JP7184974B2 - RESIN COMPOSITION FOR FORMING ODOR SUBSTANCE RECEIVING LAYER, SENSOR ELEMENT, ODOR SENSOR, AND ODOR MEASURING DEVICE USING SAME - Google Patents
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Description
本発明は、匂い物質受容層を形成するための樹脂組成物、それを用いたセンサ素子、匂いセンサおよび匂い測定装置に関する。 The present invention relates to a resin composition for forming an odorant-receiving layer, a sensor element using the same, an odor sensor, and an odor measuring device.
近年の情報処理技術の発達により、人間の五感のうち機械的な測定が十分に達成できていない嗅覚を何らかの方法で数値化することができれば、医療分野、環境・安全分野、マーケティング分野等の幅広い産業分野で利用可能であることが期待される。これまでに、特定の気体物質(ガス)を検出する方法は半導体ガスセンサなどによって高精度・高感度の測定が実現されている。 With the development of information processing technology in recent years, if it is possible to quantify the sense of smell, which has not been sufficiently mechanically measured among the five human senses, in a wide range of fields such as medicine, environment and safety, and marketing. It is expected that it can be used in the industrial field. Semiconductor gas sensors have hitherto been used to detect specific gaseous substances (gases) with high accuracy and high sensitivity.
特許文献1に記載の発明は、半導体ガスセンサの半導体を導電性高分子に置き換えて導電性高分子表面への匂い成分の吸着を検出する仕組みを提案している。特許文献1では、熱分解しやすい匂い成分およびセンサの検出部表面で酸化還元反応を生じない物質の検出が可能になることを報告している。
The invention described in
また、特許文献2においては、有機ポリマーと導電性物質の混合物の電気抵抗が有機ガスに曝露されることで変化する性質に着目している。特許文献2では、上記混合物のうち有機ポリマーの組成が異なる有機ポリマー/導電性物質の組み合わせを複数調製し、これらを電気抵抗アレイとしてセンサに用いると、同一の有機ガスに曝露された際の電気抵抗変化がそれぞれ異なることが記載されている。これを利用して、電気抵抗変化のパターンと匂い(=有機ガスの混合物)の種類を帰属することによって匂いを識別できることが特許文献2では報告されている。
Further,
さらに、特許文献3において、上記の有機ポリマーに対して可塑剤を添加することでセンサの応答速度が向上することが報告されている。
Furthermore,
しかしながら、上述のような従来技術には、匂いの識別性能の観点から改善の余地があった。 However, the conventional techniques described above have room for improvement from the standpoint of odor identification performance.
本発明の一態様は、匂いの識別性能を向上させた匂い物質受容層を形成するための樹脂組成物、それを用いたセンサ素子、匂いセンサおよび匂い測定装置を提供することを目的とする。 An object of one aspect of the present invention is to provide a resin composition for forming an odorant-receiving layer with improved odor discrimination performance, a sensor element, an odor sensor, and an odor measuring device using the resin composition.
本発明者らは、上記の目的を達成するべく検討を行った結果、本発明に到達した。 The present inventors arrived at the present invention as a result of conducting studies to achieve the above object.
すなわち、本発明の一態様は、匂い物質受容層を形成するための樹脂組成物であって、フッ素樹脂(A)、界面活性剤(B)および導電性炭素材料(C)を含む樹脂組成物、それを用いたセンサ素子、匂いセンサおよび匂い測定装置である。 That is, one aspect of the present invention is a resin composition for forming an odorant-receiving layer, the resin composition containing a fluororesin (A), a surfactant (B), and a conductive carbon material (C). , a sensor element, an odor sensor, and an odor measuring device using the same.
本発明の一態様によれば、匂いの識別性能を向上させた匂い物質受容層を形成するための樹脂組成物、それを用いたセンサ素子、匂いセンサおよび匂い測定装置を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a resin composition for forming an odorant-receiving layer with improved odor discrimination performance, a sensor element, an odor sensor, and an odor measuring device using the resin composition.
本発明の一実施形態について以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A~B」は、「A以上B以下」を意図する。 An embodiment of the invention will be described below, but the invention is not limited thereto. In addition, unless otherwise specified in this specification, "A to B" representing a numerical range intends "A or more and B or less".
〔1.樹脂組成物〕
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物は、匂い物質受容層を形成するための樹脂組成物であって、フッ素樹脂(A)、界面活性剤(B)および導電性炭素材料(C)を含む。
[1. Resin composition]
A resin composition according to one embodiment of the present invention is a resin composition for forming an odorant-receiving layer, comprising a fluororesin (A), a surfactant (B) and a conductive carbon material (C). include.
本明細書中、「匂い物質」とは、広義において匂い物質受容層に吸着可能な物質を意味する。従って、一般的に匂いの原因物質とされていない物質も含まれる。「匂い」には原因となる匂い物質が複数含まれることが多く、また、匂い物質として認知されていない物質または未知の匂い物質も存在する。本発明の一実施形態は、匂い物質受容層への匂い物質の吸着量が匂い物質の種類によって異なることに着目するものである。 As used herein, the term “odorant” broadly means a substance that can be adsorbed to the odorant-receiving layer. Therefore, it also includes substances that are not generally regarded as odor-causing substances. "Smell" often includes multiple odorants, and there are substances that are not recognized as odorants or unknown odorants. One embodiment of the present invention focuses on the fact that the amount of odorant adsorbed to the odorant-receiving layer varies depending on the type of odorant.
なお、本明細書中、単に「匂い物質」と記載した場合であっても、個々の匂い物質ではなく、複数の匂い物質が含まれ得る「匂い物質の集合体」を意味する場合がある。 In this specification, even when the term "odorant" is used simply, it may mean not an individual odorant but an "aggregate of odorants" that may contain a plurality of odorants.
「匂い物質」としては特に限定されないが、例えばヘキサン、酢酸エチル、メタノール、炭酸ジエチル、トルエン、d-リモネン、ボルナン-2-オン、シス-3-ヘキセノール、β-フェニルエチルアルコール、シトラール、L-カルボン、γ-ウンデカラクトン、オイゲノール、リナリルアセテート、メントール、ベンズアルデヒド、バニリン、ヘキサナール、エタノール、吉草酸ペンチル、リナロール、2-プロパノール等が挙げられる。 The "odorant" is not particularly limited, but examples include hexane, ethyl acetate, methanol, diethyl carbonate, toluene, d-limonene, bornan-2-one, cis-3-hexenol, β-phenylethyl alcohol, citral, L- carvone, γ-undecalactone, eugenol, linalyl acetate, menthol, benzaldehyde, vanillin, hexanal, ethanol, pentyl valerate, linalool, 2-propanol and the like.
また、本明細書中、「匂い物質受容層」とは、識別対象となる匂い物質を吸着する層を意味する。匂い物質受容層は上述の樹脂組成物から形成される。匂い物質受容層は、後述のセンサ素子の一部として設けられ得る。 Further, in this specification, the term "odorant-receiving layer" means a layer that adsorbs an odorant to be identified. The odorant-receiving layer is formed from the resin composition described above. The odorant-receiving layer may be provided as part of the sensor element described below.
引用文献1に記載のセンサでは、単体の化合物からなる匂いの検出は可能であると考えられる。一方で多くの匂いは複数の物質の混合物である。引用文献1に記載のセンサでは検出部に匂いの成分を識別させる機能がないため、混合物に対する匂い識別性能が十分でない。引用文献2では検出部に用いる導電性を示す高分子の化学構造の違いを利用して、それぞれの導電性高分子を介して検出部が示す種々の化合物に対する応答に違いを持たせることで混合物としての匂いを認識させることができることが示されている。しかしながら、導電性を示す高分子の化学構造は限られており、任意の匂い成分に対する検出部の応答を感度良く分離することが難しく、類似の成分からなる匂い同士を識別させることは難しい。引用文献3では有機ポリマーと可塑剤と導電性物質からなる混合物を検出材料として検出部に用いて匂い成分が有機ポリマー中に浸透することを上記混合物の電気抵抗変化として検出する方法を提案している。異なる組成の有機ポリマーを用いれば浸透する匂い成分が異なることを利用して異なる組成の有機ポリマーを含む上記の検出材料からなる検出部を複数並列して用いるアレイにすることで、混合物としての匂いを認識させることができる。しかしながら、上記の有機ポリマーおよび可塑剤を含有する有機ポリマーでは、有機ポリマー/導電性物質の組み合わせを複数用意したとしても、有機ポリマー同士の化学的な性質の差が小さいため、匂いの識別性能は十分でない。これらの従来技術では例えば、複数の物質が相互作用する現実の匂いパターンまたは組成が不明である物質による現実の匂いパターンを的確に検知できない。
It is considered that the sensor described in
本発明者らは、上述した樹脂組成物に吸着した匂い物質の量に応じて樹脂組成物の電気伝導性が異なること、および、上述の樹脂組成物への吸着過程は匂い物質毎に異なっていることに着目し、本発明の一実施形態に係る樹脂組成物およびセンサ素子等を発明するに至った。そして、このような樹脂組成物を用いることにより、匂いの識別性能を向上させることができる。例えば、複数の物質が相互作用する現実の匂いパターンまたは組成が不明である物質による現実の匂いパターンをも識別することができる。 The present inventors have found that the electrical conductivity of the resin composition varies depending on the amount of the odorant adsorbed on the resin composition, and that the process of adsorption to the resin composition differs for each odorant. The present inventors have focused on the fact that there is a problem, and have invented a resin composition, a sensor element, and the like according to an embodiment of the present invention. By using such a resin composition, it is possible to improve the odor identification performance. For example, real-world odor patterns with multiple substances interacting or with substances of unknown composition can also be identified.
<フッ素樹脂(A)>
フッ素樹脂(A)としては、例えば、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、フッ化ビニリデン-六フッ化プロピレン共重合体(PVDF-HFP)、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)およびクロロトリフルオロエチレン-エチレン共重合(ECTFE)等が挙げられる。
<Fluororesin (A)>
Examples of the fluororesin (A) include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-propylene hexafluoride copolymer (PVDF-HFP), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), poly Examples include chlorotrifluoroethylene (PCTFE) and chlorotrifluoroethylene-ethylene copolymer (ECTFE).
上述したフッ素樹脂のうち、匂い物質の検出精度の観点から好ましくはPVDF、PVDF-HFP、PCTFE、ECTFEであり、さらに好ましくはPVDF、PVDF-HFP、FEPである。 Among the above-described fluororesins, PVDF, PVDF-HFP, PCTFE and ECTFE are preferred, and PVDF, PVDF-HFP and FEP are more preferred from the viewpoint of detection accuracy of odorants.
フッ素樹脂(A)の比誘電率(60Hz)は、匂いの識別性能の観点から、好ましくは2.0~9.0であり、更に好ましくは2.3~9.0であり、最も好ましくは6.8~9.0である。 The dielectric constant (60 Hz) of the fluororesin (A) is preferably 2.0 to 9.0, more preferably 2.3 to 9.0, most preferably 2.3 to 9.0, from the viewpoint of odor discrimination performance. 6.8 to 9.0.
<比誘電率の測定条件>
本明細書において、フッ素樹脂(A)の比誘電率は日本工業規格(JIS)のJIS C2138記載の方法を参考にして測定することができる。
<Measurement conditions of relative permittivity>
In this specification, the dielectric constant of the fluororesin (A) can be measured with reference to the method described in JIS C2138 of Japanese Industrial Standards (JIS).
具体的には、以下の方法で測定する。LCRメーターとしては、E4908A(アジレント・テクノロジー(株)社製)を用いることができる。測定条件は、例えば、周波数1MHz、25℃とすることができる。
1.直径100mm、厚さ1.5mmの試験片を作製する。
2.タブを有する直径36mmのアルミ箔を、少量のシリコングリースを用いて試験片の上下に貼付け、電極とする。
3.電極のタブをLCRメーターと接続し、比誘電率を測定する。
Specifically, it is measured by the following method. E4908A (manufactured by Agilent Technologies Inc.) can be used as the LCR meter. Measurement conditions can be, for example, a frequency of 1 MHz and 25°C.
1. A test piece with a diameter of 100 mm and a thickness of 1.5 mm is produced.
2. Aluminum foil having a diameter of 36 mm with a tab is pasted on the top and bottom of the test piece using a small amount of silicone grease to form electrodes.
3. Connect the electrode tabs to an LCR meter to measure the dielectric constant.
<界面活性剤(B)>
界面活性剤(B)は、特に制限はないが、8~18のHLB値を有していることが好ましく、更に好ましくは9~17であり、特に好ましくは10~16である。このようなHLB値の界面活性剤(B)を用いることによって、良好な匂い識別性能が得られる。
<Surfactant (B)>
Surfactant (B) is not particularly limited, but preferably has an HLB value of 8-18, more preferably 9-17, and particularly preferably 10-16. By using the surfactant (B) having such an HLB value, good odor discrimination performance can be obtained.
ここでの「HLB値」とは、親水性と親油性のバランスを示す指標であって、例えば「界面活性剤入門」〔2007年三洋化成工業株式会社発行、藤本武彦著〕212頁に記載されている小田法による計算値として知られているものであり、グリフィン法による計算値ではない。 The “HLB value” here is an index showing the balance between hydrophilicity and lipophilicity, and is described, for example, in “Introduction to Surfactants” [published by Sanyo Chemical Industries, Ltd., 2007, by Takehiko Fujimoto], page 212. It is known as the calculated value by the Oda method, and not the calculated value by the Griffin method.
HLB値は有機化合物の有機性の値と無機性の値との比率から計算することができる。 The HLB value can be calculated from the ratio of the organic value and the inorganic value of the organic compound.
HLB=10×無機性/有機性
ここで、上式中の無機性および有機性の値は藤田らによって提案された有機性と無機性を表現する指標値を表しており、前記「界面活性剤入門」213頁に記載の表の値を用いて算出できる。
HLB = 10 x inorganic/organic Here, the inorganic and organic values in the above formula represent the index values expressing the organic and inorganic properties proposed by Fujita et al. It can be calculated using the values in the table described on page 213 of "Introduction".
界面活性剤(B)としては、例えばアニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤およびノニオン性界面活性剤が挙げられる。 Surfactants (B) include, for example, anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants and nonionic surfactants.
アニオン性界面活性剤としては、炭素数10~24のカルボン酸のアルカリ金属塩および炭素数14~24のアルキルスルホン酸のアルカリ金属塩等が挙げられる。 Examples of anionic surfactants include alkali metal salts of carboxylic acids having 10 to 24 carbon atoms and alkali metal salts of alkylsulfonic acids having 14 to 24 carbon atoms.
前記炭素数10~24のカルボン酸としては、例えば、デカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸、トリデカン酸、テトラデカン酸、ヘキサデカン酸、ヘプタデカン酸、オクタデカン酸、ペンタデカン酸、ノナデカン酸、イコサン酸、ヘンイコサン酸、ドコサン酸、トリコサン酸およびテトラコサン酸等が挙げられる。 Examples of the carboxylic acid having 10 to 24 carbon atoms include decanoic acid, undecanoic acid, dodecanoic acid, tridecanoic acid, tetradecanoic acid, hexadecanoic acid, heptadecanoic acid, octadecanoic acid, pentadecanoic acid, nonadecanoic acid, icosanoic acid, henicosanoic acid, docosanoic acid, tricosanoic acid, tetracosanoic acid and the like.
前記炭素数14~24のアルキルスルホン酸が有するアルキル基としては、例えば、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、ヘンイコシル基、ドコシル基、トリコシル基およびテトラコシル基等が挙げられる。 Examples of the alkyl group of the alkylsulfonic acid having 14 to 24 carbon atoms include tetradecyl group, pentadecyl group, hexadecyl group, heptadecyl group, octadecyl group, nonadecyl group, icosyl group, henicosyl group, docosyl group, tricosyl group and tetracosyl. and the like.
前記アルカリ金属塩が含むアルカリ金属としては、例えば、ナトリウムおよびカリウム等が挙げられる。 Examples of the alkali metal contained in the alkali metal salt include sodium and potassium.
カチオン性界面活性剤としては、炭素数12~24のアルキル基を有する第4級アンモニウムのハロゲン化物塩等が挙げられる。 Examples of cationic surfactants include halide salts of quaternary ammonium having an alkyl group of 12 to 24 carbon atoms.
前記炭素数12~24のアルキル基を有する第4級アンモニウムとしては、例えばテトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、テトラペンチルアンモニウム、テトラヘキシルアンモニウム、ジメチルジオクチルアンモニウム、ジデシルジメチルアンモニウム、デシルトリメチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム、トリデシルトリメチルアンモニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、メチルトリオクチルアンモニウム、オクチルトリメチルアンモニウム、トリブチルメチルアンモニウム、オクタデシルトリメチルアンモニウム、テトラデシルトリメチルアンモニウム、ノナデシルトリメチルアンモニウム、イコシルトリメチルアンモニウム、ヘンイコシルトリメチルアンモニウム、ヘプタデシルトリメチルアンモニウムおよびペンタデシルトリメチルアンモニウム等が挙げられる。 Examples of the quaternary ammonium having an alkyl group having 12 to 24 carbon atoms include tetrapropylammonium, tetrabutylammonium, tetrapentylammonium, tetrahexylammonium, dimethyldioctylammonium, didecyldimethylammonium, decyltrimethylammonium and dodecyltrimethyl. ammonium, tridecyltrimethylammonium, hexadecyltrimethylammonium, methyltrioctylammonium, octyltrimethylammonium, tributylmethylammonium, octadecyltrimethylammonium, tetradecyltrimethylammonium, nonadecyltrimethylammonium, icosyltrimethylammonium, henicosyltrimethylammonium, heptadecyltrimethylammonium, pentadecyltrimethylammonium and the like.
前記ハロゲン化物塩としては、例えばフッ化物塩、塩化物塩、臭化物塩およびヨウ化物塩等が挙げられる。 Examples of the halide salts include fluoride salts, chloride salts, bromide salts and iodide salts.
両性界面活性剤としては、例えば、炭素数10~22のアルキル基を有するジメチル(3-スルホプロピル)アンモニウム分子内塩、炭素数10~22のアルキル基を有するN-アルキル-N,N-ジメチルグリシン等が挙げられる。 Amphoteric surfactants include, for example, dimethyl(3-sulfopropyl)ammonium inner salt having an alkyl group having 10 to 22 carbon atoms, N-alkyl-N,N-dimethyl having an alkyl group having 10 to 22 carbon atoms. glycine and the like.
炭素数10~22のアルキル基を有するジメチル(3-スルホプロピル)アンモニウムヒドロキシド分子内塩としては、例えばデシルジメチル(3-スルホプロピル)アンモニウムヒドロキシド分子内塩、ウンデシルジメチル(3-スルホプロピル)アンモニウムヒドロキシド分子内塩、ドデシルジメチル(3-スルホプロピル)アンモニウムヒドロキシド分子内塩、トリデシルジメチル(3-スルホプロピル)アンモニウムヒドロキシド分子内塩、テトラデシルジメチル(3-スルホプロピル)アンモニウムヒドロキシド分子内塩、ペンタデシルジメチル(3-スルホプロピル)アンモニウムヒドロキシド分子内塩、ヘキサデシルジメチル(3-スルホプロピル)アンモニウムヒドロキシド分子内塩、ヘプタデシルジメチル(3-スルホプロピル)アンモニウムヒドロキシド分子内塩、オクタデシルジメチル(3-スルホプロピル)アンモニウムヒドロキシド分子内塩、ノナデシルジメチル(3-スルホプロピル)アンモニウムヒドロキシド分子内塩、イコシルジメチル(3-スルホプロピル)アンモニウムヒドロキシド分子内塩、ヘンイコシルジメチル(3-スルホプロピル)アンモニウムヒドロキシド分子内塩およびドコシルジメチル(3-スルホプロピル)アンモニウムヒドロキシド分子内塩等が挙げられる。 Examples of the dimethyl(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide inner salt having an alkyl group having 10 to 22 carbon atoms include decyldimethyl(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide inner salt, undecyldimethyl(3-sulfopropyl ) ammonium hydroxide inner salt, dodecyldimethyl(3-sulfopropyl) ammonium hydroxide inner salt, tridecyldimethyl(3-sulfopropyl) ammonium hydroxide inner salt, tetradecyldimethyl(3-sulfopropyl) ammonium hydroxide demolecular salt, pentadecyldimethyl(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide inner salt, hexadecyldimethyl(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide inner salt, heptadecyldimethyl(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide molecule inner salt, octadecyldimethyl(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide inner salt, nonadecyldimethyl(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide inner salt, icosyldimethyl(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide inner salt, henicosyldimethyl(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide inner salt and docosyldimethyl(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide inner salt, and the like.
炭素数10~22のアルキル基を有するN-アルキル-N,N-ジメチルグリシンとしては、N-ドデシル-N,N-ジメチルグリシンおよびN-オクタデシル-N,N-ジメチルグリシン等が挙げられる。 Examples of N-alkyl-N,N-dimethylglycine having an alkyl group having 10 to 22 carbon atoms include N-dodecyl-N,N-dimethylglycine and N-octadecyl-N,N-dimethylglycine.
ノニオン性界面活性剤としては、例えば、高級アルコールエチレンオキサイド付加物等が挙げられる。 Examples of nonionic surfactants include higher alcohol ethylene oxide adducts.
高級アルコールとしては、1-ヘキシルアルコール、1-ヘプチルアルコール、1-オクチルアルコール、1-ノニルアルコール、1-デシルアルコール、1-ウンデシルアルコール、1-ドデシルアルコール、1-トリデシルアルコール、1-テトラデシルアルコール、1-ペンタデシルアルコール、1-ヘキサデシルアルコール、1-ヘプタデシルアルコール、1-オクタデシルアルコール等が挙げられる。 Higher alcohols include 1-hexyl alcohol, 1-heptyl alcohol, 1-octyl alcohol, 1-nonyl alcohol, 1-decyl alcohol, 1-undecyl alcohol, 1-dodecyl alcohol, 1-tridecyl alcohol, 1-tetra decyl alcohol, 1-pentadecyl alcohol, 1-hexadecyl alcohol, 1-heptadecyl alcohol, 1-octadecyl alcohol and the like.
エチレンオキサイド付加モル数は、匂い識別性能の観点から5~50が好ましく、より好ましくは5~40が好ましく、さらに好ましくは5~30である。 The number of moles of ethylene oxide added is preferably 5 to 50, more preferably 5 to 40, still more preferably 5 to 30 from the viewpoint of odor discrimination performance.
界面活性剤(B)は、匂い識別性能の観点より、好ましくはアニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤またはノニオン性界面活性剤であり、更に好ましくはノニオン性界面活性剤またはカチオン性界面活性剤であり、最も好ましくはカチオン性界面活性剤である。 Surfactant (B) is preferably an anionic surfactant, a cationic surfactant or a nonionic surfactant, more preferably a nonionic surfactant or a cationic surfactant, from the viewpoint of odor discrimination performance. agent, most preferably a cationic surfactant.
前記フッ素樹脂(A)と前記界面活性剤(B)との重量比[(A)/(B)]は、匂い識別性能の観点により、好ましくは1.0~4.0であり、更に好ましくは1.0~2.3であり、最も好ましくは1.0~1.5である。 The weight ratio [(A)/(B)] of the fluororesin (A) and the surfactant (B) is preferably 1.0 to 4.0, more preferably 1.0 to 4.0, from the viewpoint of odor discrimination performance. is between 1.0 and 2.3, most preferably between 1.0 and 1.5.
前記フッ素樹脂(A)と前記界面活性剤(B)とは相溶していても相溶していなくても良い。 The fluororesin (A) and the surfactant (B) may or may not be compatible with each other.
<導電性炭素材料(C)>
本明細書において、導電性炭素材料(C)とは、体積固有抵抗が0.1Ω・cm以下の炭素材料のことである。上述の樹脂組成物は、フッ素樹脂(A)と界面活性剤(B)との混合物中に導電性炭素材料(C)が分散している状態である。導電性炭素材料(C)同士が互いに接触して導電経路を形成することで樹脂組成物が導電性を有する。
<Conductive carbon material (C)>
In this specification, the conductive carbon material (C) is a carbon material having a volume resistivity of 0.1 Ω·cm or less. The resin composition described above is in a state in which the conductive carbon material (C) is dispersed in the mixture of the fluororesin (A) and the surfactant (B). The conductive carbon material (C) is in contact with each other to form a conductive path, so that the resin composition has conductivity.
導電性炭素材料(C)としては、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブおよびグラフェン等が挙げられる。また、カーボンブラックとしては、例えば、ファーネスブラックおよびアセチレンブラック等が挙げられる。 Examples of the conductive carbon material (C) include carbon black, carbon nanotubes and graphene. Examples of carbon black include furnace black and acetylene black.
ファーネスブラックの市販品としては、ケッチェンブラックEC(オランダ・アクゾ社製商品名)、ケッチェンブラックEC-300J(ライオンスペシャリティケミカルズ(株)製商品名)、ケッチェンブラックEC-600JD(ライオンスペシャリティケミカルズ(株)製商品名)、シーストG116、116(東海カーボン社製商品名)、ニテロン#10(新日鉄化学(株)社製商品名)等がある。 Commercially available furnace blacks include Ketjenblack EC (trade name manufactured by Akzo, the Netherlands), Ketjenblack EC-300J (trade name manufactured by Lion Specialty Chemicals Co., Ltd.), and Ketjenblack EC-600JD (Lion Specialty Chemicals). (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.), SEAST G116, 116 (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.), and Niteron #10 (manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.).
アセチレンブラックの市販品としては、デンカブラック(電気化学工業(株)社製商品名)およびSUPER C-65(米国・MTI Corporation社製商品名)等がある。 Commercially available acetylene black products include DENKA BLACK (trade name manufactured by Denki Kagaku Kogyo KK) and SUPER C-65 (trade name manufactured by MTI Corporation, USA).
カーボンナノチューブの市販品としては、VGCF-H(昭和電工(株)社製商品名)等がある。 Commercially available carbon nanotubes include VGCF-H (trade name of Showa Denko KK).
グラフェンの市販品としては、シグマアルドリッチ社製がある。 Graphene is commercially available from Sigma-Aldrich.
前記導電性炭素材料(C)の形状は、好ましくは繊維状または球状である。 The shape of the conductive carbon material (C) is preferably fibrous or spherical.
繊維状である場合、繊維径は好ましくは0.1~10μmであり、更に好ましくは0.1~5μmである。繊維長は好ましくは0.1~10μmであり、更に好ましくは1~10μmである。 When fibrous, the fiber diameter is preferably 0.1 to 10 μm, more preferably 0.1 to 5 μm. The fiber length is preferably 0.1-10 μm, more preferably 1-10 μm.
球状である場合、1次粒子径が好ましくは10nm~200nmであり、更に好ましくは20nm~150nmである。 When spherical, the primary particle size is preferably 10 nm to 200 nm, more preferably 20 nm to 150 nm.
導電性炭素材料(C)の含有量は、フッ素樹脂(A)、界面活性剤(B)および導電性炭素材料(C)の合計100重量%に対し、匂い物質の受容感度の観点より、好ましくは25~75重量%であり、さらに好ましくは30~65重量%であり、最も好ましくは35~55重量%である。あるいは、導電性炭素材料(C)の含有量は、フッ素樹脂(A)、界面活性剤(B)および導電性炭素材料(C)の合計100重量%に対し、5~30重量%であってもよく、5~20重量%であってもよく、5~10重量%であってもよい。 The content of the conductive carbon material (C) is preferably 100% by weight in total of the fluororesin (A), the surfactant (B) and the conductive carbon material (C) from the viewpoint of odorant receptivity. is 25-75% by weight, more preferably 30-65% by weight, most preferably 35-55% by weight. Alternatively, the content of the conductive carbon material (C) is 5 to 30% by weight with respect to the total 100% by weight of the fluororesin (A), the surfactant (B) and the conductive carbon material (C). may be from 5 to 20% by weight, or from 5 to 10% by weight.
<樹脂組成物の製造方法>
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物の製造方法の具体的な一例を示せば、下記の通りである。
<Method for producing resin composition>
A specific example of the method for producing a resin composition according to one embodiment of the present invention is as follows.
前記樹脂組成物は、フッ素樹脂(A)、界面活性剤(B)、導電性炭素材料(C)および溶媒(D)を混合して、撹拌機で均一に混練することでスラリーとして得られる。これを2本一組の金属配線の隙間に塗工した後、加熱乾燥させて得られる乾固物が匂い物質受容層である。 The resin composition is obtained as a slurry by mixing the fluororesin (A), the surfactant (B), the conductive carbon material (C) and the solvent (D) and uniformly kneading the mixture with a stirrer. The odorant-receiving layer is obtained by applying this to the gaps between a set of two metal wires, followed by drying by heating.
前記溶媒(D)としては、乾燥によって除去できる媒体であれば特に限定されないが、好ましくはN-メチルピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、水、トルエンおよびキシレン等が挙げられる。 The solvent (D) is not particularly limited as long as it can be removed by drying, but is preferably N-methylpyrrolidone, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, tetrahydrofuran, ethyl acetate, water, toluene. and xylene.
〔2.センサ素子31〕
上述した樹脂組成物は、樹脂組成物に匂い物質Aが吸着した場合と、匂い物質Aとは異なる匂い物質Bが吸着した場合とで、電気伝導性の経時的な変化が異なる。この性質を利用すれば、匂い物質を検出・識別可能なセンサ素子31を実現することができる。
[2. sensor element 31]
The resin composition described above shows different changes in electrical conductivity with time when the odorant A is adsorbed on the resin composition and when an odorant B different from the odorant A is adsorbed on the resin composition. By utilizing this property, it is possible to realize the
上述した樹脂組成物は、樹脂組成物に匂い物質Aが吸着した場合と、匂い物質Aとは異なる匂い物質Bが吸着した場合とで、電気伝導性の経時的な変化が異なる。この性質を利用すれば、匂い物質を検出・識別可能なセンサ素子31を実現することができる。
The resin composition described above shows different changes in electrical conductivity with time when the odorant A is adsorbed on the resin composition and when an odorant B different from the odorant A is adsorbed on the resin composition. By utilizing this property, it is possible to realize the
以下では、本発明の一実施形態に係る樹脂組成物を適用したセンサ素子31の概要および効果について説明する。
Below, the outline and effects of the
センサ素子31は、上述の樹脂組成物を含む匂い物質受容層315、第1金属配線313A、および第2金属配線313Bを備えている。なお、以下では、第1金属配線313Aおよび第2金属配線313Bを区別しない場合、金属配線313と記す場合がある。
The
ここで、第1金属配線313Aおよび第2金属配線313Bについて、図2および図3を用いて説明する。図2は、センサ素子31の構成の一例を示す上面図であり、図3は、図2に示すセンサ素子31の構成の一例を示す断面図である。
Here,
第1金属配線313Aおよび第2金属配線313Bは、匂い物質受容層315(すなわち、樹脂組成物)の電気伝導性の変化を計測するための電極として機能する金属配線である。すなわち、第1金属配線313Aと第2金属配線313Bとは互いに離間しており、匂い物質受容層315は、第1金属配線の少なくとも一部と第2金属配線の少なくとも一部とに接している。一例において、第1金属配線313Aおよび第2金属配線313Bは、互いに直接接していない金属配線であり、図2に示すように、互いに略平行な金属配線であってもよい。
The
図2に示すように第1金属配線313Aおよび第2金属配線313Bを含む金属配線313は、基板311上に配置されていてもよい。基板311は、電子回路に一般的に用いられるガラスエポキシ等の基板であり得る。金属配線313は、銅、または金等の金属配線であり得る。基板の面に対して垂直な方向から見た第1金属配線313Aおよび第2金属配線313Bそれぞれの太さは10μm~2mmが好ましく、更に好ましくは10μm~1mmである。基板の面に対して平行な方向から見た第1金属配線313Aおよび第2金属配線313Bそれぞれの高さ、すなわち厚さは1μm~100μmが好ましく、更に好ましくは10μm~50μmである。第1金属配線313Aおよび第2金属配線313Bの間隔は1μm~1mmが好ましく、更に好ましくは1μm~100μmである。金属配線313の長さは10μm~50mmが好ましく、更に好ましくは10μm~30mmである。
金属配線313はシール基板312上に配置されていてもよい。図3は、図2のA-A断面を示している。図3に示すようにガラスエポキシ等の基板311上にシール基板312を配置し、そのシール基板312上に金属配線313が配置されていてもよい。基板311上にシール基板312を固定するためにビニールテープ314を用いていてもよい。また、ビニールテープ314は、金属配線313の余分な部分をマスクすることにより、金属配線313の露出部分の長さを調整するためにも用いられ得る。ここで、金属配線313の露出部分とは、金属配線313と匂い物質受容層315とが接する部分である。ビニールテープ314は、金属配線313と匂い物質受容層315とが接する部分の長さを調節するための絶縁体でもあり得る。
The
匂い物質受容層315は、第1金属配線313Aの少なくとも一部と第2金属配線313Bの少なくとも一部とに接していてもよい。匂い物質受容層315は、例えば、図2および図3に示すように、第1金属配線313Aと第2金属配線313Bとに挟まれた領域を埋めるように配されていてもよい。
The odorant-receiving
匂い物質受容層315の電気伝導性(すなわち、センサ素子31の電気伝導性)が低い場合、第1金属配線313Aと第2金属配線313Bとの間隔は所定の距離(例えば、500μm)以下であることが望ましい。
When the electrical conductivity of the odorant-receiving layer 315 (that is, the electrical conductivity of the sensor element 31) is low, the distance between the
センサ素子31は、匂い物質Aが吸着した場合と、匂い物質Aとは異なる匂い物質Bが吸着した場合とで、電気伝導性の経時的な変化が異なる樹脂組成物を適用することにより、さまざまな匂い物質を検出したり、識別したりすることが可能である。
The
〔3.匂いセンサ30〕
以下では、センサ素子31を適用した匂いセンサ30の概要および効果について、図1を用いて説明する。図1は、センサ素子31を適用した匂いセンサ30を備える匂い測定装置100の構成の一例を示すブロック図である。なお、図1に示すセンサ素子31において、ビニールテープ314は簡略化のためにその図示を省略している。
[3. Odor sensor 30]
The outline and effects of the
匂いセンサ30は、匂い物質を検出するセンサ素子31、定電流源32(電源)、および電圧計33(測定機器)を備えている。
The
センサ素子31の第1金属配線313Aと第2金属配線313Bとはリード線Wで接続されている。図1には、リード線Wに定電流源32および電圧計33が配された例を示している。
A lead wire W connects the
定電流源32は、センサ素子31に給電するための電源である。定電流源32は、センサ素子31にリード線を介して定電流(例えば、1mAの直流電流)を供給する。
A constant
電圧計33は、定電流源32から供給された定電流を匂い物質受容層315に供給した場合に、第1金属配線313Aと第2金属配線313Bとの間に生じる電位差を測定する。
The
匂いセンサ30は、必須の構成ではないが、筐体34をさらに備えていてもよい。筐体34は、匂い物質を含む空気を内包可能な容器である。筐体34を備えている場合、センサ素子31は筐体34内に設置される。
The
筐体34は、匂い物質を導入するための導入口341および匂い物質を含む空気を排出するための排出口342を備えていている。匂い物質の導入は、導入口341から匂い物質を浸漬したろ紙P等を筐体34内に挿入することによって行われてもよいし、匂い物質を含む空気を導入口341から筐体34内に挿入することによって行われてもよい。筐体34は、匂い物質を所定の濃度(例えば、200ppm)以上含む空気を内包するための容器である。
The
筐体34の排出口342には、必須では無いが、気流生成用ファン35が配されていてもよい。気流生成用ファン35は、筐体34内に気流を生じさせたり、筐体34内の気体を排出口342から筐体34外へ排出させたりするためのものである。
An
なお、匂いセンサ30は、定電流源32の代替として不図示の定電圧源(電源)、電圧計33の代替として不図示の電流計(測定機器)を備えていてもよい。この場合、定電圧源は、センサ素子31に給電するための電源として機能し、センサ素子31にリード線を介して定電圧を印加する。一方、電流計は、匂い物質受容層315に定電圧が印加された場合に、第1金属配線313Aと第2金属配線313Bとの間を流れる電流値を測定する。
Note that the
匂いセンサ30は、センサ素子31に匂い物質が吸着する前後における、該センサ素子31の電気伝導性の経時的な変化を示す測定値を出力する。これにより、さまざまな匂い物質を検出したり、識別したりすることが可能である。
The
〔4.匂い測定装置100〕
上述した匂いセンサ30は、センサ素子31にさまざまな匂い物質が吸着した場合、該センサ素子31の電気伝導性の経時的な変化を匂い物質毎に出力することができる。この匂いセンサ30を適用すれば、匂い物質Aがセンサ素子31に吸着した場合の該センサ素子31の電気伝導性の経時的な変化と、匂い物質Bがセンサ素子31に吸着した場合の該センサ素子31の電気伝導性の経時的な変化と比較することができる。このような比較結果に基づいて、センサ素子31に吸着した匂い物質を推定可能な匂い測定装置100を実現することができる。
[4. Odor measuring device 100]
When various odorants are adsorbed on the
さらに、匂い測定装置100は、機械学習によって生成した推定モデル22を用いれば、高精度な匂い物質の推定を行うことができる。推定モデル22は、複数の匂い物質のそれぞれを少なくとも1つのセンサ素子31に吸着させた場合に測定される測定値と、該測定値を与えた匂い物質に固有の識別情報との組み合わせを含む学習用データを用いて生成され得る。
Furthermore, the
以下では、匂いセンサ30を適用した匂い測定装置100の概要および効果について説明する。匂い測定装置100は、上述した樹脂組成物を適用したセンサ素子31に生じた電気伝導性の変化から、センサ素子31に吸着した匂い物質を推定する装置である。
The outline and effect of the
まず、本発明の一実施形態に係る匂い測定装置100の構成について、図1を用いて説明する。図1は、匂い測定装置100の構成の一例を示すブロック図である。
First, the configuration of an
図1に示すように、匂い測定装置100は、推定装置10、および匂いセンサ30を備えている。
As shown in FIG. 1, the
(推定装置10)
推定装置10は、匂いセンサ30によって検出された匂い物質を推定する装置である。推定装置10は、例えばコンピュータであり、不図示のCPUおよびメモリを備えている。推定装置10は、匂いセンサ30と通信可能に接続されている。具体的には、推定装置10は、匂いセンサ30から取得した計測値を解析することによって、匂い物質の推定を実行する。推定装置10の構成については、後に説明する。
(Estimation device 10)
The estimating
<推定モデル22の生成>
次に、匂い物質を推定するために用いる推定モデル22を生成する処理を行う匂い測定装置100の構成、および、推定モデル22を生成する処理について、図4および図5を用いて説明する。
<Generation of
Next, the configuration of the
推定モデル22は、複数の匂い物質のそれぞれを少なくとも1つのセンサ素子に吸着させた場合に電圧計33によって測定される測定値と、該測定値を与えた匂い物質に固有の識別情報との組み合わせを含む学習用データを用いた機械学習によって生成される。ここで、匂い物質に固有の識別情報とは、例えば、匂い物質の名称、CAS番号、および化学式等であってもよい。
The
(推定装置10の構成(推定モデル22の生成))
図4は、匂い測定装置100の構成の一例を示す機能ブロック図である。なお、説明の便宜上、図1にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
(Configuration of estimation device 10 (generation of estimation model 22))
FIG. 4 is a functional block diagram showing an example of the configuration of the
図4に示すように、推定装置10は、入力部15、制御部1、記憶部2を備えている。
As shown in FIG. 4 , the
入力部15は、ユーザからの各種入力操作を受付けるためのものであり、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル等であってもよい。
The
制御部1は、測定値取得部11(取得部)、変化パターン解析部12(解析部)、学習制御部13、および推定モデル生成部14を備えている。
The
測定値取得部11は、電圧計33から測定値を取得する。また測定値取得部11は、取得した測定値を用いて、センサ素子31の電気伝導性を示す値(例えば、抵抗値、およびインピーダンスなど)を算出する。測定値取得部11は、電圧計33から所定の時間間隔(例えば0.1秒間隔)で測定値を取得してもよい。
The measured
変化パターン解析部12は、少なくとも1つのセンサ素子31の電気伝導性の経時的な変化を解析する。変化パターン解析部12は、測定値取得部11によって算出された抵抗値を用いて、匂い物質が吸着したことによるセンサ素子31の電気伝導性の変化量を示す値を算出する。変化パターン解析部12は、算出した電気伝導性の変化量の時間変化を示す変化パターンを示すデータを生成する。変化パターン解析部12は、生成した変化パターンが既知の匂い物質である場合、生成した変化パターンを該既知の匂い物質に固有の識別情報と対応付けて、変化パターンデータベース21(学習用データ)に格納してもよい。
The change
学習制御部13は、記憶部2から変化パターンデータベース21を読み出して、機械学習による推定モデル22の生成を制御する。ここで、変化パターンデータベース21は、複数の匂い物質をセンサ素子31に吸着させた場合に測定される測定値と、該測定値を与えた既知の匂い物質に固有の識別情報との組み合わせを含むデータベースである。学習制御部13は、変化パターンデータベース21から読み出した変化パターンを推定モデル生成部14に入力する。また、学習制御部13は、推定モデル生成部14に入力した変化パターンに対応する匂い物質の識別情報と、推定モデル生成部14から出力される推定結果とを比較し、比較結果に応じた補正指示を推定モデル生成部14に出力する。
The
推定モデル生成部14は、変化パターンデータベース21に格納されている変化パターンを用いた機械学習アルゴリズムによって、推定モデル22を生成する。推定モデル生成部14は、公知の教師有り機械学習アルゴリズムを用いて推定モデル22を生成する構成であってもよい。推定モデル生成部14に適用可能な機械学習アルゴリズムとしては、例えば、k近似法(k-nearest neighbor method)、ロジスティック回帰、サポートベクトルマシン、ランダムフォレスト、およびニューラルネットワーク等が挙げられる。
The estimated
(推定モデル22を生成する処理)
以下、制御部1の各部が行う具体的な処理については、図5を用いて説明する。図5は、推定装置10が推定モデル22を生成する処理の流れの一例を示すフローチャートである。
(Process for generating estimated model 22)
Specific processing performed by each unit of the
まず、測定値取得部11は、匂い物質を浸漬させたろ紙Pを筐体34へ挿入する前の匂いセンサ30において測定された電圧値V0を取得し、抵抗値R0を算出する(ステップS11)。
First, the measured
一方、入力部15は、筐体34内に挿入したろ紙Pに浸漬させた既知の匂い物質の名称等の入力を受け付ける(ステップS12)。ステップS12の処理はステップS11の前に行ってもよい。
On the other hand, the
次に、測定値取得部11は、既知の匂い物質を浸漬させたろ紙Pを筐体34へ挿入した直後からの、匂いセンサ30において測定された電圧値Vを取得し、抵抗値Rを算出する(ステップS13)。
Next, the measured
続いて、変化パターン解析部12は、抵抗値R0および抵抗値Rを用いて、R/R0を算出する(ステップS14)。R/R0は、既知の匂い物質が吸着したことによる、センサ素子31の電気伝導性の変化量を示す値である。なお、変化パターン解析部12は、R/R0の代わりに、R-R0を算出してもよい。変化パターン解析部12は、R/R0の経時的な変化パターンを、入力された既知の匂い物質の名称と対応付けて変化パターンデータベース21に格納する(ステップS15)。
Subsequently, the change
所定種類の既存の匂い物質について変化パターンが記憶されていない場合(ステップS16にてNO)、すなわち、機械学習に用いるデータがまだ不足している場合、ステップS11に戻る。 If the change pattern is not stored for the predetermined type of existing odorant (NO in step S16), that is, if the data used for machine learning is still insufficient, the process returns to step S11.
所定種類の既存の匂い物質について変化パターンが記憶された場合(ステップS16にてYES)、学習制御部13は、変化パターンデータベース21に記憶されている、既知の匂い物質についての変化パターンを読み出して、推定モデル生成部14に入力する。推定モデル生成部14は、変化パターンデータベース21に格納されている変化パターンを用いた機械学習アルゴリズムによって、推定モデル22を生成する(ステップS17)。
When the change pattern is stored for the predetermined type of existing odorant (YES in step S16), the
推定モデル生成部14は、所定の機械学習によって生成した推定モデル22を記憶部2に格納する(ステップS18)。
The estimated
図4および図5に示す例では、推定装置10が推定モデル22を生成しているが、これに限定されない。例えば、推定装置10とは異なる外部のコンピュータであって、学習制御部13および推定モデル生成部14と同じ機能を備えるコンピュータに変化パターンデータベース21と同じデータを提供して、推定モデル22を作成させてもよい。
Although the
<匂い物質の推定>
次に、推定モデル22を用いて匂い物質を推定する匂い測定装置100aの構成、および、推定処理について、図6および図7を用いて説明する。
<Estimation of odorants>
Next, the configuration of the odor measuring device 100a for estimating the odorant using the
(推定装置10aの構成(推定処理の実行))
図6は、匂い測定装置100aの構成の一例を示す機能ブロック図である。なお、説明の便宜上、図1および図4にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
(Configuration of estimation device 10a (execution of estimation processing))
FIG. 6 is a functional block diagram showing an example of the configuration of the odor measuring device 100a. For convenience of explanation, members having the same functions as the members explained with reference to FIGS. 1 and 4 are denoted by the same reference numerals, and the explanation thereof will not be repeated.
図6に示すように、推定装置10aは、制御部1a、記憶部2a、および出力部18を備えている。ここで、図6は、図4に示す推定装置10を、匂い物質の推定処理に利用した場合の構成例を示している。すなわち、図4に示す推定装置10と図6に示す推定装置10aとは、同じハードウェア構成を備えるコンピュータであってもよい。
As shown in FIG. 6, the estimation device 10a includes a control unit 1a, a
出力部18は、ユーザに推定結果を提示するためのものであり、例えば、ディスプレイ、スピーカ、ランプ等であってもよい。
The
制御部1aは、測定値取得部11(取得部)、変化パターン解析部12(解析部)、推定部16、および出力制御部17を備えている。
The control unit 1 a includes a measured value acquisition unit 11 (acquisition unit), a change pattern analysis unit 12 (analysis unit), an
推定部16は、推定モデル22を用いて、匂いセンサ30から取得した測定値を解析した解析結果から匂い物質を推定する。
The estimating
出力制御部17は、推定結果を出力するように出力部18を制御する。
The
(推定処理)
以下、制御部1aの各部が行う具体的な処理については、図7を用いて説明する。図7は、推定装置10aが匂い物質を推定する処理の流れの一例を示すフローチャートである。
(estimation process)
Specific processing performed by each unit of the control unit 1a will be described below with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart showing an example of the flow of processing for estimating an odorant by the estimating device 10a.
まず、測定値取得部11は、匂い物質を浸漬させたろ紙Pを筐体34へ挿入する前の匂いセンサ30において測定された電圧値V0を取得し、抵抗値R0を算出する(ステップS1)。抵抗値R0は、好ましくは200~1000Ωであり、さらに好ましくは250~900Ωであり、最も好ましくは300~800Ωである。
First, the measured
次に、測定値取得部11は、未知の(すなわち、推定対象の)匂い物質を浸漬させたろ紙Pを筐体34へ挿入した直後からの、匂いセンサ30において測定された電圧値Vを取得し、抵抗値Rを算出する(ステップS2)。
Next, the measured
続いて、変化パターン解析部12は、抵抗値R0および抵抗値Rを用いて、R/R0を算出する(ステップS3)。
Subsequently, the change
次に、推定部16は、推定モデル22に基づいて、R/R0の経時的な変化パターンから未知の匂い物質を推定する(ステップS4)。
Next, the
出力制御部17は、出力部を制御して、推定結果を出力する(ステップS5)。
The
<実施形態2>
上述の実施形態では、1つのセンサ素子31を備える匂いセンサ30について説明したが、匂いセンサ30が2以上のセンサ素子31を備えていてもよい。例えば、匂いセンサ30bは、匂い物質受容層315に用いた樹脂組成物が互いに異なるセンサ素子31、31bを備えていてもよい。このことについて、図8を用いて説明する。図8は、本発明の別の実施形態に係る匂い測定装置100bの構成の一例を示すブロック図である。なお、説明の便宜上、図1にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
<
Although the
例えば、図8に示す匂い測定装置100bは、匂いセンサ30、30bおよび推定装置10bを備えている。匂いセンサ30bは、センサ素子31およびセンサ素子31bを備えており、センサ素子31の匂い物質受容層315と、センサ素子31bの匂い物質受容層315bとでは、用いられている樹脂組成物が異なっていてもよい。
For example, an
推定装置10bは、推定装置10、10aと同じ構成を備えるコンピュータであってもよい。推定装置10bは、定電流源32からセンサ素子31に定電流を供給した場合に電圧計33によって測定される第1測定値と、定電流源32bからセンサ素子31bに定電流を供給した場合に電圧計33bによって測定される第2測定値とをそれぞれ取得し解析する。
The
匂い物質を吸着する特性が異なる樹脂組成物を匂い物質受容層に用いたセンサ素子を複数備えることにより、匂い測定装置100bは、複数の匂い物質についての推定を同時に実行することができる。なお、本発明の一実施形態に係るセンサ素子に加えて、匂い物質受容層に界面活性剤(B)を含まないセンサ素子を併用してもよい。
By providing a plurality of sensor elements whose odorant-receiving layers are made of resin compositions having different odorant-adsorbing properties, the
また、匂い測定装置100bを用いれば、既知の匂い物質のそれぞれについて、センサ素子31の電気伝導性の変化を示す第1変化パターンと、センサ素子31bの電気伝導性の変化を示す第2変化パターンとを得ることが可能である。推定モデル22は、第1変化パターンおよび第2変化パターンの両方を用いた機械学習によって生成されてもよい。匂い測定装置100bは、このように生成された推定モデル22を用いて匂い物質を推定するため、各匂い物質をより精密に識別することが可能である。
Further, if the
<ソフトウェアによる実現例>
推定装置10、10a、10bの制御ブロック(特に制御部1)は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
<Example of realization by software>
The control blocks (especially the control unit 1) of the
後者の場合、推定装置10、10a、10bは、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば1つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばCPU(Central Processing Unit)を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ROM(Read Only Memory)等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路等を用いることができる。また、上記プログラムを展開するRAM(Random Access Memory)等をさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体(通信ネットワークや放送波等)を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
In the latter case, the estimating
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be modified in various ways within the scope of the claims, and can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. is also included in the technical scope of the present invention.
以下、実施例および比較例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、特に定めない限り、%は重量%、部は重量部を示す。 EXAMPLES The present invention will be further described below with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these. Hereinafter, unless otherwise specified, % means % by weight, and part means part by weight.
<高級アルコールエチレンオキサイド付加物の作製>(実施例1~13)
攪拌翼、撹拌装置、窒素流入口、流出口およびエチレンオキサイド流入口を備えた反応容器に、加熱冷却装置、温度計、圧力計、温度調節装置および窒素導入管を取り付けた。この反応容器は、反応容器内部を減圧または加圧可能なシール構造を有している。窒素雰囲気下にて、表1に記載の量の高級アルコール(30部のモレキュラーシーブス3Aで2時間乾燥させたもの)、触媒である水酸化カリウム3部を仕込み、減圧窒素置換を行った。160℃まで昇温し、表1に記載の量のエチレンオキサイドを、反応容器内部の圧力が0.5MPa(G)となるよう流量を調整しながら滴下して反応させた。滴下終了後1時間撹拌を続け、その後、温度を室温まで降温させ、高級アルコールエチレンオキサイド付加物(NS-1)~(NS-13)を得た。
<Preparation of higher alcohol ethylene oxide adduct> (Examples 1 to 13)
A reaction vessel equipped with a stirring blade, a stirrer, a nitrogen inlet, an outlet and an ethylene oxide inlet was equipped with a heating/cooling device, a thermometer, a pressure gauge, a temperature controller and a nitrogen inlet pipe. This reaction vessel has a sealing structure that allows the inside of the reaction vessel to be decompressed or pressurized. Under a nitrogen atmosphere, the amount of higher alcohol (dried with 30 parts of molecular sieves 3A for 2 hours) shown in Table 1 and 3 parts of potassium hydroxide as a catalyst were charged, followed by nitrogen replacement under reduced pressure. The temperature was raised to 160° C., and the amount of ethylene oxide shown in Table 1 was added dropwise for reaction while adjusting the flow rate so that the pressure inside the reaction vessel was 0.5 MPa (G). Stirring was continued for 1 hour after completion of dropping, and then the temperature was lowered to room temperature to obtain higher alcohol ethylene oxide adducts (NS-1) to (NS-13).
<スラリーの作製>
フッ素樹脂(A)、界面活性剤(B)、導電性炭素(C)および溶媒(D)としてのN-メチルピロリドンを、表2および表3に記載した量でポリプロピレン製容器に量り取り、混合物を得た。当該混合物を、自転・公転ミキサー((株)シンキー社製ARE-310)を用いて2000回転/分で60分間撹拌して、スラリーを得た。当該スラリーを、匂い物質受容層を形成するための樹脂組成物として用いた。なお、下記表2および表3において、「(A)/(B)比率」とは、フッ素樹脂(A)と界面活性剤(B)との重量比を意味する。
<Preparation of slurry>
Fluorine resin (A), surfactant (B), conductive carbon (C) and N-methylpyrrolidone as solvent (D) are weighed into a polypropylene container in the amounts shown in Tables 2 and 3, and the mixture is got The mixture was stirred at 2000 rpm for 60 minutes using a rotation/revolution mixer (ARE-310 manufactured by THINKY Co., Ltd.) to obtain a slurry. The slurry was used as a resin composition for forming an odorant-receiving layer. In Tables 2 and 3 below, the "(A)/(B) ratio" means the weight ratio of the fluororesin (A) and the surfactant (B).
表2および表3記載のフッ素樹脂(A)のうち、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)はシグマアルドリッチ社製、フッ化ビニリデン-六フッ化プロピレン共重合体(PVDF-HFP)およびクロロトリフルオロエチレン-エチレン共重合(ECTFE)はソルベイ社製、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)はデュポン社製、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)はダイキン社製をそれぞれ用いた。 Among the fluororesins (A) shown in Tables 2 and 3, polyvinylidene fluoride (PVDF) is manufactured by Sigma-Aldrich, vinylidene fluoride-propylene hexafluoride copolymer (PVDF-HFP) and chlorotrifluoroethylene- Ethylene copolymer (ECTFE) manufactured by Solvay, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP) manufactured by DuPont, and polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) manufactured by Daikin were used.
表2記載の界面活性剤(B)のうち、ノニオン性界面活性剤は前記の方法で調製した(NS-1)~(NS-13)を用いた。それ以外は東京化成工業(株)で市販されているものを用いた。 Among surfactants (B) shown in Table 2, nonionic surfactants (NS-1) to (NS-13) prepared by the above method were used. Other than that, those commercially available from Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd. were used.
表2および表3記載の導電性炭素材料(C)は、SUPER-C65はMTI Corporation社製、VGCF-Hは昭和電工(株)社製、デンカブラックはデンカ(株)社製、ケッチェンブラックEC-300JおよびケッチェンブラックEC-600JDはライオンスペシャリティケミカル(株)社製を用いた。 The conductive carbon materials (C) shown in Tables 2 and 3 are SUPER-C65 manufactured by MTI Corporation, VGCF-H manufactured by Showa Denko Co., Ltd., Denka Black manufactured by Denka Co., Ltd., and Ketjen Black. EC-300J and KETJEN BLACK EC-600JD manufactured by Lion Specialty Chemical Co., Ltd. were used.
<センサ素子の作製>(実施例14~158、比較例1~5)
間隙幅500μmの複数の金属配線を備えたシール基板(ICB-073、サンハヤト(株)製)から、2本1組の金属配線を含むシール基板を切り出した。切り出したシール基板を、さらに金属配線の長さが3.5cmとなるように切断した。
<Production of sensor element> (Examples 14 to 158, Comparative Examples 1 to 5)
A seal substrate containing a set of two metal wires was cut out from a seal substrate (ICB-073, manufactured by Sunhayato Co., Ltd.) having a plurality of metal wires with a gap width of 500 μm. The cut out seal substrate was further cut so that the metal wiring had a length of 3.5 cm.
切断されたシール基板をガラス板の上に、金属配線が上になるよう両面テープで貼り付けた。また、金属配線の露出部分の長さが3.0cmとなるように、金属配線の余分な部分にビニールテープを貼り付けてマスクした。ついで、前記の方法で調製したそれぞれのスラリーを、バーコーター(No.4)を用いて金属配線の露出部に塗布した。塗布後、100℃に加熱した順風乾燥機で3時間乾燥させた。乾燥後、室温まで冷却してから、匂い物質受容層を備えた金属配線をガラス板から剥離して、センサ素子(E-1)~(E-158)および比較用センサ素子(E’-1)~(E’-5)を得た。 The cut seal substrate was pasted on a glass plate with double-sided tape so that the metal wiring was up. In addition, the excess portion of the metal wiring was masked with vinyl tape so that the length of the exposed portion of the metal wiring was 3.0 cm. Then, each slurry prepared by the above method was applied to the exposed portion of the metal wiring using a bar coater (No. 4). After the coating, it was dried for 3 hours in a smooth wind dryer heated to 100°C. After drying and cooling to room temperature, the metal wiring provided with the odorant-receiving layer was peeled off from the glass plate, and the sensor elements (E-1) to (E-158) and the comparative sensor element (E'-1) were obtained. ) ~ (E'-5) were obtained.
<<樹脂組成物およびセンサ素子の評価>>(実施例159~293、比較例6~10)
樹脂組成物の評価は、センサ素子(E)および比較用センサ素子(E’)から得られるデータを比較することで行うことができる。
<<Evaluation of Resin Composition and Sensor Element>> (Examples 159 to 293, Comparative Examples 6 to 10)
The resin composition can be evaluated by comparing the data obtained from the sensor element (E) and the comparative sensor element (E').
<測定方法>
検体(匂い物質)を導入する導入口と検体が均一に広がるようエアフローを作るためのファンとを備えた筐体を作製した。端子を外部へ取り出すためのリード線をはんだ付けしたセンサ素子(E-1)~(E-135)および比較用センサ素子(E’-1)~(E’-5)のうち、評価対象のセンサ素子を筐体内に設置した。
<Measurement method>
A housing equipped with an inlet for introducing a specimen (odorant) and a fan for creating an airflow so that the specimen spreads uniformly was prepared. Among the sensor elements (E-1) to (E-135) and the comparative sensor elements (E'-1) to (E'-5) with soldered lead wires for extracting the terminals to the outside, the evaluation target A sensor element was installed in the housing.
筐体外部に取り出したリード線の末端に1mAの定電流電源と、リード線の両端子にかかる電圧を測定するための電圧計を取りつけ、電圧計の測定値をコンピュータで記録した。 A 1 mA constant current power source and a voltmeter for measuring the voltage applied to both terminals of the lead wire were attached to the end of the lead wire taken out from the housing, and the measured value of the voltmeter was recorded by a computer.
筐体内の検体の濃度が200ppmとなるようにろ紙に検体を浸漬させ、当該ろ紙を導入口から挿入した。ろ紙の挿入後すぐに測定を開始した。測定開始から60秒後に再びファンを60秒間回転させ、筐体内の蒸気を外部に排出させながら測定を行った。なお、電圧の測定は0.1秒間隔で実施した。また、測定は同じ条件につき、100回繰り返し行った。 A filter paper was immersed in the sample so that the concentration of the sample in the housing was 200 ppm, and the filter paper was inserted through the introduction port. Measurement was started immediately after inserting the filter paper. After 60 seconds from the start of the measurement, the fan was rotated again for 60 seconds, and the measurement was performed while discharging the steam inside the housing to the outside. The voltage measurement was performed at intervals of 0.1 seconds. Moreover, the measurement was repeated 100 times under the same conditions.
検体としては、ヘキサン、酢酸エチル、メタノール、炭酸ジエチル、またはトルエンを用いた。 Hexane, ethyl acetate, methanol, diethyl carbonate, or toluene was used as the specimen.
<評価方法>
各時間で測定された電圧と定電流電源から供給される電流値1mAを用いて、オーム法則から電気抵抗Rを算出した。検体導入前の抵抗R0を予め測定しておき、R/R0を算出した。測定したR0値を表4に記載した。測定中のRの最大値をRmaxとして、Rmax/R0(%)の値も表4に併せて記載した。
<Evaluation method>
Using the voltage measured at each time and the current value of 1 mA supplied from the constant current power source, the electrical resistance R was calculated from Ohm's law. The resistance R0 was measured in advance before the sample was introduced, and R/R0 was calculated. The measured R0 values are listed in Table 4. Table 4 also shows the value of Rmax/R0 (%), where Rmax is the maximum value of R during measurement.
R/R0の0.1秒間隔の時間変化を用いて各々の検体に対するセンサ素子の応答性を、k近傍法を使用して分析した。センサ素子(E-1)~(E-135)または比較用センサ素子(E’-1)~(E’-5)について、前記の測定を行い、各実施例および各比較例に該当する100回×5検体=計500回分の測定データを学習データ数:テストデータ数=80:20となるようランダムに分割し、学習データに対してk近傍法による分類器(学習モデル)を作成した。各実施例および比較例の分類器についてテストデータを分類させた際の正解率をセンサ素子の性能指標とし、正解率が高いほどセンサ素子としての性能が高いと判断できる。各実施例における分類器の作成および正解率算出には、対応するセンサ素子(E)によって得られたデータと当該センサ素子(E)と同一のフッ素樹脂(A)を用いた比較用センサ素子(E’)によって得られたデータの両方を用いた。 The responsiveness of the sensor element to each analyte with time changes of R/R0 at 0.1 second intervals was analyzed using the k-nearest neighbor method. For the sensor elements (E-1) to (E-135) or the comparative sensor elements (E'-1) to (E'-5), the above measurements are performed, and 100 corresponding to each example and each comparative example The measurement data for a total of 500 times (times×5 samples) was randomly divided so that the number of learning data:the number of test data=80:20, and a classifier (learning model) based on the k-nearest neighbor method was created for the learning data. The accuracy rate when classifying the test data by the classifiers of each example and comparative example is used as the performance index of the sensor element, and it can be determined that the higher the accuracy rate, the higher the performance as the sensor element. For the creation of the classifier and the calculation of the accuracy rate in each example, the data obtained by the corresponding sensor element (E) and the comparative sensor element ( E′) were used for both.
<評価結果>
評価結果を以下に示す。
<Evaluation results>
The evaluation results are shown below.
実施例159~293と比較例6~10を比較すると、界面活性剤(B)を含有しない比較用センサ素子(E’-1)~(E’-5)を単独で用いるよりも、界面活性剤(B)を含有させたセンサ素子(E-1)~(E-135)を用いて得たデータを、同じフッ素樹脂(A)を用いている(E’-1)~(E’-5)を用いて得たデータと組み合わせることで正解率が向上した。界面活性剤(B)を用いることで匂い物質受容層およびセンサ素子の匂い識別性能が向上したと言える。 Comparing Examples 159 to 293 with Comparative Examples 6 to 10, the surfactant (E'-1) to (E'-5), which do not contain the surfactant (B), are more surfactant The data obtained using the sensor elements (E-1) to (E-135) containing the agent (B) are compared to the data obtained using the same fluororesin (A) (E'-1) to (E'- The accuracy rate was improved by combining with the data obtained using 5). It can be said that the use of the surfactant (B) improved the odor discrimination performance of the odorant-receiving layer and the sensor element.
また、導電性炭素材料(C)の含有量が増加するほど、Rmax/R0の値は低下する傾向にあった。Rmax/R0の値が小さいほど測定誤差が増えるため、Rmax/R0の値は大きいほど良い。 Also, the value of Rmax/R0 tended to decrease as the content of the conductive carbon material (C) increased. Since the smaller the value of Rmax/R0, the larger the measurement error, the larger the value of Rmax/R0, the better.
<<導電性炭素材料(C)の含有量の評価>>(実施例297~306)
導電性炭素材料(C)の含有量を変化させることで、測定開始直後のR/R0の値を制御できる。前記と同じ方法で、各センサ素子(E-136)~(E-145)を用いてR/R0を測定した。測定終了後、測定開始から1秒後におけるR/R0を抽出し、表6に記載した。また、測定中のRの最大値をRmaxとして、Rmax/R0(%)の値も表6に併せて記載した。
<<Evaluation of the content of the conductive carbon material (C)>> (Examples 297 to 306)
By changing the content of the conductive carbon material (C), the value of R/R0 immediately after the start of measurement can be controlled. R/R0 was measured using each sensor element (E-136) to (E-145) in the same manner as described above. After the end of the measurement, R/R0 was extracted one second after the start of the measurement and listed in Table 6. Table 6 also shows the value of Rmax/R0 (%), where Rmax is the maximum value of R during measurement.
表6より、導電性炭素材料(C)が増えるほど測定開始1秒後のR/R0の値が増大し、導電性炭素材料(C)の含有量30重量%以上の範囲で顕著である。測定開始1秒後のR/R0が大きいほど測定時間の短縮および消費電力の削減につながるため、導電性炭素材料(C)の含有量は、30重量%以上が好ましいと言える。なお、導電性炭素材料(C)の含有量が75重量%以下であると、シール基板に対する導電性炭素材料(C)の密着性がより良好であり、センサ素子(E)により適していた。 From Table 6, as the conductive carbon material (C) increases, the value of R/R0 increases one second after the start of measurement, and this is remarkable when the content of the conductive carbon material (C) is 30% by weight or more. It can be said that the content of the conductive carbon material (C) is preferably 30% by weight or more because the larger R/R0 one second after the start of measurement leads to a shorter measurement time and a reduction in power consumption. When the content of the conductive carbon material (C) was 75% by weight or less, the adhesion of the conductive carbon material (C) to the seal substrate was better, and it was more suitable for the sensor element (E).
一方、前記のとおり、導電性炭素材料(C)の含有量が増加するほどRmax/R0の値は低下し、測定誤差が増える。そのため、測定時間および測定誤差を小さく保つことにより正解率を保つことの観点から、導電性炭素材料(C)の含有量は、好ましくは25~75重量%であり、さらに好ましくは30~65重量%であり、最も好ましくは35~55重量%であると言える。 On the other hand, as described above, as the content of the conductive carbon material (C) increases, the value of Rmax/R0 decreases and the measurement error increases. Therefore, from the viewpoint of keeping the accuracy rate by keeping the measurement time and measurement error small, the content of the conductive carbon material (C) is preferably 25 to 75% by weight, more preferably 30 to 65% by weight. %, most preferably 35-55% by weight.
<<匂いセンサおよび匂い測定装置の評価>>
匂いセンサおよび匂い測定装置の評価は、下記のシステムに組み込んだセンサ素子(E-1)~(E-135)を用いて匂いを識別させた際の正解率と比較用センサ素子(E’-1)~(E’-5)を用いて匂いを識別させた際の正解率とを比較することで行うことができる。
<<Evaluation of odor sensor and odor measuring device>>
The evaluation of the odor sensor and the odor measuring device is based on the accuracy rate and the comparison sensor element (E'- 1) to (E'-5) can be used to compare the accuracy rate when odors are identified.
<測定方法>
検体(匂い)を導入する導入口と検体が均一に広がるようエアフローを作るためのファンとを備えた筐体を作製した。端子を外部へ取り出すためのリード線をそれぞれはんだ付けしたセンサ素子(E-1)~(E-135)を筐体内に格納した匂いセンサ(F)、比較用センサ素子(E’-1)~(E’-5)を筐体内に格納した比較用匂いセンサ(F’)を用いた。
<Measurement method>
A housing equipped with an inlet for introducing the sample (odor) and a fan for creating an airflow so that the sample spreads uniformly was prepared. Sensor elements (E-1) to (E-135) with soldered lead wires for extracting terminals to the outside are stored in a housing (F), a sensor element for comparison (E'-1) to A comparative odor sensor (F') in which (E'-5) was housed in a housing was used.
筐体外部に取り出したリード線の末端に1mAの定電流電源と、リード線の両端子にかかる電圧を測定するための電圧計を取りつけ、電圧計の測定値をコンピュータで記録した。 A 1 mA constant current power source and a voltmeter for measuring the voltage applied to both terminals of the lead wire were attached to the end of the lead wire taken out from the housing, and the measured value of the voltmeter was recorded by a computer.
筐体内の検体の濃度が200ppmとなるようにろ紙に検体を浸漬させ、当該ろ紙を導入口から挿入した。ろ紙の挿入後すぐに測定を開始した。測定開始から60秒後に再びファンを60秒間回転させ、筐体内の蒸気を外部に排出させながら測定を行った。なお、電圧の測定は0.1秒間隔で実施した。また、測定は同じ条件につき、100回繰り返し行った。 A filter paper was immersed in the sample so that the concentration of the sample in the housing was 200 ppm, and the filter paper was inserted through the introduction port. Measurement was started immediately after inserting the filter paper. After 60 seconds from the start of the measurement, the fan was rotated again for 60 seconds, and the measurement was performed while discharging the steam inside the housing to the outside. The voltage measurement was performed at intervals of 0.1 seconds. Moreover, the measurement was repeated 100 times under the same conditions.
検体としては、d-リモネン、ボルナン-2-オン、シス-3-ヘキセノール、β-フェニルエチルアルコール、シトラール、L-カルボン、γ-ウンデカラクトン、オイゲノール、リナリルアセテートを用いた。検体はいずれも東京化成工業(株)社製のものを用いた。 As samples, d-limonene, bornan-2-one, cis-3-hexenol, β-phenylethyl alcohol, citral, L-carvone, γ-undecalactone, eugenol, and linalyl acetate were used. All specimens were manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.
<評価方法>
各時間で測定された電圧と定電流電源から供給される電流値1mAとを用いて、オーム法則から電気抵抗Rを算出した。検体導入前の抵抗R0を予め測定しておき、R/R0を算出した。
<Evaluation method>
Using the voltage measured at each time and the current value of 1 mA supplied from the constant current power supply, the electrical resistance R was calculated from Ohm's law. The resistance R0 was measured in advance before the sample was introduced, and R/R0 was calculated.
R/R0の0.1秒間隔の時間変化を用いて各々の検体に対するセンサ素子の応答性を、k近傍法を使用して分析した。匂いセンサ(F)および比較用匂いセンサ(F’)について、前記の測定を行い、それぞれのセンサについて100回×9検体=計900回分の測定データを学習データ数:テストデータ数=80:20となるようランダムに分割し、学習データに対してk近傍法による分類器(学習モデル)を作成した。各実施例および比較例の分類器についてテストデータを分類させた際の正解率を匂いセンサの性能指標とし、正解率が高いほどセンサとしての性能が高いと判断できる。 The responsiveness of the sensor element to each analyte with time changes of R/R0 at 0.1 second intervals was analyzed using the k-nearest neighbor method. The odor sensor (F) and the comparative odor sensor (F') were subjected to the above measurements, and the measurement data for each sensor was measured 100 times x 9 samples = 900 times in total. Number of learning data: Number of test data = 80:20 , and a classifier (learning model) based on the k-nearest neighbor method was created for the learning data. The accuracy rate when classifying the test data with the classifiers of each example and comparative example is used as the performance index of the odor sensor, and it can be determined that the higher the accuracy rate, the higher the performance as a sensor.
<評価結果>
上記の測定の結果、匂いセンサ(F)の正解率は92%、比較用匂いセンサ(F’)の正解率は41%となり、本発明の一実施形態に係る樹脂組成物およびこれを用いたセンサ素子を用いた匂いセンサが良好な匂い識別性能を有すると言える。
<Evaluation results>
As a result of the above measurement, the accuracy rate of the odor sensor (F) was 92%, and the accuracy rate of the comparative odor sensor (F') was 41%. It can be said that the odor sensor using the sensor element has good odor discrimination performance.
<<混合物である検体を用いた際の評価>>(実施例304~438、比較例11~15)
<混合物である検体の調製方法>
前記単体の検体に加えて、混合物である検体を次の方法で調製した。メントール、ベンズアルデヒド、酢酸エチル、バニリン、ヘキサナール、エタノール、吉草酸ペンチル、リナロール、2-プロパノールをそれぞれ200ppmの気体となるようデシケーター内で調製し、混合物原料とした。次いで、三方コックとセプタムゴムを取り付けた500mLの2口ナスフラスコを真空減圧後に密封した。各混合物原料から下記の体積をシリンジで採取し、密封した2口ナスフラスコのゴムセプタムから注入した。
混合物検体1:
メントール(150mL)
ベンズアルデヒド(150mL)
酢酸エチル(150mL)
混合物検体2:
バニリン(150mL)
ヘキサナール(150mL)
エタノール(150mL)
混合物検体3:
吉草酸ペンチル(150mL)
リナロール(150mL)
2-プロパノール(150mL)。
<<Evaluation when using a specimen that is a mixture>> (Examples 304 to 438, Comparative Examples 11 to 15)
<Method for preparing a specimen that is a mixture>
In addition to the single sample, a mixture sample was prepared by the following method. Menthol, benzaldehyde, ethyl acetate, vanillin, hexanal, ethanol, pentyl valerate, linalool, and 2-propanol were each prepared in a desiccator so as to have a gas concentration of 200 ppm, and used as a mixture raw material. Then, a 500 mL two-neck eggplant flask equipped with a three-way cock and septum rubber was vacuumed and then sealed. The following volumes were taken from each mixture raw material with a syringe and injected through the rubber septum of a sealed two-neck eggplant flask.
Mixture sample 1:
Menthol (150 mL)
Benzaldehyde (150 mL)
Ethyl acetate (150 mL)
Mixture sample 2:
Vanillin (150 mL)
Hexanal (150 mL)
Ethanol (150 mL)
Mixture sample 3:
Pentyl valerate (150 mL)
Linalool (150 mL)
2-propanol (150 mL).
<混合物である検体を含む測定方法>
実施例159~293、比較例6~10と同様に、センサ素子(E-1)~(E-135)および比較用センサ素子(E’-1)~(E’-5)のうち、評価対象のセンサ素子を筐体内に設置した。定電流電源、電圧計、コンピュータも同様に配置した。
<Method of measurement involving a specimen that is a mixture>
Similarly to Examples 159 to 293 and Comparative Examples 6 to 10, among sensor elements (E-1) to (E-135) and comparative sensor elements (E'-1) to (E'-5), evaluation The target sensor element was installed in the housing. A constant current power supply, a voltmeter, and a computer were similarly arranged.
前記の方法で調製した混合物検体20mLをシリンジで採取し、当該混合物検体を導入口から注入した。混合物検体の注入後すぐに測定を開始した。測定開始から60秒後に再びファンを60秒間回転させ、筐体内の蒸気を外部に排出させながら測定を行った。なお、電圧の測定は0.1秒間隔で実施した。また、測定は同じ条件につき、100回繰り返し行った。 20 mL of the mixture sample prepared by the above method was collected with a syringe, and the mixture sample was injected from the introduction port. Measurements were started immediately after injection of the mixture sample. After 60 seconds from the start of the measurement, the fan was rotated again for 60 seconds, and the measurement was performed while discharging the steam inside the housing to the outside. The voltage measurement was performed at intervals of 0.1 seconds. Moreover, the measurement was repeated 100 times under the same conditions.
<混合物である検体を用いた際の評価方法>
上記の方法で得られたデータと前記の単体である検体について行った測定により得られたデータを利用して、前記の単体である検体について行った評価方法と同様の方法で評価を行い、正解率を算出した。すなわち、以下の方法で評価を行った。
<Evaluation method when using a specimen that is a mixture>
Using the data obtained by the above method and the data obtained from the measurement performed on the above-mentioned single specimen, evaluate by the same method as the evaluation method performed on the above-mentioned single specimen, and determine the correct answer. rate was calculated. That is, evaluation was performed by the following methods.
各時間で測定された電圧と定電流電源から供給される電流値1mAを用いて、オーム法則から電気抵抗Rを算出した。検体導入前の抵抗R0を予め測定しておき、R/R0を算出した。 Using the voltage measured at each time and the current value of 1 mA supplied from the constant current power source, the electrical resistance R was calculated from Ohm's law. The resistance R0 was measured in advance before the sample was introduced, and R/R0 was calculated.
R/R0の0.1秒間隔の時間変化を用いて各々の検体に対するセンサ素子の応答性を、k近傍法を使用して分析した。センサ素子(E-1)~(E-135)または比較用センサ素子(E’-1)~(E’-5)について、前記の測定を行い、各実施例および各比較例に該当する100回×8検体=計800回分の測定データを学習データ数:テストデータ数=80:20となるようランダムに分割し、学習データに対してk近傍法による分類器(学習モデル)を作成した。各実施例および比較例の分類器についてテストデータを分類させた際の正解率をセンサ素子の性能指標とし、正解率が高いほどセンサとしての性能が高いと判断できる。各実施例における分類器の作成および正解率算出には、対応するセンサ素子(E)によって得られたデータと当該センサ素子(E)と同一のフッ素樹脂(A)を用いた比較用センサ素子(E‘)によって得られたデータの両方を用いた。 The responsiveness of the sensor element to each analyte with time changes of R/R0 at 0.1 second intervals was analyzed using the k-nearest neighbor method. For the sensor elements (E-1) to (E-135) or the comparative sensor elements (E'-1) to (E'-5), the above measurements are performed, and 100 corresponding to each example and each comparative example The measurement data for a total of 800 times (times×8 samples) was randomly divided so that the number of learning data:the number of test data=80:20, and a classifier (learning model) based on the k nearest neighbor method was created for the learning data. The accuracy rate when classifying the test data by the classifier of each example and comparative example is used as the performance index of the sensor element, and it can be determined that the higher the accuracy rate, the higher the performance as a sensor. For the creation of the classifier and the calculation of the accuracy rate in each example, the data obtained by the corresponding sensor element (E) and the comparative sensor element ( E′) were used for both.
<混合物である検体を用いた際の評価結果>
実施例304~438と比較例11~15を比較すると、界面活性剤(B)を含有しない比較用センサ素子(E’-1)~(E’-5)を単独で用いるよりも、界面活性剤(B)を含有させたセンサ素子(E-1)~(E-135)を用いて得たデータを、同一のフッ素樹脂を用いた比較センサ素子(E’-1)~(E’-5)を用いて得たデータと組み合わせることで正解率が向上した。界面活性剤(B)を用いることでセンサ素子の匂い物質吸着特性が変化したことによる効果であるといえる。
<Evaluation results when using a specimen that is a mixture>
Comparing Examples 304 to 438 with Comparative Examples 11 to 15, the surfactant (E'-1) to (E'-5), which do not contain the surfactant (B), are more surfactant The data obtained using the sensor elements (E-1) to (E-135) containing the agent (B) were compared with the comparative sensor elements (E'-1) to (E'- The accuracy rate was improved by combining with the data obtained using 5). It can be said that this effect is due to the change in the odorant adsorption characteristics of the sensor element due to the use of the surfactant (B).
本発明は、医療用、ガス検知用、農業用およびその他工業や生活に用いられる匂い識別センサとして有用である。例えば、農家が香りのある作物の成熟具合を匂いセンサで判定して最適な収穫タイミングを管理することもできる。また、食品または化粧品などの製品の匂いを匂いセンサでデータ化して、製品開発の効率向上および品質安定化を支援することもできる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as an odor identification sensor for medical use, gas detection, agriculture, and other industries and daily life. For example, farmers can use smell sensors to determine the maturity of fragrant crops and manage the optimal harvest timing. Moreover, it is also possible to convert the odors of products such as foods and cosmetics into data using an odor sensor, thereby supporting the improvement of efficiency in product development and the stabilization of quality.
10、10a、10b 推定装置
11 測定値取得部(取得部)
12 変化パターン解析部(解析部)
16 推定部
30、30b 匂いセンサ
31、31b センサ素子
32、32b 定電流源(電源)
33、33b 電圧計(測定機器)
100、100a、100b 匂い測定装置
313A 第1金属配線
313B 第2金属配線
315、315b 匂い物質受容層
10, 10a,
12 Change pattern analysis unit (analysis unit)
16
33, 33b voltmeter (measuring instrument)
100, 100a, 100b
Claims (8)
フッ素樹脂(A)、界面活性剤(B)および導電性炭素材料(C)を含み、
前記導電性炭素材料(C)の含有量が、前記フッ素樹脂(A)、前記界面活性剤(B)および前記導電性炭素材料(C)の合計100重量%に対し、25~75重量%である、樹脂組成物。 A resin composition for forming an odorant-receiving layer,
Containing fluororesin (A), surfactant (B) and conductive carbon material (C),
The content of the conductive carbon material (C) is 25 to 75% by weight with respect to the total 100% by weight of the fluororesin (A), the surfactant (B) and the conductive carbon material (C). There is a resin composition.
前記第1金属配線と前記第2金属配線とは離間しており、
前記匂い物質受容層は、前記第1金属配線の少なくとも一部と前記第2金属配線の少なくとも一部とに接している、センサ素子。 A sensor element comprising an odorant-receiving layer containing the resin composition according to any one of claims 1 to 3 , a first metal wiring, and a second metal wiring,
the first metal wiring and the second metal wiring are spaced apart,
The sensor element, wherein the odorant-receiving layer is in contact with at least part of the first metal wiring and at least part of the second metal wiring.
前記センサ素子に給電するための電源と、
前記電源から給電されたセンサ素子の前記匂い物質受容層の電気伝導性を示す測定値を出力する測定機器と、を備える、匂いセンサ。 at least one sensor element according to claim 4 ;
a power source for powering the sensor element;
and a measuring device that outputs a measured value indicative of the electrical conductivity of the odorant-receiving layer of the sensor element powered by the power supply.
前記推定装置は、
前記測定機器から前記測定値を取得する取得部と、
前記少なくとも1つのセンサ素子の電気伝導性の経時的な変化を解析する解析部と、
推定モデルに基づいて匂い物質を推定する推定部と、を備え、
前記推定モデルは、複数の匂い物質のそれぞれを前記少なくとも1つのセンサ素子に吸着させた場合に前記測定機器によって測定される測定値と、該測定値を与えた匂い物質に固有の識別情報との組み合わせを含む学習用データを用いた機械学習によって生成される、匂い測定装置。 An odor measuring device comprising the odor sensor according to claim 5 or 6 and an estimating device,
The estimation device is
an acquisition unit that acquires the measured value from the measuring device;
an analysis unit that analyzes changes over time in electrical conductivity of the at least one sensor element;
an estimation unit that estimates an odorant based on the estimation model,
The estimation model includes a measurement value measured by the measuring device when each of a plurality of odorants is adsorbed on the at least one sensor element, and identification information unique to the odorant that gave the measurement value. An odor measuring device generated by machine learning using learning data including combinations.
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LORWONGTRAGOOL et al.,A Novel Wearable Electronic Nose for Healthcare Based on Flexible Printed Chemical Sensor Array,sensors,2014年,Vol.14,PP.19700-19712 |
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