液の粘性変化の影響も加算されて受けている。

以上のとおり、本実施形態によれば、比較例に対して、溶液の電気的特性が変化したときの周波数変化量をＦｓで３／４以下、Ｆ２で１／２以下にすることができる。このことから、溶液の粘性変化や物質の吸着量、あるいは溶液の濃度等を精度よく分析することが可能となる。

＜第２の実施形態＞
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る測定セル２０１の構成を示す概略断面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態の測定セル２０１は、第１の本体部２２１と第２の本体部２２２とを有する円筒形状のセル本体２２０を有する点で第１の実施形態と共通するが、第１の本体部２２１の内径は第２の本体部２２２の内径よりも小さく形成されている点で、第１の実施形態と異なる。

セル本体２２０は、第１の本体部２２１と第２の本体部２２２との間の段差部が、振動子２０の周縁部を支持する環状支持部２２３として構成される。振動子２０は環状のシール部材２２４を介して環状支持部２２３に弾性的かつ液密に支持される。端子ユニット３０は、第２の本体部２２２の内部に装着され、振動子２０と電気的・機械的に接続される。環状シールド層２４０は、第１の実施形態と同様に、金属箔、金属膜、金属板等の導電材料で構成され、典型的には、接地電位に接続される。

環状シールド層２４０は、第１の本体部２２１と第２の本体部２２２との間に配置される。環状シールド層２４０は、第１の本体部２２１の第２の本体部２２２との接続端部に配置され、シール部材２２４の上面の一部に接している。つまり、環状シールド層２４０の内径は、シール部材２２４の外径よりも小さく設定されており、これにより環状シールド層２４０が振動子２０及び溶液Ｌに対して非接触でセル本体２２０に装着されるとともに、環状シールド層２４０による漏れ電界の遮蔽面積の拡大が図られる。

以上のように構成される本実施形態の測定セル２０１によっても上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。本実施形態によれば、環状シールド層４０の幅（外径と内径との差）を大きくとることができるため、測定セルの大型化を回避しつつ外側への漏れ電界を効果的に遮蔽することができる。

＜第３の実施形態＞
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る測定セル３０１の構成を示す概略断面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態の測定セル３０１は、セル本体３２０が溶液Ｌを収容する容器Ｖの底部にシールリングＳを介して液密に取り付けられる点で第１の実施形態と異なる。

セル本体３２０は、振動子２０を支持する環状支持部３２３を有し、環状支持部３２３は、環状のシール部材３２４を介して振動子２０の周縁部を弾性的かつ液密に支持する。環状シールド層３４０は、シール部材３２４の外側に配置され、振動子２０及び溶液Ｌと非接触状態でセル本体３２０に取り付けられる。環状シールド層３４０は、第１の実施形態と同様に、金属箔、金属膜、金属板等の導電材料で構成され、典型的には、接地電位に接続される。

測定セル３０１は、容器Ｖの底部に取り付けられる例に限られず、容器Ｖの側部に取り付けられてもよい。つまり、容器Ｖ内の溶液Ｌに振動子２０が接する位置であれば、測定セル３０１の容器Ｖへの取り付け位置は特に限定されない。

以上のように構成される本実施形態の測定セル３０１によっても上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。本実施形態によれば、測定セル３０１を容器Ｖに取り付けて使用されるため、溶液Ｌを収容する独自の液室を不要とすることができる。これにより、測定セル３０１の小型化を図ることができる。

＜第４の実施形態＞
図１２は、本発明の第４の実施形態に係る測定セル４０１の構成を示す概略断面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態の測定セル４０１は、セル本体４２０が溶液Ｌの液面Ｌｓに設置されるように構成される点で、第１の実施形態と異なる。測定セル４０１は、溶液Ｌの液面Ｌｓから所定の深さだけ浸漬させた状態で使用される。図示せずとも、測定セル４０１を液面Ｌｓの上方で保持する治具が設置されてもよい。

セル本体４２０は、第１の本体部４２１と、第２の本体部４２２と、第３の本体部４２３との組み合わせ体で構成される。
第１の本体部４２１は、円筒形状を有する。第２の本体部４２２は、第１の本体部４２１の内部に嵌合する円筒部４２２ａと、円筒部４２２ａの一端部から径外方へ突出するフランジ部４２２ｂと、円筒部４２２ａの一端部から径内方へ突出する環状支持部４２２ｃとを有する。フランジ部４２２ｂは、第１の本体部４２１の底部にシールリング４２５を介して取り付けられる。環状支持部４２２ｃは、環状のシール部材４２４を介して振動子２０の第１の電極面（溶液Ｌと接する側の電極面）の周縁部を液密に支持する。フランジ部４２２ｂは、複数の締結具４２６を介して第１の本体部４２１に固定される。

第３の本体部４２３は、第２の本体部４２２の円筒部４２２ａの内部に嵌合する中空円盤形状を有する。第３の本体部４２３の中空部には、振動子２０が収容される。第３の本体部４２３は、第２の本体部４２２の環状支持部４２２ｃに対向するとともに、振動子２０をシール部材４２４に向けて押圧する複数の端子４３０（端子ユニット）を支持する。第３の本体部４２３は必ずしも中空形状に形成される必要はなく、振動子２０を収容する有底の凹部のみが形成されてもよい。

環状シールド層４４０は、第２の本体部４２２の環状支持部４２２ｃと第３の本体部４２３との間に配置される。環状シールド層４４０は、第１の実施形態と同様に、金属箔、金属膜、金属板等の導電材料で構成され、典型的には接地電位に接続される。

環状シールド層４４０は、第３の本体部４２３と同等の大きさの外径と、振動子２０の外径よりも大きい内径とを有する。環状シールド層４４０は、シール部材４２４の外周側に配置される。これにより、環状シールド層４４０は、振動子２０及び溶液Ｌに対して非接触でセル本体４２０に装着される。

以上のように構成される本実施形態の測定セル４０１によっても上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。本実施形態によれば、測定セル４０１を容器Ｖに取り付けて使用されるため、溶液Ｌを収容する独自の液室を不要とすることができる。これにより、測定セル４０１の小型化を図ることができる。

＜第５の実施形態＞
図１３は、本発明の第５の実施形態に係る測定セル５０１の構成を示す概略断面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態の測定セル５０１は、振動子５２０の構成が第１の実施形態と異なる。本実施形態では、溶液Ｌと接する第１の電極５２１の直径は、反対側の第２の電極５２２の直径よりも大きく形成されている。これにより、振動子２０の発振時において、振動子２０の内側において溶液Ｌを通過する漏れ電界Ｅ１（図３参照）を遮蔽することが可能となる。一方、振動子２０の外側に形成される漏れ電界（図３におけるＥ２）は第１の実施形態と同様に環状シールド層４０により遮蔽される。

したがって、本実施形態の測定セル５０１によれば、溶液Ｌの粘性変化や導電率・誘電率変化の影響を受けることなく、振動子２０の発振周波数の変化量を測定することが可能となる。測定セル５０１の概略的な等価回路を図１４に示す。本実施形態によれば、図５と比較して、ブロックＥ１０に相当する成分を除去されるため、測定精度の更なる向上を図ることが可能となる。

１０，２２０，３２０，４２０…セル本体
１１，２２１…第１の本体部
１２，２２２…第２の本体部
１３，２２３，３２３，４２２ｃ…環状支持部
１４，２２４，３２４，４２４…シール部材
２０…振動子
２０Ａ…第１の電極面
２０Ｂ…第２の電極面
２１，５２１…第１の電極
２２，５２２…第２の電極
２３…振動子本体
３０…端子ユニット
４０，２４０，３４０，４４０…環状シールド層
１００…測定装置
１０１，２０１，３０１，４０１…測定セル
１０２…分析ユニット
１０３…制御ユニット
Ｌ…溶液

Claims (6)

1. 溶液に接触可能な第１の電極面と、前記第１の電極面とは反対の第２の電極面とを有する振動子と、
   前記第１の電極面の周縁部を液密に支持する環状支持部を有し、前記振動子を振動可能に支持する筒状のセル本体と、
   前記第１の電極面と前記第２の電極面とに電気的に接続される複数の端子を有し、前記セル本体に取り付けられる端子ユニットと、
   前記振動子の周囲に配置され、前記振動子及び前記溶液とは非接触で前記セル本体に取り付けられた導電性の環状シールド層と
   を具備する測定セル。
2. 請求項１に記載の測定セルであって、
   前記環状支持部は、前記第１の電極面の周縁部を弾性的に支持するシール部材を有し、
   前記環状シールド層は、前記シール部材の周囲に配置される
   測定セル。
3. 請求項１又は２に記載の測定セルであって、
   前記セル本体は、前記環状支持部を有する第１の本体部と、前記第１の本体部と接続される第２の本体部とを有し、
   前記環状シールド層は、前記第１の本体部と前記第２の本体部との間に挟持される
   測定セル。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の測定セルであって、
   前記環状シールド層は、金属箔、金属膜又は金属板で構成される
   測定セル。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の測定セルであって、
   前記セル本体は、前記第１の電極面と接触する溶液を収容可能な液室をさらに有する
   測定セル。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の測定セルを備えた測定装置。

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