JPWO2012017605A1 - 一酸化窒素検出エレメント及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

混合ガスに含まれる十数ｐｐｂレベルという極微量のＮＯガスであっても高速で検出することができる一酸化窒素検出エレメントとその製造方法とを提供する。基体１２と、前記基体の表面に形成された検知膜１１とを含む一酸化窒素検出エレメントにおいて、前記検知膜が、一酸化窒素検出粒子と、高分子接着剤とからなり、前記一酸化窒素検出粒子が、ポルフィリン骨格を有し、かつ中心金属として２価のコバルトを有する色素を、無機粒子の表面に吸着させることで形成されたものである。

Description

本発明は、混合ガス中に含まれる微量の一酸化窒素を検出するのに用いられる一酸化窒素検出エレメント、及びその製造方法に関する。

一酸化窒素（以下、ＮＯともいう）は、筋弛緩因子の本体として作用することが発見されて以来、その生理機能が明らかにされ、神経情報伝達物質又は感染症のマーカとしての利用が検討されている。

特に、呼気中のＮＯガス分析は、近年増え続ける喘息やアレルギーによる気道炎症のマーカとして注目されている。この分析法によると、患者に負担をかけず、非侵襲での疾病診断が可能となる。呼気中のＮＯガス濃度は、正常成人では２ｐｐｂ〜２０ｐｐｂであるが、喘息やアレルギーなどの気道炎症時には約３倍に増大することが知られている。また小児の呼気中のＮＯガス濃度は、正常成人のＮＯガス濃度より低い。そのため、呼気中の微量のＮＯガス濃度を測定することが必要である。微量濃度のＮＯガスを測定できる小型で簡易な測定器を実現できれば、患者の気道炎症程度の判定や、喘息治療薬の投薬量など喘息の治療指針の決定に利用できる。

従来、呼気中のＮＯガスの測定は、患者の呼気を減圧下でオゾンと反応させて、該呼気に含まれるＮＯガスの一部を励起させ、基底状態に戻る際に生じる発光を検出することで行っていた。しかしながら、この化学発光法では、オゾン発生装置など高価な周辺装置が必要であり、その保守管理が難しいという問題があった。

喘息患者が病院又は自宅で毎日呼気中のＮＯガス濃度を測定し、喘息の自己管理を行うには、安価、小型で、ガス選択性に優れ、迅速に測定可能で、高感度なＮＯガス測定器が必要である。

近年、真空チャンバー内で、ゾル・ゲル法で作製したシリカフィルムに含まれるテトラスルフォチエニルポルフィリンコバルト（以下Ｃｏ｛Ｔ（５−ＳＴ）Ｐ｝という）とＮＯガスとを反応させ、Ｃｏ｛Ｔ（５−ＳＴ）Ｐ｝に配位結合したＮＯを紫外可視分光測定器を用いて検出する方法が報告されている（例えば、非特許文献１を参照）。

本方法によると、ＮＯガスの選択性を達成するために、Ｃｏ｛Ｔ（Ｓ−ＳＴ）Ｐ｝の存在下でエチルシリケートを２４時間かけてゆっくり加水分解させ、得られた溶液をガラス基板上に塗布し、乾燥させて、Ｃｏ｛Ｔ（Ｓ−ＳＴ）Ｐ｝を含む非晶質シリカフィルムを形成する。当該フィルムをＮＯセンサとして用いて、センサ温度２００℃で１７ｐｐｍのＮＯガス検出に成功している。

さらに、テトラフェニルポルフィリンコバルト（５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンコバルト：以下ＣｏＴＰＰという）のクロロホルム溶液に多孔質ガラス板を浸漬した後、乾燥させることで、ＣｏＴＰＰを多孔質ガラス板に担持させてなるＮＯセンサを形成することが報告されている（例えば、非特許文献２参照）。この報告によると、該センサを油拡散ポンプで真空引きした反応装置に入れて、赤外分光測定装置又は紫外可視分光測定器でＮＯガスを検出している。

ゾル・ゲルガラス中にチトクロームＣを封入してなるＮＯセンサを用いて、光学的にＮＯガスを検出する方法が報告されている（例えば、特許文献１を参照）。

一方、ＮＯガスに関するものではないが、検出すべきガスに対して呈色を示す試薬を含浸させたシリカゲル粒子を接着剤層に固定したガス検出テープが報告されている（例えば、特許文献２参照）。

特表２００８−５３０５２７号公報 特開２００３−２２７８００号公報

Ｈｉｒｏｍｉｃｈｉ ＡＲＡＩら、"Optical Detection of Nitrogen Monoxide by Metal PorphineDispersed Amorphous Silica Film"、日本化学会速報誌 ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ ＬＥＴＴＥＲＳ、１９８８年、ｐｐ．５２１−５２４ 宮本 誠、花里善夫、「コバルトテトラフェニルポルフェリンおよびコバルトサレン錯体におけるＮＯ吸着およびＮＯ接触分解特性」、日本化学会誌、１９９８年、Ｎｏ５．ｐｐ３３８−３４５

従来のゾル・ゲル法による非晶質シリカフィルムや多孔質ガラス板とポルフィリンを利用したセンサによると、感度良く微量ＮＯガスを検知することが可能である。ところが、検知剤であるポルフィリンが、非晶質シリカフィルム内部に含まれていたり、多孔質ガラス板表面の微細な細孔の内部に担持されていたりすることで、前記検知剤からのＮＯガスの吸着及び脱着に時間がかかり、十数ｐｐｂレベルという極微量のＮＯガスを検出する時に応答時間が長くなり高速での検出ができないという課題があった。

本発明は、上記現状に鑑み、混合ガスに含まれる十数ｐｐｂレベルという極微量のＮＯガスであっても高速で検出することができる一酸化窒素検出エレメントとその製造方法とを提供することを目的とする。

本発明は、基体と、前記基体の表面に形成された検知膜とを含む一酸化窒素検出エレメントであって、
前記検知膜が、一酸化窒素検出粒子と、高分子接着剤とからなり、
前記一酸化窒素検出粒子が、ポルフィリン骨格を有し、かつ中心金属として２価のコバルトを有する色素を、無機粒子の表面に吸着させることで形成されたものである、一酸化窒素検出エレメントに関する。

本発明の一酸化窒素検出エレメントによれば、数ｐｐｂ〜十数ｐｐｂという極微量のＮＯガスであっても、高速に、精度よく検出することができる。これは以下の理由によると考えられる。本発明では無機粒子の表面にコバルトポルフィリンが吸着され、これが高分子接着剤により基体表面に固定されていることで、ＮＯガスがコバルトポルフィリンに接近することが容易である。そのため、ＮＯガスの拡散ではなく、粒子表面での反応が律速段階となり、迅速に、ポルフィリンの中心金属であるコバルトとＮＯガスとの電荷移動を伴う配位結合を増やすことができる。一方、従来の構成では、ポルフィリンが非晶質シリカフィルム内部に含まれていたり、多孔質ガラス板表面の微細な細孔の内部に担持されていたりすることで、ＮＯガスがコバルトに接近するのに時間がかかり、ＮＯガスの拡散が律速段階になっていたと考えられる。

また本発明は、前記一酸化窒素検出エレメント、
前記一酸化窒素検出エレメントの前記検知膜表面を、一酸化窒素を含む可能性がある測定ガスと接触させるガス導入部、
前記検知膜に光を照射する投光部、及び
前記検知膜から反射された光又は前記検知膜を透過した光を受光する受光部、を含む、一酸化窒素検出装置にも関する。

さらに本発明は、前記一酸化窒素検出エレメントを初期化する第一工程と、
第一工程の後、前記一酸化窒素検出エレメントの前記検知膜に対し光を照射し前記検知膜の光吸収率を測定する第二工程と、
第二工程の後、前記検知膜を、一酸化窒素を含む可能性がある測定ガスと接触させる第三工程と、
第三工程の後、前記検知膜に対し光を照射し前記検知膜の光吸収率を測定する第四工程と、
第四工程で得られた前記光吸収率と、第二工程で得られた前記光吸収率とを比較することで、前記測定ガスに含まれる一酸化窒素濃度を決定する第五工程と、を含む、一酸化窒素検出方法にも関する。

さらにまた、本発明は、高分子接着剤を第一の溶媒に溶解してなる高分子接着剤溶液を基体表面に塗布する工程と、
ポルフィリン骨格を有し、かつ中心金属として２価のコバルトを有する色素と、無機粒子と、第二の溶媒とを混合することで、前記無機粒子の表面に前記色素を吸着させた一酸化窒素検出粒子と前記第二の溶媒とを含む調製液を作製する工程と、
前記基体表面に塗布された前記高分子接着剤溶液に、前記調製液を添加する工程と、
前記第一の溶媒と前記第二の溶媒とを乾燥させ、前記基体上に、前記一酸化窒素検出粒子と前記高分子接着剤とからなる検知膜を形成する工程と、を含む、一酸化窒素検出エレメントの製造方法にも関する。

本発明の一酸化窒素検出エレメントによれば、数ｐｐｂ〜十数ｐｐｂという極微量のＮＯガスであっても、高速に、精度よく検出することができる。

本発明の一酸化窒素検出エレメントを含む一酸化窒素検出装置の構成を示す概念図 本発明の一酸化窒素検出エレメントの断面概念図 検知膜１１を構成する材料の関係を示す拡大概念図 本発明の一酸化窒素検出エレメントが示す紫外・可視光反射スペクトル 本発明の一酸化窒素検出エレメントを１ｐｐｍ−ＮＯガスに曝す前後の光反射率の変化を示すグラフ 本発明の一酸化窒素検出エレメントを１ｐｐｍ−ＮＯガスに曝して測定した、光吸収率とＮＯ感度及びＮＯ応答時間との関係を示すグラフ 本発明の一酸化窒素検出エレメントを１ｐｐｍ−ＮＯガスに曝して測定した、単位面積あたりのコバルト原子数とＮＯ感度及びＮＯ応答時間との関係を示すグラフ 本発明の一酸化窒素検出エレメントを１ｐｐｍ−ＮＯガスに曝して測定した、無機粒子に対する色素のモル／重量比とＮＯ感度及びＮＯ応答時間との関係を示すグラフ 本発明の一酸化窒素検出エレメントを１ｐｐｍ−ＮＯガスに曝して測定した、非イオン性界面活性剤に対する色素のモル／重量比とＮＯ感度及びＮＯ応答時間との関係を示すグラフ 本発明の一酸化窒素検出エレメントを１ｐｐｍ−ＮＯガスに曝して測定した、無機粒子に対する非イオン性界面活性剤の重量比とＮＯ感度及びＮＯ応答時間との関係を示すグラフ 本発明の一酸化窒素検出エレメントの製造工程を示すフローチャート 本発明の一酸化窒素検出エレメントを１ｐｐｍ−ＮＯガスに曝して測定した、センサ温度とＮＯ感度及びＮＯ応答時間との関係を示すグラフ

以下、本発明の一酸化窒素検出エレメントと、その製造方法を各実施の形態に基づいて説明する。

図１は、本発明の一酸化窒素検出エレメント１０Ａを含む一酸化窒素検出装置の構成を示す概念図である。

一酸化窒素検出エレメント１０Ａは、透明プラスチック基板などの基体１２と、基体１２の表面に固定された検知膜１１とから構成される。検知膜は、色素を表面に吸着させた無機粒子と、高分子接着剤と、好ましくは非イオン性界面活性剤とからなる。色素は、例えば、２価のコバルトを中心金属とするテトラメトキシフェニルポルフィリンコバルトＣｏＴＰ（ＯＣＨ_３）_４Ｐ（東京化成株式会社製）である。無機粒子としては、例えば、東ソー・シリカ（株）製のＮＩＰＧＥＬ（商標）を使用できる。無機粒子は撥水処理されたものを使用することが好ましい。高分子接着剤は、例えば、ヒドロキシプロピルセルロース（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ製、ＨＰＣという）である。非イオン性界面活性剤は、例えば、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００（商標、ＧＥ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ ＵＫ Ｌｔｄ製）である。

この一酸化窒素検出エレメント１０Ａは、測定セル１３内に配置されている。一酸化窒素（ＮＯ）を含み得る測定ガス３０は、ガス導入口１４より測定セル１３の内部に導入され、ガス排気口１５より排出される。この過程で、検知膜１１の表面は測定ガス３０に曝される。

図１に示した一酸化窒素測定装置は光反射型である。測定ガス３０に曝される前後の検知膜１１の光学特性の変化を検出するために、この光反射型一酸化窒素測定装置では、一酸化窒素検出エレメント１０Ａに対向して投光受光部１８が取り付けられている。投光受光部１８は、光ファイバ２０を介して光源１６に接続されており、別の光ファイバ２１を介して光検出部１７に接続されている。光源１６が発した光（好ましくは光学波長４００ｎｍから４５０ｎｍを含む光）は、光受光部１８から、一酸化窒素検出エレメント１０Ａの検知膜１１に対し垂直に照射される。検知膜１１の表面で反射した光は、投光受光部１８に入射し、光検出部１７に導光される。

光検出部１７は、例えば、プリズムやグレーティングなどの回折格子とＣＣＤとから構成される。また、光検出部１７は、光学バンドパスフィルタとシリコンフォトダイオードと光電流電圧変換回路と増幅回路とから構成されてもよい（図示せず）。検出光は、上記いずれの光検出部１７の構成でも反射光量に応じた光検出信号に変換されて計測される。

測定セル１３の内部には温度コントローラ２４が設けられており、これにより測定セル１３内の温度制御を行うことができる。温度コントローラ２４は、ヒータと温度検出用の熱電対などで構成されている（図示せず）。光源１６、光検出部１７、及び温度コントーラ２４は、それぞれの動作を制御するため、それぞれ制御線２２、２３、及び２５を介して計測コントローラ１９に接続されている。

以上では、投光部と受光部を一体とした形態について説明したが、投光部と受光部は分離して設けることも可能である。また、基体が透過する材料から構成される場合には、投光部と受光部は、一酸化窒素検出エレメント１０Ａを間に挟んで対向させて設置することができる。

図２は、一酸化窒素検出エレメント１０Ａの断面概念図である。同図において、検知膜１１は基体１２の表面に固定されている。基体１２の表面は予めパターン形成されており、検知膜部１１１と周辺部１１２とに区分けされている。検知膜１１は検知膜部１１１上に形成されている。

図３は、図２の検知膜１１を構成する材料の関係を示す拡大概念図である。同図において、無機粒子１０１の表面には、色素１０２が担持されており、これにより一酸化窒素検出粒子１００を構成する。ここで、色素１０２は、好ましくは非イオン性界面活性剤１０４が存在することにより凝集が抑制されており、分散して、無機粒子１０１の表面に担持されている。一酸化窒素検出粒子１００同士は、高分子接着剤１０３によって互いに結合し一体となって、検知膜１１を構成する。そして検知膜１１は、同じく高分子接着剤１０３により基体１２の表面に接着され固定されている。

一酸化窒素検出粒子１００の基体１２単位面積あたり重量は、０．２ｍｇ／ｃｍ^２〜２．０ｍｇ／ｃｍ^２が好ましい。０．２ｍｇ／ｃｍ^２未満では、微量のＮＯガスに対する光スペクトルの変化が減少し、ＮＯ感度が不足する。２．０ｍｇ／ｃｍ^２を超えると、検知膜１１の付着力が弱くなり、検知膜１１に割れ（クラック）が発生しやすくなる。

以下に一酸化窒素検出エレメントを構成する材料の詳細を説明する。

（色素）
本発明ではポルフィリン錯体からなる色素１０２を使用する。ここでポルフィリン錯体とは、ポルフィリン骨格を有し、該ポルフィリン骨格の中心に金属を有する錯体である。前記ポルフィリン骨格は種々の置換基で修飾されていてもよい。

ポルフィリン錯体の吸光スペクトルには、光学波長４００ｎｍ〜４５０ｎｍの領域（紫外光領域）にＳｏｒｅｔバンド（Ｂ−バンドともいわれる）吸収と、光学波長５００ｎｍ以上の領域（可視光領域）にＱバンド吸収がある。ポルフィリン錯体の選択にあたり、モル吸光係数とＮＯ感度との関係を考慮することができる。中心金属の酸化還元電位は、ポルフィリン錯体の中心金属とＮＯガスとの結合に影響を与える。Ｔｈｅ Ｐｏｒｐｈｙｒｉｎ Ｖｏｌｕｍｅ ＩＩＩ ｅｄｉｔｅｄ ｂｙ Ｄａｖｉｄ Ｄｏｌｐｈｙｉｎ ＡＣＡＤＥＭＩＣ ＰＲＥＳＳ ＩＮＣ．，ｐｐ１４−１５によれば、一般に、Ｓｏｒｅｔバンドのモル吸光係数は、約１０^５（Ｍ^−１・ｃｍ^−１）であり、Ｑバンドのモル吸光係数は、約１０^３（Ｍ^−１・ｃｍ^−１）である。

発明者らは、呼気中の数ｐｐｂ〜数１００ｐｐｂのＮＯガスを検出するためには、モル吸光係数の大きなＳｏｒｅｔバンドでの吸収スペクトルの変化を利用することが好ましいと考え種々の検討を行った。モル吸光係数は、ＮＯ感度、すなわちＮＯガス濃度と比例して増大する関係にある。このため、ポルフィリン錯体のなかでも、対称性を有する分子構造を持つポルフィリン錯体を使用することが好ましい。対称性の高い分子構造を持つポルフィリン錯体の方が、Ｓｏｒｅｔバンドでの吸収を高めることができ、対称性が低くなるとポルフィリン錯体のＳｏｒｅｔバンドでの吸収が低下するからである。Ｑバンドでの吸収は、Ｓｏｒｅｔバンドでの吸収と比べるとポルフィリン錯体の分子構造に影響されにくいが、モル吸光係数が１０^４（Ｍ^−１・ｃｍ^−１）以下と低い。

ポルフィリン錯体のＮＯ感度を高めるには、（１）ポルフィリン錯体の中心金属を選択すること、及び（２）ポルフィリン骨格が有する置換基を変えることでポルフィリン構造の中心部にある大環状π共役系に電子を供与したり（供与性）、π共役系の電子を吸引したり（吸引性）すること、が考えられる。

（１）中心金属
中心金属として鉄（Ｆｅ）、Ｍｎ（マンガン）、コバルト（Ｃｏ）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｚｎ（亜鉛）を有するポルフィリン錯体が示すＮＯ感度を検討したところ、コバルト以外の元素を中心金属とするポルフィリン錯体は、ＮＯガスとの反応性が悪く、ＮＯ感度が低かった。一方、コバルトを中心金属とするポルフィリン錯体は、高いＮＯ感度を示すことが判明した。Ｃｏ（ＩＩ）ＴＰＰの場合、Ｓｏｒｅｔバンドでのモル吸光係数は、２．８ｘ１０^５（Ｍ^−１・ｃｍ^−１）であり、一方、Ｑバンドでのモル吸光係数は、１．２ｘ１０^４（Ｍ^−１・ｃｍ^−１）である。そこで本発明では、中心金属として２価のコバルトを有するポルフィリン錯体を利用する。種々の金属を有するポロフィリン錯体が示すＮＯガスとの反応性の差異は、中心金属の酸化還元電位と、ＮＯガスの酸化還元電位との差に依存すると推察している。

（２）置換基
次に、中心金属がコバルトであり、かつ対称性の高い分子構造を持つポルフィリン錯体を選択し、ポルフィリン骨格における置換基がＮＯ感度に及ぼす効果を検討した。この検討で用いたコバルトポルフィリン錯体：ＣｏＴＰ（Ｘｉ）Ｐの構造は以下の化学式によって表される。

式中、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、及びＸ４は、水素（−Ｈ）、メトキシ基（−ＯＣＨ_３）、又はヒドロキシル基（−ＯＨ）を示す。

前記式で表されるＣｏＴＰ（Ｘｉ）Ｐは、２価のコバルトを中心金属とするポルフィリン錯体であり、ポルフィリン骨格の外側に４つのフェニル基を有している。Ｘｉ（ｉ＝１〜４の整数）は前記フェニル基に結合している置換基を表し、水素（−Ｈ）、メトキシ基（−ＯＣＨ_３）、及びヒドロキシル基（−ＯＨ）から選ばれるいずれかの基である。

Ｘｉ＝−Ｈの場合、前記コバルトポルフィリン錯体は、テトラフェニルポルフィリンコバルト（５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンコバルト（ＣｏＴＰＰ））であり、Ｘｉ＝−ＯＣＨ_３の場合、テトラメトキシフェニルポルフィリンコバルト（５，１０，１５、２０−テトラ（４−メトキシフェニル）−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンコバルト（ＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐ））である。また、両化合物の混合物を使用しても同様の効果を得ることができる。両化合物は、後述する第二の溶媒であるハロゲン系溶媒に可溶である。Ｘｉ＝−ＯＨの場合、前記コバルトポルフィリン錯体は、テトラヒドロキシフェニルポルフィリンコバルト（５，１０，１５、２０−テトラ（４−ヒドロキシフェニル）−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンコバルト（ＣｏＴＰ（４−ＯＨ）Ｐ））である。このポルフィリンは、後述する第二の溶媒であるアルコール系溶媒に可溶である。

以上の検討の結果、ポルフィリン錯体が有する置換基が水素、メトキシ基、又はヒドロキシ基であると、ポルフィリン錯体が示すＮＯ感度はその順序で増大することが判明した。

（非イオン性界面活性剤）
非イオン性界面活性剤１０４は、色素１０２の凝集を抑制し、十分に分散させるために用いることができる。この目的のため、非イオン性界面活性剤としては、親水性親油性バランス（Ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ−ｌｉｐｏｐｈｉｌｉｃ Ｂａｌａｎｃｅ：ＨＬＢ値という：界面活性剤の水と油への親和性の程度を示す数値）が１３以上１５以下を示すものが好ましい。一例として、ＨＬＢ値が１３．５であるＴｒｉｔｏｎ Ｘ−１００（商標、ＧＥ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ ＵＫ Ｌｔｄ製）の使用が好ましいが、これに限定されない。

また、親水性の非イオン性界面活性剤と親油性の非イオン性界面活性剤を適当な組成比で混合し、本発明の使用に適したＨＬＢ値を示す非イオン性界面活性剤混合物を形成させ、これを使用することも可能である。この場合、例えば、親水性の非イオン性界面活性剤としてＴＷＥＥＮ８０（東京化成工業製）を、親油性の非イオン性界面活性剤としてＳＰＡＮ８０（東京化成工業製）を選択し、組成比を調整することで、前記のＴｒｉｔｏｎ Ｘ−１００と同等の性能を達成することもできる。

（無機粒子）
無機粒子１０１としては特に限定されないが、シリカ又はα−アルミナ等の無機粒子が好ましい。シリカとα−アルミナは混合して併用してもよい。

無機粒子は撥水処理して使用することが好ましい。無機粒子を撥水処理する方法としては従来公知のものであってよい。例えば、シランカップリング剤と前記粒子とを化学反応させたり、シリコーンオイルで前記粒子を煮沸処理したりすることにより、撥水処理された無機粒子１０１を得ることができる。これらの撥水処理された粒子の撥水性の度合は、赤外分光測定装置で確認できる。シリカ粒子の場合には、波数３５４０ｃｍ^−１近傍にシラノール基（−Ｓｉ−ＯＨ）由来の鋭い赤外吸収が見られ、その赤外吸収の度合いで撥水処理の程度を判断できる。本発明で撥水処理された無機粒子を使用すると、一酸化窒素検出エレメントの製造過程で無機粒子を溶媒と混合した時に、溶媒中に無機粒子がよく分散され、沈降しにくくなる。そのため、色素１０２が十分に分散されて凝集しにくくなるため、製造される一酸化窒素検出エレメントのＮＯ感度をより高めることが可能となる。

無機粒子１０１は、粒子径６μｍ〜１２μｍが好ましい。粒子径は、公知の粒子径分布測定装置、例えば粒子径分布測装置ＬＡ−９５０（（株）堀場製作所製）で測定できる。ここで粒子径の上限および下限は、ＪＩＳ Ｋ ５６００−９−３（２００６年）に準拠した方法で得られる粒子径分布の累積頻度分布曲線における下限累積頻度メディアン１０％径および上限累積頻度メディアン９０％径と読み替えるものとする。具体的には、公知の粒子径分布測定装置を用いた粒子径の測定において累積頻度メディアン１０％径６μｍ以上、累積頻度メディアン９０％径１２μｍ以下である（メディアン径ｄ_１０＝６μｍ、ｄ_９０＝１２μｍ、モード径９μｍ、以下粒子径は粒子径６μｍ〜１２μｍで示し、平均粒子径は前記モード径とする）。前記した粒子径の範囲にあるシリカ若しくはα−アルミナのいずれか、又はこれらの混合粒子を本発明では好ましく用いることができる。

粒子径６μｍ未満の粒子では、粒子同士の付着力が弱く剥離しやすく、また、基体１２と一酸化窒素検出粒子１００との付着力も弱くなる傾向がある。この場合、一定の付着力を得るためには、高分子接着剤１０３を粒子間や、粒子と基体の間に配置し、さらに高分子接着剤の使用量を増やすことが望まれる。しかしながら高分子接着剤の量を増やすと、ＮＯ応答時間が長くなり、ＮＯ応答が遅くなる。そのため、粒子径を６μｍ以上とすることが好ましい。逆に粒子径が１２μｍを超えると、ＮＯ感度は微増するが、ＮＯ応答時間が長くなる。粒子径の増大とともに粒子が凝集しやすくなるためである。したがって、ＮＯ感度とＮＯ応答時間の双方を満足するため、撥水処理された粒子の粒子径は６μｍ以上１２μｍ以下が好ましい。

（高分子接着剤）
高分子接着剤１０３は、一酸化窒素検出粒子同士を接着させて検知膜を形成するための接着剤、及び、基体１２に一酸化窒素検出粒子を接着させるための接着剤として作用する。

高分子接着剤のガラス転移温度（以下、Ｔｇという）は、−１５０℃〜１５０℃であることが好ましい。この範囲の高分子接着剤はガス透過性に優れている。高分子接着剤のガス透過性が優れていることで、ＮＯ応答時間を短縮することができる。Ｔｇが−１５０℃より低いと、基体１２への検知膜１１の付着力が悪くなる。Ｔｇ＝１５０℃を超えると、高分子接着剤のガス透過性が悪くなり、ＮＯ応答時間が長くなる。

さらに、高分子接着剤は、一酸化窒素検出エレメントの検知膜を作製する上で、検知光に対し透明であることが好ましい。検知光として光学波長４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の光を用いる場合には、光学波長４００ｎｍ〜４５０ｎｍの領域で透明であることが好ましい。

このような高分子接着剤としては、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣという、Ｔｇ＝１９℃〜１２５℃、Ｔｇは分子量に依存する）、ポリカーボネート系ウレタン樹脂（明成化学工業製、Ｔｇ＝−３０℃〜１３０℃）、ポリエチレングリコール（Ｔｇ＝−１１５℃〜８６℃、ＰＥＧという）、ポリエチレンオキシド（Ｔｇ＝−５３℃、ＰＥＯという）；ポリメタクリル酸メチルイソブチル（Ｔｇ＝４８℃）、ポリアクリル酸メチル（Ｔｇ＝６６℃）、ポリアクリロニトリル（Ｔｇ＝９７℃）などのアクリル樹脂；ポリスチレン（Ｔｇ＝１００℃）、ポリ塩化ビニル（Ｔｇ＝８１℃）、ポリビニルアルコール（Ｔｇ＝８５℃）などのビニル樹脂；ポリジメチルシロキサン（Ｔｇ＝−１２３℃）、エチルセルロース（Ｔｇ＝４３℃）；ポリカプロラクタン（Ｔｇ＝−６２℃）、ポリブチレンサクシネート（Ｔｇ＝−３３℃）、ポリブチレンサクシネート・アジペート（Ｔｇ＝−４２℃）などの生分解性プラスチックが好ましい。なお、高分子接着剤には、共重合可能なものについては共重合体が、また、屈折率や耐熱性向上のために側鎖置換体による変性が可能なものについては、変性体が含まれる。

上記高分子接着剤は、流動性向上を目的として可塑剤と併用することができる。例えば、エチルセルロース（Ｔｇ＝４３℃）に可塑剤であるフタル酸ジオクチルを混合すると、ＰＥＯと代替できる。

（基体）
基体１２は、耐熱性を示す材料であって、検知光を反射又は透過する材料から構成されるシート形状のものが好ましい。検知光として光学波長４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の光を用いる場合には、光学波長４００ｎｍ〜４５０ｎｍの光を反射又は透過する材料から構成されることが好ましい。

このような基体としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレートフィルム（ＰＥＮ、商標、帝人デュポンフィルム製）、アートンフィルム（ＡＲＴＯＮ、商標、ＪＳＲ株式会社）などの耐熱フィルムなどのプラスチック基板；ガラス基板、石英基板、アルミナ基板などのセラミックス基板；アルミニウムや銀を主成分とする金属基板；紙、織布、不織布などを使用することができる。また、これらの材料からなる複合体を使用することもできる。基体１２表面に銀やアルミニウムを主成分とする金属膜を設けてもよい。前記金属膜上に検知膜１１を形成することで投光部の光源１６の消費電力を低減することができる。

次に一酸化窒素検出エレメント１０Ａの作製方法の一例を説明する。

（１）高分子接着剤溶液の作製
高分子接着剤１０３として、「ＨＰＣ」（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ製）を用い、第一の溶媒として、アルコール系溶媒（例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、又はこれらの混合溶媒）を用いて高分子接着剤溶液を作製する。使用可能な高分子接着剤は、ＨＰＣに限定されず、上掲したいずれの化合物でも用いることができる。高分子接着剤溶液の濃度は、後述の無機粒子に対する高分子接着剤の重量比が０．０７ｇ／ｇ〜０．２０ｇ／ｇとなるように調整することが好ましい。具体的には、ＨＰＣを第一の溶媒に対して６ｍｇ／ｍＬとなるように溶解させて、さらに高分子接着剤溶液の液滴量と、後述の色素を含む調製液の液滴量とを調整する。

（２）色素を含む調製液の作製
一例として、色素ＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐ［テトラメトキシフェニルポルフィリンコバルト］と、粒子径６μｍ〜１２μｍの撥水処理されたシリカ粒子と、非イオン界面活性剤としてＨＬＢ値が１３．５のＴｒｉｔｏｎ Ｘ−１００とを、第二の溶媒であるハロゲン系溶媒（例えば、クロロホルム、ジクロロメタン）に混合して、調製液を作製する。調製液における各成分の含有量は、例えば以下のとおりである。調製液中のＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）_４Ｐのモル濃度は３．３×１０^−５モル／Ｌ〜３．３×１０^−４モル／Ｌ、撥水処理されたシリカ粒子の濃度は１０ｍｇ／ｍＬ〜１００ｍｇ／ｍＬ、非イオン性界面活性剤の濃度は０．１６ｍｇ／ｍＬ〜３０ｍｇ／ｍＬである。色素と撥水処理されたシリカ粒子とのモル重量比は、１．０×１０^−６モル／ｇ〜１．０×１０^−５モル／ｇ、色素と非イオン性界面活性剤とのモル重量比は、３．０×１０^−６モル／ｇ〜３．０×１０^−４モル／ｇ，好ましくは３．３×１０^−６モル／ｇ〜５．９×１０^−５モル／ｇ、無機粒子に対する非イオン性界面活性剤の重量比は、０．０５ｇ／ｇ〜１ｇ／ｇである。

（３）基体上のパターン形成
基体１２の表面において検知膜部１１１を予めパターン形成することが好ましい。パターン形成することにより、検知膜の面積ばらつきを低減できるため、微量の一酸化窒素ガスを精度良く測定できる。パターン形成には、半導体プロセスで用いられるフォトリソグラフィや印刷プロセスを用いることができるが、これらに限定されない。

このパターン形成においては、検知膜部を囲む周辺部１１２を撥液性とし、検知膜部１１１が親液性とすることが好ましい。このように基体の表面性を変えることにより、検知膜１１を精度良く形成でき、これにより検知膜１１のＮＯ感度のばらつきを低減できる。

具体的なパターン形成方法として、（ｉ）周辺部１１２をフォトレジスト又は金属で被覆し、検知膜部１１１のみを露出させて、該検知膜部に対し、酸素ガスを主成分とする混合ガスでプラズマエッチングを行い、検知膜部１１１の表面に凹凸を形成する方法がある。また、（ｉｉ）周辺部１１２に、ＦＳ−１０１０（商標、株式会社フロロテクノロジ）などのフッ素樹脂皮膜、又はシリコ−ンオイル皮膜を形成する方法もある。特に、基体１２としてＰＥＮフィルム基板を用い、周辺部１１２に、ＦＳ−１０１０フッ素樹脂皮膜を形成する方法が好ましい。前記いずれの方法でも容易に、検知膜部１１１を周辺部１１２と比較して親液性にすることができる。基体１２の表面性は、例えば協和界面科学（株）製、形式ＣＡ−ＣのＦＡＣＥ接触角計を用い、表面に純水を滴下し接触角を測定することで確認できる。一例として、周辺部１１２のフッ素樹脂皮膜上の純水接触角は１１５°〜１１８°であり、一方ＰＥＮ基板上の検知膜部１１１の純水接触角は、７０°〜８０°である。

（４）高分子接着剤溶液の液滴膜作製
まず、予めパターン形成された検知膜部１１１に、（１）で調整した高分子接着剤溶液を滴下することで、高分子接着剤を含む液滴膜を形成する。具体的には、直径が８ｍｍとなるようにパターニングされた検知膜部１１１に対し、高分子接着剤溶液（例えばＨＰＣを溶解したメチルアルコール）を１０μＬ〜３０μＬ滴下する。

この滴下により、高分子接着剤溶液を構成する第一の溶媒は、撥液性の周辺部１１２と親液性の検知膜部１１１との境界を超えて広がることはないため、面積ばらつきの少ない高分子接着剤液滴膜を実現できる。滴下により形成された液滴膜は、半乾燥させても、完全乾燥させてもよい。

（５）検知膜の液滴膜作製
次いで、（２）で作製した色素含有調製液を前記高分子接着剤液滴膜に１０μＬ〜３０μＬ滴下する。この際、前記調製液は、検知膜部１１１と周辺部１１２との境界を超えて広がることはなく、検知膜部１１１表面で第一の溶媒と調製液とのあいだで対流が生じ、一酸化窒素検出粒子を含む均一な液滴状検知膜が形成される。これは、第一の溶媒であるアルコール系溶媒が、第二の溶媒であるハロゲン系溶媒より比重が軽いためである。検知膜部１１１の直径が８ｍｍの場合、第一の溶媒も第二の溶媒もともにその滴下量が３０μＬ以下であると、液滴状検知膜は前記境界を超えて広がることはないので、面積ばらつきの少ない検知膜１１を実現できる。

（６）検知膜の乾燥・固定
次に基体１２上の液滴状検知膜を風乾し固化させて検知膜１１を形成する。乾燥時の温度及び湿度条件は特に限定されず、基体、高分子接着剤、及び色素の変質を生じない条件下で、風乾（室温及び相対湿度５０％）であってもよいし、室温以上の温度条件下であってもよいし、ホットプレート上の加熱条件下であってもよい。

高分子接着剤溶液及び色素含有調製液の滴下量は、無機粒子に対する高分子接着剤の重量比が０．０７ｇ／ｇ〜０．２０ｇ／ｇとなるように調整することが好ましい。高分子接着剤の割合が低くなると、一酸化窒素検出粒子同士の接着力が弱く、粒子が一酸化窒素検出エレメントから剥離しやすい傾向がある。逆に高分子接着剤の割合が高くなると、接着力は増加するものの、検知膜１１のＮＯ応答時間が長くなる傾向がある。

次に、色素として、置換基をメトキシ基とするテトラメトキシフェニルポルフィリンコバルト、ＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐを含む一酸化窒素検出エレメント１０Ａを用いたＮＯ検出方法の具体例及びその結果について説明する。

図４は、色素としてＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐを用いた場合の分光光度計ＭＣＰＤ７０００（大塚電子製）で測定した紫外・可視光反射スペクトルを示すグラフである。

まず、測定の前に、一酸化窒素検出エレメント１０Ａに対し窒素ガス（流速１００ｍＬ／分）を流しながら、温度コントローラ２４によりセンサ温度を１５０℃に設定して１０分間の熱処理を行うことで、一酸化窒素検出エレメントを初期化する。熱処理で初期化を行うことにより、２価のコバルトを中心金属とするＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐ（以下Ｃｏ（ＩＩ）ＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐという）由来の中心波長４１３ｎｍの吸収バンドを有する反射スペクトルが得られる（図４において「初期化後」と記載したスペクトル）。

次に、温度コントーラ２４によりセンサ温度を８０℃に設定して窒素ガスを１００ｍＬ／分で流しながら、測定セル１３を１０分間安定化させた後、ＮＯガス曝露を行う。Ｃｏ（ＩＩ）ＴＰ（４−ＯＣＨ_３）ＰにＮＯが結合すると、コバルトのｄ軌道にある電子が、ＮＯの不対電子軌道へ電荷移動を伴いつつ配位結合することで、コバルトが３価に酸化される。これにより、Ｃｏ（ＩＩ）ＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐ由来の中心波長４１３ｎｍの吸収バンドは図４のように減衰し、３価のコバルトを含有するＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐ（以下Ｃｏ（ＩＩＩ）ＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐという）由来の中心波長４３８ｎｍの吸収バンド（図４の「初期化前」と記載したスペクトルにおける吸収バンド）が増大する。なお本発明は、前述したセンサ温度及び処理時間に制限されない。

図５は、初期化した本発明の一酸化窒素検出エレメントをＮＯガスに曝す前後の光反射率の変化を示すグラフである。具体的には、Ｃｏ（ＩＩ）ＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐに由来する波長４１３ｎｍでの光学反射率の変化と、Ｃｏ（ＩＩＩ）ＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐ）に由来する波長４３８ｎｍでの光学反射率の変化を示す。同図では、図４の光反射スペクトルで、色素がＮＯガスと反応しない波長４７０ｎｍでの光学反射率を１００％として規格しており、光学波長４１３ｎｍと、光学波長４３８ｎｍそれぞれのＮＯガス暴露前の光学反射率からＮＯガス暴露後の光学反射率を差し引いた値を示す。

測定時のＮＯガス暴露条件は、センサ温度８０℃、窒素希釈ＮＯガス濃度１ｐｐｍ−ＮＯ、流速２００ｍｌ／分である。以下、ＮＯガス暴露時の波長４１３ｎｍの光反射率の飽和値から波長４３８ｎｍの光反射率の飽和値を引いた値を、「差分光反射率」とする。この差分光反射率はＮＯ濃度に依存しているために、ＮＯ暴露により生じたＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐの差分光反射率からＮＯ濃度を決定することができる。

本発明では、ＮＯガスとの反応性を示す２価のコバルトを有するＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐが検知膜１１中に含まれていればよく、２価のコバルトを含むＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐに加えて３価のコバルトを含むＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐがさらに含まれていてもよい。このように２価のコバルトと３価のコバルトが混在する場合では、図４の反射スペクトルにおいて、Ｃｏ（ＩＩ）（４−ＯＣＨ_３）Ｐ由来の４１３ｎｍ中心の吸収バンドとＣｏ（ＩＩＩ）（４−ＯＣＨ_３）Ｐ由来の４３８ｎｍ中心の吸収バンドとを重ね合わせた反射スペクトルが得られる。

前述の方法で作製した一酸化窒素検出エレメント１０Ａは、大気中の酸素（Ｏ_２）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応することで、Ｃｏ（ＩＩＩ）（４−ＯＣＨ_３）Ｐが主成分となってしまう。このままではＮＯ濃度を精度良く測定することができない。従って、測定前に、熱処理による初期化を行うことが望ましい。

具体的には、微量のＮＯガス濃度を精度良く測定するために、ＮＯガスを測定する直前に、ＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐ中のコバルトを２価へ変化させるための検知膜１１の初期化を行う。初期化としては、前記の加熱処理による初期化以外に、検知膜１１への光照射や、マイクロ波などの電磁照射があり、これらの手段を組み合わせてもよい。

ＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐを加熱すると、ＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐに結合しているＯ_２やＣＯなどのガスが脱離し、ＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐ中のコバルトが２価に還元される。加熱する際に、Ｎ_２ガスやＡｒガスなどの不活性ガスや、空気を流してもよい。ガスを流すことで、脱離したＯ_２やＣＯなどのガスを測定セル１３の内部から効率的に除去することができる。

温度コントラーラ２４による加熱温度及び加熱時間は、色素、高分子接着剤及び基体が劣化することなく、迅速に加熱処理を行うことができるように設定すればよい。特に、加熱処理におけるセンサ温度の範囲としては、５０℃〜２００℃が好ましい。初期化の加熱温度が５０℃未満になると、加熱温度の減少とともに加熱処理の時間が長くなる。センサ温度が２００℃を超えると、高分子接着剤の変質を招く。

図６は、前記熱処理初期化後の光吸収率とＮＯ感度及びＮＯ応答時間との関係を示すグラフである。ＮＯ感度は、差分光反射率と線形の関係がある。ここで同図（ａ）の縦軸の差分光反射率は、ＮＯ曝露時の図５における（波長４１３ｎｍの反射率の飽和値）から（波長４３８ｎｍの反射率の飽和値）を差し引いた値である。なお、横軸の初期化後光吸収率は、加熱処理による初期化後の光吸収率（＝１００％−反射率の最小値）から求めた。なお、この光吸収率は、無機粒子に物理吸着しているＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐの担持量を反映している。すなわち、光吸収率が少ないと担持量が少なく、光吸収率が大きいと担持量が多いことを表す。

同図（ｂ）の縦軸は、ＮＯ応答時間であり、図５における、波長４１３ｎｍの差分光反射率変化の１０％−９０％の所要時間（秒）である。

同図（ａ）より、初期化後の光吸収率が２０％未満の領域では、前記光吸収率とＮＯ感度は線形の関係にあることが分かる。初期化後の光吸収率が２０％を越えるとＮＯ感度は飽和傾向を示す。

喘息ガイドライン（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｔｈｏｒａｃｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ“ＡＴＳ／ＥＲＳ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｏｎｌｉｎｅ ａｎｄ Ｏｆｆｌｉｎｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｘｈａｌｅｄ Ｌｏｗｅｒ Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ Ｎｉｔｒｉｃ Ｏｘｉｄｅ ａｎｄ Ｎａｓａｌ Ｎｉｔｒｉｃ Ｏｘｉｄｅ，２００５”）によれば、呼気中の２ｐｐｂ−ＮＯガス検出を１０秒以内で測定することが要求されている。そのため、喘息判定に優れた一酸化窒素検出エレメントの要求性能として、以下では、ＮＯ感度に相当する差分光反射率を５％以上（第一の閾値）に設定し、ＮＯ応答時間（１０％−９０％値）を、２０秒以下（第二の閾値）に設定した。第一の閾値を満たせば、公知の方法、すなわち、光学バンドパスフィルタを介し、光検出器の電気回路における計測サンプリング数を増やし、また検出回路の信号対ノイズの改善により、喘息ガイドラインのＮＯ感度の要求を満足できる。第二の閾値については、前記喘息ガイドラインによれば、呼気の流速は３０００ｍＬ／分と規定されている。本実施の形態の測定条件は流速２００ｍＬ／分なので、喘息ガイドラインに規定された流速ではＮＯガスと２価のコバルトとの衝突確率が１５倍になる。従って、本実施の形態でのＮＯ応答時間２０秒を、ガイドラインの条件に換算すると約１．３秒になる。以上の設定値は喘息判定に優れた一酸化窒素検出エレメントの要求性能として設定したものであり、これらの設定値を満たさないと一酸化窒素検出エレメントとして使用できないことを意味するものではない。

図６（ａ）より、ＮＯ感度に相当する差分光反射率を５％以上とする第一の閾値を満たす光吸収率は、１０％以上であることが分かる。一方、同図（ｂ）より、ＮＯ応答時間を２０秒以下とする第二の閾値を満たす光吸収率は３０％以下であることが分かる。光吸収率が３０％を越えると、ＮＯ応答時間が長くなる。これは色素が凝集するためと考えられる。以上のことから、本発明のＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐの無機粒子への担持量は、光学波長４００ｎｍ〜４５０ｎｍ（Ｓｏｒｅｔバンド）での初期化後光吸収率（最大光吸収率）が１０％〜３０％となるような担持量であることが好ましい。

図７は、本発明の一酸化窒素検出エレメントにおける基体表面の単位面積あたりのコバルト原子数とＮＯ感度及びＮＯ応答時間との関係を示す。基体表面のコバルト原子数は、公知の二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳという）で測定できる。基体の表面積を前述のパターン形成で規定し、調製液中のＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐ濃度を変えることで変化させた基体表面の単位面積あたりのコバルト原子数を横軸に示す。同図（ａ）より、ＮＯ感度の第一の閾値を満たすにはコバルト原子数は１×１０^１５個／ｃｍ^２以上が必要であることが分かる。一方、同図（ｂ）より、ＮＯ応答時間の第二の閾値を満たすにはコバルト原子数は１×１０^１６個／ｃｍ^２以下が必要であることが分かる。以上のことから、基体表面の単位面積あたりのコバルト原子数は１×１０^１５個／ｃｍ^２〜１×１０^１６個／ｃｍ^２が好ましい。コバルト原子数が少なくなるとＮＯ感度が不足する傾向があり、コバルト原子数が多くなると、おそらく色素が凝集するため、ＮＯ応答時間が長くなる傾向がある。

図８は、本発明の一酸化窒素検出エレメントにおける撥水処理されたシリカ粒子に対するＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐのモル／重量比とＮＯ感度及びＮＯ応答時間との関係を示す。ここでは、直径が８ｍｍの検知膜部を有するＰＥＮ基体上への調製液滴下量を１０μＬ、２０μＬ又は３０μＬに変更してデータを取得した。同図（ａ）は、縦軸は差分光反射率であり、横軸は撥水処理されたシリカ粒子に対するＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐのモル／重量比（モル／ｇ）である。同図（ｂ）は、縦軸はＮＯ応答時間であり、横軸は同図（ａ）と同じである。同図（ａ）より、ＮＯ感度の第一の閾値を満たすために、撥水処理されたシリカ粒子に対するＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐのモル／重量比が１．０×１０^−６モル／ｇ以上の担持量が必要であることが分かる。また、滴下量が１０μＬで、かつ前記モル／重量比が低い場合、分散性が悪くＮＯ感度が低下することも分かる。同図（ｂ）より、ＮＯ応答時間の第二の閾値を満たすには前記モル／重量比が１．０×１０^−５モル／ｇ以下が必要であることが分かる。前記モル／重量比が大きくなると、ＮＯ応答時間が長くなる傾向がある。これは、色素の担持量が増えると、色素が凝集するために、ＮＯ応答に時間がかかるためと考えられる。

図９は、本発明の一酸化窒素検出エレメントにおける非イオン性界面活性剤に対するＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐのモル／重量比とＮＯ感度及びＮＯ応答時間との関係を示す。非イオン性界面活性剤としては、ＨＬＢ値＝１３．５のＴｒｉｔｏｎ Ｘ１００を用いる。同図には、撥水処理されたシリカ粒子を使用せずに作製した一酸化窒素検出エレメントについてのデータも示す。同図（ａ）より、前記モル／重量比が増加するに伴い、ＮＯ感度である差分光反射率は減少することが分かる。これは、色素に対する非イオン性界面活性剤の相対的使用量が減少することで、色素の分散性が悪くなり、色素が凝集しやすくなるためである。同図（ｂ）より、ＮＯ応答時間の第二の閾値を満たすには、前記モル／重量比は、３．０×１０^−６モル／ｇ〜３．０×１０^−４モル／ｇ，好ましくは３．３×１０^−６モル／ｇ〜５．９×１０^−５モル／ｇであることが必要であることが分かる。このように非イオン性界面活性剤を適当量使用することで、色素の分散性が向上し、より短いＮＯ応答時間を示す一酸化窒素検出エレメントを得ることができる。しかし、非イオン性界面活性剤の使用は必須のものではなく、これを使用しなくとも、比較的良好なＮＯ感度とＮＯ応答時間を示す一酸化窒素検出エレメントを得ることができる。

図１０は、本発明の一酸化窒素検出エレメントにおける撥水処理されたシリカ粒子に対する非イオン性界面活性剤の重量比とＮＯ感度及びＮＯ応答時間との関係を示す。同図には、撥水処理されたシリカ粒子を使用せずに作製した一酸化窒素検出エレメントについてのデータも示す。調製液の作製条件は、ＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐのモル濃度が１×１０^−６モル／Ｌ〜３．３×１０^−４モル／Ｌ、撥水処理されたシリカ粒子の濃度が１０〜１００ｇ／Ｌである。直径８ｍｍの検知膜部への滴下量は１０μＬ〜３０μＬとした。同図（ａ）より、ＮＯ感度である差分光反射率は前記重量比が０．２ｇ／ｇに達するまでは急激に増加し、その後緩やかに増加することが分かる。同図（ｂ）より、非イオン性界面活性剤を添加するとＮＯ応答時間は減少し（すなわちＮＯガス応答が高速化し）、前記重量比が０．０５ｇ／ｇ以上となると、第二の閾値であるＮＯ応答時間の閾値２０秒以下を満たすようになる。さらに非イオン性界面活性剤を増やし、前記重量比が１ｇ／ｇを超えると、ＮＯ応答時間が２０秒を超えることが分かる。以上より、非イオン性界面活性剤は、図９で示されたように、ＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐの分散性を向上させるばかりでなく、図１０のように、撥水処理された粒子の分散性も向上させることが分かる。

次に、本発明の一酸化窒素検出エレメントにおける撥水処理されたシリカ粒子に対する高分子接着剤の重量比や、前記粒子の平均粒子径を変えて、（１）ＮＯ感度である差分光反射率、（２）ＮＯ応答時間、及び（３）作製された検知膜の表面状態を評価した結果を表１に示す。

ここでは、調製液中の非イオン性界面活性剤の濃度を、第二の溶媒クロロホルムに対して、７．５ｇ／Ｌと固定した。差分光反射率は、センサ温度８０℃、窒素希釈ＮＯガス濃度１ｐｐｍ−ＮＯ、流速２００ｍｌ／分の条件下で測定した。

前記（３）検知膜の表面状態に関しては、作製後の検知膜における剥離状態を目視で観察し、以下の評価基準に基づいて評価した。
４：検知膜において剥離がまったく観察されなかった。
３：検知膜の周辺部のみにおいて剥離が観察された。
２：検知膜全面において剥離が観察された。
１：検知膜を形成することができず、剥離を観察することができなかった。

以上（１）〜（３）の結果に基づき、以下の基準で各例の総合判定を行なった。
４：一酸化窒素検出エレメントとして極めて良好。
３：一酸化窒素検出エレメントとして良好。
２：一酸化窒素検出エレメントとして可。
１：一酸化窒素検出エレメントとして使用不可。

以下、各例の作製条件及び評価結果について記載する。

（実施例１）撥水処理されたシリカ粒子として平均粒子径１μｍ（メディアン径ｄ_１０＝０．７μｍ、ｄ_９０＝２μｍ）の粒子を用い、調製液中のＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐモル濃度（第二の溶媒：クロロホルム）を１×１０^−４モル／Ｌ、高分子接着剤（ＨＰＣ）／撥水処理された粒子の割合を６ｇ／９０ｇとした。ＮＯ感度は第一の閾値を満たすが、ＮＯ応答時間が３０秒と比較的長く、第二の閾値を満足しなかった。しかしこれは、一酸化窒素検出エレメントとして使用できないことを意味するものではない。また、検知膜１１の表面状態を観察すると、ＮＯ暴露前で検知膜の全面に割れが生じていたので、「２」と評価した。以上から、一酸化窒素検出エレメントとしての総合判定は「２」と判断した。

（実施例２）高分子接着剤（ＨＰＣ）／撥水処理された粒子の割合を６ｇ／６０ｇに変更した以外は、実施例１と同じ条件である。ＮＯ感度及びＮＯ応答時間はいずれも閾値を満足した。検知膜の周辺部に中程度のクラックが発生したので表面状態は「３」と評価した。総合判定は「３」と判断した。

（実施例３）高分子接着剤（ＨＰＣ）／撥水処理された粒子の割合を６ｇ／３０ｇに変更した以外は、実施例１と同じ条件である。ＮＯ感度及びＮＯ応答時間はいずれも閾値を満足した。検知膜の周辺部に小程度のクラックが発生したので表面状態は「３」と評価した。総合判定は「３」と判断した。

（実施例４）撥水処理されたシリカ粒子として平均粒子径９μｍ（メディアン径ｄ_１０＝６μｍ、ｄ_９０＝１２μｍ）の粒子を用いた以外は、実施例１と同じ条件である。ＮＯ感度及びＮＯ応答時間はいずれも閾値を満足した。検知膜の周辺部に小程度のクラックが発生したので表面状態は「３」と評価した。総合判定は「３」と判断した。

（実施例５）高分子接着剤（ＨＰＣ）／撥水処理された粒子の割合を６ｇ／６０ｇに変更した以外は、実施例４と同じ条件である。ＮＯ感度及びＮＯ応答時間はいずれも閾値を満足した。検知膜には剥離が見られず表面状態は良好であったので、「４」と評価した。総合判定は「４」と判断した。

（実施例６）高分子接着剤（ＨＰＣ）／撥水処理された粒子の割合を６ｇ／３０ｇに変更した以外は、実施例４と同じ条件である。ＮＯ感度及びＮＯ応答時間はいずれも閾値を満足した。検知膜には剥離が見られず表面状態は良好であったので、「４」と評価した。総合判定は「４」と判断した。

（実施例７）高分子接着剤（ＨＰＣ）／撥水処理された粒子の割合を１２ｇ／３０ｇに変更した以外は、実施例４と同じ条件である。ＮＯ感度は実施例６と比較して大きくなったが、ＮＯ応答時間が４０秒と比較的長く、第二の閾値を満足しなかった。検知膜の表面状態は良好であった。総合判定は「２」と判断した。これは、撥水処理されたシリカ粒子に対する高分子接着剤の相対的使用量が増加したことで、高分子接着剤を吸着した一酸化窒素検出粒子の割合が増え、ＮＯガスの拡散が律速段階となったためにＮＯ応答時間が長くなったものと推察している。

（実施例８）撥水処理されたシリカ粒子として平均粒子径１４μｍ（メディアン径ｄ_１０＝９μｍ、ｄ_９０＝２２μｍ）を用いた以外は、実施例１と同じ条件である。ＮＯ感度及びＮＯ応答時間はいずれも閾値を満足した。検知膜の全面に割れが生じていたので、表面状態は「２」と評価した。総合判定は「２」と判断した。

（実施例９）高分子接着剤（ＨＰＣ）／撥水処理された粒子の割合を６ｇ／６０ｇに変更した以外は、実施例８と同じ条件である。ＮＯ感度及びＮＯ応答時間はいずれも閾値を満足した。検知膜の周辺部に小程度のクラックが発生したので表面状態は「３」と評価した。総合判定は「３」と判断した。

（実施例１０）高分子接着剤（ＨＰＣ）／撥水処理された粒子の割合を６ｇ／３０ｇに変更した以外は、実施例８と同じ条件である。ＮＯ感度及びＮＯ応答時間はいずれも閾値を満足した。検知膜には剥離が見られず表面状態は良好であったので、「４」と評価した。総合判定は「４」と判断した。

（比較例１）実施例４と同じシリカ粒子を使用し、調製液中のＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐモル濃度（第二の溶媒：クロロホルム）を１×１０^−４モル／Ｌとしたが、高分子接着剤は使用しなかった。検知膜を形成することができなかった。したがって、総合判定は「１」と判断した。

（比較例２）シリカ粒子を用いることなく、ＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐを高分子接着剤ＨＰＣに分散させて検知膜を形成した。ＮＯ感度は閾値を満足したが、ＮＯ応答時間が５０秒と極めて長くなった。これは、ＮＯガスが高分子接着剤の内部を拡散して色素に到達することになるので、拡散が律速過程になることが原因と考えられる。このように、シリカ粒子を用いずに高分子接着剤のみを用いて色素を含む検知膜を作製しても、ＮＯ応答速度が速い一酸化窒素検出エレメントは作製できないことが分かる。総合判定は「１」と判断した。

以上、表１の結果から、コバルトポルフィリン、高分子接着剤、及び無機シリカ粒子を併用することで、ＮＯ感度及びＮＯガス応答時間に優れた一酸化窒素検出エレメントが得られることが分かる。特に、無機粒子に対する高分子接着剤の重量比が０．０７〜０．２０ｇの範囲にあると、ＮＯ感度及びＮＯガス応答時間に加え、表面状態の良好な検知膜が得られることが分かる。

以上は、ポルフィリンの置換基がメトキシ基の場合を説明したが、これに限定されない。該置換基はＨ基又はＯＨ基であってもよい。以下、これらについて説明する。

（実験例１）
コバルトポリフィリン錯体を置換基＝Ｈの場合のＣｏＴＰＰに変えて、他は同じ条件で一酸化窒素検出エレメントを作製した。ＮＯ感度は、ＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐの初期化後の光吸収率が同じ場合のＮＯ感度に比べて、約２５％程度小さくなったが、ＮＯ応答時間は、ほぼ同等であった。ＮＯ感度がメトキシ基の場合に比べて小さいのは、水素原子がメトキシ基に比べて、ポルフィリン骨格の大環状π共役系への電子供与性が小さいためである。

（実験例２）
コバルトポリフィリン錯体を置換基Ｘｉ＝ＯＨの場合のＣｏＴＰ（ＯＨ）Ｐに変えて、一酸化窒素検出エレメントを作製した。この場合、調製液の第二の溶媒としてアルコール系溶媒（例えばメチルアルコール、エチルアルコール）を用いた。他の作製条件は同じである。ＮＯ感度及びＮＯ応答時間いずれも、ＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）Ｐの場合と同程度であった。

高分子接着剤としては、ＨＰＣ以外に、ポリカーボネート系変性ウレタン樹脂を使用することもできる。センサ温度は８０℃に限定されないが、呼気温度の３７℃より高い４０℃以上８０℃以下が好ましい。

（実験例３）
ポリカーボネート系変性ウレタン樹脂を高分子接着剤とし、第一の溶媒としてエチルアルコールを濃度６ｍｇ／ｍＬで使用して高分子接着剤溶液を作製し、ＰＥＮ基体表面に予めパターン形成された直径８ｍｍの検知膜部に１０μＬ滴下した。３０秒風乾（温度２３℃、相対湿度５０％）後、半乾きの高分子接着剤液滴膜に、以下の調製液を滴下した。

コバルトポリフィリン錯体として、ＣｏＴＰ（４−ＯＣＨ_３）ＰとＣｏＴＰＰを等量モル使用し、非イオン性界面活性剤としてＴｒｉｔｏｎ Ｘ１００を７．５ｍｇ、クロロホルム溶媒１ｍＬに溶かし調製液を作製した。コバルトポリフィリン錯体のモル濃度は、前記２つのポルフィリンを合わせて１×１０^−４モル／Ｌである。

前記調製液を、半乾燥の高分子接着剤層に３０μＬ滴下した。すると半乾燥の高分子接着剤を溶解する第一の溶媒と調製液の第二の溶媒とで、均一な対流と乾燥が始まった。温度２３℃相対湿度５０％の環境で３分間乾燥させて検知膜１１を固定した。作製した一酸化窒素検出エレメントを図１の一酸化窒素検出装置に設置し、ＮＯガス濃度試験を行った。

温度コントーラ２４を用いて、検知膜１１のセンサ温度を１５０℃とし、圧縮空気１００ｍＬ／分を流しながら３分間の加熱初期化を行った。

センサ温度をまず８０℃に設定し、圧縮空気１００ｍＬ／分、２ｐｐｍＮＯガス（窒素希釈）１００ｍＬ／分を流しながら、ＮＯガス曝露試験を行った。

次に、再度１５０℃で加熱初期化後、センサ温度を６０℃とし、圧縮空気１００ｍＬ／分、２ｐｐｍＮＯガス（窒素希釈）１００ｍＬ／分を流しながら、ＮＯガス曝露試験を行った。

さらに、再度１５０℃で加熱初期化後、センサ温度を４０℃とし、圧縮空気１００ｍＬ／分、２ｐｐｍＮＯガス（窒素希釈）１００ｍＬ／分を流しながら、ＮＯガス曝露試験を行った。

また、再度１５０℃での加熱初期化後、センサ温度を１１５℃とし、圧縮空気１００ｍＬ／分、２ｐｐｍＮＯガス（窒素希釈）１００ｍＬ／分を流しながら、ＮＯガス曝露試験を行った。

図１２に上記ＮＯ曝露時のセンサ温度とＮＯ感度及びＮＯ応答時間との関係を示す。同図（ａ）より、ＮＯ感度は、センサ温度を１１５℃から４０℃に低下させるに伴い増加することが分かる。特にセンサ温度４０℃では、これまでに示した８０℃の場合に比べてＮＯ感度は約１．５倍増大する。一方、同図（ｂ）より、ＮＯ応答時間は、センサ温度８０℃の場合を最大値とし、８０℃から４０℃に低下させるに伴いＮＯ応答が高速化する傾向を示すことが分かる。

本発明に係る一酸化窒素検出エレメントは、医学、薬学、医薬品開発、環境測定、及び化学安全性評価用における一酸化窒素ガスの検出に有用である。

１０Ａ 一酸化窒素検出エレメント
１１ 検知膜
１２ 基体
１３ 測定セル
１４ ガス導入口
１５ ガス排気口
１６ 光源
１７ 光検出部
１８ 投光受光部
１９ 計測コントローラ
２０，２１ 光ファイバ
２２，２３，２５ 制御線
２４ 温度コントーラ
３０ 測定ガス
１００ 一酸化窒素検出粒子
１０１ 無機粒子
１０３ 高分子接着剤
１０４ 非イオン性界面活性剤
１１１ 検知膜部
１１２ 周辺部

Claims (38)

1. 基体と、前記基体の表面に形成された検知膜とを含む一酸化窒素検出エレメントであって、
   前記検知膜が、一酸化窒素検出粒子と、高分子接着剤とからなり、
   前記一酸化窒素検出粒子が、ポルフィリン骨格を有し、かつ中心金属として２価のコバルトを有する色素を、無機粒子の表面に吸着させることで形成されたものである、一酸化窒素検出エレメント。
2. 前記無機粒子に対する前記高分子接着剤の重量比が０．０７ｇ／ｇ以上０．２０ｇ／ｇ以下である、請求項１に記載の一酸化窒素検出エレメント。
3. 前記無機粒子に対する前記色素のモル重量比が１．０×１０^−６モル／ｇ以上１．０×１０^−５モル／ｇ以下である、請求項１に記載の一酸化窒素検出エレメント。
4. 前記検知膜の単位面積あたりのコバルト原子数が、１０^１５個／ｃｍ^２以上１０^１６個／ｃｍ^２以下である、請求項１に記載の一酸化窒素検出エレメント。
5. 前記一酸化窒素検出エレメントは、光学波長４００ｎｍから４５０ｎｍの最大光吸収率が１０％以上３０％以下である、請求項１に記載の一酸化窒素検出エレメント。
6. 前記検知膜が、非イオン性界面活性剤をさらに含む、請求項１に記載の一酸化窒素検出エレメント。
7. 前記非イオン性界面活性剤に対する前記色素のモル重量比が３．０×１０^−６モル／ｇ以上３．０×１０^−４モル／ｇ以下である、請求項６に記載の一酸化窒素検出エレメント。
8. 前記無機粒子に対する前記非イオン性界面活性剤の重量比が０．０５ｇ／ｇ以上１ｇ／ｇ以下である、請求項６に記載の一酸化窒素検出エレメント。
9. 前記非イオン性界面活性剤の親水性親油性バランス（ＨＬＢ値）が１３以上１５以下である、請求項６に記載の一酸化窒素検出エレメント。
10. 前記無機粒子が、シリカ若しくはα−アルミナであるか、又は、両粒子の混合物である、請求項１に記載の一酸化窒素検出エレメント。
11. 前記無機粒子が、撥水処理された無機粒子である、請求項１に記載の一酸化窒素検出エレメント。
12. 前記無機粒子の粒子径が、６〜１２μｍである、請求項１に記載の一酸化窒素検出エレメント。
13. 前記検知膜の単位面積あたりの前記一酸化窒素検出粒子の重量が０．２ｍｇ／ｃｍ^２〜２．０ｍｇ／ｃｍ^２である、請求項１に記載の一酸化窒素検出エレメント。
14. 前記色素が、中心金属として２価のコバルトに加えて３価のコバルトを有する、請求項１に記載の一酸化窒素検出エレメント。
15. 前記色素が、テトラフェニルポルフィリンコバルト若しくはテトラメトキシフェニルポルフィリンコバルトであるか、又は、両化合物の混合物である、請求項１に記載の一酸化窒素検出エレメント。
16. 前記色素が、テトラヒドロキシフェニルポルフィリンコバルトである、請求項１に記載の一酸化窒素検出エレメント。
17. 前記高分子接着剤のガラス転移温度が−１５０℃〜１５０℃である、請求項１に記載の一酸化窒素検出エレメント。
18. 前記基体が、プラスチック基板、セラミックス基板、金属基板、紙、織布、又は不織布である、請求項１に記載の一酸化窒素検出エレメント。
19. 請求項１に記載の一酸化窒素検出エレメント、
    前記一酸化窒素検出エレメントの前記検知膜表面を、一酸化窒素を含む可能性がある測定ガスと接触させるガス導入部、
    前記検知膜に光を照射する投光部、及び
    前記検知膜から反射された光又は前記検知膜を透過した光を受光する受光部、を含む、一酸化窒素検出装置。
20. 請求項１に記載の一酸化窒素検出エレメントを初期化する第一工程と、
    第一工程の後、前記一酸化窒素検出エレメントの前記検知膜に対し光を照射し前記検知膜の光吸収率を測定する第二工程と、
    第二工程の後、前記検知膜を、一酸化窒素を含む可能性がある測定ガスと接触させる第三工程と、
    第三工程の後、前記検知膜に対し光を照射し前記検知膜の光吸収率を測定する第四工程と、
    第四工程で得られた前記光吸収率と、第二工程で得られた前記光吸収率とを比較することで、前記測定ガスに含まれる一酸化窒素濃度を決定する第五工程と、
    を含む、一酸化窒素検出方法。
21. 高分子接着剤を第一の溶媒に溶解してなる高分子接着剤溶液を基体表面に塗布する工程と、
    ポルフィリン骨格を有し、かつ中心金属として２価のコバルトを有する色素と、無機粒子と、第二の溶媒とを混合することで、前記無機粒子の表面に前記色素を吸着させた一酸化窒素検出粒子と前記第二の溶媒とを含む調製液を作製する工程と、
    前記基体表面に塗布された前記高分子接着剤溶液に、前記調製液を添加する工程と、
    前記第一の溶媒と前記第二の溶媒とを乾燥させ、前記基体上に、前記一酸化窒素検出粒子と前記高分子接着剤とからなる検知膜を形成する工程と、を含む、一酸化窒素検出エレメントの製造方法。
22. 前記無機粒子に対する前記高分子接着剤の重量比が０．０７ｇ／ｇ以上０．２０ｇ／ｇ以下である、請求項２１に記載の一酸化窒素検出エレメントの製造方法。
23. 前記無機粒子に対する前記色素のモル重量比が１．０×１０^−６モル／ｇ以上１．０×１０^−５モル／ｇ以下である、請求項２１に記載の一酸化窒素検出エレメントの製造方法。
24. 前記検知膜の単位面積あたりのコバルト原子数が、１０^１５個／ｃｍ^２以上１０^１６個／ｃｍ^２以下である、請求項２１に記載の一酸化窒素検出エレメントの製造方法。
25. 前記調製液を作製する工程において、さらに非イオン性界面活性剤を混合する、請求項２１に記載の一酸化窒素検出エレメントの製造方法。
26. 前記非イオン性界面活性剤に対する前記色素のモル重量比が３．０×１０^−６モル／ｇ以上３．０×１０^−４モル／ｇ以下である、請求項２５に記載の一酸化窒素検出エレメントの製造方法。
27. 前記無機粒子に対する前記非イオン性界面活性剤の重量比が０．０５ｇ／ｇ以上１ｇ／ｇ以下である、請求項２５に記載の一酸化窒素検出エレメントの製造方法。
28. 前記非イオン性界面活性剤の親水性親油性バランス（ＨＬＢ値）が１３以上１５以下である、請求項２５に記載の一酸化窒素検出エレメントの製造方法。
29. 前記無機粒子が、シリカ若しくはα−アルミナであるか、又は、両粒子の混合物である、請求項２１に記載の一酸化窒素検出エレメントの製造方法。
30. 前記無機粒子が、撥水処理された無機粒子である、請求項２１に記載の一酸化窒素検出エレメントの製造方法。
31. 前記無機粒子の粒子径が、６〜１２μｍである、請求項２１に記載の一酸化窒素検出エレメントの製造方法。
32. 前記色素が、中心金属として２価のコバルトに加えて３価のコバルトを有する、請求項２１に記載の一酸化窒素検出エレメントの製造方法。
33. 前記色素が、テトラフェニルポルフィリンコバルト若しくはテトラメトキシフェニルポルフィリンコバルトであるか、又は、両化合物の混合物である、請求項２１に記載の一酸化窒素検出エレメントの製造方法。
34. 前記第二の溶媒が、クロロホルム若しくはジクロロメタンであるか、又は、両化合物の混合物である、請求項２１に記載の一酸化窒素検出エレメントの製造方法。
35. 前記色素が、テトラヒドロキシフェニルポルフィリンコバルトである、請求項２１に記載の一酸化窒素検出エレメントの製造方法。
36. 前記第二の溶媒が、メチルアルコール、エチルアルコール及びイソプロピルアルコールからなる群より選択される少なくとも１種である、請求項２１に記載の一酸化窒素検出エレメントの製造方法。
37. 前記高分子接着剤のガラス転移温度が−１５０℃〜１５０℃である、請求項２１に記載の一酸化窒素検出エレメントの製造方法。
38. 前記第一の溶媒が、メチルアルコール、エチルアルコール及びイソプロピルアルコールからなる群より選択される少なくとも１種である、請求項２１に記載の一酸化窒素検出エレメントの製造方法。

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