JPH04221746A

JPH04221746A - 酸性または塩基性物質センサ

Info

Publication number: JPH04221746A
Application number: JP2413070A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Hashiyama; 橋山　秀一; Yasuki Yoshida; 泰樹吉田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1990-12-21
Filing date: 1990-12-21
Publication date: 1992-08-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸性または塩基性物質
を検知、定量することが可能なセンサに関する。

【０００２】

【従来技術】従来、アンモニアガスの検出には、電位測
定などの電気化学的な方法を利用したセンサが多用され
ていた。これらのものでは、耐久性、検出精度等の点で
難点があり、近年光ファイバー等を用いた光学的方法に
よるものが注目されている。このようなものとしては、
アンモニアガスの特性吸収帯を利用したもの（特開昭６
０−１００７４３号）、蛍光物質による蛍光の強度を利
用したもの（特開昭６３−１８２５１号）などが挙げら
れる。また、ブロムチモールブルー等のｐＨ指示薬を検
知物質として含有する層を利用したものも開示されてい
る（特開昭６３−２８２６３５号、特開昭６４−３２１
５１号）。

【０００３】しかし、アンモニアガスの特性吸収帯を利
用したものでは、測定波長と参照波長とを選択する必要
があるなど、その操作が複雑であることから、その素子
構成も複雑となる。また、蛍光物質を用いるものでは、
アンモニアガスに応じて変化する特性をもつ蛍光物質に
限定される。さらに、従来ブロムチモールブルー等を利
用したものでは、一般に、反射膜を設けたりする必要が
あったりするなど、複雑な工程が必要となる場合が多い
。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる目的は
、酸性または塩基性物質の検知、定量を精度よく行なう
ことができ、かつ応答が速く、素子構成が簡易で、信頼
性および耐久性に優れ、しかもコスト面でも有利である
酸性または塩基性物質センサを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（５）の本発明によって達成される。

【０００６】（１）　　基体と、この基体上に設層した
ｐＨ指示薬を含有するセンサ膜とを有し、このセンサ膜
が酸性または塩基性物質と接触したとき、前記サンサ膜
の光反射率が変化するように構成したことを特徴とする
酸性または塩基性物質センサ。

【０００７】（２）　　さらに発光素子と受光素子とを
有し、前記センサ膜の基体をとおしての光反射率変化を
前記受光素子によって検出し、前記酸性または塩基性物
質を検知、定量するように構成した上記（１）に記載の
酸性または塩基性物質センサ。

【０００８】（３）　　前記センサ膜は、前記ｐＨ指示
薬と、バインダとを含有する上記（１）または（２）に
記載の酸性または塩基性物質センサ。

【０００９】（４）　　前記発光素子から発光された光
を間けつ的に照射する上記（２）または（３）に記載の
酸性または塩基性物質センサ。

【００１０】（５）　　前記受光素子に検出回路が接続
されており、この検出回路が、交流成分検出回路部と、
増幅回路部と、出力レベルシフト回路部と、平滑回路部
とを有し、さらに、光強度制御手段を有し、この光強度
制御手段にて光強度を経時的に変化させながら、発光素
子からセンサ膜に光を照射し、センサ膜からの反射光を
受光素子に入射させ、この反射光の光強度に対応する電
気的信号を前記検出回路にて平滑化して検出する上記（
２）ないし（４）のいずれかに記載の酸性または塩基性
物質センサ。

【００１１】

【作用】本発明におけるセンサ膜は、ブロモチモールブ
ルー、ニュートラルレッド、チモールブルー等のｐＨ指
示薬を含有し、所定の波長の光に対し、好ましくは１０
％以上の反射率をもつ。

【００１２】しかも、これらのｐＨ指示薬は、酸性また
は塩基性物質と接触すると、これらの物質との結合やプ
ロトンの脱着等によってセンサ膜の膜物性が変化する。この膜物性の変化がセンサ膜の光反射率、特に鏡面反射
率を変化させることになる。このとき、ｐＨ指示薬と上
記物質との結合等は可逆的に行なわれ、これによって、
被検酸性または塩基性物質の検知、定量が可能となる。

【００１３】

【具体的構成】以下、本発明の具体的構成について、詳
細に説明する。

【００１４】本発明においては、酸性または塩基性物質
を検知、定量するために、ｐＨ指示薬の含有層をセンサ
膜として用いる。

【００１５】本発明におけるセンサ膜は、その反射率、
特に鏡面反射率が、特に可視〜赤外域のいずれかの波長
域の波長において、１０％以上、より好ましくは２０％
以上の、いわゆるブロンズ光沢を有することが好ましい
。

【００１６】また、本発明におけるセンサ膜は、その吸
収率が６０％以下、好ましくは４０％以下であるとよく
、センサ膜における反射の極大波長（λＲｍａｘ）が吸
収の極大波長（λＡｍａｘ）と異なるものであることが
望ましく、特に、λＲｍａｘ　−λＡｍａｘ　≧５０ｎ
ｍであることが望ましい。

【００１７】このようなセンサ膜を用いることにより、
実質的に十分な感度が得られる。反射率が１０％未満と
なると、被検化学物質を反射率変化として検出すること
が困難となるからである。なお、反射率測定ないし読み
出し波長としては、通常、６００〜１２００ｎｍ程度の
ものを用いる。

【００１８】このような反射率を有するセンサ膜に含有
させるｐＨ指示薬としては、メチルバイオレット、チモ
ールブルー、ブロモフェノールブルー、メチルオレンジ
、メチルレッド、ブロモチモールブルー、ニュートラル
レッド、ブロモクレゾールグリーン、フェノールフタレ
インなどが挙げられる。

【００１９】なかでも、装置の簡便さを考えると、長波
長領域での反射率が高いことが好ましく、このような点
からは、ブロモチモールブルー、ニュートラルレッド、
チモールブルー等であることが好ましい。

【００２０】本発明における被検化学物質は、酸性また
は塩基性物質である。酸性物質としては、塩化水素、塩
酸、硝酸等が挙げられ、塩基性物質としては、アンモニ
アガス、各種水酸化物等が挙げられる。これらのなかで
も、アンモニアガス、塩化水素等を被検体とすることが
好ましい。

【００２１】これらの被検体は気体の他、液体であって
もよい。例えば、アンモニアの場合は、通常、アンモニ
アガスが被検体となることが多いが、液体であってもよ
い。また、アンモニウムイオンであってもよい。このよ
うなことは、他の物質においても同様である。

【００２２】このように、センサ膜は酸性または、塩基
性物質と接触することによって、ｐＨ指示薬とこれらの
物質との間に結合が生じたり、ｐＨ指示薬にプロトンの
脱着が生じるなどし、センサ膜の膜物性が変化し、その
光反射率が変化する。そして、これを利用して酸性また
は塩基性物質の検出を行なうものである。

【００２３】このような特性を示す指標として、本発明
に用いるｐＨ指示薬の水溶液中における変色領域を表１
に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】この場合センサ膜の光反射率の変化は、セ
ンサ膜の膜厚、膜密度、屈折率等の膜物性の変化によっ
て生じるものであると考えられる。すなわち、本発明で
は、センサ膜と酸性または塩基性物質との結合等に応じ
た膜物性の変化を、センサ膜の光反射率の変化によって
とらえ、酸性または塩基性物質を定量するものである。また、このとき、被検体の濃度やｐＨに適した変色域の
指示薬を選べば、より良い感度が得られる。

【００２６】この際、本発明では、光反射率の変化を利
用するものであるが、場合によっては光の透過率を利用
することもできる。ただし、被検体と発光ないし受光素
子とを非接触とすることができる点、および検出感度を
高めることができる点で、反射率変化を検知することが
好ましい。また、単色光での反射率変化の他、測定波長
に巾を持たせ、反射光ないし透過光の光量変化で検知す
ることもできる。この場合には、光源としてＬＥＤが使
用でき、また変化光量も大きくなる点で好ましい。

【００２７】本発明におけるセンサ膜は、上記ｐＨ指示
薬を２種以上含有してもよく、複数のｐＨ指示薬含有膜
を積層した構成としてもよい。このとき、単一の被検体
に感応するものとすることも、２種以上の被検体に感応
するものとすることもできる。

【００２８】なお、センサ膜は、ｐＨ指示薬のみから構
成することが好ましいが、耐水性向上などのために、セ
ンサとしての機能を阻害しないような各種ポリマー等の
バインダを併用してもよく、ｐＨ指示薬をバインダに固
定するような形で含有させてもよい。バインダとして、
具体的には、ナイロン等の熱可塑性樹脂やポリビニルア
ルコール、エチルセルロース、アセチルセルロース等が
挙げられる。またｐＨ指示薬とバインダの比率は、ｐＨ
指示薬の含有量が５０ｗｔ％　以上となるようにすれば
よい。

【００２９】また、センサ膜は、０．０１〜１００μｍ
、好ましくは０．０４〜４μｍとするのがよい。このよ
うに薄膜とすると、センサとしての応答が速くなる。

【００３０】このようなセンサ膜は、基体上に、形成さ
れる。このセンサ膜の形成は、塗布等によればよい。こ
のとき用いる溶媒は、前記ｐＨ指示薬を溶解するもので
あれば、特に制限はなく、シクロヘキサノン、メタノー
ル、エタノール等の種々のものを用いることができる。

【００３１】本発明における基体の材質には、特に制限
はないが、実質的に透明であることが好ましい。基体の
裏面側からの検知が可能となるからである。

【００３２】具体的には、ガラスや、硬質塩化ビニル、
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリオレフィ
ン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、アクリル
樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリサル
フォン樹脂、ポリエーテルサルフォン、メチルペンテン
ポリマー、ビスフェノールＡ−テレフタル酸共重合体等
の各種樹脂が挙げられる。このような基体の形状は特に
制限はないが、通常、板状、フィルム状とする。

【００３３】本発明においては、さらにセンサ膜の膜面
を通水性ないし通気性の保護板でエアーサンドイッチ化
してもよく、膜面にこの保護板を設置してもよい。また
、膜面に酸性または塩基性物質が選択的通過可能なフィ
ルターを設けてもよい。

【００３４】本発明においては、基体にセンサ膜を形成
後、これを所望の寸法に打ち抜いたり、切断したりして
もよい。この方法を用いると、量産性が向上する。また
、基体にガラスファイバを用い、その端面にセンサ膜を
形成してもよい。さらにはこのものを複数束ねて用いて
もよい。また束ねて端面を研磨し、端面にセンサ膜を設
層してもよい。

【００３５】本発明の酸性または塩基性物質センサの１
構成例が図１に示される。

【００３６】図１に示される例では、透明な基体１１上
に、センサ膜１２が形成されており、一方透明な基体１
１の裏面側には、発光素子２１と受光素子３１とが設置
されており、これらのものがケーシング４０内に一体的
に収納されている。そして、センサ膜１２は、被検体と
接触している。このセンサ膜には、被検体である酸性物
質、塩基性物質に応じて、前記のｐＨ指示薬が含有され
ている。

【００３７】従って、発光素子２１から発光された光を
基体１１の裏面から入射し、このときの光の鏡面反射率
をやはり基体１１裏面に設けた受光素子３１によってと
らえ、反射率の変化から被検化学物質を検知、定量する
こととなる。

【００３８】この場合、発光素子２１と受光素子２２と
は近接して設置することが好ましく、２０°以下、特に
５°以下の鏡面反射による反射を測定することによって
感度が高くなり、素子としてのコンパクト化をはかるこ
とができる。

【００３９】本発明における発光素子２１の発光する光
の波長は、可視〜赤外域のいずれかの波長である。発光
素子２１としては、特に制限はないが、発光ダイオード
（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等であることが
好ましい。

【００４０】本発明では、発光素子２１から発光された
光のセンサ膜への照射は、間けつ的であることが好まし
い。

【００４１】照射を間けつ的に行なうことにより、セン
サ膜の温度上昇を抑えることができる。このため、被検
物質とセンサ膜との結合が熱によって影響されにくくな
り、特に連続的な測定に際しての測定精度が顕著に向上
する。

【００４２】照射を間けつ的に行なう際の照射時間に特
に制限はないが、反射率が測定可能な範囲でできるだけ
短く設定することが好ましく、例えば０．０１〜１００
ｍｓｅｃ程度である。

【００４３】また、照射間隔にも特に制限はないが、セ
ンサ膜の温度上昇を避けるためには、必要とされる測定
間隔を満足する範囲で可能な限り長く設定することが好
ましい。例えば、通常の酸性または塩基性物質センサと
して用いる場合、照射間隔は０．１〜１０ｍｓｅｃ程度
である。

【００４４】なお、照射が間けつ的に行なわれれば本発
明の効果は実現するため、間けつ的照射を行なう手段等
に特に制限はない。例えば、発光素子への通電を間けつ
的に行なうことにより発光光を直接制御してもよい。ま
た、連続発光光を、チョッパープレート等を介してセン
サ膜に照射するような間接的制御により、間欠的な照射
を行なうこともできる。

【００４５】さらに、これらのいずれの方法においても
、照射とその休止とを交互に繰り返すパターンに限らず
、照射光強度を変化させるように制御を行なってもよい
。このような場合も本発明に含まれる。すなわち、本発
明で間けつ的な照射を行なうのは、センサ膜の温度上昇
を抑制するためであるので、このような場合でも本発明
の効果は実現する。

【００４６】図２には本発明における光学的センシング
回路の好適例が示される。

【００４７】本発明における光学的センシング回路は、
電源回路６、発光部２、センサ部１、受光部３および検
出回路７を有する。このとき、センサ部１は、例えば、
図１に示す構成における基体１１およびセンサ膜１２の
部分である。

【００４８】電源回路６は、発光部の発光時間、発光間
隔、発光強度等を制御でき、照射光の光強度を経時変化
させうる光強度制御回路部を有するものである。図示例
の電源回路６は、発振回路部６１と、ドライバ回路部６
３とから成る光強度制御回路部を有し、発振回路部６１
の前段の端子８１、８３間には直流電源が設けられてい
る。この場合、直流電源は、シングルモードでもデュア
ルモードでもよいが、図示例ではシングルモード直流電
源を用い、端子８１に接続し、端子８３を接地している
。なお、電源電圧には特に制限がなく、通常５〜３０ボ
ルト程度とすればよい。

【００４９】発振回路部６１は、発振器６１１、トラン
ジスタ６１３、抵抗器および両極性コンデンサにて構成
され、ドライバ回路部６３は、トランジスタ６３１およ
び抵抗器にて構成される。

【００５０】そして、トランジスタ６１３と６３１とは
、エミッタとエミッタ間、コレクタとベース間にて接続
されている。なお、トランジスタにかえて、ＦＥＴ等の
各種スウィッチング素子を用いてもよい。

【００５１】ドライバ回路部６３には発光部２が接続さ
れている。この場合、図示例では発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）２１にて発光部２を構成しているが、このほか、レ
ーザダイオード（ＬＤ）等の各種発光素子やこれらを用
いた発光回路等にて構成してもよい。

【００５２】このような構成にて、発振器６１１から発
振信号、例えば矩形状のパルス信号をトランジスタ６１
３のベースに印加すると、トランジスタ６１３のエミッ
タ・コレクタ間には、パルス信号に応じて電流が流れる
。また、トランジスタ６１３のオン・オフに伴なって、
トランジスタ６３１のベースには、トランジスタ６１３
とは反対のパルス信号が印加される。すなわち、トラン
ジスタ６３１と６１３は、互いにオン、オフ動作が逆に
なる。そして、発光部２およびトランジスタ６３１のエ
ミッタ・コレクタ間にほぼ矩形状のパルス電流が流れ、
発光部２は、パルス電流によって、間けつ的に発光する
。

【００５３】図３には、発光部２、すなわち発光ダイオ
ード２１の電圧の時間変化が示される。図中、電圧が降
下している時間ｔ０　〜ｔ１　に電流が流れ、発光ダイ
オード２１が発光し、センサ部１への間けつ照射が行な
われる。なお、上記のとおり、照射とその休止とを交互
に繰り返す間欠照射に限らず、照射光強度が経時変化す
るように制御を行なってもよい。このような場合も本発
明に含まれる。ただし、センサ部１のセンサ膜の温度上
昇をより一層防止でき、しかも制御が容易である点で前
記のとおり、間けつ的に光照射を行なうことが好ましい
。

【００５４】また、本発明では、この他、上記のとおり
、連続発光光を、チョッパープレート等を介してセンサ
部１に照射するような間接的制御により、間けつ的な照
射を行なうこともでき、各種の光強度制御手段の形態が
可能である。

【００５５】検出回路７には、受光部３が接続されてい
る。受光部３は、フォトトランジスタ３１にて構成され
ているが、これに限定されるものではなく、このほか、
フォトダイオード等の各種受光素子やこれらを用いた受
光回路等にて構成してもよい。なお、前記の発光部２お
よび受光部３は、受光発光素子等を用いて一体的に構成
してもよい。

【００５６】また、本発明では、図９に示されるように
、受光部２とセンサ部１および受光部３とセンサ部１は
、それぞれ、光ファイバ５５にて光学的に連結させるこ
ともできる。このような構成とすることにより、発光部
２および受光部３とセンサ部１とを分離して配置するこ
とが可能となる。

【００５７】このため、測定空間にはセンサ部１だけを
配置することができ、また、センサ部１と発光部２およ
び受光部３との間の情報伝達は光により行なわれるため
、強電界下や電気的ノイズの発生が多い条件下において
も信頼性の高い測定が可能である。また、このため、可
燃性ガス中において使用された場合でも、発火や爆発の
危険性がない。

【００５８】検出回路７は、交流成分検出回路部７１、
増幅回路部７３、出力レベルシフト回路部７５および平
滑回路部７７を順次有する。

【００５９】交流成分検出回路部７１は、次段の増幅回
路部７３にて反射光の光強度に対応する信号、すなわち
発光部３の電圧減少量を増幅させる際、直流成分によっ
て、トランジスタ７３１がオン状態になるのを防止する
ために設けられる。交流成分検出回路部７１は、直列結
合した両極性コンデンサ７１１と、抵抗器７１３とで構
成されている。

【００６０】また、増幅回路部７３は、トランジスタ７
３１と抵抗器とで構成され、トランジスタ７３１をエミ
ッタ接地した反転増幅回路を形成している。この場合、
前記交流成分検出回路部７１の出力端は、トランジスタ
７３１のベースに接続している。なお、増幅回路部７３
は、このほか、正相増幅回路や、これらを組み合わせた
多段式のものであってもよい。出力レベルシフト回路部
７５は、前段の増幅回路部７３にて増幅された出力電圧
をそのまま平滑化した場合、プラス側の電圧とマイナス
側の電圧とが打ち消し合って零になるのを防止するため
に設けられる。

【００６１】出力レベルシフト回路部７５は、両極性コ
ンデンサ７５１と、ダイオード７５３とで構成され、前
記トランジスタ７３１のコレクタと、コンデンサ７５１
とが接続している。そして、コンデンサ７５１の他端に
は、ダイオード７５３が接続され、ダイオード７５３の
他端は、接地されている。

【００６２】平滑回路部７７は、抵抗器および両極性コ
ンデンサ７７１で構成される第１の積分回路と、抵抗器
および両極性コンデンサ７７３で構成される第２の積分
回路とを有し、第２の積分回路の後段に、コンデンサ７
７３と並列に抵抗器を接続して構成される。

【００６３】なお、図示例の２段式の構成のほか、１段
式あるいは３段式以上の構成としてもよいが、より一層
平滑化された出力が得られる点で２段式以上が好ましい
。このような構成にて、光照射によりセンサ部１から反
射した光は、受光部３に入射し、反射光の光強度に応じ
た電流が受光部３に流れる。この結果、受光部３の電圧
すなわち、フォトトランジスタ３１のコレクタ・エミッ
タ間の電圧は、反射光の光強度に応じて減少する。

【００６４】図４には、フォトトランジスタ３１のコレ
クタ・エミッタ間の電圧の時間変化が示される。

【００６５】図中、前記発光ダイオード２１に流れる電
流が零になる時間ｔ１　にて、電圧値がもとにもどらな
いのは、発光ダイオード２１が残留発光しているためで
ある。

【００６６】交流成分検出回路部７１では、コンデンサ
７１１により、直流成分がカットされ、交流成分のみが
取り出される。この結果、端子９１、８３間の出力電圧
は、図５に示されるように、下側（低電圧側）にシフト
する。

【００６７】反転増幅回路にて構成される増幅回路部７
３では入力電圧を反転増幅する。

【００６８】端子９１、８３間の出力電圧は、図６に示
されるような波形となる。出力レベルシフト回路部７５
では、コンデンサ７５１およびダイオード７５３によっ
て、構成されるクランプ回路により、最も小さい電圧が
零となるように電圧値をシフトさせる。この結果、端子
９５、８３間の出力電圧は、図７に示されるように上側
（高電圧側）にシフトする。

【００６９】平滑回路部７７では、チャージをコンデン
サ７７１へ一度充電した後、放電し、さらにコンデンサ
７７３でも同様に充放電して出力する。この結果、図７
に示されるパルス状の電圧波形が平滑化し、端子９７、
８３間の出力電圧は、図８に示されるように、ほぼ直線
状の安定したものになる。

【００７０】なお、検出回路７の各回路部７１、７３、
７５および７７は、それぞれ、図示例に限定されるもの
ではなく、これらと電気回路的に等価なものや、前述し
たものと同様の作用が実現するものであればよい。検出
回路７の平滑回路部７７の後段には、通常、図１に示さ
れるように増幅回路部７８が形成されている。増幅回路
部７８の構成には特に制限がなく、公知の増幅器７８１
を用いる構成とすればよい。

【００７１】また、増幅回路部７８の後段には、通常、
ゼロ調整のため、図示されるように出力用回路部７９が
形成されている。出力用回路部７９の構成には特に制限
がなく、公知の構成とすればよい。このような構成にて
最終的な出力電圧が端子８５、８７から得られる。

【００７２】このような検出回路では、パルス発光によ
って経時的に変動する受光素子の出力電圧は、検出回路
にて平滑化され、受光素子の電圧減少量の平均値、すな
わち反射光の強度の平均値に比例した出力電圧に変換さ
れる。このため、安定した出力が得られる。

【００７３】これに対し、連続的にセンシングを行なう
場合には、例えば、発光素子をパルス電圧で発光させて
、センサ部への光照射を間欠的に行なう際の、パルス発
光に起因する出力変化、ノイズ等が除去でき、出力が安
定する。

【００７４】この場合、パルス電圧を印加するための発
振回路からの信号を利用したサンプルホールド回路を設
け、出力の安定化を図ることも考えられるが、同期が常
に安定しているとは限らないため、出力には、同期のタ
イミングのずれ等に起因するバラツキが生じる。加えて
回路が複雑になるため、量産上不利であり、コストもか
かる。

【００７５】

【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に説明
する。

【００７６】実施例１ブロモチモールブルーの５ｗｔ％
シクロヘキサノン溶液を２０００ｒｐｍの条件下でガラ
ス基体（大きさ：５ｃｍ×５ｃｍ×１ｍｍ）上に塗布し
た。その後７０℃で３０分間乾燥し、センサ膜を得た。このときの乾燥膜厚は、１２００Ａであった。これを用
いて図１、図２および図９に示される構成のセンサを組
み立て、アンモニアガス用のアンモニアセンサとして用
いた。

【００７７】このとき、センサ膜が形成されたガラス基
体を、長さ５０ｃｍ、直径３ｍｍの光ファイバ（三菱レ
イヨン製エスカＣＫ−１２０）の一方の端面に、アクリ
ル系接着剤により接着した。また、光ファイバの他方の
端面は、鏡面加工を施した板に押しつけて加熱すること
により直径４ｍｍとし、同時に平滑化した。この他方の
端面に、発光部２の発光ダイオード２１（発光光の波長
９１０ｎｍ）　および受光部３のフォトトランジスタ３
１を、アクリル系接着剤により接着した。

【００７８】また比較のために、交流成分検出回路部７
１、増幅回路部７３、出力レベルシフト回路部７５およ
び平滑回路部７７を有しない光学的センシング回路やサ
ンプルホールド回路を設けた光学的センシング回路を用
いたほかは上記と同様のアンモニアセンサを組み立てた
。

【００７９】このようにして作製した本発明および比較
用のアンモニアセンサを用い、発光ダイオードを、発光
時間０．１ｍｓｅｃ、発光間隔０．９ｍｓｅｃにて作動
させ、アンモニアガス濃度を０から１０００００ｐｐｍ
　まで変化させて連続測定を行なった。

【００８０】アンモニアガス濃度とセンサの出力差との
関係を図１０に示す。この結果から測定の濃度範囲が広
いことがわかる。また再現性も良好であった。

【００８１】また、本発明のアンモニアセンサにて検出
された出力電圧は安定していたのに対し、比較用のアン
モニアセンサにて検出された出力電圧にはバラツキが生
じていた。

【００８２】さらに、比較のために、発光素子を連続発
光させた他は上記と同様にしてアンモニア量を測定した
。

【００８３】間けつ照射の場合のセンサの出力電圧の変
化はほとんどなかったが、連続照射の場合、センサの出
力電圧は１０％減少した。

【００８４】実施例２実施例１において、ニュートラルレッドの２ｗｔ％メタ
ノール溶液を用い、乾燥膜厚で１２００Ａのセンサ膜を
形成し、これを用いて塩化水素を検知、定量するセンサ
を組み立てるほかは、同様の操作を行なったところ、本
発明のセンサおよび比較用のセンサにおいて、同等の結
果が得られた。

【００８５】実施例３可溶性ナイロンを２ｗｔ％　の割合で含むプロパノール
溶液に、ブロムチモールブルーを２ｗｔ％　となるよう
に添加して塗布液を調製し、２５００ｒｐｍ　の条件下
でスピンコートにより塗布するほかは、実施例１と同様
にしてセンサ膜を得、本発明のセンサを組み立てた。

【００８６】このものをアンモニアセンサとして使用し
たところ、センサとして使用可能なレベルにあることが
わかった。また、実施例１の本発明のものに比べて耐水
性が向上することがわかった。

【００８７】

【発明の効果】本発明では、用いるセンサ膜は、一般に
単層膜として設層すればよいので、きわめて均一かつ均
質な薄膜が得られ、センサとしての応答が速く、反射率
を高く安定に保てるので検出精度がきわめて高い。さら
には、測定できるアンモニア等の被検体の濃度範囲も広
く、その直線性も良好である。そして、信頼性、耐久性
に優れる。本発明では、また、センサ部へ、光強度を経
時変化させながら光を照射、特に、光を間けつ的に照射
することが好ましい。このとき、センサ部のセンサ膜の
温度上昇が抑えられ、精度よく連続的な測定を行なうこ
とができる。加えて、素子構成がきわめて簡単でコンパ
クトであり、その製造も容易である。さらに、基体裏面
側からの検出が可能となり、また、電圧がセンサ膜に加
わるなど、電気的作用が全くないため、劣化が少なく連
続使用に耐える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の酸性または塩基性物質センサの断面図
である。

【図２】本発明の酸性または塩基性物質センサの光学的
センシング回路の１例が示される回路図である。

【図３】図２における発光ダイオード２１の電圧の経時
変化が示される電圧波形のグラフである。

【図４】図２におけるフォトトランジスタ３１のコレク
タ・エミッタ間の電圧の経時変化が示される電圧波形の
グラフである。

【図５】図２における端子９１、８３間の電圧の経時変
化が示される電圧波形のグラフである。

【図６】図２における端子９３、８３間の電圧の経時変
化が示される電圧波形のグラフである。

【図７】図２における端子９５、８３間の電圧の経時変
化が示される電圧波形のグラフである。

【図８】図２における端子９７、８３間の電圧の経時変
化が示される電圧波形のグラフである。

【図９】本発明における光学的センシング回路のセンサ
部と発光部、センサ部と受光部の光学的連結方法の１例
が示される側面図である。

【図１０】本発明をアンモニアセンサとして用いたとき
のアンモニア濃度と出力差との関係を示すグラフである
。

【符号の説明】

１　　センサ部１１　　基体１２　　センサ膜２　　発光部２１　　発光素子３　　受光部３１　　受光素子４０　　ケーシング６　　電源回路６１　　発振回路部６１１　　発振器６３　　ドライバ回路部６１３、６３１、７３１　　トランジスタ７　　検出回
路７１　　交流成分検出回路部７１１、７５１、７７１、７７３　　両極性コンデンサ
７１３　　抵抗器７３、７８　　増幅回路部７５　　出力レベルシフト回路部７５３　　ダイオード７７　　平滑回路部７８１　　増幅器７９　　出力用回路部８１、８３、８５、８７、９１、９３、９５、９７　　
端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　基体と、この基体上に設層したｐＨ指
示薬を含有するセンサ膜とを有し、このセンサ膜が酸性
または塩基性物質と接触したとき、前記センサ膜の光反
射率が変化するように構成したことを特徴とする酸性ま
たは塩基性物質センサ。
【請求項２】　　さらに発光素子と受光素子とを有し、
前記センサ膜の基体をとおしての光反射率変化を前記受
光素子によって検出し、前記酸性または塩基性物質を検
知、定量するように構成した請求項１に記載の酸性また
は塩基性物質センサ。
【請求項３】　　前記センサ膜は、前記ｐＨ指示薬と、
バインダとを含有する請求項１または２に記載の酸性ま
たは塩基性物質センサ。
【請求項４】　　前記発光素子から発光された光を間け
つ的に照射する請求項２または３に記載の酸性または塩
基性物質センサ。
【請求項５】　　前記受光素子に検出回路が接続されて
おり、この検出回路が、交流成分検出回路部と、増幅回
路部と、出力レベルシフト回路部と、平滑回路部とを有
し、さらに、光強度制御手段を有し、この光強度制御手
段にて光強度を経時的に変化させながら、発光素子から
センサ膜に光を照射し、センサ膜からの反射光を受光素
子に入射させ、この反射光の光強度に対応する電気的信
号を前記検出回路にて平滑化して検出する請求項２ない
し４のいずれかに記載の酸性または塩基性物質センサ。