WO2020175024A1 - センサ - Google Patents

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WO2020175024A1
WO2020175024A1 PCT/JP2020/003944 JP2020003944W WO2020175024A1 WO 2020175024 A1 WO2020175024 A1 WO 2020175024A1 JP 2020003944 W JP2020003944 W JP 2020003944W WO 2020175024 A1 WO2020175024 A1 WO 2020175024A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
group
substituent
formula
sensor
aromatic hydrocarbon
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/003944
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
幸治 弘中
Original Assignee
富士フイルム株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 富士フイルム株式会社 filed Critical 富士フイルム株式会社
Priority to JP2021501814A priority Critical patent/JP7254900B2/ja
Publication of WO2020175024A1 publication Critical patent/WO2020175024A1/ja

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G73/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
    • C08G73/06Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
    • C08G73/10Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N5/00Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid
    • G01N5/02Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid by absorbing or adsorbing components of a material and determining change of weight of the adsorbent, e.g. determining moisture content

Definitions

  • the present invention relates to a sensor.
  • Patent Document 1 discloses that "a substrate and a polymer film disposed on the substrate include a polymer film containing one or more kinds of hard block components and one or more kinds of soft block components. (Claim 1)” is disclosed, and the polymer film includes a polymer film (Claim 17) of the following formula.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 20000__083306
  • the detection target component contained in the system at a low concentration could not be detected with high sensitivity and selectively. That is, it was difficult to apply the above-mentioned sensor to a low-concentration, multi-component analyte such as breath and skin gas.
  • An object of the present invention is to provide a sensor having excellent sensitivity and selectivity for a detection target component (for example, a hydrophilic compound such as ketone or alcohol) contained in the system at a low concentration.
  • a detection target component for example, a hydrophilic compound such as ketone or alcohol
  • the above polyimide compound has a specific surface area of The above is the repeating unit represented by the formula (1) described later,
  • X represents a group represented by the formula (3) described below, or a naphthalene ring group which may have a substituent, [3] or [4] ⁇ 02020/175024 3 ((171?2020/003944
  • X represents a group represented by the formula (13) described below, or a naphthalene ring group which may have a substituent, [3] to any one of [5] The sensor described in.
  • the above-mentioned polyimide compound has a repeating unit represented by the following formula (2),
  • the total number of methyl groups that may have a halogen atom, which are present in the group represented by — X — — — in the formula (2) described later, is 2 or more, [7] or [8 ]
  • X represents a group represented by formula (3) described below, or a naphthalene ring group which may have a substituent, any of [7] to [9] The sensor described in Crab.
  • X represents a group represented by the formula (see 10) described below, or a naphthalene ring group which may have a substituent, [7] to [10]
  • the sensor according to any one of 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a resonance sensor of the present invention.
  • the numerical range represented by "-" means a range including the numerical values before and after "-" as the lower limit value and the upper limit value.
  • the Mitsumi specific surface area is determined by the following method.
  • the sample is placed in a container and cooled to the liquid nitrogen temperature (_ 1 96 ° ⁇ ), and nitrogen gas is introduced into the container to adsorb the nitrogen gas to the sample.
  • the amount of monomolecular adsorption and the adsorption parameter can be calculated from the obtained adsorption isotherm, and the specific surface area of the sample can be calculated from the molecular occupation cross-sectional area of nitrogen ( ⁇ . 162 n m 2 ). ⁇ ⁇ 3 ri 6 "Ichimi 01111 6 1:1:: Ding 6 II 6”) method).
  • the sample pretreatment device (Microtrac Bell,
  • the molecular weight is a value measured by using the ⁇ (gel filtration chromatography) method unless otherwise specified, and the molecular weight is a polystyrene-equivalent weight average molecular weight.
  • the gel packed in the column used in method ⁇ is usually a gel having an aromatic compound as a repeating unit, and for example, a gel composed of a styrene-divinylbenzene copolymer can be used. Connect 2 to 6 columns.
  • the solvent used is an ether solvent such as tetrahydrofuran, and
  • Amide solvents such as 1 ⁇ 1-methylpyrrolidinone can be mentioned.
  • the flow rate of the solvent should be in the range of 0.1 to 2 mL/min.
  • the measurement temperature shall be in the range of 10 to 50 ° .
  • the column and carrier to be used are appropriately selected according to the physical properties of the polymer compound that is the measurement symmetry.
  • substituents examples include a halogen atom (fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom, etc.), alkyl group, cycloalkyl group, alkenyl group, cycloalkenyl group, alkynyl group, aryl group, heterocyclic group, Cyano group, hydroxyl group, nitro group, carboxy group, alkoxy group, aryloxy group, silyloxy group, heterocyclic oxy group, acyloxy group, carbamoyloxy group, amino group (primary amino group, alkylamino, and anilino group, etc.) , Acylamino group, aminocarbonylamino group, alkoxycarbonylamino group, aryloxycarbonylamino group, sulfamoylamino group, alkyl or arylsulfonylamino group, mercapto group, alkylthio group, arylthio group, heterocyclic
  • each of the above-mentioned groups may further have a substituent (for example, one or more groups among the above-mentioned groups), if possible.
  • a substituent for example, one or more groups among the above-mentioned groups
  • an alkyl group which may have a substituent is also included as one form of the substituent.
  • the carbon number of the substituent is, for example, 1 to 20.
  • the number of atoms other than the hydrogen atom that the substituent has is, for example, 1 to 30.
  • the carbon number of the alkyl group is preferably 1 to 20, more preferably 1 to 10 and even more preferably 1 to 3.
  • the alkyl group may be linear or branched.
  • Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, Examples thereof include propyl group, I — propyl group, — butyl group, 1: — butyl group, and — hexyl group.
  • the substituent which the alkyl group may have a substituent is not particularly limited, and examples thereof include a substituent, an aryl group (preferably having a carbon number of 6 to 6). 18, more preferably C6), a heteroaryl group (preferably C5 to C18, more preferably C5 to C6), or a halogen atom (preferably fluorine atom or chlorine atom) ..
  • the alkyl group which may have a substituent is preferably an alkyl group which may have a halogen atom.
  • the alkyl group which may have a substituent may be a fluoroalkyl group, and the fluoroalkyl group may be a perfluoroalkyl group such as a trifluoromethyl group.
  • the sensor of the present invention is a resonance type sensor or a stress type sensor having a receiving layer containing a polyimide compound.
  • the above-mentioned polyimide compound satisfies at least one of the following requirements 1 and 2.
  • Requirement 1 Mitsumi's specific surface area It is above, and it has a repeating unit represented by the formula (1) described later.
  • Requirement 2 It has a repeating unit represented by the formula (2) described later. ⁇ 02020/175024 7 ⁇ (: 171?2020/003944
  • polyimide compounds that satisfy at least one of requirements 1 and 2 are collectively referred to simply as a specific polymer.
  • a polyimide compound that satisfies at least requirement 1 is also referred to as a specific polymer 1
  • a polyimide compound that satisfies at least requirement 2 is also referred to as a specific polymer 2.
  • the detection target component is detected as a result of the detection target component adsorbing to the reception layer through some interaction between the specific polymer contained in the reception layer and the detection target component.
  • the sensor of the present invention is excellent in sensitivity and selectivity to a detection target component (particularly, a hydrophilic compound such as ketone or alcohol) contained in the system at a low concentration.
  • a detection target component particularly, a hydrophilic compound such as ketone or alcohol
  • the reason for this has not been clarified, but it has not been found in the past because the sensor's ability to detect a trace amount of components and the ability to adsorb a component to be detected by a specific polymer contained in the receptor layer act synergistically. It is considered that the high sensitivity was demonstrated and the potential of the molecular recognition ability of the specific polymer was exerted.
  • Specific polymer 1 Mimihinoto specific surface area is 5 0_Rei! 2/9 or more, sensitivity and / or selectivity of the sensor is more excellent (hereinafter, also called “the effect of the present invention is more excellent" From the point of view, it is preferably 100 2 /9 or more,
  • the upper limit is not particularly limited, but for example, 1, 0 0 0 There are many cases below.
  • the specific polymer 1 has a repeating unit represented by the formula (1).
  • the “carboxylic acid having 4 or more carboxy groups” may have more than 4 carboxy groups, and the “residue” may have a carboxyl group as a substituent.
  • the number of carboxy groups contained in the carboxylic acids is, for example, 4 to 8.
  • divalent linking group Represents a hydrogen atom or a substituent. Two May combine with each other to form a ring), 101, 1 ⁇ 02020/175024 10 box (: 171?2020/003944
  • the group formed by combining with each other is preferably a group having 1 to 15 carbon atoms. Ten Are joined together to form a ring, _ ⁇ It is also preferable that 2 _ as a whole forms a 91 to 1_ fluorene-9,9-diyl group which may have a substituent.
  • X 3 is linked to either one of the two carbon atoms on the left side of the formula and one of the two carbon atoms on the right side of the formula. It means doing.
  • a hydrogen atom or an alkyl group which may have a substituent is preferable, a hydrogen atom, a methyl group or an ethyl group is more preferable, and a hydrogen atom is further preferable.
  • the carbon atoms shown in the formulas (1-1) to (1-28) may further have a substituent, if possible.
  • represents a bonding position
  • formula (1) represents a residue obtained by removing two amino groups (primary amino group) from amines having two or more amino groups (primary amino group).
  • amines having two or more amino groups may have more than two amino groups (primary amino groups), and the above “residue” has an amino group as a substituent. You may have.
  • the number of amino groups (primary amino groups) contained in the amines is, for example, 2 to
  • the group is represented by the following formula ( ⁇ /!_).
  • X represents an aromatic hydrocarbon ring group which may have a substituent.
  • the aromatic hydrocarbon ring group may be monocyclic or polycyclic.
  • the number of ring members of the aromatic hydrocarbon ring group is preferably from 6 to 20, and more preferably from 6 to 10.
  • a benzene ring group, a naphthalene ring group, an anthracene ring group, or a phenanthrene ring group is preferable, and a benzene ring group or a naphthalene ring group is more preferable.
  • a bonding position with respect to the imide group forming a ring together are preferably meta or para with respect to each other, and more preferably meta.
  • aromatic hydrocarbon ring group is a naphthalene ring group, naphthalene-1,
  • a 4-diyl group is preferred.
  • the aromatic hydrocarbon ring group is a naphthalene ring group (preferably a naphthalene-1,4-diyl group)
  • X is a naphthalene ring group having 1 to 4 substituents (for example, 2-methylnaphthalene-1 group).
  • 4-diyl group is preferred.
  • the benzene ring groups are linked to each other in the meta position, or the naphthalene ring group is changed to a naphthalene-1,4-diyl group, whereby the linearity of the specific high molecule is reduced and Since an appropriate space is created between the polymer chains due to twisting of the polymer chain, the receptor layer containing the specific polymer is likely to supplement the detection target component, and the effect of the present invention is considered to be superior. ing.
  • the aromatic hydrocarbon ring group represented by X may have a substituent.
  • a substituent which the above-mentioned aromatic hydrocarbon ring group has The number of is preferably 1 to 4.
  • a benzene ring group having 4 substituents is preferable, and a benzene ring group having 2 to 4 substituents is more preferable.
  • X is preferably a naphthalene ring group having 1 to 4 substituents.
  • the substituent is not particularly limited, and examples thereof include the substituents described above.
  • alkyl group examples are as described above.
  • the alkyl group moiety in the acylamino group is the same as the alkyl group which may have a substituent which may be, for example, a substituent.
  • the alkenyl group may be linear or branched.
  • the alkenyl group preferably has 1 to 8 carbon atoms, and more preferably 1 to 3 carbon atoms. As the above alkenyl group ⁇ 02020/175024 13 ⁇ (: 171?2020/003944
  • X is preferably a group represented by the following formula (3) or a naphthalene ring group which may have a substituent, because the effect of the present invention is more excellent.
  • the group represented by (10)), or a naphthalene ring group which may have a substituent is more preferable.
  • 0 18 represents an integer of 1 to 4.
  • a symbol represents a bonding position
  • the alkyl group having 1 to 3 carbon atoms which may have a halogen atom may be linear or branched. Alkyl having 1 to 3 carbon atoms which may have the above halogen atom. ⁇ 0 2020/175024 14 ⁇ (: 17 2020 /003944
  • the halogen atom in the kill group is preferably a fluorine atom.
  • the alkyl group having 1 to 3 carbon atoms which may have a halogen atom is preferably a perfluoroalkyl group.
  • alkyl group portion in the above “acylamino group which is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms in which the alkyl group portion may have a halogen atom” is It is the same as the above-mentioned "alkyl group having 1 to 3 carbon atoms which may have a halogen atom” as the group which can be.
  • is a single bond or may have a substituent 9 1 to 1 _ fluorene-
  • the single bond is preferably 10 or (10 3 ) 2 —.
  • aromatic hydrocarbon ring group optionally having substituent 8 2 substituent 2
  • aromatic hydrocarbon ring group, and substituent 8 2 which aromatic hydrocarbon ring group may have Is the number of substituents in the above-mentioned “aromatic hydrocarbon ring group optionally having substituent(s)”
  • the aromatic hydrocarbon ring group in is preferably a benzene ring group or a naphthalene ring group.
  • the bonding position to The bonding positions with respect to the imide group forming a ring together are preferably the meta position or the para position, and more preferably the para position.
  • the aromatic hydrocarbon ring group in is a naphthalene ring group
  • group hydrocarbon ring group is a naphthalene ring group
  • 1, 1-, binaphthalene-4 having a total of 2 or more substituents preferably a methyl group optionally having a halogen atom
  • substituents preferably a methyl group optionally having a halogen atom
  • the number of the substituents of the aromatic hydrocarbon ring group represented by X is 2 or more (for example, 2 to 6). Is.
  • the number of the substituents contained in the aromatic hydrocarbon ring group represented by X is represented by The total number of the aromatic hydrocarbon ring group and the number of the substituent 2 is 2 or more (eg, 2 to 8).
  • the group (1______) represented by the formula () has a predetermined number of substituents, so that twisting may occur in the specific polymer, and Since a suitable space is formed between them, the receiving layer containing the specific polymer is likely to capture the component to be detected, and the effect of the present invention is considered to be more excellent.
  • methyl which may have a halogen atom which is present in the group (1-X — _ _ _) represented by the formula ( ⁇ / !_)
  • the total number of groups (unsubstituted methyl group, trifluoromethyl group, etc.) is preferably 2 or more, more preferably 2-8, and even more preferably 2-4.
  • the total number of methyl groups which may have a halogen atom, which are present in the group represented by the formula (1 X — 1) is specifically shown in 3 to below.
  • the total number of methyl groups that may have halogen atoms is specifically shown in 3 to below.
  • the content of the group represented by 10 to 100 mol% is preferable, 50 to 100 mol% is more preferable, and 75 to 100 mol% is further preferable.
  • the content of the group represented by the formula ( ⁇ 31) is preferably ⁇ to 90 mol%, and 50 mol% is more preferable, and 0 to 25 mol% is further preferable.
  • the content of the repeating unit represented by the formula (1) is preferably 10 to 100 mol% based on all repeating units of the specific polymer 1, and 50 to 1 00 mol% is more preferable, and 75 to 100 mol% is further preferable.
  • the weight average molecular weight of the specific polymer 1 is preferably 10,000 to 1,000,000, more preferably 20,00 ⁇ to 500,000, from the viewpoint that the sensitivity and/or selectivity of the sensor are more excellent. preferable.
  • the specific polymer 1 can be produced by a known method.
  • the specific polymer 2 has a repeating unit represented by the formula (2).
  • X represents an aromatic hydrocarbon ring group which may have a substituent.
  • “” represents a single bond, or a 9 1 to 1 _fluorene-9,9-diyl group which may have a substituent, or 10 ( ⁇ 3 ) 2 —.
  • the number of substituents of the aromatic hydrocarbon ring group represented by X is 2 or more (for example, 2 to 6).
  • A is a single bond and is an aromatic hydrocarbon ring group which may have a substituent
  • the number of substituents of the aromatic hydrocarbon ring group represented by X and the aromatic group represented by The total number with the number of the substituents 2 which the group hydrocarbon ring group has is 2 (for example, 2 to 8) or more.
  • the group represented by 1 X _ _ _ _ _ in formula (2) is the same as the group represented by formula ( ⁇ / ⁇ / !_), for example.
  • the content of the repeating unit represented by the formula (2) is preferably 10 to 100 mol% with respect to all the repeating units of the specific polymer 2, ⁇ 100 mol% is more preferable, and 750 ⁇ 100 mol% is still more preferable.
  • a repeating unit represented by the following formula (0 2) is preferable.
  • the content of the repeating unit represented by the formula ( ⁇ 2) in the specific polymer 2 is preferably ⁇ to 90 mol%, and ⁇ to 50 mol%, based on all the repeating units of the specific high molecule 2. % Is more preferable, and 0 to 25 mol% is further preferable.
  • the weight average molecular weight of the specific polymer 2 is 1
  • 000 to 1,000,000 is preferable, and 20,000 to 500,000 is more preferable.
  • Specific polymer 2 has a specific surface area of 5 Or more is preferable
  • the upper limit is not particularly restricted but, for example, a 1, 00001 2/9 or less.
  • the sensor of the present invention has a receiving layer containing a specific polymer.
  • the structure of the sensor of the present invention is not particularly limited as long as it has a predetermined receptive layer, but it has at least a sensor body (for example, a resonance type sensor body or a response sensor body) and a receptive layer containing a specific polymer. Is preferred.
  • the sensor of the present invention may have a predetermined receiving layer and a member other than the sensor body.
  • the content of the specific polymer in the receiving layer varies depending on the form of the sensor, but is preferably 10 to 100% by mass, more preferably 30 to 100% by mass, based on the total mass of the receiving layer. , 50 to 100 mass% is more preferable.
  • the method for forming the receiving layer containing the specific polymer is not particularly limited, and for example, a composition obtained by dissolving the specific polymer in a solvent (tetrahydrofuran etc.) ⁇ 0 2020/175024 20 ⁇ (: 171? 2020 /003944
  • Examples thereof include a method in which the surface is coated with a polymer-containing receiving layer, and the resulting coating film is dried to form a film.
  • Examples of the coating method include an ink jet method, a dip method, and a spray method.
  • the thickness of the receptor layer containing the specific polymer varies depending on the sensor morphology. Is preferred, 50 1 ⁇ 0 1 to 500 0! is more preferred, and 100 0 to 01 10 is even more preferred.
  • the sensor of the present invention preferably further has another receiving layer in addition to the receiving layer containing the specific polymer.
  • the sensor of the present invention has another receiving layer having different properties, it has an advantage that, for example, other components can be detected, or the measurement accuracy for a composite gas can be improved.
  • the receiving layer containing the specific polymer and the other receiving layer may be arranged separately or may be laminated.
  • the other receiving layer include a receiving layer obtained by using a hydrophobic compound (for example, poly(1-trimethylsilyl-1-propyne)).
  • a hydrophobic compound for example, poly(1-trimethylsilyl-1-propyne)
  • the sensor of the present invention has a hydrophilic receptive layer containing a specific polymer and a hydrophobic receptive layer, so that various components can be detected.
  • the resonance type sensor of the present invention adsorbs a specific type of gas molecule contained in the air on the surface, and determines the presence or absence of adsorption or the amount of adsorption, the amount of change in the resonance frequency of the dielectric material (piezoelectric material) that is resonantly driven. (Specifically, decrease amount) and detect the target gas. That is, the resonant sensor 3 3 111 3 1 1 0 I 09) A sensor using the method.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a laminated structure in the resonance sensor of the present invention.
  • the resonant sensor shown in FIG. 1 has a laminated structure in which a first electrode 1, a dielectric material 2, a second electrode 3, and a receiving layer 4 containing a specific polymer are sequentially provided.
  • a substrate for supporting the resonance sensor may be provided on the surface of the first electrode 1 opposite to the surface in contact with the dielectric material 2. The substrate is not required if the dielectric material is self-oscillating. On the other hand, if the dielectric material is ⁇ 02020/175024 21 ⁇ (: 17 2020 /003944
  • a substrate is required to drive the element resonantly.
  • a voltage is applied to a fine dielectric material (piezoelectric material) to vibrate the dielectric material at a constant frequency (resonance frequency), and the mass of the dielectric material surface is adsorbed by gas.
  • An increase is detected as a change in the resonance frequency (specifically, a decrease).
  • a QCM Q uartz Crystal Ma ssmicro-ba I ancing; crystal resonator microbalance
  • the sensor hereinafter, also referred to as "QCM sensor" is known.
  • a QCM sensor is usually provided with electrodes on both sides of a quartz thin film cut out at a specific angle (AT-cut), and a voltage is applied to cause it to vibrate at a resonant frequency in the horizontal direction with respect to the quartz plane. Since this resonance frequency decreases according to the mass of the gas adsorbed on the electrode, the mass change of the substance on the electrode can be captured.
  • a QCM sensor itself having a crystal oscillator consisting of a crystal and electrodes sandwiching the crystal is known and can be prepared by a conventional method, or a commercially available product may be used.
  • the Q CM sensor which is one form of the resonant sensor of the present invention, has a pair of electrodes sandwiching a dielectric material, and one of the electrodes has a specific polymer for adsorbing a detection target component on the surface of one electrode. It is preferred to have a receiving layer containing. That is, as the resonant sensor of the present invention, a QCM sensor having a crystal oscillator and a receiving layer arranged on the crystal oscillator is preferable. The mass of the component to be detected adsorbed on the receiving layer containing the specific polymer is detected as a change (specifically, decrease) in the resonance frequency of the crystal resonator that is driven in resonance.
  • the electrode used for the resonance sensor is not particularly limited, and a metal material or the like usually used as an electrode can be used.
  • a resonance type sensor using a ceramic dielectric (piezoelectric material) instead of crystal or quartz as the dielectric material can also be adopted.
  • Such sensors include cantilever sensors and surfaces ⁇ 02020/175024 22 ⁇ (: 171? 2020 /003944
  • an acoustic wave (SAW) sensor An example of this is an acoustic wave (SAW) sensor.
  • the ceramic dielectric material can be formed into a film on the substrate by using the scutter method or the vacuum deposition method, it has an advantage that it can be applied to the production of a sensor using the MEMS (Mic r O El e ct r o Me c ha n i c a l S y s te m s) technology.
  • MEMS Micro r O El e ct r o Me c ha n i c a l S y s te m s
  • Such ceramic dielectric materials include, for example, lead zirconate titanate (P ZT), niobium-doped lead zirconate titanate (P ZTN), zinc oxide (Z n ⁇ ), and aluminum nitride (PZT).
  • P ZT lead zirconate titanate
  • P ZTN
  • the resonance sensor using a ceramic dielectric material is used as the resonance sensor of the present invention, the component to be detected is adsorbed on one of the pair of electrodes sandwiching the dielectric material. It is preferable to dispose a receiving layer containing a specific polymer for the purpose. The mass of the detection target component adsorbed to the receiving layer containing the specific polymer is detected as a change (specifically, decrease) in the resonance frequency of the ceramic dielectric material that is resonantly driven.
  • Examples of the type of the response sensor of the present invention include a film type surface response sensor and a cantilever sensor.
  • the use of the sensor of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include breath or skin gas inspection, odor quantitative measurement, gas leak inspection, and environmental investigation.
  • the sensor of the present invention can detect a detection target component contained in the system at a low concentration with high sensitivity and high selectivity. Therefore, the sensor of the present invention is particularly suitable for the inspection of exhaled gas or skin gas in which the component to be detected is contained at a low concentration.
  • the skin gas in the present invention is a general term for volatile substances released from the body surface.
  • the gas of the detection target component is present in the system in the range of 1 volume 1: to 100 volume 111. ⁇ 02020/175024 23 ((171?2020/003944
  • the sensor of the present invention has a lower concentration of 1 volume p p t ⁇
  • the detection target component contained in the system It is more preferable to detect the detection target component contained in the system with high sensitivity and selectivity in the range of 1 volume PP m, and it is contained in the system in the range of 1 volume ppt to 1 volume ppm, which is a lower concentration. It is further preferable to detect the component to be detected with high sensitivity and selectively.
  • the component to be detected by the sensor of the present invention is preferably a hydrophilic compound since it can be detected with higher sensitivity and high selectivity when it is contained in the system at a low concentration.
  • the hydrophilic compound refers to, for example, a compound having an SP (S ⁇ I ubi Iity P a r ter am ter) value of 9 to 17 (cal/cm 3 ) 1/2 , and Examples include acetone (10.0), ethanol (12.7), acetonitrile (11.9), and acetic acid (12.6).
  • the SP value is defined by Hildebrand's theory of a regular solution. More specifically, the molar heat of vaporization of a compound is AH, the molar volume is V, the gas constant is R, and the absolute temperature is Is the quantity (ca I /cm 3 ) 2 defined by ((AH- RT) /V) 1/2 .
  • a polymer for forming a receptor layer was synthesized by a known method.
  • the obtained polymer for forming a receiving layer is shown below.
  • P ⁇ I y mer- 1 to 16 correspond to the specific polymer.
  • the number attached to the bracket indicates the molar ratio of each repeating unit.
  • Polymer-91 and 92 are polymers described in JP-A-2005-003543 and JP-A-2001-083060. [0074] Dfb10]
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2005-003543 discloses a polyimide based on the following formula as a molecular chain basis, which was used for the evaluation described below.
  • Specific surface area analysis is carried out by placing one of the polymers for forming the receiving layer in a predetermined container, cooling it to the liquid nitrogen temperature (_ 1 96 ° ⁇ ), introducing nitrogen gas into the container, and Nitrogen gas was adsorbed on the molecule.
  • the adsorption amount of single molecule and adsorption parameters were calculated from the adsorption isotherm when adsorbing nitrogen gas on the polymer for forming the receiving layer, and the molecular occupation cross-sectional area of nitrogen ( ⁇ .
  • the specific surface area of the sample (polymer for forming the receptive layer) was determined from 1 62 nm 2 ) (B ET (B runauer-Em tt-Tel I er) method).
  • the specific surface area is obtained by the B ET (B runauer-Em tt-T el I er) method using the analysis program BEL—MAS TER installed in the equipment. ⁇ 02020/175024 27 ⁇ (: 171? 2020 /003944
  • a solution was prepared by dissolving one kind of polymer for forming the receptor layer (10 mg) in THF (tetrahydrofuran, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (8 g). The obtained solution was dropped on one side of a quartz crystal in a QCM sensor (Q uartz Crystal Microbalance, made by Tama Device), dried at 80 ° C, and made of a polymer for forming a receptive layer as a receptive layer. A film was formed.
  • THF tetrahydrofuran, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
  • the obtained Q CM sensor with a receptive layer was put into a flow cell, and 1 mL of saturated vapor of each test gas shown below was passed through to evaluate the sensitivity and selectivity of the Q CM sensor with a receptive layer for the detection target components.
  • the results are shown in Table 1.
  • the sensitivity was evaluated according to the criteria below based on the absolute value of the frequency change that occurred in the Q CM sensor with a receptive layer when 1 mL of saturated vapor containing acetone was flowed.
  • the greater the absolute value of the frequency change the better the sensitivity of the QCM sensor.
  • Table 1 shows the results of the above evaluation tests.
  • (I _ 13) column indicates that when the specific polymer includes a repeating unit represented by the formula (1) or (2), the group represented by ⁇ in the repeating unit is , Shows whether or not the group represented by the formula (_ _ 13) is applicable.
  • the entry “8” means that the requirement is met, and the entry “Minami” means that the requirement is not met.
  • the “X” column shows the structure of the group represented by the formula (2) in the case where the specific polymer includes the repeating unit represented by the formula (2).
  • the phrase "border” means that X was a group represented by the formula (b).
  • the description of "X3" means that X was a group represented by the formula (X3) and was a group other than the group represented by the formula (X).
  • Benzene means that X was a benzene ring group which may have a substituent other than the group represented by the formula (3).
  • Naphthalene means that X was a naphthalene ring group which may have a substituent.
  • the “(halogenated) number of methyl groups” column indicates that when the polymer for forming the receiving layer includes the repeating unit represented by the formula (2), the group represented by the formula _ ⁇ _ _ in the formula (2). Means the total number of methyl groups which may have a halogen atom.
  • the group represented by X has a group represented by formula (3), a group represented by formula (10), or a substituent It was confirmed that the sensitivity and/or selectivity of the sensor were better when the naphthalene ring group was acceptable.
  • the group represented by is a group represented by the formula (I _ 13) and comparison between Examples using a specific polymer)
  • the group represented by X is the formula ( ⁇ ⁇ 02020/175024 30 ⁇ (: 171?2020/003944
  • the sensitivity of the sensor is further excellent in the case of a group represented by) or a naphthalene ring group which may have a substituent.
  • the total number of methyl groups that may have a halogen atom, which are present in the formula (2), ___, and in the formula ( ⁇ / !_), is 2 or more. In this case, it was confirmed that the sensitivity of the sensor was better.

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Abstract

本発明は、系中に低濃度で含まれる検知対象成分に対する感度及び選択性が優れるセンサを提供する。本発明のセンサは、ポリイミド化合物を含む受容層を有し、上記ポリイミド化合物が、BET比表面積が50m/g以上であり、下記式(1)で表される繰り返し単位を有する、共振式センサ又は応力式センサである。

Description

\¥02020/175024 1 卩(:171?2020/003944 明 細 書
発明の名称 : センサ
技術分野
[0001 ] 本発明は、 センサに関する。
背景技術
[0002] 空気中を漂う希薄なガスを高感度に検知したり、 モニタリングしたりする 需要が高まっている。 例えば、 呼気及び皮膚ガス等の生体ガスにケトン系化 合物が含まれていることが知られており、 ケトン系化合物をセンサで検知し た結果を健康状態の診断の指標として利用することが考えられている。 例えば、 特許文献 1 には、 「基材、 及び基材に配設されたポリマーフィル ムであって、 1種類以上のハードブロック成分と 1種類以上のソフトブロッ ク成分とを含むポリマーフィルムを含んでなるセンサー (請求項 1) 」 が開 示されており、 上記ポリマーフィルムとしては、 次式のものからなるポリマ —フィルム (請求項 1 7) が挙げられている。
[0003] [化 1 ]
Figure imgf000003_0001
先行技術文献
特許文献
[0004] 特許文献 1 :特開 2 0 0 1 _ 0 8 3 0 6 0号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題 \¥02020/175024 2 卩(:171?2020/003944
[0005] 本発明者が、 上記ポリマーフィルムを有するセンサを検討したところ、 系 中に低濃度で含まれる検知対象成分を高感度かつ選択的に検知できなかった 。 すなわち、 上記センサでは、 例えば、 呼気及び皮膚ガスのような、 低濃度 かつ多成分系の被検体への適用は困難であった。
[0006] 本発明は、 系中に低濃度で含まれる検知対象成分 (例えば、 ケトン又はァ ルコール等の親水的な化合物) に対する感度及び選択性が優れるセンサの提 供を課題とする。
課題を解決するための手段
[0007] 本発明者は、 上記課題について鋭意検討した結果、 所定の受容層を用いれ ば、 所望の効果が得られるのを見出し、 本発明に至った。
すなわち、 以下の構成により上記課題が解決できるのを見出した。
[0008] 〔 1〕
ポリイミ ド化合物を含む受容層を有し、
上記ポリイミ ド化合物が、 巳日丁比表面積が
Figure imgf000004_0001
以上であり、 後述 する式 (1) で表される繰り返し単位を有する、
共振式又は応力式の、 センサ。
〔2〕
後述する式 ( 1) 中、
Figure imgf000004_0002
後述する式 ( I _ 1 3) で表される基を表す 、 〔1〕 に記載のセンサ。
〔3〕
後述する式 (1) 中、 が、 後述する式 ( い で表される基である、 〔 1〕 又は 〔2〕 に記載のセンサ。
〔4〕
後述する式 ( :) で表される基中に存在する、 ハロゲン原子を有しても よいメチル基の合計数が 2以上である、 〔3〕 に記載のセンサ。
〔5〕
後述する式 ( し) 中、 Xが、 後述する式 (乂3) で表される基、 又は、 置換基 を有してもよいナフタレン環基を表す、 〔3〕 又は 〔4〕 に記載の \¥02020/175024 3 卩(:171?2020/003944
センサ。
〔6〕
後述する式 ( し) 中、 Xが、 後述する式 (乂 13) で表される基、 又は、 置換基 を有してもよいナフタレン環基を表す、 〔3〕 〜 〔5〕 のいずれか に記載のセンサ。
〔7〕
ポリイミ ド化合物を含む受容層を有し、
上記ポリイミ ド化合物が、 後述する式 (2) で表される繰り返し単位を有 する、
共振式又は応力式の、 センサ。
〔8〕
後述する式 (2) 中、
Figure imgf000005_0001
後述する式 ( 1 — 1 3) で表される基を表す 、 〔7〕 に記載のセンサ。
〔9〕
後述する式 ( 2) の、 _ X _丫 _ 一で表される基中に存在する、 ハロゲ ン原子を有してもよいメチル基の合計数が 2以上である、 〔7〕 又は 〔8〕 に記載のセンサ。
〔1 0〕
後述する式 (2) 中、 Xが、 後述する式 (乂3) で表される基、 又は、 置 換基 を有してもよいナフタレン環基を表す、 〔7〕 〜 〔9〕 のいずれかに 記載のセンサ。
[ 1 1 ]
後述する式 (2) 中、 Xが、 後述する式 (乂 1〇) で表される基、 又は、 置 換基 を有してもよいナフタレン環基を表す、 〔7〕 〜 〔1 0〕 のいずれか に記載のセンサ。
〔1 2〕
上記受容層と、 更に他の受容層とを有する、 〔1〕 〜 〔1 1〕 のいずれか に記載のセンサ。 \¥02020/175024 4 卩(:171?2020/003944
〔1 3〕
共振式である、 〔1〕 〜 〔1 2〕 のいずれかに記載のセンサ。
発明の効果
[0009] 本発明によれば、 系中に低濃度で含まれる検知対象成分に対する感度及び 選択性が優れるセンサを提供できる。
図面の簡単な説明
[0010] [図 1]本発明の共振式センサの一例を模式的に示す断面図である。
発明を実施するための形態
[0011] 以下に、 本発明のセンサについて説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、 本発明の代表的な実施態様に基づいて なされる場合があるが、 本発明はそのような実施態様に制限されない。
[0012] なお、 本発明において 「〜」 を用いて表される数値範囲は、 「〜」 の前後 に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
[0013] 本明細書において、 巳巳丁比表面積は、 下記方法で求められる。
すなわち、 試料を容器に入れて液体窒素温度 (_ 1 96°〇 に冷却し、 容 器内に窒素ガスを導入して、 試料に窒素ガスを吸着させる。 試料に窒素ガス を吸着させた際に得られる吸着等温線から単分子吸着量と吸着パラメーター を算出し、 窒素の分子占有断面積 (〇. 1 62 n m2) から試料の比表面積を 算出して求めることができる (巳 巳 丁 (巳 「 リ 门 3 リ 6 「 一巳 01111 6 1: 1: — 丁 6 I I 6 「) 法) 。
より具体的には、 以下の手順で得られる値を巳巳丁比表面積として採用す る。
まず、 試料前処理装置 (マイクロトラック ·ベル製、
Figure imgf000006_0001
I 〇 ) を用いて、 試料 (50 9) を 80°〇で、 6時間、 窒素気流下で乾 燥する。 その後、 自動比表面積/細孔分布測定装置 (マイクロトラック ·ベ ル製、 B E LS〇R P-m i n i 丨 丨 (商品名) ) を用いて、 試料の比表面 積を簡易測定条件で測定し、 / 0=〇. 05〜〇. 1 5を解析範囲として 、 巳巳丁法にて比表面積を算出する。 \¥02020/175024 5 卩(:171?2020/003944
[0014] 本明細書において分子量は特に断らない限り◦ 〇 (ゲルろ過クロマトグ ラフィー) 法を用いて測定した値とし、 分子量はポリスチレン換算の重量平 均分子量とする。 ◦ 〇法に用いるカラムに充填されているゲルは、 通常、 芳香族化合物を繰り返し単位に持つゲルを使用し、 例えばスチレンージビニ ルベンゼン共重合体からなるゲルを使用できる。 カラムは 2〜 6本連結させ て用いる。 用いる溶媒は、 テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、 及び、
1\1 -メチルピロリジノン等のアミ ド系溶媒が挙げられる。 測定において、 溶 媒の流速は 0 . 1〜 2 m L / m i nの範囲とする。 測定温度は 1 〇〜 5 0 °〇 の範囲とする。 なお、 使用するカラム及びキヤリアは測定対称となる高分子 化合物の物性に応じて適宜選定する。
[0015] 本明細書において、 「 01」 は 「卩8 3 - per-m i 1 1丨(^ ( 1 0 _ 6) 」 を意味 し、 「 1:」 は
Figure imgf000007_0001
I丨〇门 ( 1 0 _ 1 2) 」 を意味する。
[0016] 本明細書において、 「置換基」 の例としては、 特段の断りがない限り、 後 述する置換基 で例示される基が挙げられる。
[0017] (置換基 )
置換基 としては、 例えば、 ハロゲン原子 (フッ素原子、 塩素原子、 臭素 原子、 及び、 ヨウ素原子等) 、 アルキル基、 シクロアルキル基、 アルケニル 基、 シクロアルケニル基、 アルキニル基、 アリール基、 ヘテロ環基、 シアノ 基、 水酸基、 ニトロ基、 カルボキシ基、 アルコキシ基、 アリールオキシ基、 シリルオキシ基、 ヘテロ環オキシ基、 アシルオキシ基、 カルバモイルオキシ 基、 アミノ基 (1級アミノ基、 アルキルアミノ、 及び、 アニリノ基等) 、 ア シルアミノ基、 アミノカルボニルアミノ基、 アルコキシカルボニルアミノ基 、 アリールオキシカルボニルアミノ基、 スルファモイルアミノ基、 アルキル 又はアリールスルホニルアミノ基、 メルカプト基、 アルキルチオ基、 アリー ルチオ基、 ヘテロ環チオ基、 スルファモイル基、 スルホ基、 アルキル又はア リールスルフィニル基、 アルキル又はアリールスルホニル基、 アシル基、 ア リールオキシカルボニル基、 アルコキシカルボニル基、 カルバモイル基、 ア リール又はへテロ環アゾ基、 イミ ド基、 ホスフィノ基、 ホスフィニル基、 ホ \¥02020/175024 6 卩(:171?2020/003944
スフイニルオキシ基、 ホスフイニルアミノ基、 及び、 シリル基が挙げられる 。 また、 上述の各基は、 可能な場合、 更に置換基 (例えば、 上述の各基のう ちの 1以上の基) を有してもよい。 例えば、 置換基を有してもよいアルキル 基も、 置換基 の一形態として含まれる。
また、 置換基 が炭素原子を有する場合、 置換基 が有する炭素数は、 例 えば、 1〜 2 0である。
置換基 が有する水素原子以外の原子の数は、 例えば、 1〜 3 0である。
[0018] また、 本明細書において、 特段の断りがない限り、 アルキル基の炭素数は 、 1〜 2 0が好ましく、 1〜 1 0がより好ましく、 1〜 3が更に好ましい。 アルキル基は、 直鎖状、 及び、 分岐鎖状のいずれであってもよい。 アルキル基としては、 例えば、 メチル基、 エチル基、
Figure imgf000008_0001
プロピル基、 I —プロピル基、 —ブチル基、 1:—プチル基、 及び、 —ヘキシル基等が挙 げられる。
置換基を有してもよいアルキル基において、 アルキル基が有していてもよ い置換基としては特に制限されないが、 例えば、 置換基 が挙げられ、 アリ —ル基 (好ましくは炭素数 6〜 1 8、 より好ましくは炭素数 6) 、 ヘテロア リール基 (好ましくは炭素数 5〜 1 8、 より好ましくは炭素数 5〜 6) 、 又 は、 ハロゲン原子 (好ましくはフッ素原子又は塩素原子) が好ましい。
中でも、 置換基を有してもよいアルキル基は、 ハロゲン原子を有してもよ いアルキル基が好ましい。 置換基を有してもよいアルキル基は、 フルオロア ルキル基となっていてもよく、 フルオロアルキル基は、 トリフルオロメチル 基のようなパーフルオロアルキル基となっていてもよい。
[0019] 本発明のセンサは、 ポリイミ ド化合物を含む受容層を有する、 共振式セン サ又は応力式センサである。
上記ポリイミ ド化合物は、 下記要件 1及び 2の少なくとも一方を満たす。 要件 1 : 巳巳丁比表面積が
Figure imgf000008_0002
以上であり、 後述する式 (1) で表 される繰り返し単位を有する。
要件 2 :後述する式 (2) で表される繰り返し単位を有する。 \¥02020/175024 7 卩(:171?2020/003944
以下、 要件 1及び 2の少なくとも一方を満たすポリイミ ド化合物を総称し て、 単に特定高分子とも言う。
また、 少なくとも要件 1 を満たすポリイミ ド化合物を特定高分子 1 とも言 い、 少なくとも要件 2を満たすポリイミ ド化合物を特定高分子 2とも言う。 本発明のセンサにおいては、 受容層に含まれる特定高分子と検知対象成分 との間の何らかの相互作用を介して、 検知対象成分が受容層に吸着する結果 、 検知対象成分を検知する。
本発明のセンサは、 系中に低濃度で含まれる検知対象成分 (特に、 ケトン 又はアルコール等の親水的な化合物) に対する感度及び選択性が優れる。 こ の理由は明らかになっていないが、 センサの微量成分の検知能力と、 受容層 に含まれる特定高分子の検知対象成分の吸着能力とが相乗的に作用し、 従来 見出されていなかった高い感度を示すと共に、 特定高分子のもつ分子認識能 力のポテンシャルが発揮されたと考えられる。
以下、 本発明のセンサについて詳述する。
[0020] [特定高分子 1 ]
特定高分子 1は、 巳巳丁比表面積が、 5 0〇! 2 / 9以上であり、 センサの感 度及び/又は選択性がより優れる (以下、 「本発明の効果がより優れる」 と も言う) 点から 1 0 0 2 / 9以上であるのが好ましく、
Figure imgf000009_0001
であるのがより好ましく、 3 0 0
Figure imgf000009_0002
以上であるのが更に好ましい。 上限 は特に制限されないが、 例えば、 1 , 0 0 0
Figure imgf000009_0003
以下の場合が多い。
[0021 ] 特定高分子 1は、 式 (1) で表される繰り返し単位を有する。
[0022] [化 2]
Figure imgf000009_0004
[0023] 式 (1) 中、
Figure imgf000009_0005
は、 4個以上のカルボキシ基を有するカルボン酸類から 4 \¥02020/175024 8 卩(:171?2020/003944
個のカルボキシ基を除いた残基を表す。
上記 「4個以上のカルボキシ基を有するカルボン酸類」 は 4個よりも多く のカルボキシ基を有していてもよく、 上記 「残基」 は置換基としてカルボキ シ基を有していてもよい。
上記カルボン酸類が有するカルボキシ基の個数は、 例えば、 4〜 8個であ る。
下記式 ( 1 — 1) 〜 ( I — 28) で表される基のいずれかであるの が好ましく、 式 (丨 _ 1) 及び式 (丨 _4) で表される基のいずれかである のがより好ましく、 式 (丨 _ 1) で表される基であるのが更に好ましい。
[0024]
\¥02020/175024 9 卩(:17 2020 /003944
[化 3]
Figure imgf000011_0001
[0025] 式 (丨 一 1) 〜 (丨 一 28) 中、 氺は、 結合位置を表す。
[0026] 式 ( I _ 1) 、 式 ( I _9) 、 及び、 式 ( I _ 1 8) 中、 X1〜 X3は、 単 結合又は 2価の連結基を表す。
上記 2価の連結基としては、
Figure imgf000011_0002
は水素原子又は置換基 を表す。 2個の
Figure imgf000011_0003
は、 互いに結合して環を形成してもよい) 、 一〇一、 一 \¥02020/175024 10 卩(:171?2020/003944
3〇2 -、 一〇 (=〇) 一、 一3 -、
Figure imgf000012_0001
は水素原子、 置換基を 有してもよいアルキル基 (好ましくはメチル基又はエチル基) 、 又は、 置換 基を有してもよいアリール基 (好ましくはフエニル基) ) 、 一〇61~14— (フ エニレン基) 、 又は、 これらの組み合わせが好ましく、 単結合又は一 0
Figure imgf000012_0002
0 2_がより好ましい。
—〇
Figure imgf000012_0003
2—における [¾ で表され得る置換基としては、 それぞれ独立 に、 置換基を有してもよいアルキル基が好ましく、 ハロゲン原子を置換基と して有するアルキル基がより好ましく、 トリフルオロメチルが更に好ましい
-0 ä12_における 2個の [^1が互いに結合して環を形成する場合、
2個の
Figure imgf000012_0004
が互いに結合して形成する基としては、 炭素数 1〜 1 5の基が好 ましい。 一〇
Figure imgf000012_0005
が互いに結合して環を形成する 場合、 _〇
Figure imgf000012_0006
2_は全体として、 置換基を有してもよい 91~1_フルオレ ンー9, 9—ジイル基を形成するのも好ましい。
なお、 式 (丨 一 1 8) は、 X3が、 その左側に記載された 2つの炭素原子の いずれか一方、 及び、 その右側に記載された 2つの炭素原子のうちいずれか —方と連結していることを意味する。
[0027] 式 (丨 一4) 、 式 ( I — 1 5) 、 式 ( I - 1 7) 、 式 ( I — 20) 、 式 (
1 —2 1) 及び式 (丨 一 23) 中、 !-は、 一〇 1~1 =〇 1~1—又は一〇 1~12—を表 す。
[0028] 式 ( | _7) 中、
Figure imgf000012_0007
は水素原子又は置換基を表す。
して環を形成していてもよい。
Figure imgf000012_0008
、 独立に、 水素原子又は置換基を有してもよいアル キル基が好ましく、 水素原子、 メチル基、 又は、 エチル基がより好ましく、 水素原子が更に好ましい。
[0029] 式 ( 1 — 1) 〜 ( 1 —28) 中に示された炭素原子は、 可能な場合、 更に 置換基を有していてもよい。
[0030] 中でも、 本発明の効果がより優れる点から、
Figure imgf000012_0009
下記式 (丨 _ 1 3) で \¥0 2020/175024 1 1 2020 /003944
表される基であるのが好ましい。
式 ( 1 _ 1 3) 中、 氺は、 結合位置を表す。
[0031 ] [化 4]
Figure imgf000013_0001
[0032] 式 (1) 中、 しは、 2個以上のアミノ基 (1級アミノ基) を有するアミン 類から 2個のアミノ基 (1級アミノ基) を除いた残基を表す。
上記 「2個以上のアミノ基を有するアミン類」 は 2個よりも多くのアミノ 基 (1級アミノ基) を有していてもよく、 上記 「残基」 は置換基としてアミ ノ基を有していてもよい。
上記アミン類が有するアミノ基 (1級アミノ基) の個数は、 例えば、 2〜
6個である。
[0033] 中でも、 本発明の効果がより優れる点から、 しは、 下記式 (\^/ !_) で表さ れる基であるのが好ましい。
-乂一丫 一 し)
[0034] 式 ( し) 中、 Xは、 置換基 を有してもよい芳香族炭化水素環基を表す 上記芳香族炭化水素環基としては、 単環でも多環でもよい。 上記芳香族炭 化水素環基の環員数は、 6〜 2 0が好ましく、 6〜 1 0がより好ましい。 上記芳香族炭化水素環基としては、 ベンゼン環基、 ナフタレン環基、 アン トラセン環基、 又は、 フエナントレン環基が好ましく、 ベンゼン環基又はナ フタレン環基がより好ましい。
上記芳香族炭化水素環基がベンゼン環基である場合、 上記べンゼン環基中 の、 丫に対する結合位置と、
Figure imgf000013_0002
とともに環を形成しているイミ ド基に対する 結合位置とは、 互いにメタ位又はパラ位であるのが好ましく、 メタ位である のがより好ましい。 \¥02020/175024 12 卩(:171?2020/003944
上記芳香族炭化水素環基がナフタレン環基である場合、 ナフタレンー 1 ,
4—ジイル基が好ましい。 上記芳香族炭化水素環基がナフタレン環基 (好ま しくはナフタレンー 1 , 4 -ジイル基) の場合、 Xは、 1〜 4個の置換基 を有するナフタレン環基 (例えば、 2—メチルナフタレンー 1 , 4—ジイル 基) が好ましい。
上述のようにベンゼン環基の結合位置を互いにメタ位の配置にしたり、 ナ フタレン環基をナフタレンー 1 , 4 -ジイル基にしたりすることで、 特定高 分子の直線性が低下して高分子中に捻じれを生じたりして、 高分子鎖同士の 間に適度な空間が生じるため、 特定高分子を含む受容層が検知対象成分を補 足しやすくなり、 本発明の効果がより優れると考えられている。
[0035] Xで表される上記芳香族炭化水素環基は、 置換基 を有してもよい。
上記芳香族炭化水素環基が置換基 8 を有する場合、 上記芳香族炭化水素環 基が有する置換基
Figure imgf000014_0001
の個数は、 1〜 4が好ましい。
中でも、 上記芳香族炭化水素環基がベンゼン環基である場合、 Xは、 1〜
4個の置換基 を有するベンゼン環基が好ましく、 2〜 4個の置換基 を 有するベンゼン環基がより好ましい。
上記芳香族炭化水素環基がナフタレン環基である場合、 Xは、 1〜 4個の 置換基 を有するナフタレン環基が好ましい。
[0036] 置換基 [¾ に特に制限はなく、 例としては上述の置換基 が挙げられ、 置換 基を有してもよいアルキル基、 置換基を有してもよいアシルアミノ基、 スル ファモイル基、 又は、 置換基を有してもよいアルケニル基が好ましく、 置換 基を有してもよいアルキル基、 置換基を有してもよいアシルアミノ基、 又は 、 スルファモイル基がより好ましい。
上記アルキル基の例は、 上述の通りである。
上記アシルアミノ基におけるアルキル基部分は、 例えば、 置換基 がなり 得る置換基を有してもよいアルキル基と同様である。
上記アルケニル基は、 直鎖状でも分岐鎖状でもよい。 上記アルケニル基の 炭素数は 1〜 8が好ましく、 1〜 3がより好ましい。 上記アルケニル基とし \¥02020/175024 13 卩(:171?2020/003944
てはビニル基が好ましい。
[0037] 中でも、 本発明の効果がより優れる点から、 Xは、 下記式 (乂3) で表さ れる基、 又は、 置換基 を有してもよいナフタレン環基が好ましく、 下記式 (乂 1〇) で表される基、 又は、 置換基 を有してもよいナフタレン環基がよ り好ましい。
[0038] [化 5]
Figure imgf000015_0001
[0039] 式 (乂8) 中、 〇1 8は、 1〜 4の整数を表す。
Figure imgf000015_0002
、 。 は、 例えば、 上述の置換基 と同様である。 式 (乂3) 中、 ハロゲン原子 (好ましくはフッ素原子) を有してもよいメチ ル基である
Figure imgf000015_0003
1個以上存在するのが好ましく、 2個以上存在するのが より好ましい。
氺は、 結合位置を表す。
の 1個が、 2個の結合位置 (氺で表される結合位置) のメタ位に存在 しているのが好ましい。
[0040] 式 (乂 1〇) 中、
Figure imgf000015_0004
1〜 3の整数を表す。
Figure imgf000015_0005
式 (乂3) における
Figure imgf000015_0006
。 は、 置換基を有してもよいメチル基が好まし く、 無置換のメチル基がより好ましい。 また、 少なくとも 1個の
Figure imgf000015_0007
のパラ位に置換しているのが好ましい。
は、 ハロゲン原子を有してもよい炭素数 1〜 3のアルキル基、 アルキ ル基部分がハロゲン原子を有してもよい炭素数 1〜 3のアルキル基であるア シルアミノ基、 又は、 スルファモイル基 (一 3〇2 _ 1\1 1~1 2) を表す。
上記ハロゲン原子を有してもよい炭素数 1〜 3のアルキル基は、 直鎖状で も分岐鎖状でもよい。 上記ハロゲン原子を有してもよい炭素数 1〜 3のアル \¥0 2020/175024 14 卩(:17 2020 /003944
キル基におけるハロゲン原子はフッ素原子が好ましい。 上記ハロゲン原子を 有してもよい炭素数 1〜 3のアルキル基は、 パーフルオロアルキル基が好ま しい。
上記 「アルキル基部分がハロゲン原子を有してもよい炭素数 1〜 3のアル キル基であるアシルアミノ基」 におけるアルキル基部分は、
Figure imgf000016_0001
がなり得る 基として上述した 「ハロゲン原子を有してもよい炭素数 1〜 3のアルキル基 」 と同様である。
[0041] 式 (\^/ !_) 中、 丫は、 単結合、 置換基を有してもよい 9 1~1 _フルオレンー
9 , 9—ジイル基、 又は、 一〇 (〇 32—を表す。
丫は、 単結合、 又は、 一〇 (〇 32—が好ましい。
[0042] 式 ( し) 中、 は、 単結合、 又は、 置換基 2を有してもよい芳香族炭化 水素環基を表す。 置換基 2に特に制限はない。
上記 「置換基 8 2を有してもよい芳香族炭化水素環基」 における、 置換基 2、 芳香族炭化水素環基、 及び、 芳香族炭化水素環基が有してもよい置換基 8 2の数は、 それぞれ、 上述の 「置換基 を有してもよい芳香族炭化水素環基 」 における、 置換基
Figure imgf000016_0002
芳香族炭化水素環基、 及び、 芳香族炭化水素環基が 有してもよい置換基[¾ の数と同様の例が挙げられる。
は、 上述の式 (乂3) で表される基、 又は、 上述の式 (乂 13) で表され る基でもよい。
における芳香族炭化水素環基は、 ベンゼン環基又はナフタレン環基が好 ましい。
における芳香族炭化水素環基がベンゼン環基である場合、 上記ベンゼン 環基中の、 丫に対する結合位置と、
Figure imgf000016_0003
とともに環を形成しているイミ ド基に 対する結合位置とは、 互いにメタ位又はパラ位であるのが好ましく、 パラ位 であるのがより好ましい。
における芳香族炭化水素環基がナフタレン環基である場合、 は、 置換 基 を有してもよいナフタレンー 1 , 4—ジイル基 (例えば、 1〜 4個の置 換基を有するナフタレンー 1 , 4—ジイル基) が好ましい。 における芳香 \¥02020/175024 15 卩(:171?2020/003944
族炭化水素環基がナフタレン環基である場合、 一乂_丫_ _全体で、 2個 以上の置換基 (好ましくはハロゲン原子を有してもよいメチル基) を有する 1 , 1, ービナフタレンー 4 , 4, ージイル基を形成するのも好ましい。
[0043] ただし、 式 (\^/ !_) において、 丫及び が単結合の場合、 Xで表される芳 香族炭化水素環基が有する置換基 の数は 2以上 (例えば 2〜 6) である。 また、 丫が単結合、 かつ、 が置換基 を有してもよい芳香族炭化水素環 基の場合、 Xで表される芳香族炭化水素環基が有する置換基 の数と、 で 表される芳香族炭化水素環基が有する置換基 2の数との合計数は 2以上 (例 えば 2〜 8) である。
上述のように式 ( し) で表される基 (一乂_丫_ _) は所定数の置換 基を有するので、 特定高分子中に捻じれを生じたりして、 特定高分子鎖同士 の間に適度な空間が生じるため、 特定高分子を含む受容層が検知対象成分を 補足しやすくなり、 本発明の効果がより優れると考えられている。
[0044] また、 本発明の効果がより優れる点から、 式 (\^/ !_) で表される基 (一X —丫_ _) 中に存在する、 ハロゲン原子を有してもよいメチル基 (無置換 のメチル基又はトリフルオロメチル基等) の合計数は、 2以上であるのが好 ましく、 2〜 8であるのがより好ましく、 2〜 4であるのが更に好ましい。 なお、 式 し) で表される基 (一 X—丫一 一) 中に存在する、 ハロゲ ン原子を有してもよいメチル基の合計数は、 具体的には、 以下の 3〜 に示 すハロゲン原子を有してもよいメチル基の個数の合計個数である。
3 : X中に存在する、 ハロゲン原子を有してもよいメチル基である置換基 の個数
匕 : 丫が一〇 (〇 32 _である場合における、 _〇 (〇 32 _中に存 在する、 ハロゲン原子を有してもよいメチル基 (〇 3) の 2個
〇 : 丫が置換基を有してもよい 9 ! !—フルオレンー 9 , 9—ジイル基であ る場合における、 9 1·!—フルオレンー 9 , 9—ジイル基に直接結合する置換 基としての、 ハロゲン原子を有してもよいメチル基の個数
: が置換基 を有してもよい芳香族炭化水素環基である場合における \¥02020/175024 16 卩(:171?2020/003944
、 中に存在する、 ハロゲン原子を有してもよいメチル基である置換基 の 個数
[0045] 式 で表される基の具体例を以下に示す。 下記例示において、 氺は 結合位置を表す。
[0046] [化 6]
Figure imgf000018_0001
[0047] 式 (1) で表される繰り返し単位の全繰り返し単位中、 式 ( し) で表さ \¥02020/175024 17 卩(:171?2020/003944
れる基である しの含有量は、 全 しに対して、 1 〇〜 1 00モル%が好まし く、 50〜 1 00モル%がより好ましく、 75〜 1 00モル%が更に好まし い。
上記式 ( ) で表される基以外の しとしては、 下記式 ((31) で表され る基が好ましい。
[0048] [化 7]
Figure imgf000019_0001
[0049] 式 (1) で表される繰り返し単位の全繰り返し単位中、 式 (<31) で表さ れる基の含有量は、 全 しに対して、 〇〜 90モル%が好ましく、 〇〜 50モ ル%がより好ましく、 〇〜 25モル%が更に好ましい。
[0050] 特定高分子 1中、 式 (1) で表される繰り返し単位の含有量は、 特定高分 子 1の全繰り返し単位に対して、 1 0〜 1 00モル%が好ましく、 50~ 1 00モル%がより好ましく、 75~ 1 00モル%が更に好ましい。
[0051] 特定高分子 1の重量平均分子量は、 センサの感度及び/又は選択性がより 優れる点から、 1 0, 000〜 1 , 000, 000が好ましく、 20, 00 〇〜 500 , 000がより好ましい。
[0052] 特定高分子 1は、 公知の方法により製造できる。
[0053] [特定高分子 2]
特定高分子 2は、 式 (2) で表される繰り返し単位を有する。
[0054] [化 8]
Figure imgf000019_0002
[0055] 式 (2) 中、
Figure imgf000019_0003
は、 4個以上のカルボキシ基を有するカルボン酸類から 4 \¥02020/175024 18 卩(:171?2020/003944
個のカルボキシ基を除いた残基を表す。
Figure imgf000020_0001
と同様である。
[0056] 式 (2) 中、 Xは、 置換基 を有してもよい芳香族炭化水素環基を表す。
式 (2) 中、 丫は、 単結合、 置換基を有してもよい 9 1~1 _フルオレンー 9 , 9—ジイル基、 又は、 一〇 (〇 32—を表す。
式 (2) 中、 は、 単結合、 又は、 置換基 を有してもよい芳香族炭化水 素環基を表す。
ただし、 丫及び が単結合の場合、 Xで表される芳香族炭化水素環基が有 する置換基 の数は 2以上 (例えば 2〜 6) である。
丫が単結合、 かつ、 が置換基 を有してもよい芳香族炭化水素環基の場 合、 Xで表される芳香族炭化水素環基が有する置換基 の数と、 で表され る芳香族炭化水素環基が有する置換基 2の数との合計数は 2 (例えば 2〜 8 ) 以上である。
式 (2) 中の一 X _丫 _ _で表される基は、 例えば、 式 (\/\/ !_) で表さ れる基と同様である。
[0057] 特定高分子 2中、 式 (2) で表される繰り返し単位の含有量は、 特定高分 子 2の全繰り返し単位に対して、 1 0〜 1 0 0モル%が好ましく、 5 0〜 1 0 0モル%がより好ましく、 7 5 ~ 1 0 0モル%が更に好ましい。
[0058] 特定高分子 2中の、 式 (2) で表される繰り返し単位以外の繰り返し単位 としては、 下記式 (0 2) で表される繰り返し単位が好ましい。
Figure imgf000020_0002
4個以上のカルボキシ基を有するカルボン酸類から 4個のカルボキシ基を除いた残基であり、 例えば、 式 (1)
Figure imgf000020_0003
と同様で ある。
[0059] \¥02020/175024 19 卩(:171?2020/003944
[化 9]
Figure imgf000021_0001
[0060] 特定高分子 2中、 式 (〇2) で表される繰り返し単位の含有量は、 特定高 分子 2の全繰り返し単位に対して、 〇〜 90モル%が好ましく、 〇〜 50モ ル%がより好ましく、 〇〜 25モル%が更に好ましい。
[0061] 本発明の効果がより優れる点から、 特定高分子 2の重量平均分子量は、 1
0, 000〜 1 , 000, 000が好ましく、 20, 000〜 500, 00 0がより好ましい。
特定高分子 2は、 巳巳丁比表面積が、 5
Figure imgf000021_0002
以上であるのが好ましく
Figure imgf000021_0003
以上であるの がより好ましく、 300
Figure imgf000021_0004
以上であるのが更に好ましい。 上限は特に制 限されないが、 例えば、 1 , 000012/9以下である。
[0062] [センサの形態]
<受容層>
本発明のセンサは、 特定高分子を含む受容層を有する。 本発明のセンサは 、 所定の受容層を有していればその構成は特に制限されないが、 センサ本体 (例えば、 共振式センサ本体又は応カセンサ本体) と特定高分子を含む受容 層とを少なくとも有するのが好ましい。 なお、 本発明のセンサは、 所定の受 容層、 及び、 センサ本体以外の他の部材を有していてもよい。
受容層中の特定高分子の含有量は、 センサの形態によっても異なるが、 受 容層の全質量に対して、 1 〇〜 1 〇〇質量%が好ましく、 30〜 1 00質量 %がより好ましく、 50〜 1 00質量%が更に好ましい。
特定高分子を含む受容層を形成する方法は特に制限はなく、 例えば、 特定 高分子を溶剤 (テトラヒドロフラン等) に溶解して得られる組成物を、 特定 \¥0 2020/175024 20 卩(:171? 2020 /003944
高分子を含む受容層を形成する面に塗布して、 更に得られた塗膜を乾燥して 膜を形成する方法が挙げられる。 塗布方法としては、 例えば、 インクジエツ 卜法、 ディップ法、 及び、 スプレー法が挙げられる。
特定高分子を含む受容層の膜厚は、 センサの形態によっても異なるが、 1
Figure imgf000022_0001
が好ましく、 5〇 1^〇1 ~ 5 0 〇!がより好ましく、 1 0 0门 01〜 1 〇 が更に好ましい。
[0063] なお、 本発明のセンサは、 特定高分子を含む受容層の他にも、 更に他の受 容層を有するのも好ましい。 本発明のセンサが、 異なる性質を有する他の受 容層を有する場合、 例えば、 他の成分も検知できるようにできたり、 複合ガ スに対する測定精度を向上できたりする利点がある。 特定高分子を含む受容 層と他の受容層とは、 別々に配置されていてもよいし、 積層されていてもよ い。
他の受容層の具体例としては、 疎水的な化合物 (例えば、 ポリ (1 -トリ メチルシリルー 1 -プロピン) ) を用いて得られる受容層が挙げられる。 こ れにより、 本発明のセンサが、 特定高分子を含む親水的な受容層と、 疎水的 な受容層とを有するので、 多様な成分の検知が可能となる。
[0064] <共振式センサ>
本発明の共振式センサは、 空気中に含まれる特定種のガス分子を表面に吸 着し、 吸着の有無又は吸着量を、 共振駆動する誘電体材料 (圧電材料) の共 振周波数の変化量 (具体的には、 減少量) として捉えて、 目的のガスを検知 する。 すなわち、 共振式センサは、 質量マイクロバランシング
Figure imgf000022_0002
3 3 111
Figure imgf000022_0003
3 11〇 I 0 9) 法を利用したセンサである。
図 1は、 本発明の共振式センサにおける積層構造の一例を模式的に示す断 面図である。 図 1 に示される共振式センサは、 第 1電極 1、 誘電体材料 2、 第 2電極 3、 及び、 特定高分子を含む受容層 4が順次設けられた積層構造を 有している。 また、 第 1電極 1の、 誘電体材料 2と接する側とは反対側の面 には、 共振式センサを支持するための基板が設けられていてもよい。 誘電体 材料が自励発振式である場合、 基板は必須ではない。 他方、 誘電体材料がセ \¥02020/175024 21 卩(:17 2020 /003944
ラミック圧電素子等の場合には、 素子を共振駆動するために基板が必要とな る。
[0065] 質量マイクロバランシング法によるセンシングでは、 微細な誘電体材料 ( 圧電材料) に電圧をかけて誘電体材料を一定の周波数 (共振周波数) で振動 させ、 誘電体材料表面へのガス吸着による質量増加を共振周波数の変化 (具 体的には、 減少) として検知する。 質量マイクロバランシング法を利用した 共振式センサの代表的な例として、 共振駆動させる誘電体材料として水晶を 用いた QCM (Q u a r t z C r y s t a l Ma s s m i c r o— b a I a n c i n g ;水晶振動子マイクロバランス) 方式を用いたセンサ (以 下、 「QCMセンサ」 ともいう。 ) が知られている。
QCMセンサは、 通常、 特定の角度 (AT—カッ ト) で切り出した水晶の 薄膜の両面に電極を設け、 電圧をかけて水晶面と水平方向に共振周波数でず り振動させる。 この共振周波数は電極上に吸着したガスの質量に応じて減少 するため、 電極上の物質の質量変化を捉えられる。 水晶とこれを挟む電極と からなる水晶振動子を有する Q C Mセンサそれ自体は公知であり、 常法によ り調製でき、 また市販品を用いてもよい。
本発明の共振式センサの一形態としての Q CMセンサは、 誘電体材料を挟 んで設けられた 1対の電極のうち、 一方の電極表面に、 検知対象成分を吸着 させるための特定高分子を含む受容層を有するのが好ましい。 つまり、 本発 明の共振式センサとしては、 水晶振動子と、 水晶振動子上に配置された受容 層とを有する QCMセンサが好ましい。 この特定高分子を含む受容層に吸着 した検知対象成分の質量を、 共振駆動する水晶振動子の共振周波数の変化 ( 具体的には、 減少) として検知する。
[0066] 共振式センサに用いる上記電極に特に制限はなく、 電極として通常用いら れる金属材料等を使用できる。
[0067] 上記共振式センサとして QCMセンサの他にも、 誘電体材料として水晶又 は石英等を用いずに、 セラミック誘電体 (圧電材料) を用いた共振式センサ も採用できる。 このようなセンサとしては、 カンチレバー式センサ及び表面 \¥02020/175024 22 卩(:171? 2020 /003944
弾性波 (SAW) センサが挙げられる。 セラミック誘電体材料は、 スバッタ 法又は真空蒸着法等を用いて基板上に製膜できるため、 MEMS (M i c r 〇 E l e c t r o Me c h a n i c a l S y s t e m s) 技術を用い たセンサの作製に適用できる利点がある。 このようなセラミック誘電体材料 として、 例えば、 チタン酸ジルコン酸鉛 (P ZT) 、 ニオブをドープしたチ タン酸ジルコン酸鉛 (P ZTN) 、 酸化亜鉛 (Z n〇) 、 及び、 窒化アルミ ニウム (A 丨 N) が挙げられる。
[0068] カンチレバー式センサでは、 上記セラミック誘電体材料で形成した膜の両 面に電極を配し、 電極間に特定の電圧を印加して、 セラミック誘電体材料を 共振駆動させる。 セラミック誘電体材料を用いた共振式センサを本発明の共 振式センサとする場合、 誘電体材料を挟んで設けられた 1対の電極のうち一 方の電極表面には、 検知対象成分を吸着させるための特定高分子を含む受容 層を配置するのが好ましい。 この特定高分子を含む受容層に吸着した検知対 象成分の質量を、 共振駆動するセラミック誘電体材料の共振周波数の変化 ( 具体的には、 減少) として検知する。
[0069] <応カセンサ>
本発明の応カセンサの形式としては、 例えば、 膜型表面応カセンサ、 及び 、 カンチレバーセンサが挙げられる。
[0070] [用途]
本発明のセンサの用途は特に制限されず、 例えば、 呼気又は皮膚ガスの検 査用、 臭気の定量測定用、 ガスリークの検査用、 及び、 環境調査用が挙げら れる。
本発明のセンサは、 系中に低濃度で含まれる検知対象成分を高感度かつ高 選択に検知できる。 そのため、 本発明のセンサは、 検知対象成分が低濃度で 含まれる呼気ガス又は皮膚ガスの検査に特に好適である。 ここで、 本発明に おける皮膚ガスとは、 体表面から放散される揮発性物質の総称である。
また、 検知対象成分が系中に低濃度で含まれる場合の具体例としては、 系 中に検知対象成分の気体が 1体積 1:〜 1 00体積 111の範囲で存在す \¥02020/175024 23 卩(:171?2020/003944
る場合が挙げられる。 本発明のセンサは、 より低濃度である 1体積 p p t〜
1 〇体積 P P mの範囲で系中に含まれる検知対象成分を高感度かつ選択的に 検出するのがより好ましく、 更に低濃度である 1体積 p p t〜 1体積 p p m の範囲で系中に含まれる検知対象成分を高感度かつ選択的に検知するのが更 に好ましい。
[0071] [検知対象成分]
本発明のセンサの検知対象成分は、 系中に低濃度で含まれる場合に、 より 高感度かつ高選択に検知できる点から、 親水的な化合物が好ましい。
本明細書において親水的な化合物とは、 例えば、 S P (S〇 I u b i I i t y P a r ame t e r) 値が、 9〜 1 7 (c a l /c m31/2である化合物 を指し、 具体的には、 アセトン (1 0. 0) 、 エタノール (1 2. 7) 、 ア セトニトリル (1 1. 9) 、 及び、 酢酸 (1 2. 6) が挙げられる。
ここで、 S P値 (溶解度パラメータ) とは、 ヒルデブランドの正則溶液の 理論により定義され、 より具体的には、 化合物のモル蒸発熱を AH、 モル体 積を V、 気体定数を R、 絶対温度を Tとするとき、 ( (AH— RT) /V) 1/2 により定義される量 (c a I /c m32である。
実施例
[0072] 以下、 実施例を用いて、 本発明について詳細に説明する。 ただし、 本発明 はこれに限定されるものではない。 なお、 各成分の配合量は、 特に断りにな い限り、 質量基準を示す。
[0073] [受容層形成用高分子]
公知の方法を用いて、 受容層形成用高分子を合成した。
以下に、 得られた受容層形成用高分子を示す。 なお、 P〇 I y me r- 1 〜 1 6は、 特定高分子に該当する。
なお、 2種以上の繰り返し単位を有する受容層形成用高分子において、 括 弧に付した数字は各繰り返し単位のモル比率を意味する。
P o l y m e r - 9 1及び 92は、 特開 2005 - 003543号公報及 び特開 2001 —083060号公報に記載のポリマーである。 [0074] Dfb10]
Figure imgf000026_0001
[0075] \¥02020/175024 25 卩(:17 2020 /003944
[化 11]
Figure imgf000027_0001
[0076] 9〇 I ソ〇16 「一9 1 としては、 特開 2005— 003543号公報にな らい、 下記式を分子鎖の基本とするポリイミ ドを後述の評価に使用した。
Figure imgf000027_0002
\¥02020/175024 26 卩(:17 2020 /003944
[化 13]
Figure imgf000028_0001
[0079] [評価]
<B E T比表面積 >
比表面積分析は、 受容層形成用高分子の 1種を所定の容器に入れて液体窒 素温度 (_ 1 96°〇 に冷却し、 容器内に窒素ガスを導入して、 受容層形成 用高分子に窒素ガスを吸着させて行った。 窒素ガスを受容層形成用高分子に 吸着させた際の吸着等温線から単分子吸着量と吸着パラメーターを算出し、 窒素の分子占有断面積 (〇. 1 62 n m2) から試料 (受容層形成用高分子) の比表面積を求めた (B ET (B r u n a u e r— Emme t t— T e l I e r) 法) 。
より具体的には、 まず、 試料前処理装置 (マイクロトラック ·ベル製、 B E L P R E P- f I ow) を用いて、 受容層形成用高分子 (50 m g) を 8 0°Cで、 6時間、 窒素気流下で乾燥した。 その後、 自動比表面積/細孔分布 測定装置 (マイクロトラック ·ベル製、 B E LSOR P-m i n i I I (商 品名) ) を用いて、 受容層形成用高分子の比表面積を簡易測定条件で測定し た。
比表面積は、 装置備え付けの解析プログラム B E L—MAS T E Rを用い て、 B ET (B r u n a u e r— Emme t t— T e l I e r) 法により求 \¥02020/175024 27 卩(:171? 2020 /003944
めた。 解析範囲は P/P0=〇. 05~0. 1 5をとした。 その結果を、 下記 表 1 に記載した。
[0080] <センサの作製と評価>
受容層形成用高分子の 1種 ( 1 〇m g) を、 TH F (テトラヒドロフラン 、 和光純薬工業製) (8 g) に溶解させた溶液を調製した。 得られた溶液を 、 QCMセンサ (Q u a r t z C r y s t a l M i c r o b a l a n c e、 多摩デバイス製) 中の水晶振動子上の片面に滴下し、 80°Cで乾燥させ 、 受容層として受容層形成用高分子からなる膜を形成した。
得られた受容層を有する Q CMセンサをフローセルに入れ、 下記に示す各 種試験ガスの飽和蒸気 1 mLを通し、 受容層を有する QCMセンサの検知対 象成分に対する感度と選択性を評価した。 結果を表 1 に示す。
[0081] (感度)
アセトンを含む飽和蒸気を 1 m Lフローした際の、 受容層を有する Q CM センサに生じた周波数変化の絶対値を基に、 以下に示す基準で感度を評価し た。 ここで、 周波数変化の絶対値が大きいほど、 Q CMセンサの感度が優れ る。
5 : 1 00 H z以上
4 : 70 H z以上 1 00 H z未満
3 : 40 H z以上 70 H z未満
2 : 1 0 H z以上 40 H z未満
1 : 1 0 H z未満
[0082] (選択性)
n—ヘキサンの飽和蒸気を 1 m Lフローした際の Q CMセンサの周波数変 化の絶対値 (R A [H z] ) に対する、 アセトンの飽和蒸気を 1 m Lフロー した際の Q CMの周波数変化の絶対値 (RN [H z] ) の比 (RN/RA) を算出し、 アセトンに対する Q CMセンサの選択性を以下の基準で評価した 。 比の値が大きいほど、 Q CMセンサの選択性が優れる。
5 : 20以上 \¥0 2020/175024 28 卩(:171? 2020 /003944
4 : 1 3以上 2 0未満
3 : 6以上 1 3未満
2 : 2以上 6未満
1 : 2未満
[0083] 以上の評価試験の結果を表 1 に示す。
表 1中、 「 ( I _ 1 3) 」 欄は、 特定高分子が式 (1) 又は (2) で表さ れる繰り返し単位を含む場合において、 上記繰り返し単位中の ^で表される 基が、 式 (丨 _ 1 3) で表される基に該当するか否かを示す。 「八」 の記載 は要件を満たすことを意味し、 「巳」 の記載は要件を満たさないことを意味 する。
「X」 欄は、 特定高分子が式 (2) で表される繰り返し単位を含む場合に おいて、 上記繰り返し単位中の乂で表される基の構造を示す。 「乂匕」 の記 載は、 Xが、 式 (乂 1〇) で表される基であったことを意味する。 「乂3」 の 記載は、 Xが、 式 (乂3) で表される基であって、 かつ、 式 (乂匕) で表さ れる基以外の基であったことを意味する。 「ベンゼン」 は、 Xが、 式 (乂3 ) で表される基以外の、 置換基 を有してもよいベンゼン環基であったこと を意味する。 「ナフタレン」 は、 Xが、 置換基 を有してもよいナフタレン 環基であったことを意味する。
「 (ハロゲン化) メチル基数」 欄は、 受容層形成用高分子が式 (2) で表 される繰り返し単位を含む場合において、 式 (2) 中の一乂_丫_ _で表 される基中の、 ハロゲン原子を有してもよいメチル基の合計数を意味する。
[0084] \¥02020/175024 29 卩(:171?2020/003944
[表 1 ]
Figure imgf000031_0003
[0085] 表 1の通り、 特定高分子を含む受容層を有する〇〇1\/1センサは、 系中に低 濃度で含まれる検知対象成分に対する感度及び選択性に優れていることが確 認された。
[0086] また、 式 (1) 及び (2) 中、
Figure imgf000031_0001
で表される基が、 式
Figure imgf000031_0002
で表さ れる基である場合、 センサの感度及び/又は選択性がより優れることが確認 された。
(実施例 6と実施例 1 5との比較、 実施例 1 2と実施例 1 6との比較等)
[0087] 式 (2) 及び式 い において、 Xで表される基が、 式 (乂3) で表さ れる基、 式 (乂 1〇) で表される基、 又は、 置換基 を有してもよいナフタレ ン環基である場合、 センサの感度及び/又は選択性がより優れることが確認 された。
で表される基が、 式 ( I _ 1 3) で表される基である特定高分子を使用 した実施例間での比較等)
[0088] 中でも、 式 (2) 及び式 (\^/ !_) において、 Xで表される基が、 式 (乂匕 \¥02020/175024 30 卩(:171?2020/003944
) で表される基、 又は、 置換基 を有してもよいナフタレン環基である場合 、 センサの感度が更に優れることが確認された。
(実施例 1〜 5の結果等)
[0089] 式 (2) の一乂_丫_ _中、 及び、 式 (\^/ !_) 中において存在する、 ハ ロゲン原子を有してもよいメチル基の合計数が 2以上である場合、 センサの 感度がより優れることが確認された。
(実施例 1 4の結果等)
符号の説明
[0090] 1 第 1電極
2 誘電体材料 (圧電材料)
3 第 2電極
4 特定高分子を含む受容層

Claims

\¥0 2020/175024 卩(:17 2020 /003944 請求の範囲 [請求項 1 ] ポリイミ ド化合物を含む受容層を有し、 前記ポリイミ ド化合物が、 巳日丁比表面積が 5 0 以上であ り、 下記式 ( 1 ) で表される繰り返し単位を有する、 共振式又は応力式の、 センサ。
[化 1 ]
Figure imgf000033_0002
ボキシ基を有するカルボン酸 類から 4個のカルボキシ基を除いた残基を表す。
しは、 2個以上のアミノ基を有するアミン類から 2個のアミノ基 を除いた残基を表す。
[請求項 2]
Figure imgf000033_0003
が、 下記式 ( 丨 _ 1 3) で表される基を表す、 請求項 1 に記載 のセンサ。
[化 2]
Figure imgf000033_0004
[請求項 3] しが、 下記式 (\^/ !_) で表される基である、 請求項 1又は 2に記 載のセンサ。
-乂一丫 一 し)
式 ( し) 中、 Xは、 置換基 を有してもよい芳香族炭化水素環 基を表す。 \¥02020/175024 32 卩(:171?2020/003944
丫は、 単結合、 置換基を有してもよい 9 1~1—フルオレンー 9 , 9— ジイル基、 又は、 一〇 (〇 32—を表す。
は、 単結合、 又は、 置換基 2を有してもよい芳香族炭化水素環 基を表す。
ただし、 丫及び が単結合の場合、 Xで表される前記芳香族炭化水 素環基が有する置換基 Xの数は 2以上である。
丫が単結合、 かつ、 が置換基 を有してもよい芳香族炭化水素 環基の場合、 Xで表される前記芳香族炭化水素環基が有する置換基 Xの数と、 で表される前記芳香族炭化水素環基が有する置換基 の数との合計数は 2以上である。
[請求項 4] 式 (\f\Z L で表される基中に存在する、 ハロゲン原子を有してもよ いメチル基の合計数が 2以上である、 請求項 3に記載のセンサ。
[請求項 5] Xが、 下記式 (乂3) で表される基、 又は、 置換基 を有しても よいナフタレン環基を表す、 請求項 3又は 4に記載のセンサ。
[化 3]
Figure imgf000034_0001
氺は、 結合位置を表す。
[請求項 6] Xが、 下記式 (乂匕) で表される基、 又は、 置換基 を有しても よいナフタレン環基を表す、 請求項 3〜 5のいずれか 1項に記載のセ ンサ。 \¥0 2020/175024 33 ?01/1?2020/003944
[化 4]
Figure imgf000035_0003
Figure imgf000035_0001
ハロゲン原子を有してもよい炭素数 1 〜 3のアルキル基 、 アルキル基部分がハロゲン原子を有してもよい炭素数 1 〜 3のアル キル基であるアシルアミノ基、 又は、 スルファモイル基を表す。 氺は、 結合位置を表す。
[請求項 7] ポリイミ ド化合物を含む受容層を有し、
前記ポリイミ ド化合物が、 下記式 (2) で表される繰り返し単位を 有する、
共振式又は応力式の、 センサ。
[化 5]
Figure imgf000035_0002
類から 4個のカルボキシ基を除いた残基を表す。
Xは、 置換基 を有してもよい芳香族炭化水素環基を表す。
丫は、 単結合、 置換基を有してもよい 9 ! !—フルオレンー 9 , 9— ジイル基、 又は、 一〇 (〇 32—を表す。
は、 単結合、 又は、 置換基 2を有してもよい芳香族炭化水素環 基を表す。 \¥02020/175024 34 卩(:171?2020/003944
ただし、 丫及び が単結合の場合、 Xで表される前記芳香族炭化水 素環基が有する置換基 Xの数は 2以上である。
丫が単結合、 かつ、 が置換基 を有してもよい芳香族炭化水素 環基の場合、 Xで表される前記芳香族炭化水素環基が有する置換基 の数と、 で表される前記芳香族炭化水素環基が有する置換基 の数との合計数は 2以上である。
[請求項 8] —が、 下記式 ( 丨 _ 1 3) で表される基を表す、 請求項 7に記載 のセンサ。
[化 6]
Figure imgf000036_0001
[請求項 9] 式 ( 2) の、 _ X _丫 _ 一で表される基中に存在する、 ハロゲン 原子を有してもよいメチル基の合計数が 2以上である、 請求項 7又は 8に記載のセンサ。
[請求項 1 0] Xが、 下記式 (乂 3) で表される基、 又は、 置換基 を有しても よいナフタレン環基を表す、 請求項 7〜 9のいずれか 1項に記載のセ ンサ。
[化 7]
Figure imgf000036_0002
氺は、 結合位置を表す。
[請求項 1 1 ] Xが、 下記式 (乂匕) で表される基、 又は、 置換基 を有しても \¥02020/175024 35 卩(:171?2020/003944
よいナフタレン環基を表す、 請求項 7〜 1 0のいずれか 1項に記載の センサ。
[化 8]
Figure imgf000037_0002
Figure imgf000037_0001
ハロゲン原子を有してもよい炭素数 1〜 3のアルキル基 、 アルキル基部分がハロゲン原子を有してもよい炭素数 1〜 3のアル キル基であるアシルアミノ基、 又は、 スルファモイル基を表す。 氺は、 結合位置を表す。
[請求項 12] 前記受容層と、 更に他の受容層とを有する、 請求項 1〜 1 1のいず れか 1項に記載のセンサ。
[請求項 13] 共振式である、 請求項 1〜 1 2のいずれか 1項に記載のセンサ。
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