JP7173731B2 - 電磁気センサ - Google Patents
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Description
本発明は、試料溶液の電気伝導率、比抵抗、誘電率等を測定する電磁気センサに関するものである。
電気伝導率等を安定して測定するには、内部に試料溶液を収容し、かつ、測定電極を覆って電気力線や磁力線等の広がり範囲を制御する筐体が必要である。
そのため、例えば、特許文献１に示すように、従来の電気伝導率センサでは、基板上に取り付けられた電極を覆うように、電気力線の広がり範囲を制御する筐体が設けられ、この筐体内部に形成された流路に試料溶液を流通させて測定している。
そのため、例えば、特許文献１に示すように、従来の電気伝導率センサでは、基板上に取り付けられた電極を覆うように、電気力線の広がり範囲を制御する筐体が設けられ、この筐体内部に形成された流路に試料溶液を流通させて測定している。
しかしながら、このような従来の電気伝導率センサでは、電極が前記筐体内部に生じる試料溶液の流れに直接曝されているので、試料溶液に固形物が混入している場合等に前記電極が該固形物と接触して破損してしまう恐れがある。
本発明は前述したような課題に鑑みてなされたものであり、たとえ試料溶液に固形物が混入している場合であっても安定して電気伝導率、比抵抗又は誘電率等を測定することができる電磁気センサを提供することを主な目的とするものである。
すなわち、本発明に係る電磁気センサは、基板と、該基板に形成された貫通孔と、前記基板の表面に取り付けられた電極と、前記貫通孔と前記電極とを覆う筐体とを備え、前記基板における前記電極が取り付けられている側の面とは反対側の表面に供給された試料溶液が、前記貫通孔から前記筐体内部に流れ込んで収容されることにより、前記電極と接するようにしてあることを特徴とするものである。
このような電磁気センサによれば、前記基板の前記電極が取り付けられている側の面とは反対側の表面に供給された試料溶液が、前記貫通孔から前記筐体内部に流れ込んで収容されることにより、前記試料溶液と前記電極とが接するので、該電極が試料溶液の流れに直接曝されにくい。
そのため、たとえ試料溶液に固形物が含まれている場合であっても、前記電極が破損するおそれを低減することができ、安定して電気伝導率等を測定することができる。
そのため、たとえ試料溶液に固形物が含まれている場合であっても、前記電極が破損するおそれを低減することができ、安定して電気伝導率等を測定することができる。
ところで、電極を印刷したシート状の基板１１に電磁気センサ１２３等の複数種類のセンサを搭載し、この基板１１上に少量の試料溶液Ｓを接触させて測定するマルチセンサユニット１においては、従来、図９に示すように、前記基板１１上に設けられた、例えば、電気伝導率測定用の電極１２３２を覆うように、前記基板１１の試料溶液Ｓが供給される側に突出するように筐体１２５が取り付けられ、この筐体１２５に貫通孔が形成されている。
また、前記基板１１に、前記複数種類のセンサの１つとして、例えば、イオン選択性電極１２１等を取り付ける場合、特にＩＳＦＥＴ電極１２１Ｐは前記基板１１の試料溶液Ｓと接触する面とは反対側に突出するように取り付けられている。
また、前記基板１１に、前記複数種類のセンサの１つとして、例えば、イオン選択性電極１２１等を取り付ける場合、特にＩＳＦＥＴ電極１２１Ｐは前記基板１１の試料溶液Ｓと接触する面とは反対側に突出するように取り付けられている。
そのため、このような従来のマルチセンサユニット１では、図９に示すように、試料溶液Ｓの電気伝導率などを測定する場合には、少なくとも前記基板１１の表面から前記筐体１２５の高さまでが試料溶液Ｓで満たされている必要がある。
さらに、複数種類のセンサと試料溶液Ｓとを接触させるためには、ある程度の面積に試料溶液を行き渡らせる必要があるので、測定に必要な試料溶液Ｓの量を低減することが難しいという問題がある。
また、前記電気伝導率センサ１２３と、前記ＩＳＦＥＴ電極１２１Ｐとが、前記基板１１を挟んで反対向きにそれぞれ突出してしまうので、前記マルチセンサユニット１の厚みを小さくすることが難しいという問題もある。
さらに、複数種類のセンサと試料溶液Ｓとを接触させるためには、ある程度の面積に試料溶液を行き渡らせる必要があるので、測定に必要な試料溶液Ｓの量を低減することが難しいという問題がある。
また、前記電気伝導率センサ１２３と、前記ＩＳＦＥＴ電極１２１Ｐとが、前記基板１１を挟んで反対向きにそれぞれ突出してしまうので、前記マルチセンサユニット１の厚みを小さくすることが難しいという問題もある。
そこで、本発明では、このようなマルチセンサユニットについて、基板と、該基板に取り付けられた複数種類のセンサとを具備するものであり、前記センサうちの一つである電磁気センサが、前記基板に形成された貫通孔と、前記基板の表面に取り付けられた電極と、前記電極と前記貫通孔とを覆う筐体とを備え、前記基板の前記電極が取り付けられている側の面とは反対側の表面に供給された試料溶液が、前記貫通孔から前記筐体内部に流れ込んで収容されることにより、前記試料溶液と前記電極とが接するものとした。
このようなマルチセンサユニットによれば、前記電磁気センサの筐体が前記基板の試料溶液が供給される面とは反対側の面側に配置されているので、前記基板から試料溶液側へ突出する部分を小さくすることができる。
その結果、前記基板の表面に供給される面積あたりの試料溶液を低減することができるので、測定に必要な試料溶液の量を従来よりも低減することができる。
その結果、前記基板の表面に供給される面積あたりの試料溶液を低減することができるので、測定に必要な試料溶液の量を従来よりも低減することができる。
また、例えば、従来から前記基板の試料溶液が供給される側の面とは反対側に突出するように取り付けられている前記ＩＳＦＥＴ電極等を、前記基板に取り付けた場合には、前記電磁気センサと前記ＩＳＦＥＴ電極等とが前記基板に対して同じ方向に突出するようにできるので、前記マルチセンサユニットの厚みを従来よりもさらに薄いものにすることができる。
前述したようなマルチセンサユニットによれば、マルチセンサユニットに供給される面積あたりの試料溶液の量を低減することができるので、同じ量の試料溶液で一度に測定できるセンサの数を従来よりも増加させることも可能である。
ところで、複数のセンサを備えたマルチセンサユニットでは、設計時にあらかじめ想定されている校正時期よりも早くに出力値がずれてしまうセンサが混ざっていることがある。
このような場合、従来は一番早くに出力値がずれてしまうセンサに合わせて校正時期を決める必要があるので、前記複数のセンサ全体について頻繁に校正しなければならないという問題がある。
ところで、複数のセンサを備えたマルチセンサユニットでは、設計時にあらかじめ想定されている校正時期よりも早くに出力値がずれてしまうセンサが混ざっていることがある。
このような場合、従来は一番早くに出力値がずれてしまうセンサに合わせて校正時期を決める必要があるので、前記複数のセンサ全体について頻繁に校正しなければならないという問題がある。
そこで、同じ種類のセンサを３つ以上備える前記マルチセンサユニットを使用して、前記複数のセンサの出力値の平均値と各センサの出力値の絶対値差が所定の閾値を越えた場合に、前記センサの出力値を前記平均値に等しくなるように自動校正すれば、設計時にあらかじめ想定されている校正時期よりも早くに出力値がずれてしまうセンサが混ざっている場合であっても、前記複数のセンサについて設計時に予め想定された校正時期まで、前記複数のセンサ全体を構成する必要がない。
そのため、前記マルチセンサユニットの校正にかかる手間やコストを削減することができる。
そのため、前記マルチセンサユニットの校正にかかる手間やコストを削減することができる。
また、特に低濃度の試料溶液を測定する場合等には、前述したように同じ種類のセンサを複数個備えるマルチセンサユニットを使用して、前記複数のセンサからの出力値に基づいて演算を行い、ノイズを除いた測定値を算出する電気化学測定方法によれば、試料溶液の濃度が低濃度の場合であっても、前記マルチセンサユニットを備えた電気化学測定装置による測定精度をより向上することができる。
本発明によれば、前記基板の前記電極が取り付けられている側の面とは反対側の表面に供給された試料溶液が、前記貫通孔から前記筐体内部に流れ込んで収容されることにより、前記試料溶液と前記電極とが接するので、該電極が試料溶液の流れに直接曝されにくい。
そのため、たとえ試料溶液に固形物が含まれている場合であっても、前記電極が破損するおそれを低減することができ、試料溶液中の固形物を取り除くなどの手間をかけずに、幅広い試料溶液の電気伝導率等を安定して測定することができる。
そのため、たとえ試料溶液に固形物が含まれている場合であっても、前記電極が破損するおそれを低減することができ、試料溶液中の固形物を取り除くなどの手間をかけずに、幅広い試料溶液の電気伝導率等を安定して測定することができる。
以下に、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。
本実施形態に係るマルチセンサユニット１は、例えば、試料溶液Ｓの電気伝導率、比抵抗、誘電率、各種イオン濃度、酸化還元電位等の電気化学的性質を測定するマルチイオンセンサ等の電気化学測定装置１００に使用されるものである。
本実施形態に係るマルチセンサユニット１は、例えば、試料溶液Ｓの電気伝導率、比抵抗、誘電率、各種イオン濃度、酸化還元電位等の電気化学的性質を測定するマルチイオンセンサ等の電気化学測定装置１００に使用されるものである。
前記電気化学測定装置１００は、例えば、図１に示すように、複数種類のセンサを備えたマルチセンサユニット１と、該センサからの出力信号に基づいて測定値などを算出する情報処理回路２と、該情報処理回路２によって算出された測定値などを表示する表示部３等を備えたものである。
前記マルチセンサユニット１は、例えば、図１に示すように、長さが３ｃｍ、幅が１ｃｍ、厚みが０．５ｍｍ程度の液晶ポリマー、ポリ塩化ビニル又はポリエチレンテレフタレート等からなるシート状の基板１１と、該基板１１上に設けられたセンサ部１２等を備えたものである。
前記情報処理回路２は、ＣＰＵやメモリ、通信ポート等から構成されたデジタル回路と、バッファーや増幅器等を具備するアナログ回路と、これらデジタル回路とアナログ回路とを仲立ちするＡＤコンバータ、ＤＡコンバータ等を具備するものである。そして、前記メモリに記憶させた所定のプログラムに従ってＣＰＵやその周辺機器が協働することにより、例えば、前記マルチセンサユニット１から出力される出力値に基づいて測定値を算出する算出部等としての機能を発揮するものである。
以下に、前記センサ部１２について詳述する。
前記センサ部１２は、例えば、図２に示すように、前記基板１１上に形成されたプリント配線によって、前記情報処理回路２とそれぞれが接続されているイオン選択性電極１２１、比較電極１２２、電磁気センサ１２３、サーミスタ１２４等を備えたものである。
前記センサ部１２は、例えば、図２に示すように、前記基板１１上に形成されたプリント配線によって、前記情報処理回路２とそれぞれが接続されているイオン選択性電極１２１、比較電極１２２、電磁気センサ１２３、サーミスタ１２４等を備えたものである。
前記イオン選択性電極１２１は、この実施形態では、例えば、試料溶液Ｓ中の水素イオン濃度を測定するｐＨ電極１２１Ｐと、ナトリウムイオン濃度を測定するナトリウムイオン選択性電極１２１Ｎと、カリウムイオン濃度を測定するカリウムイオン選択性電極１２１Ｋである。
前記ｐＨ電極１２１Ｐは、前記基板１１に形成されたｐＨ電極用貫通孔１２１Ｐ１と、前記基板１１の試料溶液Ｓに接する面とは反対側に印刷された、例えば、半田バンプなどである２つのＩＳＦＥＴ電極用接続部材１２１Ｐ２と、該２つのＩＳＦＥＴ電極用接続部材１２１Ｐ２によって前記基板１１上に印刷された前記プリント配線に対して、いわゆるフリップチップ実装によって電気的に接続されているＩＳＦＥＴチップ１２１Ｐ３とを備えたＩＳＦＥＴ電極１２１Ｐである。
前記ＩＳＦＥＴチップ１２１Ｐ３は、その感応面が前記ｐＨ電極用貫通孔１２１Ｐ１を介して前記試料溶液Ｓと接触するように、前記基板１１の試料溶液Ｓが供給される側の面とは反対側に突出するように取り付けられている。
前記ＩＳＦＥＴチップ１２１Ｐ３としては、例えば、ゲート絶縁膜上にＴａＯ５膜を積層して前記感応面を形成したものを挙げることができる。
前記ＩＳＦＥＴチップ１２１Ｐ３は、その感応面が前記ｐＨ電極用貫通孔１２１Ｐ１を介して前記試料溶液Ｓと接触するように、前記基板１１の試料溶液Ｓが供給される側の面とは反対側に突出するように取り付けられている。
前記ＩＳＦＥＴチップ１２１Ｐ３としては、例えば、ゲート絶縁膜上にＴａＯ５膜を積層して前記感応面を形成したものを挙げることができる。
前記ナトリウムイオン選択性電極１２１Ｎは、前記基板１１に形成されたナトリウムイオン選択性電極用貫通孔１２１Ｎ１と、該ナトリウムイオン選択性電極用貫通孔１２１Ｎ１を塞ぐように取り付けられたイオン感応膜１２１Ｎ２と、前記基板１１の試料溶液Ｓが供給される側の面とは反対側の面に取り付けられた、例えば、銀／塩化銀電極などからなる内部電極１２１Ｎ３と、該内部電極１２１Ｎ３を覆うように前記基板１１に取り付けられた筐体１２５と、該筐体１２５の内部に収容された、例えば、ＮａＣｌ水溶液などの内部液１２１Ｎ４とを備えるものである。
前記イオン感応膜１２１Ｎ２としては、例えば、ＰＶＣ膜、イオノフォアを含む液膜や固体膜、測定対象イオンを含む固体膜などを挙げることができる。
前記イオン感応膜１２１Ｎ２としては、例えば、ＰＶＣ膜、イオノフォアを含む液膜や固体膜、測定対象イオンを含む固体膜などを挙げることができる。
前記カリウムイオン選択性電極１２１Ｋは、前記基板１１に形成されたカリウムイオン選択性電極用貫通孔１２１Ｋ１と、該カリウムイオン選択性電極用貫通孔１２１Ｋ１を塞ぐように取り付けられたイオン感応膜１２１Ｋ２と、前記基板１１の試料溶液Ｓが供給される側の面とは反対側の面に取り付けられた、例えば、銀／塩化銀電極などからなる内部電極１２１Ｋ３と、該内部電極１２１Ｋ３を覆うように前記基板１１に取り付けられた筐体１２５と、該筐体１２５の内部に収容された、例えば、ＣａＣｌ２とＫＣｌとを含有する水溶液などの内部液１２１Ｋ４とを備えるものである。
前記イオン感応膜１２１Ｋ２としては、例えば、ＰＶＣ膜、イオノフォアを含む液膜や固体膜、測定対象イオンを含む固体膜などを挙げることができる。
前記イオン感応膜１２１Ｋ２としては、例えば、ＰＶＣ膜、イオノフォアを含む液膜や固体膜、測定対象イオンを含む固体膜などを挙げることができる。
前記比較電極１２２は、前記イオン選択性電極１２１の参照電極として機能するものであり、前記基板１１に形成された比較電極用貫通孔１２２１と、該比較電極用貫通孔１２２１を塞ぐように設けられたセラミック等からなる液絡部１２２２と、前記基板１１の試料溶液Ｓが供給される側の面とは反対側の面に取り付けられた、例えば、銀／塩化銀電極などからなる内部電極１２２３と、該内部電極１２２３及び前記比較電極用貫通孔を覆うように前記基板１１に取り付けられた筐体１２５と、該筐体１２５の内部に収容された、例えば、３．３ｍｏｌ／ＬＫＣｌ水溶液などの内部液１２２４とを備えるものである。
しかして、この実施形態においては、前記電磁気センサ１２３は以下の様な特徴を有している。
前記電磁気センサ１２３は、試料溶液Ｓの電気伝導率、比抵抗、誘電率などを測定するものであり、この実施形態では、例えば、試料溶液Ｓの電気伝導率を測定する電気伝導率センサ１２３である。
前記電気伝導率センサ１２３は、前記基板１１に形成された２つの電気伝導率センサ用貫通孔１２３１と、前記基板１１の試料溶液Ｓが供給される面とは反対側の面の、前記２つの電気伝導率センサ用貫通孔１２３１に挟まれる位置に印刷された２つの測定電極（電圧極）１２３２と、これら２つの測定電極１２３２を囲むように印刷された２つの電流極１２３３と、前記基板１１上に取り付けられた筐体１２５とを備えたものである。
前記電磁気センサ１２３は、試料溶液Ｓの電気伝導率、比抵抗、誘電率などを測定するものであり、この実施形態では、例えば、試料溶液Ｓの電気伝導率を測定する電気伝導率センサ１２３である。
前記電気伝導率センサ１２３は、前記基板１１に形成された２つの電気伝導率センサ用貫通孔１２３１と、前記基板１１の試料溶液Ｓが供給される面とは反対側の面の、前記２つの電気伝導率センサ用貫通孔１２３１に挟まれる位置に印刷された２つの測定電極（電圧極）１２３２と、これら２つの測定電極１２３２を囲むように印刷された２つの電流極１２３３と、前記基板１１上に取り付けられた筐体１２５とを備えたものである。
前記筐体１２５は、前記測定電極１２３２と電気力線を発生させる前記電流極１２３３を前記基板１１の試料溶液Ｓが供給される側の面とは反対側から覆うように取り付けられている四角いカップ状のものであり、その内部の空間に試料溶液Ｓを収容して、電気力線の広がりを制御するものである。
この筐体１２５は、この実施形態では、前記ナトリウムイオン選択性電極１２１Ｎやカリウムイオン選択性電極１２１Ｋ、比較電極１２２等の前記筐体１２５と一体に形成されているものであり、例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリプロピレン等で形成されている。
この筐体１２５は、この実施形態では、前記ナトリウムイオン選択性電極１２１Ｎやカリウムイオン選択性電極１２１Ｋ、比較電極１２２等の前記筐体１２５と一体に形成されているものであり、例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリプロピレン等で形成されている。
前記筐体１２５の内部には、前記各電極の各内部液や試料溶液Ｓが互いに混ざり合わないように各内部液や試料溶液Ｓを収容する空間をそれぞれ液密に仕切る仕切り壁１２５Ｗが設けられている。
前記筐体１２５は、その内部に前記電気伝導率センサ１２３の前記測定電極１２３２間の電気力線の広がり範囲を制御するために適切な量の試料溶液Ｓが入れる大きさであればよく、この実施形態では、例えば、前記基板１１の表面から試料溶液Ｓと接する面とは反対側に２ｍｍ程度突出する大きさにしてある。
前記筐体１２５は、その内部に前記電気伝導率センサ１２３の前記測定電極１２３２間の電気力線の広がり範囲を制御するために適切な量の試料溶液Ｓが入れる大きさであればよく、この実施形態では、例えば、前記基板１１の表面から試料溶液Ｓと接する面とは反対側に２ｍｍ程度突出する大きさにしてある。
このように構成した電気伝導率センサ１２３を備えたマルチセンサユニット１によれば、以下の様な効果を奏することができる。
前記基板１１の前記測定電極１２３２及び前記電流極１２３３が取り付けられている側の面とは反対側の表面に供給された試料溶液Ｓが、前記貫通孔１２３１から前記筐体１２５内部に流れ込んで収容されることにより、前記試料溶液Ｓと前記測定電極１２３２及び前記電流極１２３３とが接するので、これら測定電極１２３２及び電流極１２３３が試料溶液Ｓの流れに直接曝されにくい。
そのため、たとえ試料溶液Ｓに固形物が含まれている場合であっても、前記測定電極１２３２及び前記電流極１２３３が破損するおそれを低減することができ、試料溶液Ｓ中の固形物を取り除くなどの手間をかけずに、幅広い試料溶液Ｓの電気伝導率を安定して測定することができる。
前記基板１１の前記測定電極１２３２及び前記電流極１２３３が取り付けられている側の面とは反対側の表面に供給された試料溶液Ｓが、前記貫通孔１２３１から前記筐体１２５内部に流れ込んで収容されることにより、前記試料溶液Ｓと前記測定電極１２３２及び前記電流極１２３３とが接するので、これら測定電極１２３２及び電流極１２３３が試料溶液Ｓの流れに直接曝されにくい。
そのため、たとえ試料溶液Ｓに固形物が含まれている場合であっても、前記測定電極１２３２及び前記電流極１２３３が破損するおそれを低減することができ、試料溶液Ｓ中の固形物を取り除くなどの手間をかけずに、幅広い試料溶液Ｓの電気伝導率を安定して測定することができる。
また、前記電気伝導率センサ１２３の筐体１２５が前記基板１１の試料溶液Ｓが供給される側の面とは反対側の表面に配置されているので、前記基板１１から試料溶液Ｓが供給される側へ突出する部分を小さくすることができる。
その結果、図３に示すように、前記基板１１の試料溶液Ｓ側の表面に供給される面積あたりの試料溶液Ｓの量を低減することができるので、測定に必要な試料溶液Ｓの量を従来よりも低減することができる。
その結果、図３に示すように、前記基板１１の試料溶液Ｓ側の表面に供給される面積あたりの試料溶液Ｓの量を低減することができるので、測定に必要な試料溶液Ｓの量を従来よりも低減することができる。
また、測定に供給される面積あたりの試料溶液Ｓの量を低減することができるので、同じ量の試料溶液Ｓで一度に測定できるセンサの数を従来よりも増加させることも可能である。
前記電気伝導率センサ用貫通孔１２３１が２つ形成されており、例えば、一方の穴から試料溶液Ｓが前記筐体１２５内に入りこむ場合に、他方の穴から空気が抜けるので、前記筐体１２５の内部に前記基板１１の表面に供給された試料溶液Ｓを取り込みやすい。
前記電気伝導率センサ１２３が４つの電極を備えた４極式のものであるので、より電気伝導率の測定精度を向上することができる。
前記電気伝導率センサ１２３が４つの電極を備えた４極式のものであるので、より電気伝導率の測定精度を向上することができる。
さらに、前記電気伝導率センサ１２３の筐体１２５と、前記各イオン選択性電極１２１や前記比較電極１２２の筐体１２５又はＩＳＦＥＴ電極１２１ＰのＩＳＦＥＴチップ１２１Ｐ３とが前記基板１１に対して同じ方向に突出するように取り付けられているので、前記マルチセンサユニット１の厚みを従来よりも薄いものにすることができる。
前記ＩＳＦＥＴ電極１２１Ｐでは、前記ＩＳＦＥＴ電極１２１Ｐの前記ＩＳＦＥＴチップ１２１Ｐ３が試料溶液Ｓと接触する感応面に接触するように前記ＩＳＦＥＴ用接続部材１２１Ｐ２が取り付けられている必要がある。
そのため、前記ＩＳＦＥＴ電極１２１Ｐの前記ＩＳＦＥＴチップ１２１Ｐ３を、前記基板１１の試料溶液Ｓが供給される側に突出するように取り付けると、前記ＩＳＦＥＴ用接続部材１２１Ｐ２と前記基板１１とを接続するためにワイヤボンディングが必要である。
このワイヤボンディングが外部に露出していると、外部からの衝撃や劣化によってワイヤが切れてしまうおそれがある。
そのため、このワイヤを覆って保護する樹脂などからなる保護部材をさらに取り付けなければならず、前記マルチセンサユニットの厚みがどうしても大きくなってしまう。
また、製造の手間もかかるので、前記マルチセンサユニット１の製造コストが高くなってしまうという問題もある。
そのため、前記ＩＳＦＥＴ電極１２１Ｐの前記ＩＳＦＥＴチップ１２１Ｐ３を、前記基板１１の試料溶液Ｓが供給される側に突出するように取り付けると、前記ＩＳＦＥＴ用接続部材１２１Ｐ２と前記基板１１とを接続するためにワイヤボンディングが必要である。
このワイヤボンディングが外部に露出していると、外部からの衝撃や劣化によってワイヤが切れてしまうおそれがある。
そのため、このワイヤを覆って保護する樹脂などからなる保護部材をさらに取り付けなければならず、前記マルチセンサユニットの厚みがどうしても大きくなってしまう。
また、製造の手間もかかるので、前記マルチセンサユニット１の製造コストが高くなってしまうという問題もある。
本実施形態に係るマルチセンサユニット１では、前記ＩＳＦＥＴチップ１２１Ｐ３がフリップチップ実装によって前記基板１１に取り付けられているので、前記ＩＳＦＥＴチップ１２１Ｐ３をワイヤボンディングにより前記基板１１に取り付ける場合よりも、前記マルチセンサユニット１の製造を簡単にして、かつ、薄くすることができる。
前記筐体１２５がポリエチレンテレフタレートやポリプロピレン、ポリ塩化ビニル等の柔軟性の高い素材で形成されており、また前記筐体１２５の厚みが２ｍｍ程度と小さいので、前記マルチセンサユニット１そのものを従来よりも曲げやねじれ等に柔軟に対応できるフレキシブルなものにすることができる。
また、前記基板１１が、薄いシート状の液晶ポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、又は、ポリエチレンテレフタレート等であるので、前記マルチセンサユニット１をより曲げやねじれ等に柔軟に対応できるフレキシブルなものとすることができる。
この技術を応用すれば、ウェアラブルにして、人の皮膚表面に装着し、汗などの微量な試料溶液の電気化学的性質を測定することも可能である。
また、前記基板１１が、薄いシート状の液晶ポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、又は、ポリエチレンテレフタレート等であるので、前記マルチセンサユニット１をより曲げやねじれ等に柔軟に対応できるフレキシブルなものとすることができる。
この技術を応用すれば、ウェアラブルにして、人の皮膚表面に装着し、汗などの微量な試料溶液の電気化学的性質を測定することも可能である。
前述したようなマルチセンサユニット１によれば、前記電気伝導率センサ１２３用の電極と、他のセンサの電極や接続部材等を前記基板１１の同じ側の面に全て印刷することができるので、従来のように前記基板１１の両面に電極や接続部材等を印刷する手間やコストを省くことができる。
次に、前記マルチセンサユニット１の変形例について説明する。
前記電気伝導率センサ用貫通孔１２３１は同じ大きさの貫通孔を２つ形成しているが、大きさが異なる２つの貫通孔としてもよいし、３つや４つ等２つ以上の貫通孔を形成するようにしても良い。
前記貫通孔１２３１から前記筐体１２５内部に流れ込んで収容される試料溶液Ｓは、前記測定電極１２３２と接していれば良く、前記試料溶液Ｓが前記基板１１の前記測定電極１２３２が取り付けられている側の面と接触していても良いし、接触していなくても良い。
前記電気伝導率センサ１２３は４極式のものに限らず、２極式のものであっても構わない。
前記電気伝導率センサ用貫通孔１２３１は同じ大きさの貫通孔を２つ形成しているが、大きさが異なる２つの貫通孔としてもよいし、３つや４つ等２つ以上の貫通孔を形成するようにしても良い。
前記貫通孔１２３１から前記筐体１２５内部に流れ込んで収容される試料溶液Ｓは、前記測定電極１２３２と接していれば良く、前記試料溶液Ｓが前記基板１１の前記測定電極１２３２が取り付けられている側の面と接触していても良いし、接触していなくても良い。
前記電気伝導率センサ１２３は４極式のものに限らず、２極式のものであっても構わない。
前記筐体１２５は、他のセンサの筐体１２５と一体に形成されたものに限らず、前記電気伝導率センサ１２３専用の筐体１２５として独立して形成されていても良い。
前記筐体１２５の大きさは、前述したものに限らず、その厚みをより小さくしても良いし、より大きくしても良い。
前記筐体１２５の形は四角いカップ状のものに限らず、前記基板１１に接する端面から内部に向けて空間が形成された円筒形のものや多角柱形のもの、異形柱状のものなどでも良いし、柱状のものに限らず、半球状、半楕円形状、円錐状、多角錐状などのものであって良い。
前記筐体１２５の大きさは、前述したものに限らず、その厚みをより小さくしても良いし、より大きくしても良い。
前記筐体１２５の形は四角いカップ状のものに限らず、前記基板１１に接する端面から内部に向けて空間が形成された円筒形のものや多角柱形のもの、異形柱状のものなどでも良いし、柱状のものに限らず、半球状、半楕円形状、円錐状、多角錐状などのものであって良い。
また、図４に示すように、前記イオン選択性電極１２１や前記比較電極１２２について、内部液を使用せずに、例えば、イオン性液体含有ポリマー１２６を使用しても良い。
このようなものであれば、前記筐体１２５から前記内部液が漏れ出たり蒸発したりすることを考慮しなくて良いので、前記マルチセンサユニット１をよりフレキシブルなものにすることができる。
このようなものであれば、前記筐体１２５から前記内部液が漏れ出たり蒸発したりすることを考慮しなくて良いので、前記マルチセンサユニット１をよりフレキシブルなものにすることができる。
前記電気化学測定装置１００を、図５にしめすような、前記マルチセンサユニット１と、該マルチセンサユニット１を囲むように配置され試料溶液Ｓを保持する試料保持部と、前記情報処理装置、表示部等を一体に備え、持ち運びができる大きさの装置としても良い。
また、前記電気化学測定装置１００が前記表示部３を備えているものに限らず、前記情報処理回路２が算出した測定値などを、パソコン、タブレット、スマートフォン、その他のポータブル機器等の外部機器に無線乃至有線で送信され、その外部機器が有するディスプレイに表示するように構成してもよい。
また、前記情報処理回路２の機能を、前記した外部機器に持たせてもよい。この場合には、当該外部機器に所定のアプリケーションをインストールすることにより、前記マルチセンサユニット１からの出力信号を無線乃至有線で受信し、この受信した出力信号を測定値等の所望の情報に変換して、外部機器が有するディスプレイに表示するように構成されてよい。この所定のアプリケーションはプログラムとしてユーザに提供されてもよく、このプログラムは、光ディスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録されて提供されてもよいし、ネットワークを介してダウンロードされて提供されてもよい。
また、前記情報処理回路２の機能を、前記した外部機器に持たせてもよい。この場合には、当該外部機器に所定のアプリケーションをインストールすることにより、前記マルチセンサユニット１からの出力信号を無線乃至有線で受信し、この受信した出力信号を測定値等の所望の情報に変換して、外部機器が有するディスプレイに表示するように構成されてよい。この所定のアプリケーションはプログラムとしてユーザに提供されてもよく、このプログラムは、光ディスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録されて提供されてもよいし、ネットワークを介してダウンロードされて提供されてもよい。
前記マルチセンサユニット１のセンサ部１２は、前記電磁気センサ１２３、ｐＨ電極１２１Ｐ、ナトリウムイオン選択性電極１２１Ｎ、カリウムイオン選択性電極１２１Ｋに限らず、硝酸イオン、アンモニウムイオン、フッ素イオンなどを検出するイオン選択性電極やその他の電気化学センサであっても良い。
前記ＩＳＦＥＴチップ１２１Ｐ３の感応面を形成する膜としては、ＴａＯ５膜以外にも、例えば、窒化シリコン膜（Ｓｉ２Ｎ３膜）、アルミナ膜（Ａｌ２Ｏ３膜）、ＰＶＣ膜、イオノフォアを含む液膜や固体膜、測定対象イオンを含む固体膜などを挙げることができる。
前記マルチセンサユニット１は、複数種類のセンサを備えたものであるが、同じ種類のセンサを、例えば、１００個や１０００個の単位で備えるものとしても良い。
以下に、このようなものの一例として、ｐＨ電極１２１Ｐを８０個備えたマルチセンサユニット１を備えた電気化学測定装置１００について説明する。
前記ＩＳＦＥＴチップ１２１Ｐ３の感応面を形成する膜としては、ＴａＯ５膜以外にも、例えば、窒化シリコン膜（Ｓｉ２Ｎ３膜）、アルミナ膜（Ａｌ２Ｏ３膜）、ＰＶＣ膜、イオノフォアを含む液膜や固体膜、測定対象イオンを含む固体膜などを挙げることができる。
前記マルチセンサユニット１は、複数種類のセンサを備えたものであるが、同じ種類のセンサを、例えば、１００個や１０００個の単位で備えるものとしても良い。
以下に、このようなものの一例として、ｐＨ電極１２１Ｐを８０個備えたマルチセンサユニット１を備えた電気化学測定装置１００について説明する。
前記電気化学測定装置１００は、さらに校正部を備えるものとしても良い。
前記校正部は、前記情報処理回路２がその役割を担うものであり、例えば、前記ｐＨ電極１２１Ｐについて、設計時に想定される校正期間が経過するまでの期間、ｐＨ電極１２１Ｐを自動校正するものである。
前記校正部は、前記情報処理回路２がその役割を担うものであり、例えば、前記ｐＨ電極１２１Ｐについて、設計時に想定される校正期間が経過するまでの期間、ｐＨ電極１２１Ｐを自動校正するものである。
この自動校正の手順は以下の様なものである。
図６に示すように、まず、前記算出部が、前記８０個のｐＨ電極１２１Ｐそれぞれから出力され出力値の平均値を算出する。
前記校正部が、前記平均値と各ｐＨ電極１２１Ｐからの出力値を比較して、平均値と前記出力値との絶対値の差が、所定の閾値を超えたｐＨ電極１２１Ｐについて、その出力値が前記８０個のｐＨ電極１２１Ｐの出力値の平均値、又は前記閾値を越えたｐＨ電極１２１Ｐを除いた残りのｐＨ電極１２１Ｐの出力値の平均値に等しくなるように校正する。
図６に示すように、まず、前記算出部が、前記８０個のｐＨ電極１２１Ｐそれぞれから出力され出力値の平均値を算出する。
前記校正部が、前記平均値と各ｐＨ電極１２１Ｐからの出力値を比較して、平均値と前記出力値との絶対値の差が、所定の閾値を超えたｐＨ電極１２１Ｐについて、その出力値が前記８０個のｐＨ電極１２１Ｐの出力値の平均値、又は前記閾値を越えたｐＨ電極１２１Ｐを除いた残りのｐＨ電極１２１Ｐの出力値の平均値に等しくなるように校正する。
このような電気化学測定装置１００では、従来、これら多数のｐＨ電極１２１Ｐのうち出力値が最も早くずれるものに校正時期をあわせる必要があるので、頻繁に校正作業を行わなければならず、校正作業に非常に手間がかかる。
一方、本実施形態に係る校正方法によれば、前記マルチセンサユニット１に備えられた多数のｐＨ電極１２１Ｐの中に、設計時に想定される校正期間よりも早く出力値がずれてしまうものが混ざっている場合であっても、前記多数のｐＨ電極１２１Ｐ全体を校正する時期を早めに設定する必要がないので、前記多数のｐＨ電極１２１Ｐ全体を校正する頻度を従来よりも少なく抑えることができる。
このような校正方法は、前述したようにｐＨ電極１２１Ｐを８０個や１００個、１０００個等備えたものに限らず、ｐＨ電極１２１Ｐを３つ以上備えたマルチセンサユニット１を具備している様々な電気化学測定装置１００に適用することができる。
自動校正することができるセンサは、前述したｐＨ電極１２１Ｐに限らず、一定期間毎に校正が必要なセンサであれば良い。
自動校正することができるセンサは、前述したｐＨ電極１２１Ｐに限らず、一定期間毎に校正が必要なセンサであれば良い。
本発明に係る電気化学測定装置１００のさらに別の実施形態としては、前記算出部が、前記マルチセンサユニット１に備えられた同じ種類の複数のセンサからの出力値に基づいてノイズを除去した測定値を算出するものを挙げることができる。
この実施形態では、前記算出部が、前記マルチセンサユニット１に備えられた、例えば、図７に示すように、８０個のｐＨ電極１２１Ｐからの出力値の平均値を算出して、算出された値を測定値として出力するようにしている。
この実施形態では、前記算出部が、前記マルチセンサユニット１に備えられた、例えば、図７に示すように、８０個のｐＨ電極１２１Ｐからの出力値の平均値を算出して、算出された値を測定値として出力するようにしている。
従来、特に、ｐＨ電極１２１Ｐ等のイオン選択性電極１２１では、試料溶液Ｓ中のイオン濃度が低い場合には、ｐＨ電極１２１Ｐの出力値に含まれるノイズの影響が大きくなってしまうという問題がある。
この点、本実施形態に係る測定値算出方法によれば、濃度の低い試料溶液Ｓのイオン濃度を測定する場合であっても、ノイズの影響を抑えて測定精度を向上することができる。
前記算出部は、前述したように出力値の平均値を算出する以外にも、前記電気化学測定装置１００の使用用途や測定環境に応じて、例えば、図８に示すように、フーリエ変換等を利用して、複数のｐＨ電極１２１Ｐからの出力値に共通する周波数のみを抽出するようにしても良いし、複数のｐＨ電極１２１Ｐからの出力値に共通する周波数のみを排除するようにしても良い。
例えば、抽出したい周波数が分かっているような場合には、複数のｐＨ電極１２１Ｐの出力値から共通する周波数のみを抽出することができれば、より効率よく測定精度を向上することができる。
また、例えば、使用環境などによって、共通のノイズが生じているような場合には、複数のｐＨ電極１２１Ｐからの出力値の中で共通しているノイズの周波数を除くことが有効な場合もある。
また、例えば、使用環境などによって、共通のノイズが生じているような場合には、複数のｐＨ電極１２１Ｐからの出力値の中で共通しているノイズの周波数を除くことが有効な場合もある。
このような測定の算出方法は、センサの種類に関わらず、同じ種類のセンサを２つ以上備えている様々な電気化学測定装置１００に適用することができるものである。
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、種々の変形や実施形態の組合せを行ってもかまわない。
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、種々の変形や実施形態の組合せを行ってもかまわない。
１００・・・電気化学測定装置
１・・・マルチセンサユニット
２・・・情報処理回路
１１・・・基板
１２３・・・電磁気センサ
１２３１・・・貫通孔
１２３２・・・測定電極
１２５・・・筐体
１・・・マルチセンサユニット
２・・・情報処理回路
１１・・・基板
１２３・・・電磁気センサ
１２３１・・・貫通孔
１２３２・・・測定電極
１２５・・・筐体
Claims (7)
- 基板上に供給されて保持された試料溶液に接触させて該試料溶液の電気伝導率、比抵抗又は誘電率を測定するセンサであり、
前記基板と、
該基板に形成された貫通孔と、
前記基板の表面に取り付けられた電極と、
前記貫通孔と前記電極とを覆う筐体とを備え、
前記基板において前記電極が取り付けられている側の面とは反対側の表面に供給された試料溶液が、前記貫通孔から前記筐体内部に流れ込んで収容されることにより、前記試料溶液と前記電極とが接するようにしてあることを特徴とする電気伝導率センサ、比抵抗センサ又は誘電率センサ。 - 請求項１記載の電気伝導率センサ、比抵抗センサ又は誘電率センサと、
前記電気伝導率センサ、比抵抗センサ又は誘電率センサが備える前記基板に取り付けられて、該基板に供給された試料溶液に接触させて該試料溶液の電気化学的性質を測定する他のセンサと、を備えるマルチセンサユニット。 - 請求項１記載の電気伝導率センサ、比抵抗センサ又は誘電率センサと、
前記電気伝導率センサ、比抵抗センサ又は誘電率センサからの出力信号を受信し、当該受信した出力信号を所望の情報に変換して出力する情報処理回路とを備える電気化学測定装置。 - 同じ種類のセンサを３つ以上備えている請求項２記載のマルチセンサユニットと、
前記センサからの出力値の平均値を算出する算出部と、
該算出部で算出された平均値と各センサの出力値との絶対値差が所定の閾値を越えた場合に該センサの出力値が前記平均値と等しくなるように校正する校正部とを具備していることを特徴とする測定装置。 - 同じ種類のセンサを３つ以上備えている請求項２記載のマルチセンサユニットを用いて、前記複数のセンサの出力値の平均値と、各センサの出力値との絶対値差が所定の閾値を越えた場合に、前記センサの出力値を前記平均値に等しくなるように自動校正することを特徴とするセンサ校正方法。
- 同じ種類の複数のセンサを備えている請求項２記載のマルチセンサユニットと、
前記複数のセンサからの出力値に基づいて演算することで、該出力値に含まれるノイズを除去した測定値を算出する算出部とを具備することを特徴とする測定装置。 - 同じ種類の複数のセンサを備えている請求項２記載のマルチセンサユニットを用いて、
前記複数のセンサからの出力値に基づいて演算することで、該出力値に含まれるノイズを除去することを特徴とする測定方法。
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