JPH09196853A - ガスセンサ - Google Patents

ガスセンサ

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JPH09196853A
JPH09196853A JP778896A JP778896A JPH09196853A JP H09196853 A JPH09196853 A JP H09196853A JP 778896 A JP778896 A JP 778896A JP 778896 A JP778896 A JP 778896A JP H09196853 A JPH09196853 A JP H09196853A
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JP
Japan
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gas sensor
gas
merocyanine compound
compound
formula
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JP778896A
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English (en)
Inventor
Shuji Yoshida
修治 吉田
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Hoya Corp
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Hoya Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 有毒ガスを高感度に検出できるガスセンサを
提供する。 【解決手段】 メロシアニン化合物をガス感応物質とし
て用いることを特徴とするガスセンサ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、NOx、SO2、C
Oなどの種々の有毒ガスを検知するのに用いられるガス
センサに関する。
【0002】
【従来の技術】NOxなどの有毒ガスのセンサとして
は、ZnOやSnO2などの酸化物半導体、フタロシア
ニンのような有機半導体、安定化ジルコニアのような固
体電解質を用いたものがよく知られている。酸化物半導
体や有機半導体を用いたものは、半導体表面へのガス吸
着による電気伝導度の変化を検出するものである。固体
電解質を用いたものは、濃淡電池の原理による起電力を
検出するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のガスセンサでは、数ppmの濃度のガスの検出が限
界であり、近年、特に高まっている安全で健康的な生活
環境への要請には対応できない問題点があった。
【0004】従って、本発明の目的は、上記有毒ガスを
従来のガスセンサよりも高感度に検出できるガスセンサ
を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するため種々検討を加えた結果、感応物質としてメ
ロシアニン系化合物を用いることにより、極めて高感度
に上記有毒ガスを検出できることを見い出した。
【0006】本発明はこのような知見に基づくものであ
り、メロシアニン化合物を感応物質として用いることを
特徴とするガスセンサを要旨とする。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明のガスセンサにおいて感応
物質として用いるメロシアニン化合物は、2個の含窒素
複素環をメチン鎖で結合し、メチン鎖の一方に基
【化4】 他の一方に基
【化5】 を有するものの総称である。
【0008】酸化物半導体、有機半導体および固体電解
質を用いた従来のガスセンサでは数ppmの濃度のガス
の検出が限界であったが、メロシアニン化合物を用いた
本発明のガスセンサでは、数十ppbという極めて低濃
度のガスも検出でき、ガス検出感度は従来のガスセンサ
に比べてはるかに向上するという顕著な効果が得られ
た。
【0009】メロシアニン化合物を用いた本発明のガス
センサがガスに対して高感度を示す理由は次のように推
測される。
【0010】ある化学物質の分子から発生する蛍光は、
その化学物質の分子の電子状態を反映し、わずかな状態
変化も顕著な強度変化を与える。従って、その化学物質
の分子をNOx、SO2、COなどの所定の有毒ガス中に
置くと、化学物質の分子と、この分子に吸着した有毒ガ
スとの間の電子的相互作用により蛍光が変化する。メロ
シアニン化合物の分子は620nm付近に強くシャープ
な蛍光を発するが、上記有毒ガスを吸着すると、メロシ
アニン化合物の分子と吸着された有毒ガスとの電子的相
互作用により蛍光がシャープに変化する。このようなシ
ャープな蛍光変化、すなわち顕著な消光により、NO
x、SO2、COなどの有毒ガスを例えば数十ppbとい
う極めて低濃度でも検出できる。
【0011】本発明のガスセンサに用いられるメロシア
ニン化合物としては、一般式
【化6】 で示される化合物が好ましい。
【0012】式(I)中のR1は炭素数1〜30のアル
キル基であり、炭素数3以上のアルキル基は直鎖状のも
のでも分枝を有するものでもよい。R1のアルキル基の
炭素数を1〜30に限定した理由は、R1が水素である
(炭素数が零に相当する)と、(i) 色がつかずガスを感
応する性質を持ち合せていない、(ii) 成膜性に劣り、
基板上にコーティングしにくい、などの欠点があり、ま
たR1のアルキル基の炭素数が30を超えると、(iii)
化合物自体が入手しにくくなる、(iv) 成膜時に各種溶
媒に溶解しにくくなり、基板上にコーティングしにくく
なる、(v) 得られた膜が脆い、などの欠点があるのに対
し、炭素数1〜30の場合、このような欠点が少ないか
らである。R1としては、炭素数2〜22のものが好ま
しく、炭素数16〜20のものが特に好ましい。
【0013】式(I)中のR2、R3、R4、R5は、それ
ぞれ独立に水素原子、炭素数1〜3のアルキル基または
ハロゲン原子である。ここに炭素数1〜3のアルキル基
のうち炭素数3のアルキル基は直鎖のものでも分枝を有
するものでもよい。ハロゲン原子としては、塩素、臭
素、ヨウ素、フッ素が挙げられる。
【0014】式(I)中のAのカルコゲン原子としては
酸素、硫黄、セレンが挙げられる。
【0015】式(I)中のnはメチレン基の数を示し、
1〜3の整数である。
【0016】本発明のガスセンサにおいては、上記感応
物質のメロシアニン化合物が基材上にコーティングされ
ているのが好ましい。コーティングはラングミュア・ブ
ロジェット(LB)法、真空蒸着法、分子線エピタキシ
ー法などの常法により行なわれる。メロシアニン化合物
からなるコーティング層は単分子層でも十分な効果があ
るが、2層以上が好ましく、特に3層(層厚約9nm)
以上であるのが特に好ましい。層数の上限はない。
【0017】メロシアニン化合物からなるコーティング
層が設けられる基材は、光散乱しない程度に滑らかなも
のであれば、特に限定されず、ガラス、プラスチックか
らなるものが用いられる。アルミニウム、ステンレスな
どの金属のような遮光性のものを用いてもよい。
【0018】本発明のガスセンサにおいては感応物質の
メロシアニン化合物の蛍光をシャープにする蛍光増強剤
として、高級脂肪酸、高級アルコールおよび油脂から選
ばれる少なくとも1種を用いてもよい。高級脂肪酸とし
ては、アラキジン酸(C1939COOH)が挙げられ、
その添加量はメロシアニン化合物1モルに対して0.5
〜5モルが好ましく、1〜2モルが特に好ましい。高級
アルコールとしてはコレステロール(C2745OH)が
挙げられ、その添加量はメロシアニン化合物1モルに対
して0.2〜2モルが好ましく、0.5〜1モルが特に
好ましい。油脂としてはトリステアリン[(C1735
OO)335]が挙げられ、その添加量はメロシアニ
ン化合物1モルに対して0.5〜10モルが好ましく、
1〜5モルが特に好ましい。
【0019】本発明のガスセンサにおいて検知されるガ
スは、NOx(x=1〜2)、SO2、COが挙げられる
が、これに限定されるものではない。
【0020】本発明のガスセンサを用いることにより、
NOx、SO2、COなどの有毒ガスを高感度で検出する
ことができるガスセンサ素子を作製することができる。
【0021】
【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。
【0022】実施例1 図1に、本発明の一実施例のガスセンサを示す。このガ
スセンサは、石英ガラス基板1上にメロシアニン系化合
物からなるコーティング層2を形成したものである。前
記一般式(I)のメロシアニン系化合物として、下記式
(Ia)の化合物(一般式(I)において、R1=C18
37,R2=R3=R4=R5=H、A=S、n=1)を用
いた。
【0023】
【化7】 コーティング方法はラングミュア・ブロジェット(L
B)法によった。式(Ia)のメロシアニン化合物を1
mmol/1クロロホルム溶液とし、この溶液を0.3mmol
/1塩化カドミウム水溶液と0.05mmol/1炭酸水素
ナトリウム水溶液を1:1の割合で混合した水溶液上に
展開し(液温20℃)、表面圧30mN/mで2cm角
の石英ガラス基板上に感応層を5層(膜厚約15nm)
累積して、ガスセンサを作製した。このガスセンサは窒
素中で618nmに強い蛍光を発した。次に、このガス
センサをNO2ガス雰囲気中に置いて、618nmの蛍
光強度を測定し、表1に示す結果を得た。
【0024】
【表1】
【0025】表1のデータからわかるとおり、式(I
a)のメロシアニン化合物を用いた本実施例のガスセン
サは、NO2を数十ppbの濃度まで検出可能であっ
た。
【0026】実施例2 蛍光増強剤としてアラキジン酸を用い、アラキジン酸の
1mmol/1クロロホルム溶液を、式(Ia)のメロシア
ニン化合物の1mmol/1クロロホルム溶液と1:1の割
合で混合した以外は実施例1と同様にしてガスセンサを
作製した。
【0027】得られたガスセンサを実施例1と同様にN
2ガス雰囲気中に置いて、618nmの蛍光強度を測
定し、表2に示す結果を得た。
【0028】
【表2】
【0029】表2のデータからわかるとおり、式(I
a)のメロシアニン化合物とともに蛍光増強剤としてア
ラキジン酸を用いた本実施例のガスセンサは、式(I
a)のメロシアニン化合物のみを用いた実施例1のガス
センサよりもNO2検出感度が一段と向上していた。
【0030】実施例3 メロシアニン系化合物として、下記式(Ib)
【化8】 の化合物(一般式(I)においてR1=C1837、R2
3=H、R4=Cl、R5=H、A=S、n=1)を用
い、その1mmol/1クロロホルム溶液を調製したこと及
び蛍光増強剤としてアラキジン酸を用い、その1mmol/
1クロロホルム溶液を調製したこと以外は、実施例1と
同様にLB法により石英ガラス基板上にメロシアニン化
合物とアラキジン酸の混合物をコーティングし、ガスセ
ンサを作製した。この素子は窒素中で621nmに強い
蛍光を発した。次に、このガスセンサをNO2ガス雰囲
気中に置いて621nmの蛍光強度を測定し、表3に示
す結果を得た。
【0031】
【表3】
【0032】表3のデータからわかるとおり、メロシア
ニン化合物として核塩素化メロシアニン化合物(Ib)
を用いた本実施例のガスセンサは、NO2を数十ppb
の濃度まで検出可能でり、かつ核塩素化されていないメ
ロシアニン化合物(Ia)を用いた実施例2のガスセン
サよりも感応性が一段と向上していた。
【0033】一般式(I)のR1、R2、R3、R4
5、A、nを表4のように変化させたメロシアニン化
合物を石英ガラス基板上にコーティングして得たガスセ
ンサについてもNO2ガスを数十ppbの濃度まで検出
可能である。
【0034】
【表4】
【0035】実施例4 式(Ib)のメロシアニン化合物を用いて実施例3で得
られたガスセンサをNOガス雰囲気中に置いて蛍光強度
を測定し、表5に示す結果を得た。
【0036】
【表5】
【0037】表5のデータからわかるとおり、本発明の
ガスセンサは、NOを数十ppbの濃度まで検出可能で
あった。
【0038】実施例5 実施例1で得たガスセンサをSO2ガス雰囲気中に置い
て618nmの蛍光強度を測定し、表6に示す結果を得
た。
【0039】
【表6】
【0040】表6のデータからわかるとおり、本発明の
ガスセンサは、SO2を数十ppbの濃度まで検出可能
であった。
【0041】実施例6 実施例1で得たガスセンサをCOガス雰囲気中に置いて
618nmの蛍光強度を測定し、表7に示す結果を得
た。
【0042】
【表7】
【0043】表7のデータからわかるとおり、本発明の
ガスセンサはCOを数十ppbの濃度まで検出可能であ
った。
【0044】
【発明の効果】以上のように本発明のガスセンサによれ
ば、極めて高感度にNOx、SO2、COなどの有毒ガス
を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のガスセンサの断面図であ
る。
【符号の説明】
1 石英ガラス基板 2 メロシアニン化合物コーティング層

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2個の含窒素複素環をメチン鎖で結合
    し、メチン鎖の一方に基 【化1】 他の一方に基 【化2】 を有するメロシアニン化合物をガス感応物質として用い
    ることを特徴とするガスセンサ。
  2. 【請求項2】 メロシアニン化合物が、一般式 【化3】 (式中、R1は、炭素数1〜30のアルキル基であり、
    2、R3、R4、R5は、それぞれ独立に水素原子、炭素
    数1〜3のアルキル基またはハロゲン原子であり、Aは
    カルコゲン原子であり、nは1〜3の整数を示す)で表
    される化合物である、請求項1に記載のガスセンサ。
  3. 【請求項3】 メロシアニン化合物が基材上にコーティ
    ングされている請求項1または2に記載のガスセンサ。
  4. 【請求項4】 蛍光増強剤として高級脂肪酸、高級アル
    コールおよび油脂から選ばれる少なくとも1種を用いる
    請求項1〜3のいずれか一項に記載のガスセンサ。
  5. 【請求項5】 検知するガスがNOx(x=1〜2)、
    SO2またはCOである請求項1〜4のいずれか一項に
    記載のガスセンサ。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のいずれか一項に記載のガ
    スセンサを必須構成要素とするガスセンサ素子。
JP778896A 1996-01-19 1996-01-19 ガスセンサ Withdrawn JPH09196853A (ja)

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JP778896A JPH09196853A (ja) 1996-01-19 1996-01-19 ガスセンサ

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102809557A (zh) * 2012-01-18 2012-12-05 北京联合大学生物化学工程学院 一种检测硫化氢的纳米敏感材料

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102809557A (zh) * 2012-01-18 2012-12-05 北京联合大学生物化学工程学院 一种检测硫化氢的纳米敏感材料

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