JPH06102184A - 化学センサ - Google Patents
化学センサInfo
- Publication number
- JPH06102184A JPH06102184A JP24898592A JP24898592A JPH06102184A JP H06102184 A JPH06102184 A JP H06102184A JP 24898592 A JP24898592 A JP 24898592A JP 24898592 A JP24898592 A JP 24898592A JP H06102184 A JPH06102184 A JP H06102184A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- metal thin
- prism
- sensor
- chemical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、気体または液体の被検物中の化学
物質検出、化学量（pH、濃度）測定をインプロセスで行
なうことを目的とする。 【構成】 本発明の表面プラズモン化学センサでは、試
薬を保持する薄膜をセンサ表面にコートする。この薄膜
に被検物を接触させて、呈色反応による薄膜の吸収変化
を表面プラズマ波による吸光度増感法により測定するこ
とを特徴とする。
物質検出、化学量（pH、濃度）測定をインプロセスで行
なうことを目的とする。 【構成】 本発明の表面プラズモン化学センサでは、試
薬を保持する薄膜をセンサ表面にコートする。この薄膜
に被検物を接触させて、呈色反応による薄膜の吸収変化
を表面プラズマ波による吸光度増感法により測定するこ
とを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、気体または液体の被検
物中の化学物質検出、化学量（pH、濃度）測定を行なう
方法、装置に関するものである。
物中の化学物質検出、化学量（pH、濃度）測定を行なう
方法、装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術、およびその問題点】従来、化学プロセス
計測、環境計測や医療計測における化学物質検出や化学
量測定には、試薬などを用いた呈色反応が主に利用され
ている。この測定方法では被検物をサンプル抽出する必
要があるために、インプロセスでの測定用途には適さな
い。
計測、環境計測や医療計測における化学物質検出や化学
量測定には、試薬などを用いた呈色反応が主に利用され
ている。この測定方法では被検物をサンプル抽出する必
要があるために、インプロセスでの測定用途には適さな
い。
【０００３】インプロセス化学物質検出や化学量測定可
能なセンサとして、光励起表面プラズモンを利用したセ
ンサが提案実用化されている。
能なセンサとして、光励起表面プラズモンを利用したセ
ンサが提案実用化されている。
【０００４】その一例として、溶液被検物中のに含まれ
る化学物質の濃度を測定する化学センサが提案されてい
る。（K. Matsubara, S. Kawata and S. Minami, "Opti
calchemical sensor based on surface plasmon measur
ement," Appl. Opt. 27 1160-1163 (1988)）このセンサ
は、化学物質濃度によって被検物自体の屈折率が変化す
ることを利用し、この屈折率変化を光励起表面プラズモ
ンによって検出する。しかし、本センサは温度や圧力な
どの外的影響を受けやすく、被検物中の化学物質、化学
量の選択性が無いという問題がある。
る化学物質の濃度を測定する化学センサが提案されてい
る。（K. Matsubara, S. Kawata and S. Minami, "Opti
calchemical sensor based on surface plasmon measur
ement," Appl. Opt. 27 1160-1163 (1988)）このセンサ
は、化学物質濃度によって被検物自体の屈折率が変化す
ることを利用し、この屈折率変化を光励起表面プラズモ
ンによって検出する。しかし、本センサは温度や圧力な
どの外的影響を受けやすく、被検物中の化学物質、化学
量の選択性が無いという問題がある。
【０００５】他に光励起表面プラズモンを応用したセン
サとして、蛋白質の抗原検出センサが実用化されてい
る。（例えば、ファルマシア社製BIAcore）表面プラズ
モンセンサのセンサ面上に有機薄膜がコートされてい
て、その薄膜中に抗体が固定されている。固定された抗
体と被検物中の抗原とが選択的に結合する。抗原抗体結
合時の有機薄膜の屈折率変化を表面プラズモン共鳴を用
いて測定する。この表面プラズモンセンサは有機薄膜部
の屈折率変化を測定しているため、温度や圧力などの影
響を受けやすいという問題がある。また、抗原抗体反応
を用いているため、蛋白質以外の化学物質は検出できな
い。
サとして、蛋白質の抗原検出センサが実用化されてい
る。（例えば、ファルマシア社製BIAcore）表面プラズ
モンセンサのセンサ面上に有機薄膜がコートされてい
て、その薄膜中に抗体が固定されている。固定された抗
体と被検物中の抗原とが選択的に結合する。抗原抗体結
合時の有機薄膜の屈折率変化を表面プラズモン共鳴を用
いて測定する。この表面プラズモンセンサは有機薄膜部
の屈折率変化を測定しているため、温度や圧力などの影
響を受けやすいという問題がある。また、抗原抗体反応
を用いているため、蛋白質以外の化学物質は検出できな
い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、化学物質あ
るいは化学量を選択的に、かつ高感度に検出する、測定
環境の変化に強い、インプロセス使用可能な、化学セン
サを実現することを課題とする。
るいは化学量を選択的に、かつ高感度に検出する、測定
環境の変化に強い、インプロセス使用可能な、化学セン
サを実現することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、気体または液体の被検物を接触させ
る、被検物と呈色反応を起こす試薬を含む薄膜と、この
薄膜に接する金属薄膜との２つの薄膜層を被着した面を
有する高屈折率プリズムを用い呈色試薬を含む薄膜面を
被検物に接触させて、被検物と試薬との呈色反応による
薄膜の吸収変化を表面プラズマ波による吸光度増感法に
より測定することを特徴とする。
に、本発明では、気体または液体の被検物を接触させ
る、被検物と呈色反応を起こす試薬を含む薄膜と、この
薄膜に接する金属薄膜との２つの薄膜層を被着した面を
有する高屈折率プリズムを用い呈色試薬を含む薄膜面を
被検物に接触させて、被検物と試薬との呈色反応による
薄膜の吸収変化を表面プラズマ波による吸光度増感法に
より測定することを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明のセンサの構造を第１図に示す。本発明
のセンサは、高屈折率プリズム（１）の表面に表面プラ
ズマ振動を励起しうる金属薄膜（２）をコートしてあ
る。この金属薄膜の表面に、呈色試薬を混入させた薄膜
（３）（以後この薄膜をセンサ膜と呼ぶ）をコートす
る。被検物（４）はセンサ膜（３）に接触させる。
のセンサは、高屈折率プリズム（１）の表面に表面プラ
ズマ振動を励起しうる金属薄膜（２）をコートしてあ
る。この金属薄膜の表面に、呈色試薬を混入させた薄膜
（３）（以後この薄膜をセンサ膜と呼ぶ）をコートす
る。被検物（４）はセンサ膜（３）に接触させる。
【０００９】第１図に示したセンサ構造において、プリ
ズム（１）側から金属表面に向かって臨界角を超えるあ
る角度で光を入射させ、プリズム（１）の金属薄膜
（２）に接した面外にエバネッセント波を作り、金属薄
膜（２）とセンサ膜（３）の境界面に表面プラズマ波を
励起する。
ズム（１）側から金属表面に向かって臨界角を超えるあ
る角度で光を入射させ、プリズム（１）の金属薄膜
（２）に接した面外にエバネッセント波を作り、金属薄
膜（２）とセンサ膜（３）の境界面に表面プラズマ波を
励起する。
【００１０】高屈折率プリズム（１）上にコートされた
金属薄膜（２）の膜厚は、上記の屈折率測定用表面プラ
ズモンセンサと比べ、十分に薄くする。金属薄膜（２）
の膜厚が十分に薄いため、表面プラズマ波の作る電場が
プリズム（１）中にしみだし、プリズム（１）中の反射
光と結合し、表面プラズマ波のエネルギーを再放出する
ことができる。この再放出された光は、反射光の一部と
してプリズム（１）から射出される。センサ膜（３）中
の試薬が呈色反応を起こさないときは、この反射光が測
定される。
金属薄膜（２）の膜厚は、上記の屈折率測定用表面プラ
ズモンセンサと比べ、十分に薄くする。金属薄膜（２）
の膜厚が十分に薄いため、表面プラズマ波の作る電場が
プリズム（１）中にしみだし、プリズム（１）中の反射
光と結合し、表面プラズマ波のエネルギーを再放出する
ことができる。この再放出された光は、反射光の一部と
してプリズム（１）から射出される。センサ膜（３）中
の試薬が呈色反応を起こさないときは、この反射光が測
定される。
【００１１】被検物中の化学物質あるいは被検物の化学
量によって、センサ膜（３）中の試薬呈色反応を起こし
た場合を考える。この呈色反応によって、センサ膜
（３）が入射光の波長において吸収をもつと、表面プラ
ズマ波が作る電場がセンサ膜（３）中で吸収される。そ
のため、表面プラズマ波はダンピングを受けて、呈色反
応を示さないときよりも、その強度が減衰する。その結
果、反射光として再放出される光のエネルギーが減少
し、測定される反射光強度が減少する。本発明のセンサ
では、この反射率変化から試薬の呈色状態を観察し、被
検物中の化学物質の検出、化学量の測定を行なう。
量によって、センサ膜（３）中の試薬呈色反応を起こし
た場合を考える。この呈色反応によって、センサ膜
（３）が入射光の波長において吸収をもつと、表面プラ
ズマ波が作る電場がセンサ膜（３）中で吸収される。そ
のため、表面プラズマ波はダンピングを受けて、呈色反
応を示さないときよりも、その強度が減衰する。その結
果、反射光として再放出される光のエネルギーが減少
し、測定される反射光強度が減少する。本発明のセンサ
では、この反射率変化から試薬の呈色状態を観察し、被
検物中の化学物質の検出、化学量の測定を行なう。
【００１２】本発明では、金属薄膜が十分に薄いため、
前記の表面プラズモンからの反射光への再放出が起き
る。このため、一般に薄膜の吸収測定に用いられている
全反射減衰法や透過吸収測定法に比べ、高感度なセンサ
膜の吸光度測定が可能である。
前記の表面プラズモンからの反射光への再放出が起き
る。このため、一般に薄膜の吸収測定に用いられている
全反射減衰法や透過吸収測定法に比べ、高感度なセンサ
膜の吸光度測定が可能である。
【００１３】本発明のセンサでは、センサ膜（３）に測
定対象（化学物質、pH）に対して呈色反応を起こす試薬
を混入させている。そのため、多種にわたる物質の検
出、化学量の測定において選択性を有する。さらに、セ
ンサ膜（３）での吸収は、温度や圧力による変化がほと
んどないので、屈折率を測定する表面プラズモンセンサ
に比べ、測定環境の影響を受けにくい。
定対象（化学物質、pH）に対して呈色反応を起こす試薬
を混入させている。そのため、多種にわたる物質の検
出、化学量の測定において選択性を有する。さらに、セ
ンサ膜（３）での吸収は、温度や圧力による変化がほと
んどないので、屈折率を測定する表面プラズモンセンサ
に比べ、測定環境の影響を受けにくい。
【００１４】
【実施例】本発明の表面プラズモン化学センサの実施例
を第２図に示す。本実施例は、高屈折率プリズム
（１）、金属薄膜（２）、センサ膜（３）、レーザー
（５）、および光電検出器（６）で構成される。
を第２図に示す。本実施例は、高屈折率プリズム
（１）、金属薄膜（２）、センサ膜（３）、レーザー
（５）、および光電検出器（６）で構成される。
【００１５】レーザー（５）から発したビームを高屈折
率プリズム（１）に入射させ、金属薄膜（２）表面を照
射する。レーザービームの金属薄膜（２）表面への入射
角度は、金属薄膜（２）とセンサ膜（３）の境界面に表
面プラズモンが励起される角度に設定しておく。プリズ
ム（１）から射出される反射光の強度変化を光電検出器
（６）で測定する。
率プリズム（１）に入射させ、金属薄膜（２）表面を照
射する。レーザービームの金属薄膜（２）表面への入射
角度は、金属薄膜（２）とセンサ膜（３）の境界面に表
面プラズモンが励起される角度に設定しておく。プリズ
ム（１）から射出される反射光の強度変化を光電検出器
（６）で測定する。
【００１６】本実施例では高屈折率プリズム（１）とし
てSF10ガラスのプリズムを用いている。本プリズムの波
長632.8nmの光に対する屈折率は1.74である。このほか
にもサファイアガラス、LaSFN17ガラスなどの高屈折率
を有する材料で作られたプリズムを使用可能である。本
高屈折率プリズム（１）には、銀の金属薄膜（２）がコ
ートされている。銀以外にも金など、測定に用いる光源
の波長において表面プラズモンを励起できる金属の使用
可能である。センサ膜（３）として有機薄膜が用いられ
る。本実施例では、膜厚100nmのポリメチルメタクリレ
ートを用いている。この構成では、センサ膜（３）の吸
収を高感度に測定できる最適な銀の膜厚は52nmである。
このセンサ膜（３）には、リトマス試薬を含ませてい
る。この実施例によって被検物のpHの検出ができる。こ
の呈色反応には可逆性があるので、複数の測定や、イン
プロセスのモニターにも使用可能である。
てSF10ガラスのプリズムを用いている。本プリズムの波
長632.8nmの光に対する屈折率は1.74である。このほか
にもサファイアガラス、LaSFN17ガラスなどの高屈折率
を有する材料で作られたプリズムを使用可能である。本
高屈折率プリズム（１）には、銀の金属薄膜（２）がコ
ートされている。銀以外にも金など、測定に用いる光源
の波長において表面プラズモンを励起できる金属の使用
可能である。センサ膜（３）として有機薄膜が用いられ
る。本実施例では、膜厚100nmのポリメチルメタクリレ
ートを用いている。この構成では、センサ膜（３）の吸
収を高感度に測定できる最適な銀の膜厚は52nmである。
このセンサ膜（３）には、リトマス試薬を含ませてい
る。この実施例によって被検物のpHの検出ができる。こ
の呈色反応には可逆性があるので、複数の測定や、イン
プロセスのモニターにも使用可能である。
【００１７】
【発明の効果】外的要因の影響を受けにくく、インプロ
セスで高感度に化学物質検出や化学量測定可能な化学セ
ンサを実現することができる。
セスで高感度に化学物質検出や化学量測定可能な化学セ
ンサを実現することができる。
【図１】本発明の化学センサの原理を示す図である。
【図２】本発明の化学センサの実施例を示す図である。
１ 高屈折率プリズム ２ 金属薄膜 ３ センサ膜 ４ 被検物 ５ レーザー ６ 光電検出器 １５ 入射光 １６ 反射光 １７ 表面プラズモン １８ 呈色試薬
Claims (3)
- 【請求項１】 レーザー光源と、 気体または液体の被検物を接触させる、被検物と呈色反
応を起こす試薬を含む薄膜と、この薄膜に接する金属薄
膜との２つの薄膜層を被着した面を有する高屈折率プリ
ズムと、 前記レーザーからの光が高屈折率プリズムに入射し、金
属薄膜面で反射した光強度を検出する光電検出器とを有
することを特徴とする化学センサ。 - 【請求項２】 前記レーザー光源は、発光ダイオード
と、発光ダイオードからのビームをコリメートする光学
系とである、請求項１に記載の化学センサ。 - 【請求項３】 前記レーザー光源は、半導体レーザー
と、半導体レーザーからのビームをコリメートする光学
系とである、請求項１に記載の化学センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24898592A JPH06102184A (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 化学センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24898592A JPH06102184A (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 化学センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06102184A true JPH06102184A (ja) | 1994-04-15 |
Family
ID=17186315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24898592A Pending JPH06102184A (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 化学センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06102184A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014171372A1 (ja) * | 2013-04-18 | 2014-10-23 | 国立大学法人横浜国立大学 | ガス検出装置、ガス検出方法、及び光学部品 |
-
1992
- 1992-09-18 JP JP24898592A patent/JPH06102184A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014171372A1 (ja) * | 2013-04-18 | 2014-10-23 | 国立大学法人横浜国立大学 | ガス検出装置、ガス検出方法、及び光学部品 |
| JP2014211362A (ja) * | 2013-04-18 | 2014-11-13 | 国立大学法人横浜国立大学 | ガス検出装置、ガス検出方法、及び光学部品 |
| US9791366B2 (en) | 2013-04-18 | 2017-10-17 | National University Corporation Yokoham National University | Gas detector, gas detection method and optical component |
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