JPH0476442A - Chemical substance sensor - Google Patents

Chemical substance sensor

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Publication number
JPH0476442A
JPH0476442A JP18920290A JP18920290A JPH0476442A JP H0476442 A JPH0476442 A JP H0476442A JP 18920290 A JP18920290 A JP 18920290A JP 18920290 A JP18920290 A JP 18920290A JP H0476442 A JPH0476442 A JP H0476442A
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JP
Japan
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film
chemical substance
sensor
light
dye
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Application number
JP18920290A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuki Yoshida
泰樹 吉田
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TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
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Publication of JPH0476442A publication Critical patent/JPH0476442A/en
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Abstract

PURPOSE:To perform measurement with a high degree of reproducibility for a long period by separately laminating a sensor film containing a chemical substance sensitive compound and a pigment film containing pigments for detecting a variation in film physical characteristic in the form of a variation in light reflectivity, one upon another. CONSTITUTION:A pigment film 13 and a sensor film 12 are separately formed successively on a transparent substrate 11, and a light emitting element 21 and a light receiving element 22 are set on the rear surface of the substrate 11. Further, the film 12 contains, as a stabilizer more than one kind of material selected from a metal complex, a phenol group, a hindered amine group and an amine group in addition to a chemical substance sensitive compound which is selected in accordance with a chemical substance to be detected, so as to prevent the pigment from being deteriorated by oxygen, the chemical substance to be detected, ultraviolet rays or the like included in the ambience under use. Further, the chemical substance sensitive compound in the film 12 changes its film physical characteristic by being bonded with the chemical substance to be detected so as to change the light reflectivity of the film 13 laminated on the film 12, in particular the mirror-surface reflectivity, thereby a quantity of the chemical substance to be detected is measured. Thus, it is possible to measure the chemical substance with a high degree of reproducibility and a high degree of accuracy for a long period.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、化学物質を検知、定量することが可能な化学
物質センサに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a chemical substance sensor capable of detecting and quantifying chemical substances.

〈従来の技術〉 外界に存在する特定の化学物質を選択的に吸着させ、ま
たはそれと選択的に反応し、そのことによる抵抗率や誘
電率等の電気信号の変化から化学物質の種類と濃度を検
知する化学センサが知られている。
<Conventional technology> It selectively adsorbs or selectively reacts with specific chemical substances existing in the outside world, and the type and concentration of the chemical substance can be determined from the resulting changes in electrical signals such as resistivity and dielectric constant. Chemical sensors for detection are known.

このような化学センサ材料には、半導体、セラミックス
、ポリマー等が挙げられ、実際、水蒸気、各種ガス、各
種イオン等の検知、定量に適用されている。
Such chemical sensor materials include semiconductors, ceramics, polymers, etc., and are actually applied to the detection and quantification of water vapor, various gases, various ions, etc.

また、コレステリック液晶を適用したセンサが知られて
いる[特開昭53−76094号、特開昭58−426
85号、塚原著、メカトロニクス増刊、iユ旦上、10
3 (1981)センサ技術、1−」−工l、62 (
1987)同:LLLLl 、  97 (1987)
、同7(12)。
Additionally, sensors using cholesteric liquid crystals are known [JP-A-53-76094, JP-A-58-426].
No. 85, Tsukahara, Mechatronics special issue, iyudan, 10
3 (1981) Sensor Technology, 1-"-Eng. 1, 62 (
1987) Same as: LLLLl, 97 (1987)
, 7(12).

87 (1987)]。87 (1987)].

このものは、液晶の色変化を利用したものである。This device utilizes the color change of liquid crystal.

一方、最近のOA機器等の発達に伴い、複写機等、電界
の強い環境下でも安定かつ正確に動作する各種センサが
望まれているため、光学的な検知、定量法を利用したセ
ンサが有利である。
On the other hand, with the recent development of office automation equipment, etc., there is a demand for various sensors that can operate stably and accurately even in environments with strong electric fields such as copying machines, so sensors that use optical detection and quantitative methods are advantageous. It is.

このなかで、ある種の色素や化合物とガス物質とが反応
したり、電荷移動錯体を形成したりすることで、光吸収
あるいは蛍光(蛍光の消光)量が変化することを利用し
た光学的な検知、定量法が知られている。
Among these, optical methods utilize the change in the amount of light absorption or fluorescence (fluorescence quenching) caused by the reaction of certain dyes or compounds with gas substances or the formation of charge transfer complexes. Detection and quantitative methods are known.

例えば、N、N−ジメチルアニリンと02の反応による
変色を利用したもの(特開昭57−100337号) ポリ−2−パラ(メククロイルアミノフェニル)−5−
フェニル−1,3−オキサゾールとN H3やアミン類
の反応による変色を利用したもの(特開昭60−202
334号)、トリス(4,7−ジフェニル−1,10−
フェナントロリン)Ru錯体と02の反応による蛍光の
変化を利用したもの(特開昭61−178646号)が
ある。
For example, one that utilizes the discoloration caused by the reaction between N,N-dimethylaniline and 02 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 100337/1982) Poly-2-para (mekkuroylaminophenyl)-5-
A method that utilizes discoloration caused by the reaction of phenyl-1,3-oxazole with NH3 or amines (Japanese Patent Laid-Open No. 60-202
334), tris(4,7-diphenyl-1,10-
There is a method (Japanese Unexamined Patent Publication No. 178646/1983) that utilizes the change in fluorescence caused by the reaction between Ru complex (phenanthroline) and 02.

さらには、NH,によるブロムチモールブルー膜での吸
収変化を利用したもの(日経産業新聞、昭和62年12
月14日発行)、NO。
Furthermore, a method utilizing absorption change in bromothymol blue film due to NH (Nikkei Sangyo Shimbun, December 1988)
(Published on the 14th of May), NO.

によるスクアリリウム色素および脂肪酸を成膜化合物と
するLB膜での蛍光変化を利用したもの[日本化学会春
季年会予稿集3 II H07(1988年) 日経産
業新聞、昭和63年6月lO日発行]なども挙げられる
[Chemical Society of Japan Spring Annual Meeting Proceedings 3 II H07 (1988) Nikkei Sangyo Shimbun, published June 10, 1988] etc. can also be mentioned.

また光反射を利用したものの例は少ないが、金属膜ある
いは金属塩を適用したものが検討されている。
Although there are few examples of devices that utilize light reflection, devices that use metal films or metal salts are being considered.

例えば、亜硫酸パラジウムカリウムとCOの反応を利用
したもの(特開昭58−79141号) 、 Hg B
 r xとA s Hsの反応を利用したもの(特開昭
60−42645号)、金属膜のSF、による腐蝕を利
用したもの(特開昭62−8066号)等である。
For example, those utilizing the reaction of palladium potassium sulfite and CO (Japanese Patent Application Laid-open No. 79141/1983), Hg B
These include a method that utilizes the reaction between r x and As Hs (Japanese Patent Laid-Open No. 60-42645), and a method that utilizes corrosion of a metal film by SF (Japanese Patent Laid-Open No. 62-8066).

また、湿度センサとしては、光ファイバまたは光ファイ
バに吸湿性物質をクラッドとして設けて屈折率の変化を
利用したもの(特開昭61−217744号、特開昭6
2−9255号、特開昭62−204143号等)、吸
湿によって変色する無機化合物等を利用したもの(特開
昭54−80190号、特開昭61−139478号)
、 吸湿性樹脂などによる吸収係数の変化や散乱強度変化あ
るいは発色性を利用したもの(特開昭56−67738
号、特開昭56−110039号、特開昭58−216
936号)、さらには、凹凸を有する透明体と吸湿剤と
を用いて乱反射性の変化を利用したもの(特開昭59−
204742号)、あるいは異なる屈折率を有する2種
の誘電体層からなる鏡の反射光と透過光を利用したもの
(特開昭62−39744号)などが提案されている。
Furthermore, as a humidity sensor, an optical fiber or one that uses a change in refractive index by providing a hygroscopic material as a cladding on an optical fiber (JP-A-61-217744, JP-A-6
2-9255, JP-A No. 62-204143, etc.), those using inorganic compounds that change color due to moisture absorption (JP-A-54-80190, JP-A-61-139478)
, those that utilize changes in absorption coefficient, changes in scattering intensity, or color development due to hygroscopic resin etc. (Japanese Patent Laid-Open No. 56-67738)
No., JP-A-56-110039, JP-A-58-216
No. 936), and furthermore, one that utilizes changes in diffused reflection using a transparent body with unevenness and a moisture absorbent (Japanese Unexamined Patent Publication No. 59-1999)
204742), or one that utilizes reflected light and transmitted light from a mirror consisting of two types of dielectric layers having different refractive indexes (Japanese Patent Laid-Open No. 62-39744).

ただし、色素膜の反射を利用するものの提案はない。However, there are no proposals that utilize the reflection of a pigmented film.

上記の半導体、セラミックス、ポリマー等を適用したセ
ンサでは、一般に、膜が厚いため、被検知ガスの拡散過
程があり応答が遅いという欠点がある。 また、リフレ
ッシュが必要なものが多い。 さらには、抵抗値の変化
を検出する場合が多く、このように電気的手段によるた
め、強電界の影響を受は易く、経時変化が大きい。
Sensors using semiconductors, ceramics, polymers, etc. as described above generally have a drawback that the film is thick and the response is slow due to the diffusion process of the gas to be detected. Also, there are many things that need refreshing. Furthermore, changes in resistance values are often detected, and since this is done by electrical means, it is easily affected by strong electric fields and changes over time.

また、素子の製造方法も複雑な工程を経るものが多(、
検出回路等も複雑となるものが多い。
In addition, many of the device manufacturing methods involve complicated processes (
Many of the detection circuits and the like are also complicated.

一方、コレステリック液晶を適用したセンサでは、ピッ
チの変化による色変化を利用しているため、光反射の波
長分布が多様に変化して−定しないこと、感度が低いこ
と、温度依存性が大きいこと、等の欠点がある。
On the other hand, sensors using cholesteric liquid crystals utilize color changes due to changes in pitch, so the wavelength distribution of light reflection varies in various ways, making them unstable, having low sensitivity, and being highly temperature dependent. , etc. have drawbacks.

また、色素等を用いた吸収あるいは蛍光の変化を利用す
る場合には、検知、定量しようとするガス物質等の被検
物質と選択的に結合または反応し得る色素等に限定され
るという欠点がある。 このような素子の製造に際して
は、上記のLB膜での蛍光変化を利用したもののように
、LB膜を適用するとき色素分子を高度に配向させる必
要があったり、またブロムチモールブルー膜での吸収変
化を利用したもののように金属反射膜を設けたりする必
要があったりするなど、高度あるいは?I雑な工程が必
要となる場合が多い。
In addition, when using changes in absorption or fluorescence using dyes, etc., there is a drawback that it is limited to dyes that can selectively bind or react with the analyte, such as a gas substance, to be detected or quantified. be. When manufacturing such devices, it is necessary to highly orient the dye molecules when applying the LB film, such as the one that utilizes the fluorescence change in the LB film mentioned above, and the absorption Advanced or? In many cases, complicated processes are required.

さらに、金属膜あるいは金属塩を適用したものでは、反
応がいずれも不可逆的であり、またこのものでもセンサ
材料とガス物質等の被検物質との組合せは限定されると
いう欠点がある。
Furthermore, in the case of using a metal film or a metal salt, all reactions are irreversible, and even in this case, the combinations of the sensor material and the test substance such as a gaseous substance are limited.

本発明者らは、上記の問題に対処するために、先に、「
色素と化学物質感受性化合物とを含み、この化学物質感
受性化合物が被検化学物質と結合することによって膜の
光反射率が変化するように構成したことを特徴とする化
学物質センサ。」 (特願昭63−219434号)、
および「基体と、この基体上に形成したセンサ膜と、発
光素子と受光素子とを有し、前記センサ膜が色素と化学
物質感受性化合物とを含み、この化学物質感受性化合物
が被検化学物質と結合することによって膜の光反射率が
変化するように構成し、この光反射早変化を前記受光素
子によって検出し、被検化学物質を検知、定量するよう
に構成したことを特徴とする化学物質センサ。」 (特
願昭63−219921号)を提案している。
In order to deal with the above problem, the present inventors previously developed the following method:
A chemical substance sensor comprising a dye and a chemical substance-sensitive compound, and configured such that the light reflectance of the film changes when the chemical substance-sensitive compound combines with a test chemical substance. ” (Patent Application No. 63-219434),
and "has a substrate, a sensor film formed on the substrate, a light emitting element and a light receiving element, the sensor film contains a dye and a chemical substance sensitive compound, and the chemical substance sensitive compound is a test chemical substance. A chemical substance characterized in that the chemical substance is configured such that the light reflectance of the film changes by binding, and the rapid change in light reflection is detected by the light receiving element to detect and quantify the chemical substance to be tested. sensor.'' (Japanese Patent Application No. 63-219921).

しかし、このものにおいては、化学物質感受性化合物と
色素とを同−膜に成膜する必要があるため、これらの間
で相溶性が必要となり、対象となる被検化学物質が限定
されるという問題がある。  また、このようなことか
ら色素の含有量が制限され、検出感度が十分に得られな
いという問題も生じる。
However, in this method, it is necessary to form the chemical substance-sensitive compound and the dye in the same film, which requires compatibility between them, which limits the number of test chemicals that can be tested. There is. Further, due to this, the content of the dye is limited, resulting in a problem that sufficient detection sensitivity cannot be obtained.

このため、本発明者らはさらに、「基体と、この基体上
に色素膜と積層したセンサ膜を有し、前記センサ膜が化
学物質感受性化合物を含み、この化学物質感受性化合物
が被検化学物質と結合することによって前記色素膜の光
反射率が変化するように構成したことを特徴とする化学
物質センサ」 (特願平1−212792号)を提案し
ている。
For this reason, the present inventors further proposed that the sensor film has a substrate and a dye film laminated on the substrate, the sensor film contains a chemical substance-sensitive compound, and the chemical substance-sensitive compound is a test chemical substance. "A chemical substance sensor" (Japanese Patent Application No. 1-212792) characterized in that the light reflectance of the dye film is changed by combining with the chemical substance sensor.

このように色素膜とセンサ膜とを分離することにより、
被検化学物質の選択の巾が広(、また検知、定量する際
の精度が高く、応答が速く、素子構成が容易で耐久性に
優れかつコスト面でも有利な化学物質センサを提供する
ことができるものである。
By separating the dye film and sensor film in this way,
A wide selection of chemical substances to be tested (and a chemical substance sensor that has high precision in detection and quantification, quick response, easy element configuration, excellent durability, and is advantageous in terms of cost) It is possible.

〈発明が解決しようとする課題〉 色素膜を基体とセンサ膜との間に挾んだ構成の化学物質
センサでは、基体の裏面側から光照射およびその反射光
の検出が行なえ、また、色素膜と被検化学物質とが直接
接触しないため、色素の劣化を抑えることができる。
<Problems to be Solved by the Invention> In a chemical substance sensor having a structure in which a dye film is sandwiched between a substrate and a sensor film, light irradiation and detection of the reflected light can be performed from the back side of the substrate, and the dye film Since there is no direct contact between the dye and the test chemical, deterioration of the dye can be suppressed.

しかし、色素は酸素に長時間さらされると劣化し易(、
また、水蒸気等の被検化学物質や紫外線等により劣化す
ることもある。 センサ膜はこれらをある程度透過する
ため、色素劣化により反射率に経時変化が生じてしまい
、長期間にわたって安定した測定値を示すセンサを実現
することは困難であった。
However, pigments tend to deteriorate when exposed to oxygen for long periods of time (
In addition, it may deteriorate due to exposure to chemical substances to be tested such as water vapor, ultraviolet rays, etc. Since the sensor film transmits these to some extent, the reflectance changes over time due to dye deterioration, making it difficult to realize a sensor that provides stable measurement values over a long period of time.

本発明は、このような事情からなされたものであり、色
素膜とセンサ膜とを分離した構成の化学物質センサであ
って、長期間にわたって再現性の高い測定値が得られる
化学物質センサを提供することを目的とする。
The present invention has been made under these circumstances, and provides a chemical sensor having a structure in which a dye film and a sensor film are separated, and which can provide highly reproducible measurement values over a long period of time. The purpose is to

〈課題を解決するための手段〉 上記目的は、下記(1)〜(3)の本発明により達成さ
れる。
<Means for Solving the Problems> The above objects are achieved by the following inventions (1) to (3).

(1)基体上に色素膜を有し、この色素膜上にセンサ膜
を有し、前記センサ膜が化学物質感受性化合物を含み、
この化学物質感受性化合物が被検化学物質と結合するこ
とによって前記色素膜の光反射率が変化するように構成
されており、前記センサ膜が安定剤を含有することを特
徴とする化学物質センサ。
(1) having a dye film on the substrate, having a sensor film on the dye film, the sensor film containing a chemical substance sensitive compound;
A chemical substance sensor, characterized in that the chemical substance sensitive compound is configured to change the light reflectance of the dye film by binding with a test chemical substance, and the sensor film contains a stabilizer.

(2)前記安定剤が、金属錯体、フェノール類、ヒンダ
ードアミン類およびアミン類から選択される1種以上で
ある上記(1)に記載の化学物質センサ。
(2) The chemical sensor according to (1) above, wherein the stabilizer is one or more selected from metal complexes, phenols, hindered amines, and amines.

(3)さらに、発光素子と受光素子とを有し、色素膜の
基体をとおしての光反射率変化をこの受光素子によって
検出し、被検化学物質を検知、定量するように構成した
上記(1)または(2)に記載の化学物質センサ。
(3) The above (3) further comprises a light-emitting element and a light-receiving element, and the light-receiving element detects a change in light reflectance through the base of the pigment film, thereby detecting and quantifying the test chemical substance. The chemical sensor according to 1) or (2).

〈作用〉 本発明の化学物質センサは、基体上に色素膜を有し、色
素膜上にセンサ膜を有する。
<Function> The chemical substance sensor of the present invention has a dye film on a substrate and a sensor film on the dye film.

センサ膜は化学物質感受性化合物を含み、この化学物質
感受性化合物は被検化学物質と結合することによって膜
物性が変化し、この膜物性の変化がセンサ膜に積層され
た色素膜の光反射率、特に鏡面反射率を変化させ、この
反射率変化により、被検化学物質の量が測定される。
The sensor film contains a chemical-sensitive compound, and this chemical-sensitive compound changes the physical properties of the film by combining with the test chemical, and this change in the physical properties of the film changes the light reflectance of the dye film laminated on the sensor film, In particular, the specular reflectance is changed, and the amount of the test chemical substance is measured based on this change in reflectance.

そして、本発明の化学物質センサは、センサ膜が安定剤
を含有する。
In the chemical substance sensor of the present invention, the sensor membrane contains a stabilizer.

この安定剤は、−重項酸素のクエンチング作用、紫外線
の遮蔽やその吸収、酸素ラジカルの補足、過酸化物の分
解など、色素の劣化を防止する作用を有するものであり
、使用環境中の酸素や被検化学物質、紫外線などによる
色素の劣化を防止するので、極めて安定性の高いセンサ
が得られる。
This stabilizer has the effect of preventing dye deterioration by quenching doublet oxygen, blocking and absorbing ultraviolet rays, capturing oxygen radicals, decomposing peroxide, etc. Since the dye is prevented from deteriorating due to oxygen, test chemicals, ultraviolet rays, etc., an extremely stable sensor can be obtained.

く具体的構成〉 以下、本発明の構成について、詳細に説明する。Specific composition> Hereinafter, the configuration of the present invention will be explained in detail.

本発明において、センサ膜は色素膜と積層した状態で基
体上に形成される。
In the present invention, the sensor film is formed on the substrate in a laminated state with the dye film.

このように、本発明においては、センサ膜と色素膜とを
別個に積層して設けているため、特願昭63−2194
34号、同63−219921号に記載のように、化学
物質感受性化合物と色素とを同−膜に含有させたものと
異なり、化学物質感受性化合物と色素との相溶性等を考
慮することがない。 従って、色素膜における色素の含
有量を大きくすることができ、色素膜の反射率変化が十
分となり、十分な感度を得ることができる。 また、色
素膜の膜厚をコントロールすることによって所望の感度
を得ることができる。
In this way, in the present invention, since the sensor film and the dye film are separately laminated,
34 and No. 63-219921, in which a chemically sensitive compound and a dye are contained in the same film, there is no consideration of compatibility between the chemically sensitive compound and the dye. . Therefore, the content of the dye in the dye film can be increased, the change in reflectance of the dye film becomes sufficient, and sufficient sensitivity can be obtained. Furthermore, desired sensitivity can be obtained by controlling the thickness of the dye film.

そして、本発明の化学物質センサでは、基体上に、色素
膜およびセンサ膜の順で形成されている。
In the chemical substance sensor of the present invention, a dye film and a sensor film are formed in this order on a substrate.

二のように形成することによって、基体裏面側からの検
出が可能となり、また、被検化学物質が直接センサ膜と
接触するので感度が向上し、さらに、被検化学物質の色
素膜への影響もさらに少なくなる。
By forming the structure as described in 2, it is possible to detect from the back side of the substrate, and the sensitivity is improved because the test chemical substance comes into direct contact with the sensor film. will become even less.

本発明における色素膜は、その鏡面反射率が、特に可視
〜赤外域のいずれかの波長において、20’以下、特に
5@の角度で測定したとき、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。 なお、この場合の角度は、膜面の法線に対
する角度である。
The pigmented film in the present invention has a specular reflectance of 10% or more, more preferably 20% or more when measured at an angle of 20' or less, particularly 5@, in any wavelength from the visible to infrared region. , it is preferable to have so-called bronze luster. Note that the angle in this case is an angle with respect to the normal line of the film surface.

また、本発明における色素膜は、その吸収率が70%以
下、好ましくは50%以下であるとよ(、色素膜におけ
る反射の極大波長(λR3,)が吸収の極大波長(λA
□。)と異なるものであることが望ましく、特に、χR
□8−λA□8≧50nmであることが望ましい。
In addition, the dye film in the present invention has an absorption rate of 70% or less, preferably 50% or less (the maximum wavelength of reflection (λR3,) in the pigment film is the maximum wavelength of absorption (λA
□. ), and in particular, χR
It is desirable that □8−λA□8≧50 nm.

このような色素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。
By using such a dye film, substantially sufficient sensitivity can be obtained. This is because when the reflectance is less than 10%, it becomes difficult to detect the test chemical substance as a change in reflectance.

20°以下の鏡面反射による反射率で測定することによ
って感度が高くなり、素子とした場合のコンパクト化を
はかることができる。
By measuring the reflectance by specular reflection of 20° or less, sensitivity is increased and the device can be made more compact.

このような色素膜を構成する色素としては、反射率が1
0%以上のものであれば特に制限はないが、シアニン色
素、アズレニウム色素、ビリリウム色素、スクアリリウ
ム色素、クロコニウム色素、キノン・ナフトキノン色素
、金属錯体色素、フタロシアニン色素、ナフタロシアニ
ン色素等が具体的に挙げられる。
The pigment that makes up such a pigment film has a reflectance of 1.
There is no particular restriction as long as it is 0% or more, but specific examples include cyanine dyes, azulenium dyes, biryllium dyes, squarylium dyes, croconium dyes, quinone/naphthoquinone dyes, metal complex dyes, phthalocyanine dyes, naphthalocyanine dyes, etc. It will be done.

また、シアニン色素などのポリメチン色素を用いるとき
は、−重項酸素クエンチャーを混合して用いてもよく、
この場合のクエンチャ−としては、金属錯体、特にNi
錯体、例えばジチオール系(特にビスフエニルジチオー
ル系)のNi錯体や、アミン化合物であることが好まし
い。
In addition, when using polymethine dyes such as cyanine dyes, -doublet oxygen quenchers may be mixed and used,
The quencher in this case is a metal complex, especially Ni
Complexes such as dithiol-based (particularly bisphenyldithiol-based) Ni complexes and amine compounds are preferred.

また、クエンチャ−のアニオンとシアニン色素カチオン
とのイオン結合体を用いてもよい。
Further, an ionic combination of a quencher anion and a cyanine dye cation may be used.

これらの色素のうち、耐水性が良好であること、酸化等
による劣化に対して安定であることなどから、クエンチ
ャ−のアニオンとシアニン色素カチオンとのイオン結合
体や、色素と一重項酸素クエンチャーとの混合物、フタ
ロシアニン色素等を用いることが好ましい。 なお、こ
れらの色素は、アルコール以外の有機溶媒に可溶である
ため、これらの色素を用いる場合、本発明は特に高い効
果を発揮する。
Among these dyes, ionic combinations of quencher anions and cyanine dye cations, dyes and singlet oxygen quenchers, etc. have good water resistance and are stable against deterioration due to oxidation. It is preferable to use a mixture of phthalocyanine dyes, phthalocyanine dyes, and the like. Note that since these dyes are soluble in organic solvents other than alcohol, the present invention exhibits particularly high effects when these dyes are used.

本発明におけるセンサ膜に含まれる化学物質感受性化合
物は、特定の化学物質と可逆的または非可逆的に結合す
る化合物であり、被検化学物質に応じて選択すればよい
The chemical substance sensitive compound contained in the sensor membrane in the present invention is a compound that binds to a specific chemical substance reversibly or irreversibly, and may be selected depending on the test chemical substance.

より具体的には、化学物質感受性化合物は、目的とする
被検化学物質と分子間にて種々の結合状態をもちつるも
のであり、この結合には、種々の反応、あるいは共有結
合、イオン結合、配位結合等の種々の結合の他、吸着や
吸収等が包含されるものである。
More specifically, chemically sensitive compounds have various bonding states between their molecules and the target chemical substance to be tested, and these bonds include various reactions, covalent bonds, ionic bonds, etc. In addition to various bonds such as , coordinate bonds, adsorption, absorption, etc. are included.

そして、この化学物質感受性化合物と被検化学物質の結
合および脱離は可逆的であることが好ましいが、非可逆
的であってもよい。
The binding and desorption between the chemical substance-sensitive compound and the test chemical substance is preferably reversible, but may be irreversible.

被検化学物質を水とするときには、化学物質感受性化合
物としては、親水性化合物を用いる。
When the test chemical substance is water, a hydrophilic compound is used as the chemical substance-sensitive compound.

親水性化合物を含有するセンサ膜は、水蒸気拡散定数が
10810 ””cm″/sec以上、特に、50 X
 10−”cta”7sec以上であることが好ましい
。 水蒸気拡散定数が前記範囲未満であるとセンサ膜に
膨潤等の変形が生じ易(なり、反射率の再現性が不良と
なる傾向にある。
The sensor membrane containing a hydrophilic compound has a water vapor diffusion constant of 10810 cm/sec or more, especially 50
It is preferable that it is 10-"cta" 7 seconds or more. If the water vapor diffusion constant is less than the above range, the sensor film is likely to undergo deformation such as swelling, and the reproducibility of reflectance tends to be poor.

なお、水蒸気拡散定数は、 JIS Z 020gによ
り透湿度を求め、これから「材料と水分ハンドブック」
 (高分子化合物、共立出版)P、193〜218の記
載に従って算出することができる。
In addition, the water vapor diffusion constant is determined by determining the moisture permeability according to JIS Z 020g, and from this "Materials and Moisture Handbook".
(Polymer Compounds, Kyoritsu Shuppan) P, 193-218.

センサ膜が単一の親水性化合物から構成されている場合
、センサ膜の水蒸気拡散定数は、材料である親水性化合
物の水蒸気拡散定数とほぼ同等である。 また、センサ
膜が2種以上の親水性化合物から構成されている場合、
水蒸気拡散定数は上記の方法に従って求めることができ
る。
When the sensor membrane is composed of a single hydrophilic compound, the water vapor diffusion constant of the sensor membrane is approximately equal to the water vapor diffusion constant of the hydrophilic compound that is the material. In addition, when the sensor membrane is composed of two or more types of hydrophilic compounds,
The water vapor diffusion constant can be determined according to the method described above.

親水性化合物の具体例としては、以下のようなものがあ
る。
Specific examples of hydrophilic compounds include the following.

■、親水性高分子化合物 極性基をもつ親水性の高分子化合物が好ましい。■, Hydrophilic polymer compound A hydrophilic polymer compound having a polar group is preferred.

極性基含有高分子化合物としては、カルボニル基、エー
テル基等の酸素含有高分子化合物、NH基含有高分子化
合物の他、シアノ基、ハロゲン等を含有する高分子化合
物が挙げられ、以下のようなものがある。
Examples of polar group-containing polymer compounds include oxygen-containing polymer compounds such as carbonyl groups and ether groups, and NH group-containing polymer compounds, as well as polymer compounds containing cyano groups, halogens, etc. There is something.

a)吸水性の高分子アニオン塩 (特に可逆的に吸水する塩) 例えば、アルギン酸ナトリ、ラム、ポリアクリル酸ナト
リウム、ポリメタアクリル酸ナトリウム、ポリ(4−ス
チレンスルホン酸)ナトリウム、ポリビニルリン酸ナト
リウム、ポリビニルリン駿アンモニウム、ポリグルタミ
ン酸ナトリウムなど。
a) Water-absorbing polymeric anion salt (particularly a salt that reversibly absorbs water) For example, sodium alginate, rum, sodium polyacrylate, sodium polymethacrylate, sodium poly(4-styrenesulfonate), sodium polyvinyl phosphate , polyvinylphosphorus ammonium, sodium polyglutamate, etc.

b)高分子電解質 例えば、ポリエチレンイミン塩酸塩、ポリエチレンイミ
ン/ポリスチレンスルホン酸、ポリN−メチル塩化ピリ
ジニウムなど。
b) Polyelectrolytes such as polyethyleneimine hydrochloride, polyethyleneimine/polystyrene sulfonic acid, polyN-methylpyridinium chloride, etc.

C)熱硬化性樹脂 フェノール樹脂、フラン樹脂、アルキド樹脂、エポキシ
樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂など。
C) Thermosetting resins phenolic resins, furan resins, alkyd resins, epoxy resins, melamine resins, unsaturated polyester resins, etc.

d)熱可塑性樹脂 ポリ酢酸ビニル、ポリアクリレート、ポリメタクリレー
ト、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリビニ
ルアルコール、ポリエーテル、ポリアミド、ポリエステ
ル、ポリウレタン、ポリビニルケトン、ポリ塩化ビニリ
デン、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリアルキレ
ン(エチレン)グリコール、ポリアクリルアミド、PV
A−エチレン共重合体など。
d) Thermoplastic resin polyvinyl acetate, polyacrylate, polymethacrylate, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, polyether, polyamide, polyester, polyurethane, polyvinyl ketone, polyvinylidene chloride, polyvinylpyrrolidone (PVP), polyalkylene ( ethylene) glycol, polyacrylamide, PV
A-ethylene copolymer, etc.

e)セルロース系 アセチルセルロース、トリアセチルセルロース、ニトロ
セルロース、アセチルブチルセルロース、プロピオニル
セルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセル
ロースなど。
e) Cellulose-based acetylcellulose, triacetylcellulose, nitrocellulose, acetylbutylcellulose, propionylcellulose, ethylcellulose, carboxymethylcellulose, etc.

f)天然高分子およびその誘導体 カゼイン、アミロース、ポリグリシン、変性デンプン(
グラフト化デンプン)など。
f) Natural polymers and their derivatives casein, amylose, polyglycine, modified starch (
grafted starch) etc.

g)これらのブレンドまたは共重合体 なお、これらは架橋して三次元構造をもっていてもよい
g) These blends or copolymers may be crosslinked to have a three-dimensional structure.

これら高分子化合物は、膜物性が良好で、しかも耐水性
が高いことで好ましく用いられる。
These polymer compounds are preferably used because they have good film properties and high water resistance.

II 、親水性低分子有機化合物 h)吸水性の有機金属塩 (特に可逆的に吸水する塩) 例えば、酢酸ナトリウム、酒石酸ナトリウムカリウム、
乳酸ナトリウムなど。
II, hydrophilic low-molecular organic compound h) Water-absorbing organic metal salt (especially a salt that absorbs water reversibly) For example, sodium acetate, sodium potassium tartrate,
such as sodium lactate.

II+ 、親水性無機化合物 i)吸水性の無機金属塩 (特に可逆的に吸水する塩) 例えばLiC11、Ca CIlz 、 Co Ci!
、w等の金属ハライドなど。
II+, hydrophilic inorganic compounds i) water-absorbing inorganic metal salts (especially salts that absorb water reversibly), for example LiC11, Ca CIlz, Co Ci!
, metal halides such as w.

j)親水性ゲル 例えば、コロイダルシリカ、あるいはシリコンアルコキ
シド等のシリケート、チタネート、アルミネート、ジル
コネート等の加水分解物など。
j) Hydrophilic gels, such as colloidal silica or silicates such as silicon alkoxides, hydrolysates of titanates, aluminates, zirconates, etc.

これら化合物は1種または2種以上用いてもよい、 そ
して、このとき水蒸気を検出する湿度センサとすること
ができる。
One or more of these compounds may be used, and a humidity sensor that detects water vapor can be obtained.

これらの親水性化合物のうち、水蒸気拡散定数の点で好
ましい化合物を以下に示す。
Among these hydrophilic compounds, preferred compounds in terms of water vapor diffusion constant are shown below.

欠」ニジコニ弘系 アセチルブチルセルロース 52 X 10−”Cm”/sec エチルセルロース 71 X 10−”cm”/sec トリアセチルセルロース 77 x 10−”cm”/see アセチルセルロース 114 X 10−’cm”/sec ボ]杜乙fit’系 アルコール可溶性ナイロン(6/6.6/6.10ナイ
ロンの三元系重合体等) 3 0  X  1 0−”cm”/sec二り二と上
糸 ポリメチルメタクリレート 15 X 10−”cm”/sec 次に、アンモニアを被検化学物質とするときには、ブロ
ムチモールブルー チモールブルー アクリジンオレン
ジ、ポリ−2−パラ(メタクロイルアミノフェニル)−
5−フェニル−1,3−オキサゾール等を化学物質感受
性化合物として用いればよい。
Acetyl cellulose 52 x 10-'cm'/sec Ethyl cellulose 71 x 10-'cm'/sec Triacetyl cellulose 77 x 10-'cm'/see Acetyl cellulose 114 x 10-'cm'/sec Bo] Morifit' alcohol-soluble nylon (terpolymer of 6/6.6/6.10 nylon, etc.) 3 0 X 10-"cm"/sec Next, when using ammonia as the test chemical substance, bromothymol blue, thymol blue, acridine orange, poly-2-para(methacroylaminophenyl)-
5-phenyl-1,3-oxazole or the like may be used as the chemical substance-sensitive compound.

さらに、Na’″、K4等のアルカリ金属やアルカリ土
類金属のイオンやAg”等の各種金属イオン等を被検化
学物質とするときにはクラウンエーテルを用いる。
Furthermore, crown ether is used when the chemical substance to be tested is ions of alkali metals or alkaline earth metals such as Na''' and K4, and various metal ions such as Ag''.

クラウンエーテルとしては、ベンゾ−15−クラウン5
(被検化学物質;Na’″)、ジベンゾビリジノー18
−クラウン−6(被検化学物質;各種金属イオン) ク
リプトフィックス222CC(メルク製)(被検化学物
質;に0)、長鎖を導入したアザクラウンエーテル(被
検化学物質、Ag’″)(例えば、など)等が使用可能
である。
As a crown ether, benzo-15-crown 5
(test chemical; Na'''), dibenzoviridino 18
- Crown-6 (test chemical; various metal ions) Cryptofix 222CC (manufactured by Merck) (test chemical; 0), Azacrown ether with long chain introduced (test chemical, Ag''') ( For example, etc.) can be used.

その他、種々のガスに対応するものとしてコレステリッ
ク液晶、O3を被検化学物質とするものとしてピレン、
N、N−ジメチルアニリン、トリス(4,7−ジフェニ
ル−1,10−フェナントロリン)Ru錯体、(CI2
CH1CHilaSまたは(CI2.CHz CHx)
* N Hを被検化学物質とするものとしてトリフェニ
ルメチンニュートラルレッドなどがそれぞれ挙げられる
In addition, cholesteric liquid crystal is used for various gases, pyrene is used for O3 as a test chemical substance,
N,N-dimethylaniline, tris(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) Ru complex, (CI2
CH1CHilaS or (CI2.CHz CHx)
*Triphenylmethine neutral red and the like are examples of substances that use NH as the test chemical substance.

本発明においてセンサ膜は、上記したような化学物質感
受性化合物に加え、安定剤を含有する。
In the present invention, the sensor membrane contains a stabilizer in addition to the chemical substance-sensitive compounds described above.

安定剤としては、金属錯体、フェノール類、ヒンダード
アミン類およびアミン類から選択される1種以上を用い
ることが好ましい。
As the stabilizer, it is preferable to use one or more selected from metal complexes, phenols, hindered amines, and amines.

金属錯体としては、遷移金属の錯体が好ましい。 この
場合、中心金属としては、Ni、Co、Cu、Mn、P
d、Pt等が好ましく、特に、アセチルアセトナート系
、ビスチオ−α−ジケトン系、ビスフエニルジチオール
系、ジチオカルバミン酸系、チオカテコール系、サリチ
ルアルデヒドオキシム系、チオビスフェルレート系、亜
ホスホン酸系等の金属錯体の1種以上を用いることが好
ましい。
As the metal complex, a transition metal complex is preferred. In this case, the central metals include Ni, Co, Cu, Mn, and P.
d, Pt, etc. are preferred, especially acetylacetonate-based, bisthio-α-diketone-based, bisphenyldithiol-based, dithiocarbamate-based, thiocatechol-based, salicylaldehyde oxime-based, thiobisferulate-based, and phosphorous acid-based It is preferable to use one or more metal complexes such as the following.

フェノール類としては、ビスフェノールA、4−t−ブ
チルフェノール、2.6−シメチルフエノール、2.4
−ジメチル−6−t−ブチルフェノール等の1種以上を
用いることが好ましい。
As phenols, bisphenol A, 4-t-butylphenol, 2.6-dimethylphenol, 2.4
-Dimethyl-6-t-butylphenol and the like are preferably used.

ヒンダードアミン類としては、2,2,6゜6−テトラ
メチルビペリジン誘導体等の1種以上を用いることが好
ましい。
As the hindered amines, it is preferable to use one or more types such as 2,2,6°6-tetramethylbiperidine derivatives.

アミン類としては、テトラフェニルフェニレンジアミン
またはその塩、フェニル−β−ナフチルアミン、1.2
−ビス−フェニルアミノ−エタン等の1種以上を用いる
ことが好ましい。
Examples of amines include tetraphenylphenylenediamine or its salt, phenyl-β-naphthylamine, 1.2
-Bis-phenylamino-ethane and the like are preferably used.

また、これらの他、トリエチルホスファイトなどのホス
ファイト類、4−t−ブチルチオクレゾールなどの含イ
オウ化合物、各種ベンゾフェノン誘導体等を安定剤とし
て用いることもできる。
In addition to these, phosphites such as triethyl phosphite, sulfur-containing compounds such as 4-t-butylthiocresol, various benzophenone derivatives, etc. can also be used as stabilizers.

センサ膜中における安定剤の含有量に特に制限はなく、
安定剤の効果が十分に発揮され、かつセンサ膜としての
感度が著しく低下せず、また、安定剤が溶解ないし均一
に分散可能な範囲から適宜選択すればよいが、通常、0
.1〜50wt%、特に1.0〜30wt%とすること
が好ましい。
There is no particular limit to the content of stabilizer in the sensor membrane;
It may be selected as appropriate from a range in which the effect of the stabilizer is fully exhibited, the sensitivity as a sensor film does not decrease significantly, and the stabilizer can be dissolved or uniformly dispersed.
.. It is preferably 1 to 50 wt%, particularly 1.0 to 30 wt%.

本発明においては、前述のように、センサ膜で化学物質
感受性化合物と被検化学物質とが結合することによって
、センサ膜に積層された色素膜の光反射率が変化するこ
とを利用して被検化学物質の検出を行っている。
In the present invention, as described above, the light reflectance of the dye film laminated on the sensor film changes due to the combination of the chemical substance-sensitive compound and the test chemical substance in the sensor film. Detecting chemical substances.

この場合の光反射率の変化は、前述のように、膜厚、膜
密度、屈折率等の膜物性の変化に起因すると考えられる
The change in light reflectance in this case is considered to be due to changes in film properties such as film thickness, film density, and refractive index, as described above.

すなわち、本発明では、化学物質感受性化合物と被検化
学物質との結合に応じた膜物性の変化を高鏡面反射率を
示す色素膜の光反射率の変化によってとらえ、被検化学
物質を定量するものである。
That is, in the present invention, changes in film physical properties in response to the bond between a chemical substance-sensitive compound and a test chemical substance are detected by changes in the light reflectance of a dye film that exhibits high specular reflectance, and the test chemical substance is quantified. It is something.

より具体的に説明すれば、親水性ポリマー吸水性塩、親
水性ゲル等の親水性化合物においては水蒸気により水和
が起こったり、水が吸着したり、吸収されたりすること
によると考えられる。
More specifically, it is thought that in hydrophilic compounds such as hydrophilic polymer water-absorbing salts and hydrophilic gels, hydration occurs due to water vapor, and water is adsorbed or absorbed.

また、ブロムチモールブルー等においてはアンモニアと
の間で何らかの相互作用、究極的には電荷移動錯体の形
成等が起こることによると考えられる。
In addition, it is thought that this is due to some kind of interaction between bromothymol blue and ammonia, and ultimately the formation of a charge transfer complex.

クラウンエーテルの場合はアルカリ金属やアルカリ土類
金属等のイオンを包接することによると考えられる。
In the case of crown ethers, this is thought to be due to inclusion of ions such as alkali metals and alkaline earth metals.

上記における結合は、可逆的であっても非可逆的であっ
てもよく、膜の光反射率を変化させるものであればよい
。 ただし、センサの繰返し使用の点では可逆的である
ことが好ましい。
The above bond may be reversible or irreversible as long as it changes the light reflectance of the film. However, from the point of view of repeated use of the sensor, it is preferable that the sensor be reversible.

上記のように光反射率の変化のみを利用してもよいが、
場合によっては光の透過率を利用することもできる。 
また、単色光での反射率、透過率変化の他、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
ことができる。 この場合には、光源としてLEDが使
用でき、また変化光量も太き(なる点で好ましい。
Although it is possible to use only the change in light reflectance as described above,
In some cases, light transmittance can also be used.
Furthermore, in addition to changes in reflectance and transmittance with monochromatic light, it is possible to provide a range of measurement wavelengths and detect changes in the amount of reflected light or transmitted light. In this case, an LED can be used as the light source, and the amount of light that changes is large (which is preferable).

このような場合、前記のとおり、鏡面反射を利用するこ
とが好ましい。
In such a case, as described above, it is preferable to use specular reflection.

本発明における色素膜は色素のみから構成されていても
、またニトロセルロース等の自己酸化性の樹脂、ポリス
チレン、ナイロン等の熱可塑性樹脂などのバインダーが
含まれていてもよい。 この場合の色素の含有量は60
〜100wt%、好ましくは90〜100wt%とする
のがよい。
The dye film in the present invention may be composed only of the dye, or may contain a binder such as a self-oxidizing resin such as nitrocellulose, or a thermoplastic resin such as polystyrene or nylon. The pigment content in this case is 60
The content is preferably 90 to 100 wt%, preferably 90 to 100 wt%.

このような含有量とすることにより、膜物性の変化を色
素膜の光反射率として十分反映することができる。
With such a content, changes in the physical properties of the film can be sufficiently reflected in the light reflectance of the dye film.

また、色素膜の厚さは、所望とする感度等に応じて選択
すればよいが、400〜200OA程度とする。
Further, the thickness of the dye film may be selected depending on the desired sensitivity, etc., and is approximately 400 to 200 OA.

本発明におけるセンサ膜は、化学物質感受性化合物およ
び安定剤のみから成膜可能なときは、これらのみで形成
してもよく、好ましい態様である。
When the sensor film in the present invention can be formed from only a chemical substance sensitive compound and a stabilizer, it may be formed from only these, which is a preferred embodiment.

具体的に、湿度センサとする場合には、特に、前記例中
において、特に親水性高分子化合物では、良好な膜物性
を有する塗膜が得られる。
Specifically, in the case of a humidity sensor, a coating film having good physical properties can be obtained, especially when a hydrophilic polymer compound is used in the above examples.

またアンモニアを被検化学物質とする場合には、ポリ−
2−パラ(メタクロイルアミノフェニル)−5−フェニ
ル−1,3−オキサゾール等も同様である。
In addition, when using ammonia as the test chemical, poly-
The same applies to 2-para(methacroylaminophenyl)-5-phenyl-1,3-oxazole and the like.

なお、他の化合物では塗布等により成膜すればよい。Note that for other compounds, the film may be formed by coating or the like.

また、同様の化学物質感受性化合物同士を併用してセン
サ膜を作成することも可能である。
It is also possible to create a sensor film by using similar chemical substance sensitive compounds in combination.

この場合、例えば高分子の化学物質感受性化合物にバイ
ンダ機能をもたせてもよい。
In this case, for example, a polymer chemical-sensitive compound may have a binder function.

さらには、化学物質感受性化合物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い
Furthermore, binders such as various polymers that do not inhibit the function as a chemical substance-sensitive compound may be used in combination.

センサ膜中における化学物質感受性化合物および安定剤
の合計含有量は、50〜lo。
The total content of chemically sensitive compounds and stabilizers in the sensor membrane is between 50 and lo.

wt%、好ましくは80〜100wt%とするのがよい
。  このような含有量とすることにより、センサ膜の
膜物性の変化が十分となる。
The content is preferably 80 to 100 wt%. With such a content, the physical properties of the sensor film can be sufficiently changed.

また、この場合のセンサ膜は0.05〜100μ、好ま
しくは0.1〜5戸とするのがよ(、さらに好ましくは
0.01〜1戸、特にO,’08〜0.25μとするこ
とが好ましい。 このように薄膜とすることが可能とな
り、センサとしての応答が速くなる。
In addition, the sensor membrane in this case should have a thickness of 0.05 to 100 μ, preferably 0.1 to 5 (more preferably 0.01 to 1, especially 0.08 to 0.25 μ). In this way, it is possible to form a thin film, and the response as a sensor becomes faster.

さらに、上記したセンサ膜の水蒸気拡散定数とセンサ膜
の厚さとの積は、0.5X10−”〜1 、 OX 1
0−”cm”/seeであることが好ましい。 両者の
積をこの範囲とすることにより、センサ膜の耐湿性は極
めて高いものとなる。
Furthermore, the product of the water vapor diffusion constant of the sensor membrane described above and the thickness of the sensor membrane is 0.5X10-''~1, OX1
Preferably, it is 0-"cm"/see. By setting the product of both within this range, the moisture resistance of the sensor film becomes extremely high.

本発明における基体は、材質的に特に制限はないが、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。
The material of the substrate in the present invention is not particularly limited, but it is preferably substantially transparent. This is because detection can be performed from the back side of the base.

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、ポリサルフオン樹脂、
ボリエーテルサルフオン、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。
Specifically, glass, hard vinyl chloride, polyethylene terephthalate (PET), polyolefin, polymethyl methacrylate (PMMA), acrylic resin, epoxy resin, polycarbonate resin, polysulfone resin,
Examples include various resins such as polyether sulfone, methylpentene polymer, and bisphenol A-terephthalic acid copolymer.

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。
The shape of such a substrate is not particularly limited, but it is usually plate-like or film-like.

本発明の化学物質センサを製造するには、基体上に色素
膜を形成し、その上にセンサ膜を設層すればよい。
In order to manufacture the chemical substance sensor of the present invention, a dye film may be formed on a substrate, and a sensor film may be layered thereon.

色素膜およびセンサ膜の設層は、色素の塗布液および化
学物質感受性化合物の塗布液をそれぞれ調製し、その塗
膜を形成することにより行えばよい。 このとき、化学
物質感受性化合物の塗布液中には、安定剤を含有させる
The dye film and the sensor film may be formed by preparing a dye coating solution and a chemical substance-sensitive compound coating solution, respectively, and forming the coating films. At this time, a stabilizer is included in the coating solution of the chemical substance-sensitive compound.

塗膜形成の際の塗布はスピンコード、ディッピング、ス
プレー等によればよい。
Application during coating film formation may be performed by spin cord, dipping, spraying, or the like.

本発明では、色素膜およびセンサ膜用の各塗布液の調製
に際して用いる溶媒に制限はなく、色素膜形成の際には
色素が可溶なものから選択すればよく、センサ膜形成の
際には、化学物質感受性化合物が可溶で、かつ安定剤が
可溶あるいは安定剤が均一に分散するものから選択すれ
ばよい。
In the present invention, there is no restriction on the solvent used when preparing each coating solution for the dye film and the sensor film.When forming the dye film, the solvent may be selected from those in which the dye is soluble. The stabilizer may be selected from those in which the chemical substance-sensitive compound is soluble and the stabilizer is soluble or the stabilizer is uniformly dispersed.

具体的には、例えば、ケトアルコール系(脂肪族ケトア
ルコール、特にジアセトンアルコール、アセトール、ア
セトイン、アセトエチルアルコール等)、R,0−R,
−OH[ここでR+は低級アルキル基(特に炭素原子数
1〜5)、R,は低級アルキレン基(特に炭素原子数2
〜5)を表わす。]で示されるエーテル系、メチルエチ
ルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン
等のケトン系、酢酸ブチル、酢酸エチル、カルピトール
アセテート、ブチルカルピトールアセテート等のエステ
ル系、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ等のエーテ
ル系ないしトルエン、キシレン等の芳香族系、ジクロロ
エタン等のハロゲン化アルキル系、水、アルコール等が
挙げられる。
Specifically, for example, keto alcohols (aliphatic keto alcohols, especially diacetone alcohol, acetol, acetoin, acetoethyl alcohol, etc.), R,0-R,
-OH [Here, R+ is a lower alkyl group (especially with 1 to 5 carbon atoms), R is a lower alkylene group (especially with 2 carbon atoms)
~5). ]; ketone systems such as methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone; ester systems such as butyl acetate, ethyl acetate, carpitol acetate, and butyl carpitol acetate; ether systems such as methyl cellosolve and ethyl cellosolve; toluene; Examples include aromatic systems such as xylene, halogenated alkyl systems such as dichloroethane, water, and alcohols.

このようななかで、化学物質感受性化合物に湿度センサ
となる吸水性の高分子アニオン塩を用いるときは以下の
方法でセンサ膜を作製することができる。
Under these circumstances, when a water-absorbing polymeric anion salt serving as a humidity sensor is used as a chemical substance-sensitive compound, a sensor membrane can be produced by the following method.

すなわち、化学物質感受性化合物が陰イオン基を有し、
この陰イオン基と対をなすNa、NH,等のプラスのカ
ウンターイオンを有する可溶性の塩である場合は、上記
のようにして塗膜を形成した後、プラスのカウンターイ
オンを塩交換すると同時に金属ハライドを膜中に導入し
てもよいというものである。
That is, the chemical substance sensitive compound has an anionic group,
In the case of a soluble salt having a positive counter ion such as Na, NH, etc. that pairs with this anion group, after forming a coating film as described above, the positive counter ion is exchanged with the salt and at the same time the metal It is possible to introduce a halide into the film.

このような可溶性の塩体を塩交換により不溶性とするこ
とによって被検化学物質の水分等に対してきわめて安定
であるなど、塗膜の安定性が向上する。 また、過剰の
CaCβ2等の金属ハライドを塗膜中に残すことによっ
てセンサ膜としての機能を向上させることができる。
By making such a soluble salt insoluble through salt exchange, the stability of the coating film is improved, such as being extremely stable against moisture of the test chemical substance. Further, by leaving an excess amount of metal halide such as CaCβ2 in the coating film, the function as a sensor film can be improved.

従って、塗膜中にはCaCβ2等の金属ハライドがこの
形で存在することが必要であり、塩交換液に浸漬後その
まま乾燥して用いるか、交換後、水あるいは精製溶媒で
洗浄後、改めて塩交換液と同様の、構成の別の塩溶液に
浸漬してもよい。
Therefore, it is necessary that metal halides such as CaCβ2 exist in this form in the coating film, and it can be used by immersing it in a salt exchange solution and then drying it as is, or after exchanging it, washing it with water or a purified solvent, and then salting it again. It may also be immersed in another salt solution of similar composition to the exchange fluid.

塩交換に用いるCaCβ2等の溶液は1〜10wt%、
好ましくは2〜5wt%であればよい。
The solution of CaCβ2 etc. used for salt exchange is 1 to 10 wt%,
Preferably it is 2 to 5 wt%.

塩交換液に用いる溶媒としては、塗布溶媒と同様のもの
が挙げられる。 ただし、塩交換して得られる高分子ア
ニオン塩および基体が難溶であり、かつ塩交換を行うカ
ウンターイオンの塩を溶解するものであることが必要で
ある。
As the solvent used for the salt exchange solution, the same ones as the coating solvent can be mentioned. However, it is necessary that the polymeric anion salt and the substrate obtained by salt exchange are hardly soluble and can dissolve the salt of the counter ion to be subjected to salt exchange.

塩交換は、温度0〜60℃で1〜60分程度行えばよい
Salt exchange may be performed at a temperature of 0 to 60°C for about 1 to 60 minutes.

この場合の膜厚は0.05〜0.1−とするが、CaC
β2量等により適宜選択できる。
The film thickness in this case is 0.05 to 0.1-, but CaC
It can be appropriately selected depending on the amount of β2, etc.

また、色素に親水性(水溶性)色素のアニオン塩を用い
る場合も、上記と同様な方法により塩交換を行ない、水
への溶解度を低下させ、耐水性を向上させることができ
る。
Furthermore, when an anion salt of a hydrophilic (water-soluble) dye is used as the dye, salt exchange can be performed in the same manner as above to lower the solubility in water and improve the water resistance.

本発明において色素膜、センサ膜を形成するには、蒸着
によってもよい。
In the present invention, the dye film and sensor film may be formed by vapor deposition.

すなわち、色素または化学物質感受性化合物を蒸着源と
して公知の方法に従って行えばよい。
That is, it may be carried out according to a known method using a dye or a chemical substance-sensitive compound as a vapor deposition source.

蒸着法に適用できる色素としては、フタロシアニン色素
、ナフタロシアニン色素、スクアリリウム色素、クロコ
ニウム色素等が挙げられる。
Examples of dyes that can be applied to the vapor deposition method include phthalocyanine dyes, naphthalocyanine dyes, squarylium dyes, and croconium dyes.

なお、本発明においては、センサ膜の膜面な通気性保護
板でエアーサンドイツチ化してもよく、膜面に通気性保
護板を設置してもよい。
In the present invention, an air-sanding protection plate may be provided on the membrane surface of the sensor membrane, or an air-permeable protection plate may be provided on the membrane surface.

また、膜面に特定の化学物質が通過可能なフィルターを
設けてもよい。
Further, a filter through which a specific chemical substance can pass may be provided on the membrane surface.

本発明においては、基体に色素膜およびセンサ膜を形成
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。 この方法は量産性の上で好ましい。
In the present invention, after forming the dye film and sensor film on the substrate, this may be punched or cut into desired dimensions. This method is preferable in terms of mass productivity.

また、基体にガラスファイバを用い、その端面に色素膜
およびセンサ膜を形成してもよい。
Alternatively, a glass fiber may be used as the base, and a dye film and a sensor film may be formed on the end face thereof.

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、端面に色素膜およびセンサ膜を設層
してもよい。
Furthermore, a plurality of these materials may be bundled and used. Alternatively, the end faces may be polished after being bundled, and a dye film and a sensor film may be formed on the end faces.

本発明の化学物質センサにおいては、センサ膜の膜厚の
制御が可能であり、被検化学物質を含む被検流体と接触
させることにより、膜厚に応じて被検化学物質なpI)
b〜100%の範囲で測定することが可能となる。
In the chemical substance sensor of the present invention, it is possible to control the film thickness of the sensor membrane, and by bringing it into contact with a test fluid containing a test chemical substance, the test chemical substance (pI) can be adjusted according to the film thickness.
It becomes possible to measure in the range of b to 100%.

本発明の化学物質センサの好ましい態様としては、例え
ば第1図に示される構成の化学物質センサが挙げられる
A preferred embodiment of the chemical substance sensor of the present invention includes, for example, a chemical substance sensor having the configuration shown in FIG.

このものでは、透明な基体11上に、色素膜13および
センサ膜12が順次形成されており、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22とが設置
されており、これらのものがケーシング30内に一体的
に収納されている。
In this device, a dye film 13 and a sensor film 12 are sequentially formed on a transparent substrate 11, while a transparent substrate 1
A light-emitting element 21 and a light-receiving element 22 are installed on the back side of 1, and these elements are housed integrally in a casing 30.

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22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。
Therefore, the light emitted from the light emitting element 21 is incident on the back surface of the base 11, and the specular reflectance of the light at this time is captured by the light receiving element 22, which is also provided on the back surface of the base 11, and from the change in reflectance, the test chemical is detected. Detection and quantification.

この場合、発光素子21と受光素子22とは近接して設
置されることが好ましく、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
In this case, it is preferable that the light-emitting element 21 and the light-receiving element 22 be installed close to each other, and by measuring reflection by specular reflection of 20" or less, especially 5 degrees or less, sensitivity is increased and the element can be made more compact. can be measured.

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。
The wavelength of the light emitted by the light emitting element 21 in the present invention is in the visible to infrared range.

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。
The light emitting element 21 is not particularly limited, but is preferably a light emitting diode (LED), a laser diode (LD), or the like.

また、受光素子22としても特に制限はないがフォトダ
イオード、フォトトランジスタ等であることが好ましい
Further, the light receiving element 22 is not particularly limited, but is preferably a photodiode, a phototransistor, or the like.

その他、本発明の化学物質センサは、センサ膜と色素膜
とが積層されていれば、その構成において特に制限はな
く、種々の態様が可能である。
In addition, the chemical substance sensor of the present invention is not particularly limited in its structure as long as the sensor film and the dye film are laminated, and various embodiments are possible.

〈実施例〉 以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。<Example> Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Examples.

[実施例1] 色素とじて を用い、これの2.0wt%メタノール溶液をガラス基
体(50X 50 X 1 mm)上にスピンコードに
より塗布し、70℃にて30分間乾燥させた後、カルシ
ウム置換を行ない、色素膜を形成した。
[Example 1] A 2.0 wt% methanol solution of the pigment was applied onto a glass substrate (50 x 50 x 1 mm) using a spin cord, dried at 70°C for 30 minutes, and then calcium-substituted. A dye film was formed.

乾燥後の色素膜の厚さは0.08−であった。The thickness of the dye film after drying was 0.08-.

この色素膜上に、粘度27±IOSEC(ASTM−A
)のアセチルセルロースの2wt%シクロヘキサノン溶
液に安定剤を加えた塗布/8液をスピンコードにより塗
布し、乾燥してセンサ膜とした。 乾m後のセンサ膜の
厚さは0.15μであった。
On this pigment film, a viscosity of 27±IOSEC (ASTM-A
) Coating/8 solution, which is a 2 wt % cyclohexanone solution of acetyl cellulose with a stabilizer added thereto, was coated with a spin cord and dried to form a sensor film. The thickness of the sensor film after drying was 0.15μ.

安定剤としては、三井東圧ファイン株式会社の商品名P
A−1006[Ni−ビス(トリクロロベンゼンジチオ
ール)テトラ(t−ブチル)アンモニウム]を用い、ア
セチルセルロースの2wt%シクロヘキサノン溶液10
0重量部に対し安定剤0.5重量部の割合で混合した。
As a stabilizer, the product name P of Mitsui Toatsu Fine Co., Ltd.
Using A-1006 [Ni-bis(trichlorobenzenedithiol)tetra(t-butyl)ammonium], a 2 wt% solution of acetylcellulose in cyclohexanone 10
The stabilizer was mixed at a ratio of 0.5 parts by weight to 0 parts by weight.

色素膜およびセンサ膜が形成されたガラス基体を用いて
、第1図に示される構成の湿度センサを組み立てた。
A humidity sensor having the configuration shown in FIG. 1 was assembled using a glass substrate on which a dye film and a sensor film were formed.

なお、発光素子には950nmの波長の光を発光するL
EDを、受光素子にはPINダイオードをそれぞれ用い
た。
Note that the light emitting element has an L that emits light with a wavelength of 950 nm.
An ED was used, and a PIN diode was used as a light receiving element.

このようにして作製した湿度センサな 60℃、90%RHの環境に放置後、常温、2%RHに
て湿度測定(反射率測定)を行なった。
After the humidity sensor thus produced was left in an environment of 60° C. and 90% RH, humidity measurement (reflectance measurement) was performed at room temperature and 2% RH.

放置時間と反射率(出力電圧)との関係を第2図に示す
FIG. 2 shows the relationship between the standing time and the reflectance (output voltage).

[比較例1] センサ膜形成の際に安定剤を含有させなかった他は実施
例1と同様にして湿度センサを形成した。
[Comparative Example 1] A humidity sensor was formed in the same manner as in Example 1, except that no stabilizer was included during the formation of the sensor film.

この温度センサについて、実施例1と同様な湿度測定を
行なった。
Regarding this temperature sensor, humidity measurements similar to those in Example 1 were performed.

結果を第2図に示す。 なお、第2図において縦軸は相
対的な反射率を示し、初期の反射率は実施例1および比
較例1のいずれにおいても1.0としている。
The results are shown in Figure 2. In FIG. 2, the vertical axis indicates relative reflectance, and the initial reflectance is 1.0 in both Example 1 and Comparative Example 1.

第2図に示される結果から、本発明の効果が明らかであ
る。 すなわち、実施例1で作製した本発明の湿度セン
サでは、1000時間保存後でも約10%の反射率低下
しかみられないのに対し、比較例1で作製した湿度セン
サでは、1000時間保存後に反射率が約24%も低下
している。
From the results shown in FIG. 2, the effects of the present invention are clear. That is, in the humidity sensor of the present invention produced in Example 1, only about a 10% decrease in reflectance was observed even after 1000 hours of storage, whereas in the humidity sensor produced in Comparative Example 1, the reflectance decreased after 1000 hours of storage. The rate has fallen by about 24%.

なお、安定剤としてアデカアーガス製のLA−57(ヒ
ンダードアミン類)を用い、その他は実施例1と同様に
して湿度センサを作製し、上記と同様な湿度測定を行な
ったところ、1000時間後における反射率の低下は約
15%であり、比較例1の湿度センサに対し改善が認め
られた。
A humidity sensor was prepared in the same manner as in Example 1 except that LA-57 (hindered amines) manufactured by Adeka Argus was used as a stabilizer, and the humidity was measured in the same manner as above. The reduction in humidity was about 15%, which was an improvement over the humidity sensor of Comparative Example 1.

また、その他の各種安定剤を用いた場合でも、同様な効
果が認められた。
Similar effects were also observed when other various stabilizers were used.

以上の結果から、本発明の効果が明らかである。From the above results, the effects of the present invention are clear.

〈発明の効果〉 本発明で用いる化学物質センサは、被検流体中の化学物
質を検知、定量するのに使用されるものである。
<Effects of the Invention> The chemical substance sensor used in the present invention is used to detect and quantify chemical substances in a test fluid.

この場合、化学物質と結合する化学物質感受性化合物を
含むセンサ膜と、このセンサ膜の膜物性の変化を光反射
率の変化としてとらえるための色素を含む色素膜を別個
に積層して設けているため、化学物質感受性化合物と色
素との相溶性等を考慮する必要がない。
In this case, a sensor film containing a chemical-sensitive compound that binds to a chemical substance and a dye film containing a dye to detect changes in the film physical properties of the sensor film as changes in light reflectance are separately laminated. Therefore, there is no need to consider the compatibility between chemical substance-sensitive compounds and dyes.

このため、それぞれ均一な薄膜が得られ、センサとして
の応答が速く、反射率を高く保てるので精度が高くなる
Therefore, a uniform thin film can be obtained, the response as a sensor is fast, and the reflectance can be kept high, resulting in high accuracy.

さらには、基体裏面からの測定が可能となり、測定でき
る濃度範囲も広く、その直線性も良好である。
Furthermore, measurement can be performed from the back surface of the substrate, the measurable concentration range is wide, and the linearity is also good.

素子構成も簡易でコンパクト化が可能であり、その製造
も容易である。
The element configuration is simple and can be made compact, and its manufacture is also easy.

すなわち、焼結、成形等の工程が不要であり、電極等も
不要となり、コスト面でも有利である。
That is, steps such as sintering and molding are not necessary, and electrodes and the like are also not required, which is advantageous in terms of cost.

また、電子の授受や電圧がセンサ膜に加わるなど、電気
的作用が全(ないため、劣化が少なく連続使用に耐える
In addition, since there is no electrical action such as transfer of electrons or voltage applied to the sensor membrane, there is little deterioration and it can withstand continuous use.

さらに、発光素子や受光素子等の信号検出素子を被検化
学物質から隔離して配置できるため、この点からも耐久
性がよい。
Furthermore, since the signal detection elements such as light emitting elements and light receiving elements can be placed isolated from the chemical substance to be tested, durability is also good from this point of view.

そして、本発明では、色素膜を基体とセンサ膜との間に
配置し、かつセンサ膜に安定剤を含有させるため、使用
環境中の酸素や被検化学物質、紫外線等による色素膜の
劣化を抑えることができる。
In the present invention, the dye film is disposed between the substrate and the sensor film, and the sensor film contains a stabilizer, so that deterioration of the dye film due to oxygen, test chemicals, ultraviolet rays, etc. in the usage environment is prevented. It can be suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明で用いる化学物質センサの好ましい態
様を示す切断端面図である。 第2図は、湿度センサな60℃、90%RHの環境に放
置したときの保存時間と反射率との関係を示すグラフで
ある。 符号の説明 1・・・化学物質センサ 11・・・基体 12・・・センサ膜 13・・・色素膜 21・・・発光素子 22・・・受光素子 30・・・ケーシング FIG、1
FIG. 1 is a cut end view showing a preferred embodiment of the chemical substance sensor used in the present invention. FIG. 2 is a graph showing the relationship between storage time and reflectance when a humidity sensor is left in an environment of 60° C. and 90% RH. Explanation of symbols 1...Chemical substance sensor 11...Base 12...Sensor film 13...Dye film 21...Light emitting element 22...Light receiving element 30...Casing FIG, 1

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基体上に色素膜を有し、この色素膜上にセンサ膜
を有し、前記センサ膜が化学物質感受性化合物を含み、
この化学物質感受性化合物が被検化学物質と結合するこ
とによって前記色素膜の光反射率が変化するように構成
されており、前記センサ膜が安定剤を含有することを特
徴とする化学物質センサ。
(1) having a dye film on the substrate, having a sensor film on the dye film, the sensor film containing a chemical substance sensitive compound;
A chemical substance sensor, characterized in that the chemical substance sensitive compound is configured to change the light reflectance of the dye film by binding with a test chemical substance, and the sensor film contains a stabilizer.
(2)前記安定剤が、金属錯体、フェノール類、ヒンダ
ードアミン類およびアミン類から選択される1種以上で
ある請求項1に記載の化学物質センサ。
(2) The chemical sensor according to claim 1, wherein the stabilizer is one or more selected from metal complexes, phenols, hindered amines, and amines.
(3)さらに、発光素子と受光素子とを有し、色素膜の
基体をとおしての光反射率変化をこの受光素子によって
検出し、被検化学物質を検知、定量するように構成した
請求項1または2に記載の化学物質センサ。
(3) A claim further comprising a light-emitting element and a light-receiving element, the light-receiving element detecting a change in light reflectance through the base of the pigment film, and detecting and quantifying the chemical substance to be tested. 2. The chemical substance sensor according to 1 or 2.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005300339A (en) * 2004-04-12 2005-10-27 Hitachi Cable Ltd Optical gas sensor

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