JPH0518890A - Ion sensor, and method and device for measuring ion concentration using the sensor - Google Patents

Ion sensor, and method and device for measuring ion concentration using the sensor

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JPH0518890A
JPH0518890A JP19505291A JP19505291A JPH0518890A JP H0518890 A JPH0518890 A JP H0518890A JP 19505291 A JP19505291 A JP 19505291A JP 19505291 A JP19505291 A JP 19505291A JP H0518890 A JPH0518890 A JP H0518890A
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JP
Japan
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film
ion
thin film
metal thin
light
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Application number
JP19505291A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyozo Koshiishi
喜代三 越石
Etsuo Shinohara
悦夫 篠原
Taiji Osada
泰二 長田
Masatsugu Shimomura
政嗣 下村
Ichiro Yamaguchi
一郎 山口
Takayuki Okamoto
隆之 岡本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Original Assignee
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To detect measurement object ion selectively and at high speed by layering Langmuir-Blodgett(LB) film having amphiphilic organic matter and ion sensing material on the surface of transparent inductor putting a metal film in between. CONSTITUTION:On one side of a transparent base plate 2, an LB film is layered putting a metal thin film 3 in between and by holding this film 4 in a cell frame 7 provided with a sample injection tube 5 and exhaust tube 6 so as to contact to a measured sample, a flow cell is constituted. A specific ion concentration in the sample is measured. As for the metal constituting the thin film 3, Ag and Au are preferable as they have a large real part of complex dielectric constant compared with the imaginary part. For the film 4 constitution material, a amphiphilic substance is used generaly. Therefore, the film 4 having the function of selecting ion is produced, for example, by adding ion sensing material to a amphiphilic substance or synthesizing a new ion sensing material with an amphiphilic property. By this, a film sensing selectively to various anion and cation can be formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、溶液中の特定イオン
濃度を測定するためのイオンセンサおよびこのイオンセ
ンサを用いるイオン濃度測定方法および装置に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion sensor for measuring a specific ion concentration in a solution and an ion concentration measuring method and apparatus using the ion sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、溶液中のイオン濃度測定は、炎光
法、イオン選択性電極法等により行われているが、近
年、光学的手法による測定も提案され始めている。例え
ば、特開平3−122553号公報には、イオノフォア
と電位感受性色素とを添加したポリイオンコンプレック
スLB膜の吸光度または蛍光発光量変化を検知する光セ
ンサが開示されており、またAPPLIED OPTICS / Vol.27,
No.6 / 15March 1988. p.1160〜1163には、表面プラズ
モン共鳴法によって水中のアルコール濃度を測定する技
術が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, measurement of ion concentration in a solution has been carried out by a flame light method, an ion selective electrode method, etc., but recently, measurement by an optical method has also begun to be proposed. For example, Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 3-122553 discloses an optical sensor for detecting a change in absorbance or fluorescence emission amount of a polyion complex LB film to which an ionophore and a voltage-sensitive dye are added, and APPLIED OPTICS / Vol.27. ,
No.6 / 15March 1988. p.1160 to 1163 discloses a technique for measuring alcohol concentration in water by a surface plasmon resonance method.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
特開平3−122553号公報に開示された光センサに
おいては、吸光度変化が10-4程度、蛍光発光量変化が
10-2〜10-3程度と極めて微小であるため、高感度測
光が困難であると共に、S/Nも小さい等の種々の改良
すべき点がある。また、上記の文献に開示された技術
は、単に光学プリズムの一表面に金属薄膜を設けて表面
プラズモン共鳴法によりアルコール濃度を測定するだけ
で、物質選択機能を有しないため、多成分系の被検液の
特定イオン濃度の測定には適応できない。
However, in the optical sensor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 122553/1993, the change in absorbance is about 10 -4 and the change in fluorescence emission amount is about 10 -2 to 10 -3. Since it is extremely small, it is difficult to perform high-sensitivity photometry, and there are various points to be improved such as small S / N. In addition, the technique disclosed in the above-mentioned document merely provides a metal thin film on one surface of the optical prism and measures the alcohol concentration by the surface plasmon resonance method. It cannot be applied to the measurement of the specific ion concentration of the test solution.

【0004】この発明は、上述した光学的手法による種
々の問題点を解決すべくなされたもので、その第1の目
的は測定対象イオンを選択的にしかも高感度で検出でき
るよう適切に構成したイオンセンサを提供することにあ
る。また、この発明の第2の目的は上記イオンセンサを
用いて、測定対象イオンを選択的に高精度で測定できる
新規なイオン濃度測定方法を提供することにある。さら
に、この発明の第3の目的は、上記のイオン濃度測定方
法を簡単かつ小型、安価に実施できるよう適切に構成し
たイオン濃度測定装置を提供することにある。
The present invention has been made to solve various problems caused by the above-mentioned optical method, and the first purpose thereof is to appropriately configure the ion to be measured selectively and with high sensitivity. It is to provide an ion sensor. A second object of the present invention is to provide a novel ion concentration measuring method which can selectively measure ions to be measured with high accuracy by using the above ion sensor. Further, a third object of the present invention is to provide an ion concentration measuring device appropriately configured so that the above-mentioned ion concentration measuring method can be implemented easily, in a small size and at a low cost.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段および作用】上記第1の目
的を達成するため、この発明のイオンセンサにおいて
は、特定波長の光に対して透明な誘電体の表面に、少な
くとも金属薄膜を介して両親媒性有機化合物および特定
イオンに選択的に感応するイオン感応物質を有するLB
膜を積層して構成する。
In order to achieve the above first object, in the ion sensor of the present invention, at least a metal thin film is provided on the surface of a dielectric transparent to light of a specific wavelength. LB having an amphipathic organic compound and an ion-sensing substance that is selectively sensitive to a specific ion
It is constructed by stacking films.

【0006】また、上記第2の目的を達成するため、こ
の発明のイオン濃度測定方法においては、特定波長の光
に対して透明な誘電体の表面に、少なくとも金属薄膜を
介して両親媒性有機化合物および特定イオンに選択的に
感応するイオン感応物質を有するLB膜を積層して成る
イオンセンサを用い、このイオンセンサの前記LB膜に
測定試料を接触させた状態で、前記誘電体を介して前記
金属薄膜に全反射の条件でP偏光単色光を入射して表面
プラズモン共鳴を誘起させ、その反射光に基づいて前記
測定試料中の特定イオン濃度を測定する。
In order to achieve the second object, in the ion concentration measuring method of the present invention, an amphipathic organic substance is formed on the surface of a dielectric material transparent to light of a specific wavelength at least through a metal thin film. Using an ion sensor formed by stacking an LB film having a compound and an ion-sensitive substance that selectively reacts with a specific ion, a measurement sample is brought into contact with the LB film of the ion sensor, and the LB film is interposed via the dielectric. P-polarized monochromatic light is incident on the metal thin film under the condition of total reflection to induce surface plasmon resonance, and the specific ion concentration in the measurement sample is measured based on the reflected light.

【0007】さらに、上記第3の目的を達成するため、
この発明のイオン濃度測定装置においては、単色光を放
射する光源と、透明基板の一方の表面に、少なくとも金
属薄膜を介して両親媒性有機化合物および特定イオンに
選択的に感応するイオン感応物質を有するLB膜を積層
して成るイオンセンサと、このイオンセンサの前記透明
基板の他方の表面に設けた光学プリズムと、前記光源お
よび光学プリズム間に配置した集光レンズと、前記金属
薄膜での反射光を前記光学プリズムを経て受光する光電
変換素子とを具え、前記イオンセンサのLB膜に測定試
料を接触させた状態で、前記光源からの単色光を前記集
光レンズおよび光学プリズムを経て前記金属薄膜に全反
射の条件でP偏光入射させて表面プラズモン共鳴を誘起
させ、その反射光を前記光学プリズムを経て受光する前
記光電変換素子の出力に基づいて前記測定試料中の特定
イオン濃度を測定するよう構成する。
Further, in order to achieve the above third object,
In the ion concentration measuring apparatus of the present invention, a light source that emits monochromatic light, and an ion-sensitive substance that selectively reacts with an amphipathic organic compound and a specific ion through at least a metal thin film on one surface of a transparent substrate. An ion sensor formed by laminating the LB film, an optical prism provided on the other surface of the transparent substrate of the ion sensor, a condenser lens arranged between the light source and the optical prism, and reflection on the metal thin film. A photoelectric conversion element for receiving light through the optical prism, wherein a monochromatic light from the light source is passed through the condensing lens and the optical prism in a state where a measurement sample is in contact with the LB film of the ion sensor. A P-polarized light is incident on the thin film under the condition of total reflection to induce surface plasmon resonance, and the reflected light is received through the optical prism. Configured to measure specific ion concentration in the measurement sample on the basis of the force.

【0008】[0008]

【実施例】図1はこの発明のイオンセンサの第1実施例
を示す断面図である。このイオンセンサ1は、透明基板
2の一方の表面に、金属薄膜3を介して少なくとも両親
媒性有機化合物および特定イオンに選択的に感応するイ
オン感応物質を有するLB膜4を積層して、表面プラズ
モン共鳴法により測定試料中の特定イオン濃度を測定す
るものである。この実施例では、イオンセンサ1を、測
定試料の注入管5および排出管6を設けたセル枠7に、
LB膜4が測定試料と接するように保持してフローセル
を構成する。
1 is a sectional view showing a first embodiment of the ion sensor of the present invention. In this ion sensor 1, an LB film 4 having at least an amphipathic organic compound and an ion-sensitive substance selectively sensitive to a specific ion is laminated on one surface of a transparent substrate 2 through a metal thin film 3 to form a surface. The specific ion concentration in the measurement sample is measured by the plasmon resonance method. In this embodiment, the ion sensor 1 is placed in a cell frame 7 provided with an injection pipe 5 and a discharge pipe 6 for a measurement sample,
The LB film 4 is held in contact with the measurement sample to form a flow cell.

【0009】金属薄膜3を構成する金属は、「表面」Vo
l.20 No.6(1982) p.289〜304 に記載されているよう
に、複素誘電率の実部が負で大きなAg,Au,Cu,Zn,Al,Kが
望ましく、虚部との大きさの関係から特にAg,Au が好適
で、Pd,Ni,Feは望ましくない。また、金属薄膜3は合金
組成で構成することもできるが、AgにPdを混合した場合
には表面プラズモン共鳴が消滅するため、この合金の使
用は好ましくない。さらに、金属薄膜3は、透明基板2
への密着性を向上させるために、例えば透明基板2上に
Cr膜を極めて薄く形成し、その上にAu膜等を形成した多
層構造をもって構成することもできる。
The metal forming the metal thin film 3 is a "surface" Vo.
As described in p.289 to 304 of l.20 No.6 (1982), Ag, Au, Cu, Zn, Al, and K are desirable because the real part of the complex permittivity is large and negative. From the size relationship, Ag and Au are particularly preferable, and Pd, Ni and Fe are not desirable. Further, the metal thin film 3 can be composed of an alloy composition, but when Pd is mixed with Ag, the surface plasmon resonance disappears, so that the use of this alloy is not preferable. Further, the metal thin film 3 is formed on the transparent substrate 2
On the transparent substrate 2 in order to improve the adhesion to
The Cr film may be formed to be extremely thin and an Au film or the like may be formed thereon to form a multilayer structure.

【0010】また、LB膜4は、例えば岡田正和他編
「分子設計技術」(株)サイエンスフォーラム刊、P.89
〜101 に作製技術が記載されているように、一般的には
その構成物質として両親媒性物質が用いられるが、特開
昭61−254634号公報や特開平3−122553
号公報に開示されているように、イオン性の両親媒性化
合物と反対電荷のイオン性高分子とから成るポリイオン
コンプレックス物質を用いてLB膜の電荷を中性に維持
し、これにより試料中のイオン成分の接近を容易にして
反応時間の短縮、LB膜の安定化を図ることもできる。
この実施例では、LB膜4にイオン選択機能を持たせる
が、このようなLB膜4は、例えば両親媒性物質にイオ
ン感応物質を添加する方法、あるいは両親媒性になるよ
うにイオン感応物質を新規に合成する方法等によって作
製することができる。
The LB film 4 can be formed, for example, by Masakazu Okada et al., "Molecular Design Technology," Science Forum Co., Ltd., P. 89.
In general, an amphipathic substance is used as a constituent substance as described in JP-A No. 61-254634 and JP-A No. 3-122553.
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. JP-A-2004-242242, a polyion complex substance composed of an ionic amphipathic compound and an ionic polymer having an opposite charge is used to maintain the charge of the LB film at a neutral level. It is also possible to facilitate the approach of ionic components to shorten the reaction time and stabilize the LB film.
In this embodiment, the LB film 4 is provided with an ion selection function. Such an LB film 4 is prepared by, for example, adding an ion-sensitive substance to an amphipathic substance, or an ion-sensitive substance so as to be amphiphilic. Can be prepared by a method of newly synthesizing

【0011】ここで、イオン感応物質としては、K+
オン感応物質として良く知られているバリノマイシンを
はじめ、電気化学 53,No.12(1985)p.942〜946 に記載さ
れているクラウンエーテル, クリプタンドや、Donald
J.Cram et al. J.Am.Chem.Soc.1988,110,p571〜577 に
記載されているスフェランド等を用いることができ、こ
れにより種々のカチオンに選択的に感応するLB膜4を
形成することができる。また、石橋信彦 別冊化学工
業,Vol.28 No.6(1984)p.324 〜329 に記載されている四
級アンモニウム塩, オルトフェナントロリン誘導体金属
化合物や、WihelmSimon et al,Anal.Chem.1984,56, p.5
35 〜538 に記載されている中性キャリアを用いること
ができ、これにより種々のアニオンに選択的に感応する
LB膜4を形成することができる。
Here, as the ion-sensitive substance, valinomycin, which is well known as a K + ion-sensitive substance, and the crown ethers described in Electrochemistry 53, No. 12 (1985) p.942-946, Cryptand, Donald
Spherands described in J. Cram et al. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, p571 to 577 can be used, which forms the LB film 4 selectively sensitive to various cations. can do. In addition, Quaternary ammonium salts and orthophenanthroline derivative metal compounds described in Nobuhiko Ishibashi Bessaku Kagaku Kogyo, Vol.28 No.6 (1984) p.324-329, and Wihelm Simon et al, Anal.Chem.1984,56. , p.5
The neutral carriers described in 35 to 538 can be used, whereby the LB film 4 selectively sensitive to various anions can be formed.

【0012】以上のようにしてイオンセンサ1を作製し
て、そのLB膜4に試料を接触させると、その特定イオ
ン濃度に対応して膜電位が発生し、そのとき膜厚方向に
形成される電気的双極子の大きさによって変化する表面
プラズモン共鳴条件を検知することが可能となる。な
お、上記イオンセンサ1において、LB膜4の膜厚はエ
バネッセント光が有効に及ぶ程度が望ましく、このため
には金属薄膜3とLB膜4とを合わせた膜厚を励起波長
の2倍以下、好ましくは励起波長以下の厚さとする。
When the ion sensor 1 is manufactured as described above and the sample is brought into contact with the LB film 4, a film potential is generated corresponding to the specific ion concentration, and at that time, the film is formed in the film thickness direction. It is possible to detect the surface plasmon resonance condition that changes depending on the size of the electric dipole. In the ion sensor 1, it is desirable that the film thickness of the LB film 4 be such that the evanescent light effectively reaches. For this purpose, the combined film thickness of the metal thin film 3 and the LB film 4 is not more than twice the excitation wavelength, The thickness is preferably equal to or less than the excitation wavelength.

【0013】図2はこの発明のイオンセンサの第2実施
例を示す断面図である。このイオンセンサ11は、図1に
示したイオンセンサ1において、金属薄膜3とLB膜4
との間に誘電体薄膜12を設けたものである。この誘電体
薄膜12は、好適には透明で、膜厚を数Å〜数千Åの範囲
でできるだけ薄く形成する。それには、例えば超薄膜の
形成法であるLB法により、ポリイミドに代表されるイ
ミド類、ナイロンであるアミド類、緻密な膜を形成する
アラキジン酸、オクタデカノール等、ジイン酸、ωトリ
コセン酸等の重合性基を持つ分子等の膜を形成するのが
好適であるが、均一に薄く形成できる物質であれば、Si
O2,Si3N4,Ta2O5等の酸化膜や窒化膜をもって構成するこ
ともできる。
FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the ion sensor of the present invention. This ion sensor 11 is the same as the ion sensor 1 shown in FIG.
And a dielectric thin film 12 is provided between and. The dielectric thin film 12 is preferably transparent and is formed as thin as possible in the range of several Å to several thousand Å. For example, imides represented by polyimide, amides such as nylon, arachidic acid, octadecanol, etc., which form a dense film, diic acid, ω-tricosenoic acid, etc., by the LB method which is a method of forming an ultra-thin film. It is preferable to form a film such as a molecule having a polymerizable group of
It can also be constituted by an oxide film or a nitride film of O 2 , Si 3 N 4 , Ta 2 O 5, or the like.

【0014】この実施例におけるように、金属薄膜3と
LB膜4との間に誘電体薄膜12を設ければ、特に金属薄
膜3として試料成分におかされ易いCu,K,Al,Zn等を用い
た場合に、それを試料から有効に保護することができ
る。
When the dielectric thin film 12 is provided between the metal thin film 3 and the LB film 4 as in this embodiment, Cu, K, Al, Zn, etc., which are easily sampled as the metal thin film 3, are added. When used, it can be effectively protected from the sample.

【0015】なお、LB膜4は両親媒性物質から成るた
め、基板の性質も制御する必要がある。それにはプラズ
マ処理等の物理的手法が挙げられる他、図2に示した物
質を使って強固な膜を形成するLB法による手法も効果
的である。例えば、LB膜製作装置の水槽中に、疎水性
の金属薄膜3を形成した透明基板2を下げることで、金
属薄膜3の表面にアラキジン酸のLB膜一層を積層して
誘電体薄膜12を形成すると共に、基板2を水中に保持し
て該誘電体薄膜12の表面を親水性に保ち、その後水面上
の分子膜を交換して基板2を上げることにより誘電体薄
膜12の表面にイオン選択機能を有する任意のLB膜を一
層積層してLB膜4を形成する。このようにして、基板
となる誘電体薄膜12の表面の性質を制御することができ
る。
Since the LB film 4 is made of an amphipathic substance, it is necessary to control the properties of the substrate. In addition to physical methods such as plasma treatment, the LB method for forming a strong film using the substance shown in FIG. 2 is also effective. For example, by lowering the transparent substrate 2 on which the hydrophobic metal thin film 3 is formed in the water tank of the LB film manufacturing apparatus, one layer of LB film of arachidic acid is laminated on the surface of the metal thin film 3 to form the dielectric thin film 12. At the same time, the surface of the dielectric thin film 12 is kept hydrophilic by holding the substrate 2 in water, and then the molecular film on the water surface is exchanged to raise the substrate 2 to make the surface of the dielectric thin film 12 have an ion selective function. The LB film 4 is formed by laminating any LB film having In this way, the properties of the surface of the dielectric thin film 12 serving as the substrate can be controlled.

【0016】図3はこの発明のイオンセンサの第3実施
例を示す断面図である。このイオンセンサ21は、図1に
示したイオンセンサ1において、透明基板2の他方の表
面上に屈折率調整オイル22を介して光学プリズム23を設
けたものである。このように、光学プリズム23を設けれ
ば、表面プラズモン共鳴を誘起させるためのP偏光単色
光を、金属薄膜3に全反射の条件で容易に入射すること
が可能となる。なお、このような構成は、図2に示した
イオンセンサ11にも有効に適用することができる。
FIG. 3 is a sectional view showing a third embodiment of the ion sensor of the present invention. This ion sensor 21 is the same as the ion sensor 1 shown in FIG. 1, except that an optical prism 23 is provided on the other surface of the transparent substrate 2 via a refractive index adjusting oil 22. As described above, by providing the optical prism 23, it becomes possible to easily enter the P-polarized monochromatic light for inducing the surface plasmon resonance into the metal thin film 3 under the condition of total reflection. Note that such a configuration can be effectively applied to the ion sensor 11 shown in FIG.

【0017】この発明のイオンセンサの他の実施例にお
いては、図1および図2に示したイオンセンサにおい
て、透明基板2に代えて図3に示した光学プリズム23を
用い、この光学プリズム23の一表面上に金属薄膜3を介
してLB膜4を固相化したり、あるいは金属薄膜3およ
び誘電体薄膜12を介してLB膜4を固相化する。このよ
うに構成すれば、部品点数を削減でき、簡単かつ安価に
できる。
In another embodiment of the ion sensor of the present invention, in the ion sensor shown in FIGS. 1 and 2, the transparent substrate 2 is replaced by the optical prism 23 shown in FIG. The LB film 4 is solid-phased on one surface via the metal thin film 3, or the LB film 4 is solid-phased via the metal thin film 3 and the dielectric thin film 12. According to this structure, the number of parts can be reduced, and the cost can be reduced easily and easily.

【0018】以上の各実施例では、LB膜4を両親媒性
有機化合物および特定イオンに選択的に感応するイオン
感応物質をもって構成したが、この発明の他の実施例で
はLB膜4を両親媒性有機化合物と、特定イオンに選択
的に感応するイオン感応物質と、電位感受性色素とをも
って構成する。このように、LB膜4に電位感受性色素
を付加すれば、イオン感応によって発生した膜電位に応
じて電位感受性色素の誘電率が変化し、その誘電率も表
面プラズモン共鳴法により検知されることになる。した
がって、電位感受性色素はイオン感応を増感するように
作用するので、より高感度の測定が可能になる。
In each of the above embodiments, the LB film 4 is composed of an amphipathic organic compound and an ion-sensitive substance which is selectively sensitive to specific ions. In other embodiments of the present invention, the LB film 4 is composed of an amphiphilic substance. Organic compound, an ion-sensitive substance that selectively reacts with a specific ion, and a voltage-sensitive dye. As described above, when the voltage-sensitive dye is added to the LB film 4, the dielectric constant of the voltage-sensitive dye changes according to the membrane potential generated by the ion sensitivity, and the dielectric constant is also detected by the surface plasmon resonance method. Become. Therefore, since the voltage-sensitive dye acts to sensitize the ion sensitivity, higher sensitivity measurement becomes possible.

【0019】なお、電位感受性色素は、電位差に対応し
て蛍光強度が変化する物質と、吸光度が変化する物質と
に大別されるが、蛍光性色素を金属薄膜3に直接接触し
て形成すると、蛍光発光しない場合がある。したがっ
て、この場合には好適には、図2に示したように金属薄
膜3とLB膜4との間に誘電体薄膜12を介在させ、この
誘電体薄膜12により金属薄膜3を試料から保護すると同
時に、電位感受性色素が金属薄膜3に直接接触しないよ
うにして蛍光の消光を防止するようにする。
The potential-sensitive dye is roughly classified into a substance whose fluorescence intensity changes according to a potential difference and a substance whose absorbance changes according to the potential difference. When the fluorescent dye is formed by directly contacting the metal thin film 3. , It may not emit fluorescent light. Therefore, in this case, preferably, the dielectric thin film 12 is interposed between the metal thin film 3 and the LB film 4 as shown in FIG. 2, and the dielectric thin film 12 protects the metal thin film 3 from the sample. At the same time, the voltage-sensitive dye is prevented from coming into direct contact with the metal thin film 3 to prevent quenching of fluorescence.

【0020】次に、この発明に係るイオンセンサを用い
るイオン濃度測定方法について説明する。図4はこの発
明のイオン濃度測定方法を実施するイオン濃度測定装置
の一例の構成を示すものである。この実施例では、図3
に示したイオンセンサ21を用い、レーザ光源31からの単
色光を集光レンズ32および光学プリズム23を経て金属薄
膜3に全反射の条件でP偏光入射させ、その反射光を光
学プリズム23およびシリンドリカルレンズ33を経て、そ
の焦平面上に配置したフォトダイオードアレイ34で受光
する。シリンドリカルレンズ33およびフォトダイオード
アレイ34は、フォトダイオードアレイ34に入射する反射
光に角度スペクトルが生じるように配置する。なお、シ
リンドリカルレンズ33は省略しても実用上差し支えな
い。
Next, an ion concentration measuring method using the ion sensor according to the present invention will be described. FIG. 4 shows an example of the configuration of an ion concentration measuring device for carrying out the ion concentration measuring method of the present invention. In this example, FIG.
Using the ion sensor 21 shown in FIG. 1, monochromatic light from the laser light source 31 is made to enter P-polarized light into the metal thin film 3 through the condenser lens 32 and the optical prism 23 under the condition of total reflection, and the reflected light is reflected by the optical prism 23 and the cylindrical The light is received by the photodiode array 34 arranged on the focal plane through the lens 33. The cylindrical lens 33 and the photodiode array 34 are arranged so that the reflected light incident on the photodiode array 34 has an angular spectrum. It should be noted that the cylindrical lens 33 may be omitted in practical use.

【0021】上記構成において、測定試料を注入管5お
よび排出管6を経て流しながら、レーザ光源31からの単
色光を集光レンズ32を経てイオンセンサ21に入射させる
と、測定試料中の特定イオン濃度に応じて表面プラズモ
ン共鳴が誘起され、フォトダイオードアレイ34上には反
射光の角度スペクトルが生じる。ここで、フォトダイオ
ードアレイ34は、その各素子が光の反射角に対応するの
で、フォトダイオードアレイ34の出力から表面プラズモ
ン共鳴により発生した暗線の最強位置に対応する素子を
検知して、その素子位置から吸収ピークの反射角を検出
し、その反射角に基づいて測定試料中の特定イオン濃度
を測定する。なお、イオンセンサとして、イオン選択機
能を有するLB膜に電位感受性色素を添加したものを用
いる場合には、レーザ光源31からの単色光の波長を電位
感受性色素の励起波長に一致させる。
In the above structure, when the monochromatic light from the laser light source 31 is made incident on the ion sensor 21 through the condenser lens 32 while the measurement sample is flowing through the injection tube 5 and the discharge tube 6, specific ions in the measurement sample are obtained. Surface plasmon resonance is induced depending on the concentration, and an angular spectrum of reflected light is generated on the photodiode array 34. Here, since each element of the photodiode array 34 corresponds to the reflection angle of light, the element corresponding to the strongest position of the dark line generated by the surface plasmon resonance is detected from the output of the photodiode array 34, and the element is detected. The reflection angle of the absorption peak is detected from the position, and the specific ion concentration in the measurement sample is measured based on the reflection angle. When an LB film having an ion selection function to which a voltage-sensitive dye is added is used as the ion sensor, the wavelength of the monochromatic light from the laser light source 31 is matched with the excitation wavelength of the voltage-sensitive dye.

【0022】以下、実験例について説明する。 <実験例1>透明基板として屈折率1.523 の洗浄したス
ライドガラスを用い、その一方の表面上に金属薄膜とし
て、真空蒸着法により厚さ約1nmのクロム膜と厚さ約40
nmの金膜とをガラス/Cr/Auの順で積層した。その後、
Au膜表面をO2 プラズマ照射によって親水化処理してか
ら、イオン選択機能を有するLB膜としてK+ イオン選
択機能を持つバリノマイシン(10 mol%)とオクタデシ
ルローダミンB(C18RB;1 mol%)とを含んだアラキジ
ン酸膜をLB法により一層形成した。なお、LB膜は、
展開溶媒としてトルエンを、下水相として比抵抗が17.0
MΩ・cm以上のイオン交換水を用い、表面圧を23mN/mに
保って垂直浸漬法により形成した。以上のようにしてイ
オンセンサを作製し、そのスライドガラスの他方の表面
上に屈折率調整オイルを介して光学プリズムを設けて、
図4に示した構成で表面プラズモン共鳴の観測を行っ
た。
Experimental examples will be described below. <Experimental Example 1> A cleaned slide glass having a refractive index of 1.523 was used as a transparent substrate, and a metal thin film was formed on one surface of the slide glass by a vacuum evaporation method to a thickness of about 1 nm and a thickness of about 40 nm.
A gold film of nm was laminated in the order of glass / Cr / Au. afterwards,
The surface of the Au film was hydrophilized by irradiation with O 2 plasma, and then LB film having ion selection function, valinomycin (10 mol%) and octadecyl rhodamine B (C 18 RB; 1 mol%) having K + ion selection function. An arachidic acid film containing and was further formed by the LB method. The LB film is
Toluene was used as the developing solvent and the specific resistance was 17.0 as the sewage phase.
Ion-exchanged water of MΩ · cm or more was used and the surface pressure was kept at 23 mN / m to form by the vertical dipping method. An ion sensor is manufactured as described above, and an optical prism is provided on the other surface of the slide glass via a refractive index adjusting oil,
Surface plasmon resonance was observed with the configuration shown in FIG.

【0023】図5は、上記のイオンセンサのLB膜に測
定試料として純水を接触させたときにフォトダイオード
アレイの出力から得られる反射率の角度分布曲線を示
し、図6は同様にLB膜に測定試料として10-4mol/l KC
l 溶液を接触させたときの反射率の角度分布曲線を示す
もので、縦軸は反射率を横軸は反射角度を表す。図5お
よび図6から、測定試料を替えることによって吸収ピー
クの反射角度が大きい方に移動することがわかる。
FIG. 5 shows an angular distribution curve of reflectance obtained from the output of the photodiode array when pure water as a measurement sample is brought into contact with the LB film of the above-mentioned ion sensor, and FIG. 6 similarly shows the LB film. 10 -4 mol / l KC as a measurement sample
l It shows an angle distribution curve of reflectance when a solution is brought into contact with the vertical axis showing reflectance and the horizontal axis showing reflection angle. From FIG. 5 and FIG. 6, it can be seen that when the measurement sample is changed, the reflection angle of the absorption peak moves to the larger side.

【0024】図7は、純水とK+ イオン濃度の異なる測
定試料とを交互に測定した実験結果を示し、縦軸はフォ
トダイオードアレイの素子番号を、横軸は時間を表す。
この実験結果から、測定試料を純水から10-4mol/l KCl
に替え、さらに純水に替えても、純水での吸収ピークの
素子番号はほぼ同じで可逆的な変化であることがわか
る。また、測定試料が10-1mol/l KCl の場合には、10-4
mol/l KCl の場合よりも吸収ピークの反射角が大きい値
を示すことがわかる。以上のことから、測定試料のK+
イオン濃度に応じて、その濃度が高くなるにつれ吸収ピ
ークの反射角が大きくなり、これによりK+イオン濃度
を高感度で測定できることがわかった。
FIG. 7 shows the result of an experiment in which pure water and measurement samples having different K + ion concentrations were alternately measured. The vertical axis represents the element number of the photodiode array and the horizontal axis represents time.
From the results of this experiment, the measured sample was purified from pure water to 10 -4 mol / l KCl.
It can be seen that the element numbers of the absorption peaks in pure water are almost the same and are reversible even when the pure water is replaced with pure water. If the sample to be measured is 10 -1 mol / l KCl, 10 -4
It can be seen that the reflection angle of the absorption peak is larger than that in the case of mol / l KCl. From the above, K + of the measurement sample
It was found that the reflection angle of the absorption peak increased with increasing ion concentration depending on the ion concentration, whereby the K + ion concentration can be measured with high sensitivity.

【0025】<実験例2>透明基板として屈折率1.523
の洗浄したスライドガラスを用い、その一方の表面上に
金属薄膜として、真空蒸着法により厚さ約1nmのクロム
膜と厚さ約45nmの金膜とをガラス/Cr/Auの順で積層し
た。その後、Au膜表面をArプラズマ照射によって親水化
処理してから、イオン選択機能を有するLB膜としてC
18RB (2mol %)を含むポリカルボキシメチルセルロ
ース−ジメチルジオクタデシルアンモニウムから成るポ
リイオンコンプレックス膜をLB法により一層形成し
た。なお、LB膜は、下水相として比抵抗が17.0MΩ・
cm以上のイオン交換水にポリカルボキシメチルセルロー
スを10-3重量%濃度で溶解した水溶液を用い、その水面
上にC18RB (1 mol%)を含んだジメチルジオクタデシ
ルアンモニウムブロマイド(2C18N2C1Br)をクロロホル
ムに溶解した溶液を展開して5分間放置した後圧縮し、
25mN/mの表面圧に保って垂直浸漬法により形成した。こ
のLB膜は、Cl- イオンに対して選択的に応答する。以
上のようにしてイオンセンサを作製し、そのスライドガ
ラスの他方の表面上に屈折率調整オイルを介して光学プ
リズムを設けて、図4に示した構成で実験例1と同様に
表面プラズモン共鳴の観測を行った。
<Experimental Example 2> A transparent substrate having a refractive index of 1.523
Using the washed slide glass of No. 1, a chromium film having a thickness of about 1 nm and a gold film having a thickness of about 45 nm were laminated in this order as a metal thin film on one surface thereof by a vacuum deposition method in the order of glass / Cr / Au. After that, the surface of the Au film is subjected to hydrophilic treatment by Ar plasma irradiation, and then C
A polyion complex membrane composed of polycarboxymethyl cellulose-dimethyldioctadecyl ammonium containing 18 RB (2 mol%) was further formed by the LB method. The LB film has a specific resistance of 17.0 MΩ as the sewage phase.
Using an aqueous solution of polycarboxymethyl cellulose dissolved in ion-exchanged water of 10 cm or more at a concentration of 10 -3 % by weight, dimethyldioctadecyl ammonium bromide (2C 18 N2C 1 Br 1 ) containing C 18 RB (1 mol%) was used on the water surface. ) Was dissolved in chloroform, developed, left for 5 minutes and then compressed,
It was formed by the vertical dipping method while maintaining the surface pressure of 25 mN / m. The LB film responds selectively to Cl ions. An ion sensor was produced as described above, an optical prism was provided on the other surface of the slide glass via a refractive index adjusting oil, and the surface plasmon resonance of the configuration shown in FIG. I made an observation.

【0026】図8は、純水とCl- イオン濃度の異なる測
定試料とを測定した実験結果を示し、縦軸はフォトダイ
オードアレイの素子番号を、横軸は時間を表す。この実
験結果から、測定試料を純水から10-4mol/l KCl に替
え、さらに10-3mol/l KCl に替えると、測定値が実験例
1とは逆に順に小さくなることがわかる。このことか
ら、測定試料のCl- イオン濃度に応じて、その濃度が高
くなるにつれ吸収ピークの反射角が小さくなり、これに
よりCl- イオン濃度を高感度で測定できることがわかっ
た。
FIG. 8 shows experimental results obtained by measuring pure water and measurement samples having different Cl ion concentrations, where the vertical axis represents the element number of the photodiode array and the horizontal axis represents time. From this experimental result, it can be seen that when the measurement sample is changed from pure water to 10 −4 mol / l KCl, and further to 10 −3 mol / l KCl, the measured values become smaller in order contrary to the experimental example 1. From this, it was found that the reflection angle of the absorption peak became smaller as the concentration of Cl ion in the measurement sample increased, whereby the Cl ion concentration could be measured with high sensitivity.

【0027】<実験例3>透明基板として屈折率1.523
の洗浄したスライドガラスを用い、その一方の表面上に
金属薄膜として、厚さ約55nmの銀蒸着膜を形成した。次
に、銀蒸着膜の表面を親水化処理するために、透明な誘
電体薄膜としてアラキジン酸膜をLB法により一層形成
し、その後この誘電体薄膜上に、イオン選択機能を有す
るLB膜を、Na+ イオン感応物質としてビス[(12クラ
ウン4)メチル]メチルドデシルマロネート(通称、ビ
ス12クラウン4)を15 mol%、電位感受性色素として5
−(Nオクタデカノール)アミノフルオレッセンを1 m
ol%含んだオクタデカン酸により一層形成した。なお、
展開溶媒は両方ともクロロホルムを用い、下水相は両方
とも比抵抗が17.0MΩ・cm以上のイオン交換水を用い
た。また、膜形成は垂直浸漬法で、アラキジン酸LB膜
は表面圧25mN/mに保ち、オクタデカン酸LB膜は表面圧
23mN/mに保って行った。以上のようにしてイオンセンサ
を作製し、そのスライドガラスの他方の表面上に屈折率
調整オイルを介して光学プリズムを設けて、図4に示し
た構成で実験例1と同様に表面プラズモン共鳴の観測を
行った。
<Experimental Example 3> A transparent substrate having a refractive index of 1.523
On the one surface of the washed slide glass of No. 3, a silver vapor deposition film having a thickness of about 55 nm was formed as a metal thin film. Next, in order to make the surface of the silver vapor deposition film hydrophilic, a arachidic acid film is formed as a transparent dielectric thin film by the LB method, and then an LB film having an ion selection function is formed on the dielectric thin film. 15 mol% of bis [(12 crown 4) methyl] methyl dodecyl malonate (commonly known as bis 12 crown 4) as a Na + ion sensitizer and 5 as a voltage-sensitive dye
-(N octadecanol) aminofluorescein 1 m
It was further formed with octadecanoic acid containing ol%. In addition,
Chloroform was used as the developing solvent, and ion-exchanged water having a specific resistance of 17.0 MΩ · cm or more was used as the sewage phase. The film was formed by the vertical immersion method, the arachidic acid LB film was kept at a surface pressure of 25 mN / m, and the octadecanoic acid LB film was kept at a surface pressure.
I kept it at 23mN / m. An ion sensor was produced as described above, an optical prism was provided on the other surface of the slide glass via a refractive index adjusting oil, and the surface plasmon resonance of the configuration shown in FIG. I made an observation.

【0028】図9は、純水とNa+ イオン濃度の異なる測
定試料とを交互に測定した実験結果を示し、縦軸および
横軸は図7,図8と同様にフォトダイオードアレイの素
子番号および時間を表す。この実験結果から、測定試料
を純水から10-5mol/l NaClに替え、さらに純水に替えて
も、純水での吸収ピークの素子番号はほぼ同じで可逆的
な変化であることがわかる。また、測定試料が10-4mol/
l NaClの場合には、10-5mol/l NaClの場合よりも吸収ピ
ークの反射角が大きい値を示すことがわかる。以上のこ
とから、測定試料のNa+ イオン濃度に応じて、その濃度
が高くなるにつれ吸収ピークの反射角が大きくなり、こ
れによりNa+ イオン濃度を高感度で測定できることがわ
かった。また、金属薄膜として銀を用いる場合、その表
面を親水化処理するために酸素プラズマ処理すると、表
面が黒色化して親水化に悪影響を及ぼすことになるが、
上記のようにZ型LB膜を一層形成することにより有効
に親水性表面に変えることができ、イオン濃度を安定し
て測定できることが確認できた。
FIG. 9 shows the results of an experiment in which pure water and measurement samples having different Na + ion concentrations were alternately measured. The vertical axis and the horizontal axis were the element numbers of the photodiode array and the same as in FIGS. Represents time. From this experimental result, it was found that even if the measurement sample was changed from pure water to 10 -5 mol / l NaCl, and then to pure water, the element numbers of the absorption peaks in pure water were almost the same, and they were reversible changes. Recognize. In addition, the measurement sample is 10 -4 mol /
It can be seen that in the case of l NaCl, the reflection angle of the absorption peak is larger than that in the case of 10 -5 mol / l NaCl. From the above, it was found that the higher the concentration of Na + ion in the measurement sample, the larger the reflection angle of the absorption peak, and thus the Na + ion concentration can be measured with high sensitivity. When silver is used as the metal thin film, if oxygen plasma treatment is applied to the surface to make it hydrophilic, the surface becomes black and adversely affects hydrophilicity.
It was confirmed that by forming one layer of the Z-type LB film as described above, the surface can be effectively changed to a hydrophilic surface, and the ion concentration can be stably measured.

【0029】なお、上述したイオン濃度測定装置におい
ては、フォトダイオードアレイを用い、その出力から表
面プラズモン共鳴により発生した暗線の最強位置に対応
する素子を検知して吸収ピークの反射角を検出し、その
反射角に基づいて測定試料中の特定イオン濃度を測定す
るようにしたが、フォトダイオードアレイに替えて一個
の光電変換素子を用い、その出力に基づいて測定試料中
の特定イオン濃度を測定するよう構成することもでき
る。また、上述した実施例ではイオンセンサをフローセ
ルタイプとしたが、ディップタイプに構成することもで
きる。
In the above-mentioned ion concentration measuring apparatus, a photodiode array is used, and the element corresponding to the strongest position of the dark line generated by the surface plasmon resonance is detected from the output to detect the reflection angle of the absorption peak, Although the specific ion concentration in the measurement sample is measured based on the reflection angle, one photoelectric conversion element is used instead of the photodiode array, and the specific ion concentration in the measurement sample is measured based on the output. It can also be configured as follows. Further, in the above-mentioned embodiment, the ion sensor is of the flow cell type, but it may be of the dip type.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上のように、この発明のイオンセンサ
によれば、特定波長の光に対して透明な誘電体の表面
に、少なくとも金属薄膜を介して両親媒性有機化合物お
よび特定イオンに選択的に感応するイオン感応物質を有
するLB膜を積層したので、LB膜の膜厚を数nm程度に
制御でき、したがって小型かつ低コストにできると共
に、表面プラズモン共鳴法によりアニオンおよびカチオ
ンの測定対象イオンを選択的にしかも高感度で検出する
ことができる。
As described above, according to the ion sensor of the present invention, the amphiphilic organic compound and the specific ion are selected on the surface of the dielectric transparent to the light of the specific wavelength through at least the metal thin film. Since the LB film having the ion-sensitive substance that is sensitive to light is laminated, the film thickness of the LB film can be controlled to about several nm, and therefore the size and cost can be reduced, and the ions to be measured for anions and cations can be measured by the surface plasmon resonance method. Can be selectively detected with high sensitivity.

【0031】また、この発明のイオン濃度測定方法によ
れば、上記のイオンセンサを用い、そのLB膜に測定試
料を接触させた状態で、金属薄膜に全反射の条件でP偏
光単色光を入射して表面プラズモン共鳴を誘起させ、そ
の反射光に基づいて測定試料中の特定イオン濃度を測定
するので、測定対象イオンを選択的に高精度で測定する
ことができる。
Further, according to the ion concentration measuring method of the present invention, P-polarized monochromatic light is made incident on the metal thin film under the condition of total reflection while the measurement sample is in contact with the LB film using the above-mentioned ion sensor. Then, the surface plasmon resonance is induced, and the specific ion concentration in the measurement sample is measured based on the reflected light, so that the measurement target ion can be selectively measured with high accuracy.

【0032】さらに、この発明のイオン濃度測定装置に
よれば、光源からの単色光を集光レンズおよび光学プリ
ズムを経て上記イオンセンサの金属薄膜に全反射の条件
でP偏光入射させて表面プラズモン共鳴を誘起させ、そ
の反射光を光学プリズムを経て光電変換素子で受光して
測定試料中の特定イオン濃度を測定するので、構成を簡
単にでき、かつ小型、安価にできる。
Further, according to the ion concentration measuring apparatus of the present invention, the monochromatic light from the light source is incident on the metal thin film of the ion sensor as P-polarized light under the condition of total reflection through the condenser lens and the optical prism to cause surface plasmon resonance. Is induced and the reflected light is received by the photoelectric conversion element through the optical prism to measure the specific ion concentration in the measurement sample, so that the configuration can be simplified, and the size and cost can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明のイオンセンサの第1実施例を示す断
面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of an ion sensor of the present invention.

【図2】同じく第2実施例を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the same.

【図3】同じく第3実施例を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a third embodiment of the same.

【図4】この発明のイオン濃度測定装置の一例の構成を
示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an example of an ion concentration measuring device of the present invention.

【図5】この発明のイオン濃度測定方法により測定した
表面プラズモン共鳴による純水での反射率の角度分布を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an angular distribution of reflectance in pure water by surface plasmon resonance measured by the ion concentration measuring method of the present invention.

【図6】同じく10-4mol/l KCl 溶液の反射率の角度分布
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an angular distribution of reflectance of a 10 −4 mol / l KCl solution.

【図7】この発明のイオン濃度測定方法によるK+ イオ
ン濃度の測定結果を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the measurement results of K + ion concentration by the ion concentration measuring method of the present invention.

【図8】同じくCl- イオン濃度の測定結果を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a measurement result of Cl ion concentration in the same manner.

【図9】同じくNa+ イオン濃度の測定結果を示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram similarly showing the measurement results of Na + ion concentration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 イオンセンサ 2 透明基板 3 金属薄膜 4 LB膜 5 注入管 6 排出管 7 セル枠 11 イオンセンサ 12 誘電体薄膜 21 イオンセンサ 22 屈折率調整オイル 23 光学プリズム 31 レーザ光源 32 集光レンズ 33 シリンドリカルレンズ 34 フォトダイオードアレイ 1 Ion sensor 2 transparent substrate 3 metal thin film 4 LB film 5 injection tubes 6 discharge pipe 7 cell frame 11 Ion sensor 12 Dielectric thin film 21 Ion sensor 22 Refractive index adjusting oil 23 Optical prism 31 Laser light source 32 condenser lens 33 Cylindrical lens 34 photodiode array

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─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成3年9月25日[Submission date] September 25, 1991

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項13[Name of item to be corrected] Claim 13

【補正方法】追加[Correction method] Added

【補正内容】[Correction content]

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0011[Correction target item name] 0011

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0011】ここで、イオン感応物質としては、K+
オン感応物質として良く知られているバリノマイシンを
はじめ、電気化学 53,No.12(1985)p.942〜946 に記載さ
れているクラウンエーテル, クリプタンドや、Donald
J.Cram et al. J.Am.Chem.Soc.1988,110,p571〜577 に
記載されているスフェランド等を用いることができ、こ
れにより種々のカチオンに選択的に感応するLB膜4を
形成することができる。また、石橋信彦 別冊化学工
業,Vol.28 No.6(1984)p.324 〜329 に記載されている四
級アンモニウム塩, オルトフェナントロリン誘導体金属
化合物や、Wilhelm Simon et al,Anal.Chem. 1984,56,
p.535 〜538 に記載されている中性キャリアを用いるこ
とができ、これにより種々のアニオンに選択的に感応す
るLB膜4を形成することができる。
Here, as the ion-sensitive substance, valinomycin, which is well known as a K + ion-sensitive substance, and the crown ethers described in Electrochemistry 53, No. 12 (1985) p.942-946, Cryptand, Donald
Spherands described in J. Cram et al. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, p571 to 577 can be used, which forms the LB film 4 selectively sensitive to various cations. can do. Nobuhiko Ishibashi, Kagaku Kogyo, Vol.28 No.6 (1984) p.324-329, quaternary ammonium salts, orthophenanthroline derivative metal compounds, and Wilhel m Simon et al, Anal. Chem. 1984. , 56,
The neutral carrier described in p.535 to 538 can be used, whereby the LB film 4 selectively sensitive to various anions can be formed.

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図8[Correction target item name] Figure 8

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図8】 [Figure 8]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長田 泰二 東京都渋谷区幡ケ谷二丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 下村 政嗣 東京都小金井市中町2−24−48−103 (72)発明者 山口 一郎 埼玉県和光市広沢2−1 理化学研究所内 (72)発明者 岡本 隆之 埼玉県和光市広沢2−1 理化学研究所内   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Taiji Nagata             2-43 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Ori             Inside Npus Optical Industry Co., Ltd. (72) Inventor Masatsugu Shimomura             2-24-48-103 Nakamachi, Koganei-shi, Tokyo (72) Inventor Ichiro Yamaguchi             2-1 Hirosawa, Wako-shi, Saitama RIKEN (72) Inventor Takayuki Okamoto             2-1 Hirosawa, Wako-shi, Saitama RIKEN

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 特定波長の光に対して透明な誘電体の表
面に、少なくとも金属薄膜を介して両親媒性有機化合物
および特定イオンに選択的に感応するイオン感応物質を
有するラングミュア・ブロジェット膜(LB膜)を積層
して成るイオンセンサ。
1. A Langmuir-Blodgett film having, on a surface of a dielectric material transparent to light of a specific wavelength, an amphipathic organic compound and an ion-sensitive substance that selectively reacts with a specific ion through at least a metal thin film. An ion sensor formed by stacking (LB film).
【請求項2】 前記LB膜に電位感受性色素を付加した
ことを特徴とする請求項1記載のイオンセンサ。
2. The ion sensor according to claim 1, wherein a voltage-sensitive dye is added to the LB film.
【請求項3】 前記誘電体を光学プリズムをもって構成
すると共に、この光学プリズムの一表面に前記金属薄膜
およびLB膜を直接固相化したことを特徴とする請求項
1または2記載のイオンセンサ。
3. The ion sensor according to claim 1, wherein the dielectric is composed of an optical prism, and the metal thin film and the LB film are directly immobilized on one surface of the optical prism.
【請求項4】 前記金属薄膜を異なる金属の多層構造を
もって構成したことを特徴とする請求項1,2または3
記載のイオンセンサ。
4. The metal thin film having a multi-layered structure of different metals.
The ion sensor described.
【請求項5】 前記光学プリズムと金属薄膜との間に透
明基板を介在させたことを特徴とする請求項3または4
記載のイオンセンサ。
5. A transparent substrate is interposed between the optical prism and the metal thin film.
The ion sensor described.
【請求項6】 前記金属薄膜とLB膜との間に疏水性ま
たは親水性の誘電体薄膜を介在させたことを特徴とする
請求項1,2,3,4または5記載のイオンセンサ。
6. The ion sensor according to claim 1, wherein a hydrophobic or hydrophilic dielectric thin film is interposed between the metal thin film and the LB film.
【請求項7】 特定波長の光に対して透明な誘電体の表
面に、少なくとも金属薄膜を介して両親媒性有機化合物
および特定イオンに選択的に感応するイオン感応物質を
有するLB膜を積層して成るイオンセンサを用い、この
イオンセンサの前記LB膜に測定試料を接触させた状態
で、前記誘電体を介して前記金属薄膜に全反射の条件で
P偏光単色光を入射して表面プラズモン共鳴を誘起さ
せ、その反射光に基づいて前記測定試料中の特定イオン
濃度を測定することを特徴とするイオン濃度測定方法。
7. An LB film having an amphipathic organic compound and an ion-sensitive substance selectively sensitive to a specific ion is laminated on at least a metal thin film on the surface of a dielectric transparent to a light of a specific wavelength. Surface plasmon resonance by injecting P-polarized monochromatic light on the metal thin film through the dielectric under the condition of total reflection in a state where the measurement sample is in contact with the LB film of the ion sensor. Is induced, and the specific ion concentration in the measurement sample is measured based on the reflected light.
【請求項8】 前記反射光を光電変換素子で受光し、そ
の受光出力に基づいて前記測定試料中の特定イオン濃度
を測定することを特徴とする請求項7記載のイオン濃度
測定方法。
8. The ion concentration measuring method according to claim 7, wherein the reflected light is received by a photoelectric conversion element, and the specific ion concentration in the measurement sample is measured based on the received light output.
【請求項9】 前記反射光を光電変換素子アレイで受光
して、その受光出力から前記表面プラズモン共鳴による
吸収ピークの反射角度を検出し、この検出した反射角度
に基づいて前記測定試料中の特定イオン濃度を測定する
ことを特徴とする請求項7記載のイオン濃度測定方法。
9. The reflected light is received by a photoelectric conversion element array, the reflection angle of an absorption peak due to the surface plasmon resonance is detected from the received light output, and the identification in the measurement sample is performed based on the detected reflection angle. The ion concentration measuring method according to claim 7, wherein the ion concentration is measured.
【請求項10】 単色光を放射する光源と、透明基板の
一方の表面に、少なくとも金属薄膜を介して両親媒性有
機化合物および特定イオンに選択的に感応するイオン感
応物質を有するLB膜を積層して成るイオンセンサと、
このイオンセンサの前記透明基板の他方の表面に設けた
光学プリズムと、前記光源および光学プリズム間に配置
した集光レンズと、前記金属薄膜での反射光を前記光学
プリズムを経て受光する光電変換素子とを具え、前記イ
オンセンサのLB膜に測定試料を接触させた状態で、前
記光源からの単色光を前記集光レンズおよび光学プリズ
ムを経て前記金属薄膜に全反射の条件でP偏光入射させ
て表面プラズモン共鳴を誘起させ、その反射光を前記光
学プリズムを経て受光する前記光電変換素子の出力に基
づいて前記測定試料中の特定イオン濃度を測定するよう
構成したことを特徴とするイオン濃度測定装置。
10. A light source that emits monochromatic light, and an LB film having an ion-sensitizing substance that selectively reacts with an amphipathic organic compound and specific ions at least through a metal thin film is laminated on one surface of a transparent substrate. Ion sensor consisting of
An optical prism provided on the other surface of the transparent substrate of the ion sensor, a condenser lens disposed between the light source and the optical prism, and a photoelectric conversion element that receives light reflected by the metal thin film through the optical prism. In the state where the LB film of the ion sensor is in contact with the measurement sample, monochromatic light from the light source is incident on the metal thin film as P-polarized light under the condition of total reflection through the condenser lens and the optical prism. An ion concentration measuring device configured to induce surface plasmon resonance and to measure a specific ion concentration in the measurement sample based on an output of the photoelectric conversion element that receives the reflected light through the optical prism. .
【請求項11】 前記イオンセンサを構成するLB膜に
電位感受性色素を付加したことを特徴とする請求項10
記載のイオン濃度測定装置。
11. The voltage sensitive dye is added to the LB film constituting the ion sensor.
The ion concentration measuring device described.
【請求項12】 前記光源から放射する単色光の波長
を、前記電位感受性色素の励起波長に一致させたことを
特徴とする請求項10記載のイオン濃度測定装置。
12. The ion concentration measuring device according to claim 10, wherein the wavelength of the monochromatic light emitted from the light source is matched with the excitation wavelength of the voltage-sensitive dye.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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