WO2013105450A1 - ガスセンサ - Google Patents

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WO2013105450A1
WO2013105450A1 PCT/JP2012/083880 JP2012083880W WO2013105450A1 WO 2013105450 A1 WO2013105450 A1 WO 2013105450A1 JP 2012083880 W JP2012083880 W JP 2012083880W WO 2013105450 A1 WO2013105450 A1 WO 2013105450A1
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gas
gas sensor
metal layer
light
ionic liquid
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勲 下山
潔 松本
哲朗 菅
裕介 竹井
高橋　英俊
光太郎 石津
祐仁 本多
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国立大学法人東京大学
オムロン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a gas sensor, and is suitable for application to detection of gas such as CO 2 and NH 3 , for example.
  • NDIR infrared light absorption type gas sensor
  • SPR surface plasmon resonance
  • the infrared light absorption type gas sensor shown in the former has a problem that the optical system becomes large because it is necessary to provide a light absorption path.
  • the latter gas sensor does not require a light absorption path and can be downsized accordingly.
  • the refractive index to be measured is approximately proportional to the molecular weight, a gas having a low molecular weight such as CO 2 is used. It was difficult to measure. Therefore, it has been desired to realize a gas sensor having a novel configuration capable of detecting a gas having a low molecular weight. Therefore, the present invention has been made in consideration of the above points, and an object of the present invention is to propose a gas sensor that can detect a gas with a novel configuration while reducing the size.
  • the present invention is a gas sensor that detects a gas to be detected, and has a metal layer in an irradiation range of incident light incident from a light source, and the incident light is changed by changing a path of the incident light in the metal layer. And a gas absorbing liquid provided on the surface of the metal layer and capable of absorbing the gas, and the gas absorbing liquid absorbs the gas, whereby the dielectric constant of the gas absorbing liquid is provided.
  • the gas sensor detects the gas based on a change in light intensity of the emitted light due to a surface plasmon resonance phenomenon generated in the metal layer in accordance with a change in the dielectric constant.
  • the size can be reduced accordingly, and the gas is absorbed by the gas absorbing liquid and the gas is absorbed.
  • a gas sensor having a novel configuration that can measure the dielectric constant of a changing gas-absorbing liquid by a light intensity change caused by a surface plasmon resonance phenomenon in a metal layer, and thus can detect a gas based on the light intensity change. realizable.
  • a mixed gas of CO 2 and the outdoor air is a graph showing the relationship between the dip angle shift and the reflection intensity change when outside air only. It is a graph which shows the time change of reflection intensity change rate.
  • 5 is a schematic view showing a method for manufacturing device A.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a method for manufacturing device B.
  • FIG. 3 is a table showing dimensions of device A and device B.
  • 10 is a table showing experimental results of gas sensors using device A and device B, respectively. It is sectional drawing which shows the side cross-section structure of the gas sensor by other embodiment.
  • reference numeral 1 denotes a gas sensor according to the present invention, and the gas sensor 1 can detect, for example, CO 2 as a detection target.
  • the gas sensor 1 has a prism 6 on which incident light L1 from a light source (not shown) is incident, and includes a metal layer 7 in an irradiation range of the incident light L1 incident on the prism 6, and the metal layer 7
  • the ionic liquid IL is provided on the surface 7a.
  • the prism 6 is made of a transparent member such as glass or acrylic so that the incident light L1 emitted from the light source can be transmitted inside.
  • the prism 6 is formed in a substantially triangular prism shape so that the incident light L1 can be incident on the quadrilateral incident surface 6b.
  • the prism 6 is configured such that incident light L1 incident from the incident surface 6b can pass through the inside and reach the metal layer 7 deposited on the other quadrilateral irradiation surface 6a. After changing the path of the incident light L1, the light can be emitted as the emitted light L2 from the other four-sided emission surface.
  • the metal layer 7 has a frame 3 composed of a wall portion 3a and a top plate portion 3b fixed to the surface 7a, and the ionic liquid IL is kept on the surface 7a by the frame 3. Yes.
  • the frame 3 is made of silicon, for example, and its height is selected to be 250 [ ⁇ m].
  • the frame 3 is provided with a plate-like top plate portion 3b on a frame-like wall portion 3a selected on a side of 10 [mm], and includes a surface 7a of the metal layer 7, a wall portion 3a, and a top plate. An internal space surrounded by the portion 3b is formed, and the ionic liquid IL is held in this internal space.
  • the frame 3 has a configuration in which a plurality of through holes 10 are formed in the top plate portion 3b.
  • the ionic liquid IL in the internal space is exposed to the outside, and the ionic liquid IL in the internal space can be brought into contact with the outside air around the frame body 3.
  • the ionic liquid IL held in the frame 3 can absorb the gas to be detected contained in the outside air.
  • the through-hole 10 drilled in the top plate portion 3b is very small, the frame body 3 is exposed to the outside air through the through-hole 10 while the ionic liquid IL injected into the internal space is exposed to its surface tension. Therefore, the ionic liquid IL can be stably held on the surface 7a of the metal layer 7 while continuing to stay in the frame 3 without leaking from the through hole 10.
  • the metal layer 7 on which the ionic liquid IL is placed is made of, for example, Au or a Cr / Au member and has a thickness of about 50 nm.
  • the incident angle ⁇ refers to an angle of the incident light L1 with respect to a perpendicular perpendicular to the surface of the metal layer 7.
  • the metal layer 7 can generate a surface plasmon resonance phenomenon according to the state of the dielectric constant of the ionic liquid IL placed on the surface 7a when the incident light L1 is irradiated. Has been made.
  • the surface plasmon resonance phenomenon means that when incident light L1 is incident on the prism 6, the evanescent wave constantly generated on the prism surface on which the metal layer 7 is deposited and the surface plasmon wave excited on the surface 7a of the metal layer 7 And the intensity of the outgoing light L2 reflected by the metal layer 7 (hereinafter also referred to as reflection intensity) decreases.
  • the ionic liquid IL as the gas absorbing liquid is, for example, [EMIM] [BF 4 ] (1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate) or [BMIM] [BF 4 ] (1-butyl- 3-methylimidazolium tetrafluoroborate), [BMIM] [PF 6 ] (1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate), [OMIM] [Br] (1-n-octyl-3-methyl Imidazolium bromide), [Hmpy] [Tf 2 N], [HMIM] [Tf 2 N], [BMIM] [Tf 2 N], [C 6 H 4 F 9 mim] [Tf 2 N], [ AMIM] [BF 4 ], [Pabim] [Bf 4 ], [Am-im] [DCA], [Am-im] [BF 4 ], [BMIM] [BF 4 ] + PVDF, [C 3 NH 2 mim ] [EMI
  • CO 2 is capable of absorbing [EMIM] [BF 4], [EMIM] [BF 4], [BMIM] [BF 4], [ BMIM] [PF 6 ], [Hmpy] [Tf 2 N], [HMIM] [Tf 2 N], [BMIM] [Tf 2 N], [C 6 H 4 F 9 mim] [Tf 2 N], [ AMIM] [BF 4 ], [Pabim] [Bf 4 ], [Am-im] [DCA], [Am-im] [BF 4 ], [BMIM] [BF 4 ] + PVDF, [C 3 NH 2 mim ] [CF 6 SO 3 ] + PTFE, [C 3 NH 2 mim] [Tf 2 N] + PTFE, [H 2 NC 3 H 6 mim] [Tf 2 N] + cross-linked Nylon66, P [VBBI] [ BF 4 ], P [MABI] [BF 4 ], P [VBBI] [T
  • the NH 3 with a detectable gas sensor 1 such as NH 3 is capable of absorbing [EMIM] [BF 4], using an ionic liquid in general to absorb water as the ionic liquid IL.
  • a detectable gas sensor 1 such as NH 3 is capable of absorbing [EMIM] [BF 4]
  • an ionic liquid in general to absorb water as the ionic liquid IL.
  • PEI polyethyleneimine
  • PEI polyethyleneimine
  • the ionic liquid IL is applied as the gas absorbing liquid.
  • the present invention is not limited to this, for example, hydroxide aqueous solutions of alkali metals and alkaline earth metals, and the like.
  • Various gas absorbing liquids may be applied. Note that, when an alkali metal and alkaline earth metal hydroxide aqueous solution is used as the gas absorbing liquid, CO 2 can be absorbed, so that a gas sensor with CO 2 as a detection target can be realized.
  • Such an ionic liquid IL is configured such that when the gas to be detected is absorbed, the dielectric constant can be changed according to the amount of the gas absorbed.
  • the dielectric constant of the metal layer 7 on which the ionic liquid IL is placed changes in the ionic liquid IL, the light intensity (reflection intensity) of the emitted light L2 can be changed in accordance with the change of the dielectric constant. Yes.
  • the metal layer 7 has no change in dielectric constant due to the gas in the ionic liquid IL when the gas to be detected is not contained in the outside air, for example, and the incident angle ⁇
  • the incident light L1 irradiated in step 1 can be reflected and emitted as the emitted light L2 with a predetermined light intensity.
  • the metal layer 7 changes the dielectric constant of the ionic liquid IL by the gas, and the incident light L1 at the same incident angle ⁇ . Can cause the surface plasmon wave L3 generated in the plane direction of the metal layer 7 under the influence of the change in dielectric constant to resonate with the evanescent wave and reduce the light intensity (reflection intensity) of the emitted light L2.
  • the gas sensor includes an intensity meter C for measuring the light intensity of the emitted light L2 at a position facing the emission surface 6c, and the light intensity of the emitted light L2 generated by the surface plasmon resonance phenomenon. Can be measured by intensity meter C.
  • the gas sensor 1 measures the light intensity change of the emitted light L2 due to the surface plasmon resonance phenomenon generated in the metal layer 7 according to the dielectric constant change of the ionic liquid IL by the intensity meter C, and is included in the outside air based on the measurement result. Gas is detected.
  • the gas sensor 1 can obtain a measurement result in which the reflection intensity decreases due to the surface plasmon resonance phenomenon, for example, at an incident angle ⁇ sp1 when the concentration of CO 2 to be detected is low.
  • the gas sensor 1 obtains a measurement result in which the reflection intensity decreases due to the surface plasmon resonance phenomenon at an incident angle ⁇ sp2 different from the incident angle ⁇ sp1 .
  • the dip angle at which the reflection intensity decreases due to the surface plasmon resonance phenomenon can change from the incident angle ⁇ sp1 to the incident angle ⁇ sp2 according to the CO 2 concentration.
  • CO 2 is contained in the outside air at a predetermined concentration or more. Whether or not it can be detected. Further, the dip angle at which the reflection intensity decreases due to the surface plasmon resonance phenomenon changes according to the CO 2 concentration. From this, the gas sensor 1 can estimate the concentration of CO 2 contained in the outside air based on the change amount of the light intensity of the emitted light L2 and the change amount of the dip angle.
  • a silicon substrate 12 having a thickness of 250 [ ⁇ m] to be the top plate portion 3b is prepared, and as shown in FIG. 6, the vertical and horizontal lengths of 500 [ ⁇ m] are provided at intervals of 650 [ ⁇ m].
  • a resist layer 13 having through holes 13 a is formed on one surface of the silicon substrate 12.
  • the wall 3a is formed on the other surface of the silicon substrate 12 by spin coating and patterning, for example, with a resist member having a thickness of 30 [ ⁇ m] (KMPR-1035 manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.).
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • a prism 6 made of triangular prism-shaped glass (for example, made of SF11 glass, with a light wavelength of 675 [nm] and a curvature of 1.774) as shown in FIG. 9 is prepared, and then flat irradiation with a quadrilateral shape is performed.
  • the film thickness of the metal layer 7 is optimized so as to maximize the sensitivity of surface plasmon resonance.
  • the wall 3a of the frame 3 prepared in advance is placed on the metal layer 7 on the prism 6, and then heated with a heater at 110 [° C.] for 5 minutes to form an adhesive layer.
  • the wall 3 a of the frame 3 is fixed to the metal layer 7.
  • the present invention as shown in FIG. 13 is performed by injecting ionic liquid IL into the internal space of the frame 3 from the through hole 10 of the frame 3 through the injection means 15 such as a dropper.
  • the gas sensor 1 can be manufactured.
  • the metal layer 7 is kept almost horizontal, and the ionic liquid IL of 10 [ ⁇ l] is placed in the frame 3 of 10 [mm] ⁇ 10 [mm].
  • the gas sensor 1 was manufactured in which the ionic liquid IL was exposed to the outside from the through hole 10 of 500 [ ⁇ m] ⁇ 500 [ ⁇ m] in the frame 3.
  • the opening ratio of the gas sensor 1 to the outside of the frame 3 was set to 60 [%].
  • this experimental apparatus 20 includes a gas supply device 25, and a gas adjusted to a predetermined CO 2 concentration is supplied from the gas supply device 25 to the isolation chamber 22 provided in the gas sensor 1.
  • the gas supply device 25 includes a chamber 26, a gas storage unit 27, and a pump P. CO 2 is supplied from the gas storage unit 27 into the chamber 26, and the detected concentration of the concentration sensor 26a in the chamber 26 is detected. As a guide, a gas adjusted to a predetermined CO2 concentration was generated in the chamber 26.
  • the gas supply device 25 recovers the gas from the isolation chamber 22 to the chamber 26 via the recovery pipe 23b while supplying the gas in the chamber 26 from the chamber 26 to the isolation chamber 22 via the supply pipe 23a by the pump P.
  • the gas was circulated.
  • the chamber 26 is provided with an exhaust pipe 28b, and the gas in the chamber 26 was exhausted from the exhaust pipe 28b to the outside as needed.
  • the isolation chamber 22 is a box, and is installed on the metal layer 7 so as to cover the entire frame 3 on the metal layer 7 in the gas sensor 1 to isolate the ionic liquid IL of the gas sensor 1 from the outside air.
  • the ionic liquid IL of the gas sensor 1 was placed in a gas having a predetermined CO 2 concentration generated in the chamber 26.
  • a light source 21 that emits a TM polarized wave having a wavelength of 675 [nm] was provided, and this TM polarized wave was applied to the incident surface 6b of the prism 6 as incident light L1.
  • the laser light from the laser diode was polarized by the polarizing plate, the incident light L1 having a 0.3 [nm] spot was generated by the slit by the light source 21, and this was irradiated to the prism 6.
  • the incident light L1 is irradiated from the incident surface 6b of the prism 6 of the gas sensor 1 toward the metal layer 7, the path is changed by the metal layer 7 of the gas sensor 1, and this is used as the output light L2 to be the output surface 6c. It was made to emit from. Further, an intensity meter C was disposed at a position facing the emission surface 6c, and the intensity of the emitted light L2 was measured with this intensity meter C.
  • a gas having a CO 2 concentration of 0 ⁇ 10 5 [ppm] that is, a gas not containing CO 2
  • the light source is stabilized after being stabilized.
  • the incident angle ⁇ of the incident light L1 is changed from 50 [°] to 60 [°] with an angular resolution of 0.05 [°], and the emitted light L2 at this time
  • the light intensity was measured with an intensity meter C.
  • the isolation chamber 22 is refreshed, a gas whose CO 2 concentration is 5.0 ⁇ 10 5 [ppm] is filled in the isolation chamber 22, and after stabilization, the incident light L1 is irradiated from the light source 21 onto the prism 6 Again, change the incident angle ⁇ of the incident light L1 from 50 [°] to 60 [°] with an angular resolution of 0.05 [°].
  • the intensity meter C reflects the light intensity (reflection intensity) of the emitted light L2 at this time. It was measured.
  • FIG. 18 shows that when 5.0 ⁇ 10 5 [ppm] CO 2 gas is supplied into the isolation chamber 22, the dip angle shift ⁇ sp stabilizes after 13 minutes from the CO 2 gas supply, With 1.0 ⁇ 10 5 [ppm] CO 2 gas and 2.5 ⁇ 10 5 [ppm] CO 2 gas, it can be seen that the average response time is 7 minutes and 12 minutes, respectively, and gas detection can be performed in minutes. I was able to confirm.
  • FIG. 19 shows the dip angle shift ⁇ sp obtained by the gas sensor 1 when the CO 2 concentration is 0 ⁇ 10 5 [ppm] and 5.0 ⁇ 10 5 [ppm], and the ratio of the reflection intensity change. It is the graph which compared.
  • attention is focused on the incident angle ⁇ 1 at which the light intensity of the outgoing light L2 starts to decrease due to the surface plasmon resonance phenomenon as a region for examining the reflection intensity change.
  • the ratio of the reflection intensity change at the incident angle ⁇ 1 is larger than the dip angle shift ⁇ sp .
  • the gas sensor 1 measures the amount of change in the reflection intensity that is larger than the dip angle shift ⁇ sp , and detects the gas in the outside air based on the amount of change in the reflection intensity. It has been found that even if a slight amount of gas is contained in the outside air, the gas can be easily detected with a change amount larger than the dip angle shift ⁇ sp .
  • FIG. 20 shows the results of examining the temporal change in the rate of change in reflection intensity from the start of supplying a gas having a CO 2 concentration of 6500 [ppm] to the isolation chamber 22, and 4 minutes have elapsed since the start of gas supply. Later, the rate of change in reflection intensity began to increase, and became a stable value after 28 minutes. Moreover, the reflection intensity change rate increased by 17 [%] (from 10 [ ⁇ W] to 11.7 [ ⁇ W]). Further, from FIG. 20, when the reflection intensity change rate is less than 2 [%] (0.2 [ ⁇ W]), an uneasy behavior such as a decrease in the reflection intensity change rate is shown.
  • the gas sensor 1 that as an example, stable reflection intensity change rate in proportion to the CO 2 concentration is slide into increasing, it detects the CO 2 concentration using 2% or more of the reflection intensity change rate In this case, it is possible to detect stably up to a CO 2 concentration of about 700 [ppm] (calculated from an experimental value of a reflection intensity change rate of 17 [%] at a CO 2 concentration of 6500 [ppm]). It turns out that.
  • an SOI wafer 31 is prepared in which an upper silicon layer 34 is provided on a lower silicon layer 32 with a silicon oxide film 33 interposed therebetween.
  • DRIE Deep Reactive. Ion Etching
  • cleaning is performed with hydrogen fluoride (HF), thereby removing the lower layer silicon layer 32 from the lower layer silicon layer 32.
  • a frame-like wall portion 36a is formed, a mesh-like top plate portion 36b having a plurality of through holes 10 is formed from the upper silicon layer 34, and the top plate portion 36b is interposed on the wall portion 36a via a silicon oxide film 33a.
  • a first frame 36 in which is stacked is manufactured as device A.
  • a substrate 41 made of a photosensitive resin (KMPR-1035) is prepared, and the substrate 41 is patterned by DRIE (DeepactiveReactive. IonchingEtching) which is a fine hole forming technique.
  • DRIE DeepactiveReactive. IonchingEtching
  • a frame-like wall portion 42a was formed along the frame of the top plate portion 42b to produce a second frame body 42, which was designated as device B.
  • the heights h1 and h2 of the device A and the device B were measured in the same manner with the height of the top plate portion 3b being h1 and the height of the wall portion 3a being h2.
  • the height h1 of the top plate portion 36b is 50 [ ⁇ m]
  • the height h2 of the wall portion 36a is 300 [ ⁇ m]
  • the metal layer 7 of the gas sensor 1 The amount of ionic liquid IL that can be injected into the internal space when fixed on the top was 21 [ ⁇ l].
  • the height h1 of the top plate part 42b is 250 [ ⁇ m] and the height h2 of the wall part 42a is 35 [ ⁇ m], and when it is fixed on the metal layer 7 of the gas sensor 1, it is injected into the internal space.
  • the amount of ionic liquid IL that could be produced was 12 [ ⁇ l].
  • the gas sensor 1 has the prism 6 having the metal layer 7 in the irradiation range of the incident light L1 incident from the light source, and is incident on the metal layer 7 of the prism 6
  • Incident light L1 is emitted as outgoing light L2 by changing the path of the light L1.
  • an ionic liquid IL capable of absorbing the gas to be detected is provided on the surface 7a of the metal layer 7, and the dielectric constant of the ionic liquid IL changes as the ionic liquid IL absorbs the gas.
  • the light intensity of the emitted light L2 changes due to the surface plasmon resonance phenomenon generated in the metal layer 7 in accordance with the change in the dielectric constant.
  • the gas sensor 1 can measure the change in the light intensity of the emitted light L2, and can detect the gas in the outside air based on the tendency of the change in the light intensity of the emitted light L2.
  • the gas sensor 1 does not require a light absorption path as in the prior art, and can be downsized accordingly. Further, in this gas sensor 1, even a gas having a low molecular weight such as CO 2 can be absorbed by the ionic liquid IL, and the dielectric constant of the ionic liquid IL that changes by absorbing the gas is expressed by a metal. Since it can be measured by the reflection intensity change caused by the surface plasmon resonance phenomenon in the layer 7, even a gas having a low molecular weight, which has been difficult to measure, can be detected.
  • the gas sensor 1 of the present invention not only a gas having a small molecular weight but also gases having various molecular weights can be easily detected only by changing the type of the ionic liquid IL provided on the metal layer 7.
  • the change in dielectric constant of the ionic liquid IL can be measured by the change in light intensity caused by the surface plasmon resonance phenomenon in the metal layer 7, and thus the gas can be detected based on the change in light intensity.
  • a gas sensor 1 having a new configuration can be realized.
  • this gas sensor 1 by detecting the gas based on the amount of change in the dip angle caused by the surface plasmon resonance phenomenon in the metal layer 7, the dip angle having the smallest reflection intensity and easy to recognize is used as a guideline. Gas in the outside air can be easily detected. Furthermore, in this gas sensor 1, by providing the frame 3 that holds the ionic liquid IL on the metal layer 7, the ionic liquid IL can be stably metalized even when an external force is applied to the metal layer 7. It can continue to be retained on layer 7.
  • the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.
  • a holding means a case is described in which a plurality of through holes 10 are formed in the top plate portion 3b, and the frame body 3 is used to surround the ionic liquid IL and hold the metal layer 7 between the top plate portion 3b and the wall portion 3a.
  • the present invention is not limited to this, and is made of a material that can pass a gas, such as parylene, and covers the entire surface of the hemispherical ionic liquid IL dropped on the metal layer 7 and is held by the metal layer 7.
  • a coating film may be applied.
  • this gas sensor 51 has a coating film 53 made of parylene or the like through which outside air can pass, formed on the metal layer 7.
  • the coating film 53 has a configuration in which the ionic liquid IL is stored.
  • the gas sensor 51 can keep the ionic liquid IL stably held on the metal layer 7 by the coating film 53 as the holding means even if the external force is applied to the metal layer 7 and the gas sensor 51 is inclined. it can.
  • the gas sensor 51 is formed by previously forming a coating film 53 on the metal layer 7 with a coating material through which outside air can pass, such as parylene, and injecting the ionic liquid IL into the coating film 53 for sealing. Can be manufactured.
  • the metal layer 7 of the prism 6 is installed as a bottom surface in a box-shaped storage section in which the ionic liquid IL is stored, and the incident light L1 is irradiated from a light source disposed obliquely above.
  • a gas sensor in which the arrangement relationship between the prism 6 provided with the metal layer 7 and the ionic liquid IL is appropriately changed may be applied depending on the use situation.

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Abstract

小型化を図りつつ、新規な構成によりガスの検出を行え得るガスセンサを提案する。このガスセンサ（1）では、従来技術のような光吸収経路を必要としないので、その分、小型化を図ることができ、また、イオン液体（IL）にてガスを吸収し、かつガスを吸収することにより変化するイオン液体（IL）の誘電率を、金属層（7）での表面プラズモン共鳴現象により生じる光強度変化によって測定することができ、かくして、光強度の変化を基にガスを検出できる新規な構成でなるガスセンサ（1）を実現できる。

Description

ガスセンサ
　本発明はガスセンサに関し、例えばCO2やNH3等のガスの検出に適用して好適なものである。
　近年、環境モニタリングの要請から例えばCO2を検出するガスセンサの研究が行われている。この種のガスセンサとしては赤外光吸収型のガスセンサ（NDIR：Nondispersive infrared detector（非分散型赤外検出装置））が知られている（例えば、非特許文献１参照）。また、その他のガスセンサとしては、表面プラズモン共鳴（SPR：surface plasmon resonance)を利用したガスセンサも知られている（例えば、非特許文献２参照）。
S.Neethirajan,D.S.Jayas,andS.Sadistap,"Carbon dioxide (CO2) sensors for theagri-food industry-a review,"Food BioprocessTechnol.,vol.2,pp.115-121,2009. ShozoMiwa,and Tsuyoshi Arakawa,"Selective gas detection bymeans of surface plasmon resonance sensors,"Thin SolidFilms,vol.281,pp.466-468,1996.
　しかしながら、前者に示した赤外光吸収型のガスセンサでは、光吸収経路を設ける必要があることから、光学的システムが大型化してしまうという問題があった。また、後者のガスセンサでは、光吸収経路を必要とせず、その分、小型化を図ることができるが、測定する屈折率が概ね分子量に比例することから、例えばCO2のような分子量の小さいガスを測定することは困難であった。そのため、分子量の小さいガスをも検出することが可能な新規な構成でなるガスセンサの実現が望まれていた。
　そこで、本発明は以上の点を考慮してなされたもので、小型化を図りつつ、新規な構成によりガスの検出を行え得るガスセンサを提案することを目的とする。
　本発明は、検出対象となるガスを検出するガスセンサであって、光源から入射される入射光の照射範囲に金属層を有し、前記金属層にて前記入射光の経路を変えて該入射光を出射光として出射するプリズムと、前記金属層の表面に設けられ、前記ガスを吸収可能なガス吸収液体とを備え、前記ガス吸収液体が前記ガスを吸収することにより該ガス吸収液体の誘電率が変化し、前記誘電率の変化に応じて前記金属層で生じる表面プラズモン共鳴現象による前記出射光の光強度変化を基に前記ガスを検出することを特徴とするガスセンサである。
　本発明によれば、従来技術のような光吸収経路を必要としないので、その分、小型化を図ることができ、また、ガス吸収液体にてガスを吸収し、かつガスを吸収することにより変化するガス吸収液体の誘電率を、金属層での表面プラズモン共鳴現象により生じる光強度変化によって測定することができ、かくして、光強度の変化を基にガスを検出できる新規な構成でなるガスセンサを実現できる。
本発明によるガスセンサの構成を示す概略図である。 表面プラズモン共鳴現象の説明に供する概略図である。 本発明によるガスセンサの側断面構成を示す断面図である。 入射角と反射強度との関係を示すグラフである。 枠体の製造方法の説明（１）に供する概略図である。 枠体の製造方法の説明（２）に供する概略図である。 枠体の製造方法の説明（３）に供する概略図である。 枠体の製造方法の説明（４）に供する概略図である。 ガスセンサの製造方法の説明（１）に供する概略図である。 ガスセンサの製造方法の説明（２）に供する概略図である。 ガスセンサの製造方法の説明（３）に供する概略図である。 ガスセンサの製造方法の説明（４）に供する概略図である。 ガスセンサの製造方法の説明（５）に供する概略図である。 実際に製造したガスセンサの構成を示す写真である。 実験装置の全体構成を示す概略図である。 CO2及び外気の混合ガスと、外気だけのときの入射角と反射強度との関係を示すグラフである。 ディップ角シフトと、CO2濃度との関係を示すグラフである。 ディップ角シフトの時間変化を示すグラフである。 CO2及び外気の混合ガスと、外気だけのときのディップ角シフトと反射強度変化との関係を示すグラフである。 反射強度変化率の時間変化を示すグラフである。 デバイスAの製造方法を示す概略図である。 デバイスBの製造方法を示す概略図である。 デバイスAとデバイスBの各寸法を示す表である。 デバイスAとデバイスBをそれぞれ用いたガスセンサの実験結果を示す表である。 他の実施の形態によるガスセンサの側断面構成を示す断面図である。
　1,51　ガスセンサ
　3　枠体（保持手段）
　6　プリズム
　7　金属層
　IL　イオン液体（ガス吸収液体）
　53　被覆膜（保持手段）
　以下図面に基づいて本発明の実施の形態を詳述する。
　（１）本発明のガスセンサの概略
　図１において、1は本発明によるガスセンサを示し、このガスセンサ1は、例えばCO2を検出対象として検出し得るようになされている。実際上、ガスセンサ1は、図示しない光源からの入射光L1が入射されるプリズム6を有し、プリズム6に入射された入射光L1の照射範囲に金属層7を備えており、この金属層7の表面7a上にイオン液体ILが設けられた構成を有する。
　実際上、プリズム6は、例えばガラスやアクリル等の透明部材からなり、光源から発した入射光L1が内部に透過し得るようになされている。また、この実施の形態の場合、プリズム6は、ほぼ三角柱状に形成されており、四辺状の入射面6bに入射光L1が入射され得るようになされている。プリズム6は、入射面6bから入射された入射光L1が内部を透過して、他の四辺状の照射面6aに蒸着された金属層7まで到達し得るようになされており、当該金属層7にて入射光L1の経路を変更させた後、他の四辺状の出射面から出射光L2として出射し得るようになされている。
　また、この金属層7には、壁部3aと天板部3bとから構成された枠体3が表面7aに固着されており、この枠体3によりイオン液体ILが表面7a上にとどめられている。実際上、枠体3は、例えばシリコンにより形成され、その高さが250[μm]に選定されている。また、枠体3は、一辺が10[mm]に選定された額縁状の壁部3aに板状の天板部3bが設けられ、金属層7の表面7aと、壁部3aと、天板部3bとで囲まれた内部空間を形成し、この内部空間にイオン液体ILをとどめるようになされている。
　ここで、枠体3は、天板部3bに複数の貫通孔10が穿設された構成を有し、図１のガスセンサ1の一部を拡大したエリアER1に示すように、貫通孔10から外部に内部空間のイオン液体ILを露出させ、当該内部空間のイオン液体ILに、枠体3の外周辺の外気に接触させ得るようになされている。これにより枠体3内に保持されたイオン液体ILは、外気に含まれる検出対象たるガスを吸収し得るようになされている。因みに、枠体3は、天板部3bに穿設される貫通孔10が微小であることから、内部空間に注入されたイオン液体ILが貫通孔10により外気に露出されるものの、その表面張力により貫通孔10から漏れ出ることなく枠体3内にとどまり続け、イオン液体ILを金属層7の表面7a上に安定して保持し得るようになされている。
　ここで、イオン液体ILが載置される金属層7は、例えばAuやCr/Au部材からなり膜厚は約50nmに選定されている。金属層7は、プリズム6内を透過した入射光L1が入射角θにて照射されると、入射光L1を反射させて経路を変更させ得る。なお、ここで入射角θとは、金属層7の面と直交した垂線に対する入射光L1の角度をいう。かかる構成に加えて、この金属層7は、入射光L1が照射された際、表面7aに載置されたイオン液体ILの誘電率の状態に応じて、表面プラズモン共鳴現象を発生させ得るようになされている。
　因みに、表面プラズモン共鳴現象とは、プリズム6に入射光L1を入射すると、金属層7を蒸着したプリズム表面において常時発生しているエバネッセント波と、金属層7の表面7aにおいて励起された表面プラズモン波とが共鳴し、金属層7にて反射する出射光L2の光強度(以下、これを反射強度ともいう)が減少する現象をいう。
　ここで、ガス吸収液体としてのイオン液体ILは、例えば[EMIM][BF4]（1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート）や、[BMIM][BF4]（1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート）、[BMIM][PF6]（1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート）、[OMIM][Br]（1-n-オクチル-3-メチルイミダゾリウムブロミド）の他、[Hmpy][Tf2N]、[HMIM][Tf2N]、[BMIM][Tf2N]、[C6H4F9mim][Tf2N]、[AMIM][BF4]、[Pabim][Bf4]、[Am-im][DCA]、[Am-im][BF4]、[BMIM][BF4]+PVDF、[C3NH2mim][CF6SO3]+PTFE、[C3NH2mim][Tf2N]+PTFE、[H2NC3H6mim][Tf2N]+cross-linked Nylon66、P[VBBI][BF4]、P[MABI][BF4]、P[VBBI][Tf2N]、P[VBTMA][BF4]、P[MATMA][BF4]等からなり、検出対象となるガスの種類に応じて当該ガスを吸収可能なイオン液体が適宜選定され得る。
　ここで、例えば、CO2を検出可能なガスセンサ1とする場合には、CO2が吸収可能な[EMIM][BF4]、[EMIM][BF4]、[BMIM][BF4]、[BMIM][PF6]、[Hmpy][Tf2N]、[HMIM][Tf2N]、[BMIM][Tf2N]、[C6H4F9mim][Tf2N]、[AMIM][BF4]、[Pabim][Bf4]、[Am-im][DCA]、[Am-im][BF4]、[BMIM][BF4]+PVDF、[C3NH2mim][CF6SO3]+PTFE、[C3NH2mim][Tf2N]+PTFE、[H2NC3H6mim][Tf2N]+cross-linked Nylon66、P[VBBI][BF4]、P[MABI][BF4]、P[VBBI][Tf2N]、P[VBTMA][BF4]、P[MATMA][BF4]等をイオン液体ILとして用いる。また、NH3を検出可能なガスセンサ1とする場合には、NH3が吸収可能な[EMIM][BF4] など、水を吸収するイオン液体全般をイオン液体ILとして用いる。なお、このイオン液体ILには、例えばPEI（ポリエチレンイミン）を添加してもよい。
　さらに、上述した実施の形態においては、ガス吸収液体として、イオン液体ILを適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばアルカリ金属及びアルカリ土類金属の水酸化物水溶液等その他種々のガス吸収液体を適用してもよい。なお、ガス吸収液体としてアルカリ金属及びアルカリ土類金属の水酸化物水溶液を用いた場合には、CO2を吸収することができるので、検出対象をCO2とするガスセンサを実現できる。
　このようなイオン液体ILは、検出対象たるガスを吸収すると、当該ガスの吸収量に応じて誘電率が変化し得るようになされている。イオン液体ILが載置された金属層7は、イオン液体ILにて誘電率が変化すると、この誘電率の変化に応じて出射光L2の光強度（反射強度）が変化し得るようになされている。
　実際上、図２Ａに示すように、金属層7は、例えば外気中に検出対象たるガスが含まれていないとき、イオン液体ILにてガスによる誘電率の変化が生じておらず、入射角θにて照射された入射光L1を反射させて、出射光L2として所定の光強度にて出射し得る。一方、図２Ｂに示すように、金属層7は、例えば外気中に検出対象たるガスが含まれているとき、ガスによりイオン液体ILの誘電率が変化し、同じ入射角θにて入射光L1を入射させても、誘電率変化の影響を受けて金属層7の面方向に発生した表面プラズモン波L3がエバネッセント波と共鳴し、出射光L2の光強度（反射強度）を減少させ得る。
　そして、図３に示すように、このガスセンサは、出射面6cと対向する位置に出射光L2の光強度を測定する強度計Cを備えており、表面プラズモン共鳴現象により生じる出射光L2の光強度の変化を強度計Cにより測定し得る。ガスセンサ1は、この強度計Cによって、イオン液体ILの誘電率変化に応じて金属層7で生じる表面プラズモン共鳴現象による出射光L2の光強度変化を測定し、その測定結果に基づいて外気に含まれるガスを検出し得るようになされている。
　実際上、このガスセンサ1は、図４に示すように、検出対象であるCO2の濃度が低いとき、例えば入射角θsp1にて表面プラズモン共鳴現象により反射強度が減少する測定結果が得られる。これに対して、検出対象であるCO2の濃度が高い場合、ガスセンサ1では、入射角θsp1とは異なる入射角θsp2にて表面プラズモン共鳴現象により反射強度が減少する測定結果が得られ、表面プラズモン共鳴現象により反射強度が減少するディップ角が、CO2の濃度に応じて入射角θsp1から入射角θsp2へと変化し得る。かくして、このガスセンサ1では、イオン液体ILの誘電率変化に応じて金属層7で生じる表面プラズモン共鳴現象による出射光L2の光強度変化を基に、外気中にCO2が所定濃度以上含まれているか否かを検出し得るようになされている。また、表面プラズモン共鳴現象により反射強度が減少するディップ角は、CO2の濃度に応じて変化する。このことから、このガスセンサ1では、出射光L2の光強度の変化量や、ディップ角の変化量に基づいて、外気中に含まれるCO2の濃度を推測し得るようになされている。
　（２）ガスセンサの製造方法
　次に本発明のガスセンサ1の製造方法について説明する。ここでは、枠体の製造方法について説明した後、この枠体を用いたガスセンサの製造方法について順に説明する。先ず初めに、図５に示すように、天板部3bとなる厚さ250[μm]のシリコン基板12を用意し、図６に示すように、650[μm]の間隔で縦横500[μm]の貫通孔13aを有したレジスト層13を、当該シリコン基板12の一面に形成する。また、これとは別に、スピンコート及びパターニングにより、例えば厚さ30[μm]のレジスト部材（日本化薬（株）製KMPR-1035）によってシリコン基板12の他面に壁部3aを形成する。
　次いで、シリコン基板12の一面に設けたレジスト層13を用いて、当該シリコン基板12をエッチングした後、レジスト層13を除去し、図７に示すように、複数の貫通孔10を有した天板部3bを形成し、かくして網目状の天板部3bの枠に沿って他面に額縁状の壁部3aが固着された枠体3を形成する。次いで、図８に示すように、例えばポリジメチルシロキサン（PDMS：Polydimethylsiloxane)でなる接着層14を、後述するプリズム6上の金属層7に、枠体3を固着させるため、壁部3aの底面部に形成する。
　次に、このようにして作製した枠体3を用いるガスセンサ1の製造方法について説明する。ここでは、先ず初めに、図９に示すような三角柱状のガラス（例えばSF11ガラス製、光波長675[nm]で屈曲率1.774）でなるプリズム6を用意した後、四辺状でなる平坦な照射面6aにだけ、図１０に示すようなCr/Au（2[nm]/50[nm]）でなる金属層7を蒸着させる。なお、この金属層7の膜厚は、表面プラズモン共鳴の感度を最大にするよう最適化する。
　次いで、図１１に示すように、予め作製した枠体3の壁部3aを、プリズム6上の金属層7に載置した後、110[℃]で5分、ヒーターにて加熱して接着層14にて枠体3の壁部3aを金属層7に固着させる。次いで、図１２に示すように、スポイト等の注入手段15を介して枠体3の貫通孔10から枠体3の内部空間にイオン液体ILを注入することにより、図１３に示すような本発明のガスセンサ1を製造し得る。
　（３）検証試験
　次に各種検証試験について説明する。ここでは、上述した製造方法に従って、図１４に示すように、金属層7がほぼ水平に保たれて、10[mm]×10[mm]の枠体3内に10[μl]のイオン液体ILを保持させつつ、枠体3の500[μm]×500[μm]の貫通孔10から外部にイオン液体ILを露出させたガスセンサ1を製造した。なお、このガスセンサ1における枠体3の外部への開口率は60[％]とした。
　そして、図１５に示すような実験装置20を用いてガスセンサ1にて検出対象たるCO2を検出し得るか否かについて検証を行った。実際上、この実験装置20では、ガス供給装置25を備えており、ガス供給装置25から、ガスセンサ1に設けた隔離室22に所定のCO2濃度に調整した気体を供給した。ここで、ガス供給装置25は、チャンバ26とガス貯留部27とポンプPとを備えており、ガス貯留部27からチャンバ26内にCO2が供給され、チャンバ26内の濃度センサ26aの検出濃度を目安に、チャンバ26内にて所定のCO2濃度に調整した気体を生成した。
　また、ガス供給装置25は、ポンプPによってチャンバ26から隔離室22に供給管23aを介してチャンバ26内の気体を供給しつつ、回収管23bを介して隔離室22から気体をチャンバ26に回収し、気体を循環させるようにした。なお、チャンバ26には排気管28bが設けられており、必要に応じてチャンバ26内の気体を排気管28bから外部へ排気した。隔離室22は、箱体からなり、ガスセンサ1における金属層7上の枠体3全体を覆うようにして金属層7上に設置させ、ガスセンサ1のイオン液体ILを外気から隔離させた。これによりこの実験では、チャンバ26にて生成された所定のCO2濃度の気体中に、ガスセンサ1のイオン液体ILを配置させた。
　また、この実験装置20では、波長675[nm]のTM偏光波を発する光源21を設け、このTM偏光波を入射光L1としてプリズム6の入射面6bに照射した。実際には、レーザダイオードからのレーザ光を偏光板により偏光し、スリットにより0.3[nm]のスポットとした入射光L1を光源21によって生成し、これをプリズム6に照射した。また、ここでは、ガスセンサ1のプリズム6の入射面6bから金属層7に向けて入射光L1を照射し、ガスセンサ1の金属層7にて経路を変更させてこれを出射光L2として出射面6cから出射させるようにした。また出射面6cに対向する位置に強度計Cを配置し、この強度計Cにて出射光L2の光強度を測定した。
　このような実験装置20を用いて、先ず初めにCO2の濃度が0×105[ppm]である気体（すなわちCO2が含まれていない気体）を隔離室22内に満たし、安定後に光源21からプリズム6に対して入射光L1を照射した後、角分解能0.05[°]で50[°]～60[°]まで入射光L1の入射角θを変えてゆき、このときの出射光L2の光強度（反射強度）を強度計Cにて測定した。また、隔離室22をリフレッシュした後、CO2の濃度が5.0×105[ppm]である気体を隔離室22内に満たし、安定後に光源21からプリズム6に対して入射光L1を照射した後、再び角分解能0.05[°]で50[°]～60[°]まで入射光L1の入射角θを変えてゆき、このときの出射光L2の光強度（反射強度）を強度計Cにて測定した。
　その結果、図１６に示すような結果が得られた。図１６から、最も低い反射強度が表れるディップ角に着目すると、気体中のCO2濃度が高くなると、ディップ角のシフト量を表すディップ角シフト△θspが0.3[°]となり、ディップ角がシフトすることが確認できた。次に、CO2濃度を1.0×105[ppm]、2.5×105[ppm]、5.0×105[ppm]としたときのディップ角シフト△θspを調べたところ、図１７に示すような結果が得らえた。図１７から、このガスセンサ1では、CO2濃度が高くになるに従って、ディップ角シフト△θspも大きくなることが確認でき、かくして、ディップ角シフト△θspの大きさを測定することで、外気中におけるCO2濃度をも推測できることが確認できた。
　次に、CO2濃度を変えてからディップ角シフト△θspが変化するまでの応答時間について調べたところ、図１８に示すような結果が得られた。図１８から、5.0×105[ppm]のCO2ガスが隔離室22内に供給されたときは、ディップ角シフト△θspがCO2ガス供給から13分後に安定することが分かり、また、1.0×105[ppm]のCO2ガス、2.5×105[ppm]のCO2ガスでは、それぞれ平均的な応答時間が7分と12分であることが分かり、分単位でガス検出を行えることが確認できた。
　ここで、図１９は、CO2濃度を0×105[ppm]、5.0×105[ppm]としたときのガスセンサ1で得られたディップ角シフト△θspと、反射強度変化の割合とを比較したグラフである。図１９では、反射強度変化を調べる領域として、表面プラズモン共鳴現象により出射光L2の光強度が低下し始めている入射角θ1に着目した。図１９に示すように、ガスセンサ1から得られた測定結果としては、ディップ角シフト△θspに比べて、入射角θ1での反射強度変化の割合のほうが大きいことが分かった。このことからガスセンサ1では、ディップ角シフト△θspに比べて変化量が大きい反射強度の変化量を測定し、この反射強度の変化量を基に外気中のガスを検出するようにすれば、外気中に僅かなガスが含まれていても、ディップ角シフト△θspよりも大きな変化量で簡単に該ガスを検出し得ることが分かった。
　また、図２０は、隔離室22に6500[ppm]のCO2濃度の気体を供給し始めたときからの反射強度変化率の時間的変化を調べた結果を示し、ガス供給開始から4分経過後に反射強度変化率が上昇し始め、28分後に安定した値となった。また、反射強度変化率は17[%]（10[μW]から11.7[μW]まで）増加した。さらに、図２０から、反射強度変化率が2[%]（0.2[μW]）未満のとき、反射強度変化率が一旦下がる等の不安的な挙動を示した。従って、ガスセンサ1では、その一例として、CO2濃度に比例して安定的に反射強度変化率が増加してゆく、2[%]以上の反射強度変化率を用いてCO2濃度を検出することも好ましく、この場合、約700[ppm]程度（6500[ppm]のCO2濃度で反射強度変化率17[%]という実験数値から算出したものである）のCO2濃度まで安定して検出可能であることが分かった。
　次に、内部空間の大きさが異なる２種類の枠体を用意し、この枠体を設けた２種類のガスセンサにて、CO2濃度を変えたときに反射強度変化率が変化する反応時間（応答時間）を調べた。実際上、図２１に示すように、先ず初めに、下層シリコン層32上にシリコン酸化膜33を介して上層シリコン層34が設けられたSOIウェハ31を用意する。次いで、微細孔形成技術であるDRIE（Deep Reactive. Ion Etching）にて下層シリコン層32及び上層シリコン層34を加工した後、フッ化水素（ＨＦ）により洗浄を行うことで、下層シリコン層32から額縁状の壁部36aを形成し、上層シリコン層34から複数の貫通孔10を有した網目状の天板部36bを形成し、壁部36a上にシリコン酸化膜33aを介して天板部36bが積層された第１の枠体36を作製し、これをデバイスAとした。
　また、これとは別に、図２２に示すように、感光性樹脂（KMPR-1035）でなる基板41を用意し、微細孔形成技術であるDRIE（Deep Reactive. Ion Etching）にて基板41をパターニングして複数の貫通孔10を有した網目状の天板部42bを作製した。またこの天板部42bの枠に沿って額縁状の壁部42aを形成して第２の枠体42を作製し、これをデバイスBとした。
　図２３に示すように、例えば天板部3bの高さをh1とし、壁部3aの高さをh2として、デバイスA及びデバイスBについても同様に、その高さh1,h2をそれぞれ測定した。その結果、図２３に示す表のように、デバイスAは、天板部36bの高さh1が50[μm]、壁部36aの高さh2が300[μm]となり、ガスセンサ1の金属層7上に固着したとき内部空間に注入できるイオン液体ILの液量が21[μl]であった。一方、デバイスBについては、天板部42bの高さh1が250[μm]、壁部42aの高さh2が35[μm]となり、ガスセンサ1の金属層7上に固着したとき内部空間に注入できるイオン液体ILの液量が12[μl]であった。
　そして、実験装置20を用い、このようなデバイスAを設けたガスセンサと、デバイスBを設けたガスセンサとについて、CO2濃度が10[％]、25[％]、50[％]の気体をそれぞれ隔離室22に供給し、ガス供給開始からディップ角が発生するまでの反応時間を調べたところ、図２４に示すような結果が得られた。なお、図２４では、高さh1,h2を合わせた高さをD[μm]として表記している。この図２４の結果から、イオン液体ILの液量が少ないデバイスBを設けたガスセンサのほうが、平均して56[％]反応時間が短く、反応時間が早くなることが確認できた。従って、検出対象のガスに対して反応時間が早いガスセンサを作製する場合には、イオン液体ILの液量を少なくさせればよいことが確認できた。
　（４）作用及び効果
　以上の構成において、このガスセンサ1では、光源から入射される入射光L1の照射範囲に金属層7を備えたプリズム6を有し、このプリズム6の金属層7にて入射光L1の経路を変えて入射光L1を出射光L2として出射する。また、このガスセンサ1では、金属層7の表面7a上に検出対象であるガスを吸収可能なイオン液体ILを設け、このイオン液体ILがガスを吸収することによりイオン液体ILの誘電率が変化し、この誘電率の変化に応じて金属層7で生じる表面プラズモン共鳴現象により出射光L2の光強度が変化する。これによりガスセンサ1では、出射光L2の光強度変化を測定し、この出射光L2の光強度の変化の傾向に基づいて外気中のガスを検出することができる。
　また、このガスセンサ1では、従来技術のような光吸収経路を必要としないので、その分、小型化を図ることができる。さらに、このガスセンサ1では、CO2のような分子量の小さいガスであっても、イオン液体ILにて吸収することができ、かつガスを吸収することにより変化するイオン液体ILの誘電率を、金属層7での表面プラズモン共鳴現象により生じる反射強度変化により測定できることから、従来、測定が困難であった分子量の小さいガスであっても検出できる。
　さらに、本発明のガスセンサ1では、金属層7上に設けるイオン液体ILの種類を変えるだけで、分子量の小さいガスだけでなく、種々の分子量でなるガスをも簡単に検出することができる。このように本発明では、イオン液体ILの誘電率変化を、金属層7での表面プラズモン共鳴現象により生じる光強度変化によって測定することができ、かくして、光強度の変化を基にガスを検出できる新規な構成でなるガスセンサ1を実現できる。
　また、このガスセンサ1では、金属層7での表面プラズモン共鳴現象により生じるディップ角の変化量を基にガスを検出するようにしたことにより、反射強度が最も小さく認識し易いディップ角を目安として、外気中のガスを容易に検出することができる。さらに、このガスセンサ1では、イオン液体ILを金属層7上に保持させる枠体3を設けるようにしたことにより、金属層7に対して外力が与えられても、イオン液体ILを安定的に金属層7上に保持させ続けることができる。
　（５）他の実施の形態
　なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能であり、上述した実施の形態においては、保持手段として、天板部3bに複数の貫通孔10が穿設され、天板部3bと壁部3aとでイオン液体ILを囲んで金属層7に保持させる枠体3を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、パリレン等のようにガスを通過可能な材質からなり、金属層7上に滴下された半球状のイオン液体ILの表面全体を覆って金属層7に保持させる被覆膜を適用してもよい。
　実際上、図３との対応部分に同一符号を付して示す図２５のように、このガスセンサ51は、外気が通過可能なパリレン等でなる被覆膜53が金属層7上に形成されており、この被覆膜53内にイオン液体ILが貯留された構成を有する。この場合、ガスセンサ51では、仮に金属層7に対して外力が加えられて傾く等しても、保持手段としての被覆膜53によりイオン液体ILを安定して金属層7に保持させ続けることができる。因みに、このガスセンサ51は、パリレン等の外気が通過可能な被覆材により、被覆膜53を金属層7上に予め形成しておき、当該被覆膜53内にイオン液体ILを注入して密封することにより製造することができる。
　さらに、その他の実施の形態としては、イオン液体ILを貯留させた箱状の貯留部内に、プリズム6の金属層7を底面として設置して、斜め上方に配置した光源から入射光L1を照射するような構成であってもよく、使用状況に応じて、金属層7を設けたプリズム6と、イオン液体ILとの配置関係を適宜変えたガスセンサを適用してもよい。

Claims (6)

  1. 　検出対象となるガスを検出するガスセンサであって、
    　光源から入射される入射光の照射範囲に金属層を有し、前記金属層にて前記入射光の経路を変えて該入射光を出射光として出射するプリズムと、
    　前記金属層の表面に設けられ、前記ガスを吸収可能なガス吸収液体とを備え、
    　前記ガス吸収液体が前記ガスを吸収することにより該ガス吸収液体の誘電率が変化し、前記誘電率の変化に応じて前記金属層で生じる表面プラズモン共鳴現象による前記出射光の光強度変化を基に前記ガスを検出する
    　ことを特徴とするガスセンサ。
  2. 　前記ガス吸収液体が前記ガスを吸収した際、前記表面プラズモン共鳴現象により生じるディップ角の変化量を基に前記ガスを検出する
    　ことを特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
  3. 　前記ガス吸収液体が前記ガスを吸収した際、前記表面プラズモン共鳴現象により生じる反射強度の変化量を基に前記ガスを検出する
    　ことを特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
  4. 　前記ガス吸収液体を覆い、該ガス吸収液体を前記金属層上に保持させる保持手段が設けられている
    　ことを特徴とする請求項１～３のうちいずれか１項記載のガスセンサ。
  5. 　前記ガス吸収液体がイオン液体である
    　ことを特徴とする請求項１～４のうちいずれか１項記載のガスセンサ。
  6. 　前記ガス吸収液体が、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の水酸化物水溶液であることを特徴とする請求項１～４のうちいずれか１項記載のガスセンサ。
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