JPH0772081A - Measuring apparatus for co2 concentration - Google Patents

Measuring apparatus for co2 concentration

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JPH0772081A
JPH0772081A JP21760393A JP21760393A JPH0772081A JP H0772081 A JPH0772081 A JP H0772081A JP 21760393 A JP21760393 A JP 21760393A JP 21760393 A JP21760393 A JP 21760393A JP H0772081 A JPH0772081 A JP H0772081A
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JP
Japan
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sensor
optical waveguide
slab optical
concentration
light
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Pending
Application number
JP21760393A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kinichi Tsunoda
欣一 角田
Hideo Akaiwa
英夫 赤岩
Hirobumi Mizuno
博文 水野
Takeshi Sato
猛 佐藤
Hirofumi Akano
裕文 赤野
Kichiya Kawamura
吉也 川村
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Nakano Vinegar Co Ltd
Original Assignee
Nakano Vinegar Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0772081A publication Critical patent/JPH0772081A/en
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Abstract

PURPOSE:To achieve the miniaturization and the detection with high sensitivity by holding a pH-sensitive pigment having an ion pair at a phase-transfer catalyst on the surface of a slab optical waveguide. CONSTITUTION:A polymer film including a pH-sensitive pigment (methacresol purple) having an ion pair formed at a phase-transfer catalyst is held on the surface of a slab optical waveguide manufactured by processing a soft glass slide by a thermal ion-exchange method, thereby, a CO2 sensor 1 is formed. Laser light from a light source 3 is guided into the sensor 1 via a polarizing plate 4 and a prism 5. On the other hand, a sample and air are sent to the sensor 1 from a CO2 injector 9 and an air injector 10. CO2 in the sample interacts with the responding methacresol purple, and then is projected out from a prism 6. At this time, a reducing amount of absorbance is changed by a concentration of CO2, which is detected by a photodiode 7. Accordingly, the concentration of CO2 is detected with high sensitivity through a linear response.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、CO2 濃度測定装置に
関し、更に詳しくはスラブ光導波路を使用してCO2
度を測定する装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CO 2 concentration measuring device, and more particularly to a device for measuring CO 2 concentration using a slab optical waveguide.

【0002】[0002]

【従来の技術】CO2 濃度測定装置は、施設園芸、防災
用、工業用、炭酸飲料中の炭酸ガス濃度の計測など、炭
酸ガス濃度を計測、制御する場所及び装置において利用
されている。従来、これらの用途に使用するCO2 濃度
測定装置としては、非分散赤外線吸収分析計や隔膜式ガ
ラス電極分析計が知られている。前者は、炭酸ガス分子
が赤外域において固有の波長の赤外線を吸収する現象を
利用するものであり、後者は、炭酸ガスが隔膜を透過し
て内部液に溶解するとき生じるpH変化を利用するもの
である。
2. Description of the Related Art CO 2 concentration measuring devices are used in places and devices for measuring and controlling carbon dioxide concentration, such as facility horticulture, disaster prevention, industrial use, and measurement of carbon dioxide concentration in carbonated beverages. Conventionally, as a CO 2 concentration measuring device used for these purposes, a non-dispersive infrared absorption analyzer and a diaphragm type glass electrode analyzer have been known. The former utilizes the phenomenon that carbon dioxide molecules absorb infrared rays of a specific wavelength in the infrared region, and the latter utilizes the pH change that occurs when carbon dioxide permeates the diaphragm and dissolves in the internal liquid. Is.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】近年、空調や環境分野
を中心にCO2 センサに対するニーズが高まっており、
特に、選択性が高く、高感度測定を短時間で行うことが
できる、小型で低コストのCO2 センサが要求されてい
る。ところが、従来の非分散型赤外線吸収分析計は、高
価であると共に水蒸気や粉塵の影響を受けやすくフィル
タや除湿器等の前処理装置が必要であり、試料ガスを装
置内の試料室に吸引して測定する必要がある等、装置が
大がかりであって他の装置へ組み込むことが困難であ
る。また、雰囲気測定器として利用するには感度が低
く、装置の安定化に時間がかかるという問題がある。
In recent years, there has been a growing need for CO 2 sensors mainly in the air conditioning and environment fields.
In particular, there is a demand for a small-sized and low-cost CO 2 sensor which has high selectivity and can perform high-sensitivity measurement in a short time. However, the conventional non-dispersive infrared absorption analyzer is expensive and easily affected by water vapor and dust, and requires a pretreatment device such as a filter or a dehumidifier, and the sample gas is sucked into the sample chamber in the device. Therefore, it is difficult to incorporate the device into other devices because the device is large-scaled. Further, there is a problem that the sensitivity is low to use as an atmosphere measuring instrument and it takes time to stabilize the apparatus.

【0004】また、隔膜式ガラス電極分析計は、測定に
時間がかかる、感度が低く雰囲気測定が困難であるとい
う問題がある。本発明の目的は、上記従来装置の欠点を
克服した小型で高感度なCO2 センサを提供することに
ある。
Further, the diaphragm type glass electrode analyzer has problems that it takes a long time for measurement, its sensitivity is low and it is difficult to measure the atmosphere. An object of the present invention is to provide a small-sized and highly sensitive CO 2 sensor that overcomes the above-mentioned drawbacks of the conventional device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、スラブ光
導波路を応用することにより前記要求を満たすCO2
ンサを開発することに成功した。本発明のCO2 センサ
は、スラブ光導波路の表面に、相間移動触媒にイオン対
を形成させたpH感応性色素を担持させたものである。
相間移動触媒にイオン対を形成させたpH感応性色素は
高分子膜に含有させて担持させることができる。
The present inventors have succeeded in developing a CO 2 sensor satisfying the above requirements by applying a slab optical waveguide. The CO 2 sensor of the present invention has a slab optical waveguide carrying a pH-sensitive dye having a phase-transfer catalyst forming an ion pair on the surface thereof.
The pH-sensitive dye having an ion pair formed in the phase transfer catalyst can be supported by being contained in the polymer film.

【0006】pH感応性色素としては、例えばメタクレ
ゾールパープルを用いることができ、相間移動触媒とし
ては第4アンモニウム塩を用いることができる。スラブ
光導波路は、例えばスライドガラスを熱イオン交換法で
処理することにより作製したカリウムイオンスラブ光導
波路とすることができる。センサの感度は高分子膜に含
有させるpH感応性色素の濃度により調整することがで
き、センサの応答性は高分子膜の膜厚を薄くすることに
より向上することができる。
As the pH-sensitive dye, for example, metacresol purple can be used, and as the phase transfer catalyst, a quaternary ammonium salt can be used. The slab optical waveguide can be, for example, a potassium ion slab optical waveguide produced by treating a slide glass by a thermal ion exchange method. The sensitivity of the sensor can be adjusted by the concentration of the pH-sensitive dye contained in the polymer film, and the responsiveness of the sensor can be improved by reducing the film thickness of the polymer film.

【0007】本発明によるCO2 センサは小型で高感度
であるので、屋内施設等の空調機器、発酵装置、TOC
計等様々な装置に組み込んで利用することができる。ま
た、炭酸飲料中の炭酸ガス濃度の測定や防災用等、炭酸
ガス濃度を制御、計測する種々の設備において幅広い利
用が可能である。また、本発明によるCO2 センサはス
ラブ光導波路により発生するエバネッセント波を利用し
ているため、光導波路上の高分子膜に不透明な膜を重畳
させても測定には影響がない。そのため、高分子膜上に
炭酸ガス透過膜を重畳させることが可能である。このこ
とにより、高分子膜が保護され、しかも選択的に炭酸ガ
スを検知することが可能になるため、例えば、SOx,
NOxの存在下での炭酸ガスの選択的測定や、湿気の多
いところはもちろんのこと、水中の炭酸ガス濃度の測定
も可能である。また、粉塵の影響も回避できる。
Since the CO 2 sensor according to the present invention is small and has high sensitivity, it can be used for air conditioning equipment in indoor facilities, fermentation equipment, TOC, etc.
It can be used by incorporating it into various devices such as a meter. Further, it can be widely used in various facilities for controlling and measuring the carbon dioxide concentration in carbonated drinks such as for measuring the carbon dioxide concentration and for disaster prevention. Further, since the CO 2 sensor according to the present invention utilizes the evanescent wave generated by the slab optical waveguide, superimposing an opaque film on the polymer film on the optical waveguide does not affect the measurement. Therefore, it is possible to superimpose the carbon dioxide gas permeable film on the polymer film. This protects the polymer film and enables selective detection of carbon dioxide gas.
It is possible to selectively measure carbon dioxide gas in the presence of NOx and to measure carbon dioxide concentration in water as well as in humid places. Also, the influence of dust can be avoided.

【0008】[0008]

【作 用】スラブ光導波路は、ガラスなどの誘電体基板
の表面に基板よりもわずかに屈折率が高く、膜厚が光波
長オーダーの薄膜を形成することによって、光をこの高
屈折率膜内に閉じこめて導波させるものである。光は導
波路表面で全反射するが、このとき表面から波長の十分
の一程度にじみ出ながら進んでいく。この漏れ出る光、
すなわちエバネッセント波を利用して高分子膜中に含有
させたメタクレゾールパープルの変化を分光学的に検出
することによりCO2 濃度を測定することができる。こ
の方法によると、同様な原理に基づく赤外線利用のAT
R法(全反射吸収法)に比べて有効光路長を2〜3桁長
くすることができ、高感度な測定を行うことができる。
[Operation] In the slab optical waveguide, by forming a thin film on the surface of a dielectric substrate such as glass that has a slightly higher refractive index than the substrate and the film thickness is on the order of the wavelength of light, It confines and guides light. The light is totally reflected on the surface of the waveguide, but at this time, it travels while bleeding out from the surface to about one tenth of the wavelength. This leaking light,
That is, the CO 2 concentration can be measured by spectroscopically detecting the change of meta-cresol purple contained in the polymer film using the evanescent wave. According to this method, an AT using infrared rays based on a similar principle
Compared with the R method (total reflection absorption method), the effective optical path length can be increased by 2 to 3 digits, and highly sensitive measurement can be performed.

【0009】[0009]

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。 〔実施例1〕本発明によるCO2 センサの製造方法につ
いて説明する。まず、軟質ガラス性スライドに熱イオン
交換法によりK+ をドーピングして、スラブ光導波路を
作製する。すなわち、縦横約2×7cmで、厚さ約2m
mの軟質ガラスからなるスライドガラスを、溶融した硝
酸カリウム(99.9%)に浸し、そのまま400℃に
加熱した電気炉に入れる。30分放置後、電気炉から硝
酸カリウム液に浸ったスライドガラスを取り出し、10
分程度室温で風乾した後、イオン交換水で水洗する。こ
のようにして、スライドガラス中のNa+ イオンをK+
イオンに置換し、スライドガラスの表面付近にK+ が豊
富で高屈折率の層を厚さ約1〜5μm、好ましくは約1
〜2μm形成する。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. [Example 1] A method for manufacturing a CO 2 sensor according to the present invention will be described. First, a soft glass slide is doped with K + by a thermal ion exchange method to produce a slab optical waveguide. That is, it is about 2 x 7 cm in length and width, and about 2 m in thickness.
A glass slide made of soft glass of m is dipped in molten potassium nitrate (99.9%) and placed in an electric furnace heated to 400 ° C. as it is. After leaving it for 30 minutes, remove the slide glass soaked in the potassium nitrate solution from the electric furnace and set it to 10
After air-drying at room temperature for about a minute, it is washed with deionized water. In this way, the Na + ions in the slide glass are K +
A layer having a high refractive index of K + and having a thickness of about 1 to 5 μm, preferably about 1 is substituted in the vicinity of the surface of the slide glass by substituting with ions.
˜2 μm formed.

【0010】次に、このようにして作製したスライドガ
ラス製スラブ光導波路表面へ、以下のようにして、相間
移動触媒にイオン対を形成させたpH応答性色素を含む
高分子膜を担持し、CO2 センサを作製する。ここで
は、pH応答性色素としてメタクレゾールパープルを使
用する例を説明する。すなわち、下記の溶液を1m
l、溶液を1ml、溶液を10gとリン酸トリブチ
ル1mlを混合し、この混合溶液を光導波路上に少量
(2〜3滴)たらし、もう1枚のスライドガラスとの間
に挟み込み、均一の膜としたあと、2〜3時間室温にて
放置し、溶媒を蒸発させた。スライドガラスにより挟み
込む強さを変えることにより、約1〜50μmの種々の
厚さの膜を作製した。膜厚はマイクロメーターで測定し
た。
Next, on the surface of the slide glass slab optical waveguide thus prepared, a polymer film containing a pH-responsive dye having an ion pair formed on a phase transfer catalyst is carried as follows, Create a CO 2 sensor. Here, an example in which meta-cresol purple is used as the pH-responsive dye will be described. That is, 1m of the following solution
l, 1 ml of the solution, 10 g of the solution and 1 ml of tributyl phosphate were mixed, a small amount (2 to 3 drops) of this mixed solution was placed on the optical waveguide, and it was sandwiched with another slide glass to obtain a uniform solution. After forming a film, it was left at room temperature for 2-3 hours to evaporate the solvent. By changing the sandwiching strength with the slide glass, films with various thicknesses of about 1 to 50 μm were prepared. The film thickness was measured with a micrometer.

【0011】溶液:0.5Mトリオクチルメチルアン
モニウムヒドロキシドメタノール溶液。 0.5Mトリオクチルメチルアンモニウムクロリド(カ
プリコート)メタノール溶液10mlにwet酸化銀を
入れ陰イオン交換し、ろ過したろ液。
Solution: 0.5 M trioctylmethylammonium hydroxide methanol solution. A filtrate obtained by adding wet silver oxide to 10 ml of a 0.5 M trioctylmethylammonium chloride (capricoat) methanol solution, anion-exchanged, and filtered.

【0012】溶液:メタクレゾールパープル溶液。 溶液1mlに0.012gのメタクレゾールパープル
(和光純薬製)を溶かし、更に2.5mlのメタノール
を加えたもの。 溶液:エチルセルロース溶液 エタノール20mlとトルエン80mlの混合溶液に1
0gのエチルセルロースを溶かしたもの。
Solution: Metacresol purple solution. A solution prepared by dissolving 0.012 g of meta-cresol purple (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) in 1 ml of the solution and further adding 2.5 ml of methanol. Solution: Ethylcellulose solution 1 in a mixed solution of 20 ml of ethanol and 80 ml of toluene
A solution of 0 g of ethyl cellulose.

【0013】相間移動触媒は、イオン等をポリマーや可
塑剤等の有機層へ移動させる際の触媒として使用される
ものである。本実施例の場合、イオン対を形成している
相間移動触媒であるトリオクチルメチルアンモニウムイ
オンQ+ と脱プロトン化されたメタクレゾールパープル
-にCO2 を作用させると、下式に示されるように、
CO2 はHCO3 -としてトリオクチルメチルアンモニウ
ムイオンQ+ とイオン対を形成するようになる。その
際、脱プロトン化されたメタクレゾールパープルD-
プロトン化され、青色から黄色へと色の変化が起こる。 [Q+-・xH2O]+CO2 ←→[Q+HCO3 -・(x
−1)H2O・HD] 第4アンモニウム塩はアニオンを交換するのに優れた相
間移動触媒である。また、同じ第4アンモニウム塩であ
るゼフィラミンも相間移動触媒として同様に使用するこ
とができる。
The phase transfer catalyst is used as a catalyst for transferring ions or the like to an organic layer such as a polymer or a plasticizer. In the case of the present embodiment, when CO 2 is allowed to act on the deprotonated meta-cresol purple D and the trioctylmethylammonium ion Q + which is the phase transfer catalyst forming an ion pair, as shown in the following formula. To
CO 2 forms an ion pair with trioctylmethylammonium ion Q + as HCO 3 . At that time, the deprotonated meta-cresol purple D is protonated and the color changes from blue to yellow. [Q + D - · xH 2 O] + CO 2 ← → [Q + HCO 3 - · (x
-1) H 2 O · HD] The quaternary ammonium salt is an excellent phase transfer catalyst for exchanging anions. Zephyramine, which is the same quaternary ammonium salt, can also be used as a phase transfer catalyst.

【0014】〔実施例2〕上記のようにして作製したC
2 センサを組み込んだ本発明によるCO2 測定装置の
一実施例を図1に示す。本実施例においては、スライド
ガラスに形成されたスラブ光導波路を利用する上記CO
2 センサ1上に、FEP(フロロエチレンプロピレン)
製のスペーサを介してPTFE(ポリテトラフルオロエ
チレン)製のカバーをピンチコック又は止めネジにて圧
着させることによって光路長18mmのPTFE製フロ
ーセル2を作製した。光源3には、発振波長が632.
8nmのHe−Neレーザーを用いた。レーザー光は偏
光板4によって偏光された後、プリズム5によってスラ
ブ光導波路を利用したCO2 センサ1に導入され、試料
中のCO2 に応答したメタクレゾールパープルと相互作
用した後、プリズム6から出射してフォトダイオード7
により検出される。8は検流計である。
Example 2 C produced as described above
An embodiment of a CO 2 measuring device according to the present invention incorporating an O 2 sensor is shown in FIG. In this embodiment, the CO using the slab optical waveguide formed on the slide glass is used.
2 On the sensor 1, FEP (fluoroethylene propylene)
A PTFE (polytetrafluoroethylene) cover was pressure-bonded with a pinch cock or a set screw through a spacer made of, to prepare a PTFE flow cell 2 having an optical path length of 18 mm. The light source 3 has an oscillation wavelength of 632.
An 8 nm He-Ne laser was used. The laser light is polarized by the polarizing plate 4, introduced into the CO 2 sensor 1 using the slab optical waveguide by the prism 5, interacts with meta-cresol purple in the sample in response to CO 2 , and then exits from the prism 6. Then photodiode 7
Detected by. 8 is a galvanometer.

【0015】本実施例では、高分子膜の膜厚を5μmと
した。図1のように装置を組み立てた後、試料を流通さ
せない状態で測光し、光導波路および高分子膜の均一性
を担保するため、フォトダイオード7のベース電流値が
100nA以上あるセンサを選択して使用する。高分子
膜中のメタクレゾールパープルは陰イオンとして存在
し、青色を示すが、前述のようにCO2 が存在すると黄
色となる。そのため、632.8nmの光は導波路中を
透過しやすくなり、吸光度が減少する。
In this embodiment, the thickness of the polymer film is 5 μm. After assembling the device as shown in FIG. 1, photometry is performed without flowing the sample, and in order to ensure the uniformity of the optical waveguide and the polymer film, a sensor having a base current value of 100 nA or more for the photodiode 7 is selected. use. Meta-cresol purple in the polymer film exists as an anion and exhibits a blue color, but becomes yellow when CO 2 is present as described above. Therefore, the light of 632.8 nm is easily transmitted through the waveguide, and the absorbance is reduced.

【0016】前記した装置にてCO2 の測定を行った。
試料はCO2 標準ガス(ジーエルサイエンス製)を窒素
ガスによって種々の濃度に希釈したものを使用し、CO
2 注入器9と空気注入器10から試料と空気を交互に送
ったところ、図2に示すような吸光度の変化が見られ
た。また、このときの吸光度減少量はCO2 濃度により
図3のように変化しており、CO2 濃度が0〜2%の範
囲で応答が直線的であって感度が良好であることがわか
る。
CO 2 was measured by the above-mentioned apparatus.
The sample used was a CO 2 standard gas (manufactured by GL Sciences) diluted with nitrogen gas to various concentrations.
2 When the sample and the air were alternately sent from the injector 9 and the air injector 10, a change in absorbance as shown in FIG. 2 was observed. Further, the amount of decrease in absorbance at this time varies depending on the CO 2 concentration as shown in FIG. 3, and it can be seen that the response is linear and the sensitivity is good in the CO 2 concentration range of 0 to 2%.

【0017】次に、メタクレゾールパープル濃度を10
倍にした高分子膜を用いてセンサを作製し、同様の測定
を行ったところ図4に示す結果が得られた。図中、白丸
は前記溶液を使用して高分子膜を作製したセンサの応
答を、黒丸は前記溶液に加えるメタクレゾールパープ
ルを0.12gとしたセンサの応答を示す。図4は、吸
光度の応答がメタクレゾールパープル濃度に比例するこ
とを示しており、メタクレゾールパープル濃度を変化さ
せることによりセンサの感度を調節することが可能であ
る。
Next, the concentration of meta-cresol purple was set to 10
When a sensor was prepared using the doubled polymer film and the same measurement was performed, the results shown in FIG. 4 were obtained. In the figure, the white circles show the response of the sensor in which the polymer film was prepared using the solution, and the black circles show the response of the sensor when the metacresol purple added to the solution was 0.12 g. FIG. 4 shows that the absorbance response is proportional to the concentration of meta-cresol purple, and it is possible to adjust the sensitivity of the sensor by changing the concentration of meta-cresol purple.

【0018】さらに、上記方法に従い、膜厚が2μmと
45μmの2種類の高分子膜を作製し、吸光度の変化が
ピークの63.2%になるまでの反応時間の変化を調べ
た。図5に、その結果を示す。膜厚2μmのセンサの応
答時間は、膜厚45μmのセンサの応答時間に比べて1
0分の1以下であった。本発明は、エバネッセント波を
利用しているため高分子膜の膜厚は理論的には100n
m程度で十分であり、実際フィルムの厚さによる感度へ
の影響は見られなかった。従って、スラブ光導波路上に
形成する高分子膜を薄くすれば、応答性の良いセンサを
作ることができる。
Further, according to the above method, two kinds of polymer films having a film thickness of 2 μm and a film thickness of 45 μm were prepared, and the change of the reaction time until the change of the absorbance reached 63.2% of the peak was examined. The result is shown in FIG. The response time of the sensor with a film thickness of 2 μm is 1
It was 1/0 or less. In the present invention, since the evanescent wave is used, the film thickness of the polymer film is theoretically 100 n.
About m is sufficient, and the actual thickness of the film did not affect the sensitivity. Therefore, if the polymer film formed on the slab optical waveguide is thinned, a sensor with good responsiveness can be manufactured.

【0019】また、pH応答色素として本発明で採用し
たメタクレゾールパープル以外にブロモチモールブルー
及びブロモチモゾールグリーンを用いて同様にCO2
ンサを作製したところ、CO2 を注入すると、逆に吸光
度が上昇したり、応答がなかったりして測定不能であっ
た。本実施例では、スラブ光導波路をスライドガラス上
に形成し、スラブ光導波路と光線との結合をプリズムに
よって行ったが、スラブ光導波路を形成するガラス基体
は必ずしもスライドガラスである必要はない。また、ス
ラブ光導波路と光線の光結合部、すなわち入出射部はプ
リズムの他にも種々の手段が考えられる。その一例を図
6に示す。
Further, when a CO 2 sensor was prepared in the same manner by using bromothymol blue and bromothymosol green in addition to the meta-cresol purple adopted in the present invention as the pH responsive dye, when CO 2 was injected, the absorbance was reversed. It could not be measured because it rose or there was no response. In this embodiment, the slab optical waveguide is formed on the slide glass, and the slab optical waveguide and the light beam are coupled by the prism. However, the glass substrate forming the slab optical waveguide does not necessarily have to be the slide glass. In addition to the prism, various means can be considered for the optical coupling portion of the slab optical waveguide and the light beam, that is, the input / output portion. An example thereof is shown in FIG.

【0020】図6(a)は、スラブ光導波路11の端面
に直接光ファイバー12を接続した例である。この接続
は、接着剤によって行う。光ファイバーを用いた場合に
は、光源及び光検出器とCO2 センサの位置関係を自由
に設定することができる利点がある。図6(b)は、ス
ラブ光導波路とプリズムを一体化した例である。すなわ
ち、比較的厚いガラス基体14の一方の表面にスラブ光
導波路11を形成し、ガラスの両端を斜めにカットして
光入出射部とする例である。図6(c)は、スラブ光導
波路11の表面にホログラフィック干渉法(西原浩著
「光集積回路」オーム社、第215頁〜第220頁、昭
和62年6月20日発行)を利用してグレーティング1
6を形成し、それを光入出射部とするものである。グレ
ーティング16をガラス基体表面に上記の方法で形成
し、さらに光導波層を積層することによって、図6
(d)のように、ガラス基体とスラブ光導波路の界面に
形成することも可能である。この場合には、スラブ光導
波路11が形成されている面とは反対側の面からガラス
基体に光線を入射させる。
FIG. 6A shows an example in which the optical fiber 12 is directly connected to the end face of the slab optical waveguide 11. This connection is made with an adhesive. When an optical fiber is used, there is an advantage that the positional relationship between the light source and the photodetector and the CO 2 sensor can be freely set. FIG. 6B shows an example in which the slab optical waveguide and the prism are integrated. That is, this is an example in which the slab optical waveguide 11 is formed on one surface of a relatively thick glass substrate 14 and both ends of the glass are obliquely cut to form a light incident / emission portion. FIG. 6 (c) shows that the surface of the slab optical waveguide 11 is subjected to holographic interferometry (Hiroshi Nishihara, “Optical Integrated Circuits”, Ohmsha, Ltd., pages 215 to 220, issued June 20, 1987). Grating 1
6 is formed and used as a light incident / emission part. By forming the grating 16 on the surface of the glass substrate by the above method and further laminating an optical waveguide layer, the structure shown in FIG.
It is also possible to form it at the interface between the glass substrate and the slab optical waveguide as in (d). In this case, light rays are made incident on the glass substrate from the surface opposite to the surface on which the slab optical waveguide 11 is formed.

【0021】また、本発明のセンサは、基本的にはフロ
ーセルを使用しなくともCO2 の測定が可能である。例
えば、図6(a)に示したように、光ファイバーで接続
された本発明によるCO2 センサを炭酸ガス雰囲気内に
設置するだけで、高分子膜内のpH応答が行われ、雰囲
気内での炭酸ガスをモニタリングすることができる。さ
らに本発明によるCO2 センサを用いれば、化学情報の
取り込みから分光などの情報処理までを1チップ上で実
現する集積型センサの構築が可能である。
Further, the sensor of the present invention can basically measure CO 2 without using a flow cell. For example, as shown in FIG. 6 (a), the CO 2 sensor according to the present invention connected by an optical fiber is simply placed in a carbon dioxide gas atmosphere to cause a pH response in the polymer film, and Carbon dioxide can be monitored. Furthermore, by using the CO 2 sensor according to the present invention, it is possible to construct an integrated sensor that realizes from the acquisition of chemical information to the information processing such as spectroscopy on one chip.

【0022】[0022]

【発明の効果】スラブ光導波路を利用した本発明のCO
2 センサは、非常にコンパクトであり低コストで製作可
能であるので他の装置へ組み込んで利用するのに適す
る。また、応答が速く、高感度であって、試料ガスの吸
引や注入を必要とせず雰囲気中のCO2 濃度を測定する
ことが可能である。さらに、センサ表面にCO2 透過膜
を設けることにより液体中のCO2 濃度を直接測定する
ことが可能となる。
The CO of the present invention utilizing a slab optical waveguide
The 2 sensor is very compact and can be manufactured at low cost, so it is suitable to be used by incorporating it into other devices. Further, the response is fast and the sensitivity is high, and it is possible to measure the CO 2 concentration in the atmosphere without the need to suck or inject the sample gas. Furthermore, by providing a CO 2 permeable film on the sensor surface, it becomes possible to directly measure the CO 2 concentration in the liquid.

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

【図1】本発明の一実施例によるCO2 濃度測定装置の
構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram of a CO 2 concentration measuring device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明によるスラブ光導波路センサのCO2
の応答を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a response of a slab optical waveguide sensor according to the present invention to CO 2 .

【図3】CO2 濃度と吸光度減少量の関係を示す図。FIG. 3 is a graph showing the relationship between CO 2 concentration and absorbance decrease amount.

【図4】高分子膜中の色素濃度と吸光度応答の関係を示
す図。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a dye concentration in a polymer film and an absorbance response.

【図5】高分子膜の膜厚と応答時間の関係を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a film thickness of a polymer film and a response time.

【図6】スラブ光導波路の光結合部の例を示す図。FIG. 6 is a diagram showing an example of an optical coupling portion of a slab optical waveguide.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 スラブ光導波路が形成されたスライドガラス 2 フローセル 3 レーザー光源 4 偏光板 5,6 プリズム 7 フォトダイオード 8 検流計 9 CO2 注入器 10 空気注入器 11 スラブ光導波路 12 光ファイバー 14 ガラス基体 16 グレーティング1 Slide glass on which a slab optical waveguide is formed 2 Flow cell 3 Laser light source 4 Polarizing plate 5,6 Prism 7 Photodiode 8 Galvanometer 9 CO 2 injector 10 Air injector 11 Slab optical waveguide 12 Optical fiber 14 Glass substrate 16 Grating

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤野 裕文 愛知県半田市有脇町2−46−28 (72)発明者 川村 吉也 愛知県江南市古知野町古渡132 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Hirofumi Akano 2-46-28 Ariwaki-cho, Handa-shi, Aichi (72) Inventor Yoshiya Kawamura 132 Furuwata, Kochino-cho, Konan-shi, Aichi

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スラブ光導波路を使用してCO2 を測定
することを特徴とするCO2 センサ。
1. A CO 2 sensor for measuring CO 2 using a slab optical waveguide.
【請求項2】 スラブ光導波路の表面に、相間移動触媒
にイオン対を形成させたpH感応性色素を担持させたこ
とを特徴とするCO2 センサ。
2. A CO 2 sensor, wherein a pH-sensitive dye having an ion pair formed on a phase transfer catalyst is carried on the surface of a slab optical waveguide.
【請求項3】 スラブ光導波路の表面に、相間移動触媒
にイオン対を形成させたメタクレゾールパープルを担持
させたことを特徴とするCO2 センサ。
3. A CO 2 sensor characterized in that metacresol purple having an ion pair formed on a phase transfer catalyst is carried on the surface of a slab optical waveguide.
【請求項4】 前記相間移動触媒が第4アンモニウム塩
であることを特徴とする請求項3記載のCO2 センサ。
4. The CO 2 sensor according to claim 3, wherein the phase transfer catalyst is a quaternary ammonium salt.
【請求項5】 前記スラブ光導波路がカリウムイオンス
ラブ光導波路であることを特徴とする請求項1〜4のい
ずれか1項記載のCO2 センサ。
5. The CO 2 sensor according to claim 1, wherein the slab optical waveguide is a potassium ion slab optical waveguide.
【請求項6】 光源と、請求項1〜5のいずれかに記載
されたCO2 センサと、光検出器とを含み、前記光源か
らの光線を前記CO2 センサに入射させ、前記CO2
ンサから出射した光線の光強度を前記光検出器で検出す
ることを特徴とするCO2 濃度測定装置。
6. A light source, a CO 2 sensor according to claim 1, and a photodetector, wherein the light beam from the light source is incident on the CO 2 sensor, and the CO 2 sensor is provided. A CO 2 concentration measuring device, wherein the light intensity of the light beam emitted from the device is detected by the photodetector.
【請求項7】 前記光源と前記CO2 センサ及び前記C
2 センサと前記光検出器の間を光ファイバーで接続し
たことを特徴とする請求項6記載のCO2 濃度測定装
置。
7. The light source, the CO 2 sensor, and the C
The CO 2 concentration measuring device according to claim 6, wherein an O 2 sensor and the photodetector are connected by an optical fiber.
【請求項8】 前記CO2 センサは光入射部グレーティ
ング及び光出射部グレーティングを有し、前記光源から
の光線を前記光入射部グレーティングを介して前記CO
2 センサに入射させ、前記光出射部グレーティングから
出射した前記CO2 センサからの光線を前記光検出器で
検出することを特徴とする請求項6記載のCO2 濃度測
定装置。
8. The CO 2 sensor has a light incident portion grating and a light emitting portion grating, and a light beam from the light source is passed through the light incident portion grating to the CO 2 sensor.
7. The CO 2 concentration measuring device according to claim 6, wherein the light beam from the CO 2 sensor which is made incident on two sensors and emitted from the light emitting section grating is detected by the photodetector.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006098284A (en) * 2004-09-30 2006-04-13 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Mesoporous metal oxide complex glass waveguiding layer sensor, its manufacturing method, and gas sensor using it
WO2008062582A1 (en) * 2006-11-22 2008-05-29 Kabushiki Kaisha Atsumitec Hydrogen sensor and hydrogen gas detector
JP2008298771A (en) * 2007-05-02 2008-12-11 Ritsumeikan Total reflection biochip for fluorescence microscope, manufacturing method therefor, and total reflection biochip assembly for the fluorescence microscope
CN102967551A (en) * 2012-09-09 2013-03-13 广州市高坚劳保用品有限公司 Test device for detecting carbon dioxide adsorption and detection method
JP2017503203A (en) * 2013-12-23 2017-01-26 セエスウエム サントル スイス デレクトロニクエ ドゥ ミクロテクニク ソシエテ アノニム−ルシェルシェ エ デブロップマン Guided-mode resonance device

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006098284A (en) * 2004-09-30 2006-04-13 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Mesoporous metal oxide complex glass waveguiding layer sensor, its manufacturing method, and gas sensor using it
WO2008062582A1 (en) * 2006-11-22 2008-05-29 Kabushiki Kaisha Atsumitec Hydrogen sensor and hydrogen gas detector
JP2008128884A (en) * 2006-11-22 2008-06-05 Atsumi Tec:Kk Hydrogen sensor and hydrogen gas detector
US8025844B2 (en) 2006-11-22 2011-09-27 Kabushiki Kaisha Atsumitec Hydrogen sensor and hydrogen gas detecting apparatus
JP2008298771A (en) * 2007-05-02 2008-12-11 Ritsumeikan Total reflection biochip for fluorescence microscope, manufacturing method therefor, and total reflection biochip assembly for the fluorescence microscope
CN102967551A (en) * 2012-09-09 2013-03-13 广州市高坚劳保用品有限公司 Test device for detecting carbon dioxide adsorption and detection method
JP2017503203A (en) * 2013-12-23 2017-01-26 セエスウエム サントル スイス デレクトロニクエ ドゥ ミクロテクニク ソシエテ アノニム−ルシェルシェ エ デブロップマン Guided-mode resonance device

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