化学物质浓缩器以及化学物质检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术的化学物质浓缩器对气体试样中的化学物质进行浓缩。该化学物质浓缩器具备：流路，其中流动气体试样；导电性的吸附剂，设置在流路内，并对化学物质进行吸附；以及一对电极，用于在吸附剂中流动电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】化学物质浓缩器以及化学物质检测装置
本专利技术涉及对气体中的化学物质进行分析、检测的技术。
技术介绍
关于分析气体中的化学物质的技术，例如，专利文献1公开了对电力设备内部气体中的有机物质进行分析的装置。在该装置中，一边保持收集器的温度恒定，一边使气体通过配管，从而使气体中的有机物质吸附于吸附剂，然后对收集器进行加热，将吸附的有机物质导入到检测器。此外，专利文献2公开了极微量的分析物的检测装置，该检测装置使用了具有吸附分析物的能力和使浓缩的分析物吸附/脱离的能力的吸附剂物质。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开2001-296218号公报专利文献2：日本特表2002-518668号公报
技术实现思路
化学物质浓缩器对气体试样中的化学物质进行浓缩。该化学物质浓缩器具备流动气体试样的流路、设置在流路内并对化学物质进行吸附的导电性的吸附剂、以及用于在吸附剂中流动电流的一对电极。该化学物质浓缩器能够以低功耗使吸附的化学物质脱离。附图说明图1是实施方式涉及的化学物质浓缩器的概略结构图。图2是包括实施方式涉及的化学物质浓缩器的检测装置的结构图。图3A是示出实施方式涉及的化学物质浓缩器的流路中的导电性吸附剂的配置的图。图3B是示出实施方式涉及的化学物质浓缩器的流路中的导电性吸附剂的另一种配置的图。图3C是示出实施方式涉及的化学物质浓缩器的流路中的导电性吸附剂的又一种配置的图。具体实施方式图1是实施方式涉及的检测装置100的化学物质浓缩器1的概略结构图。化学物质浓缩器(以下，称为浓缩器)1使流入的气体试样中的化学物质吸附于吸附剂12并进行浓缩，然后通过加热使其从吸附剂脱离，并送出到后级的检测器2。作为化学物质，例如有酮类、胺类、醇类、芳香烃类、醛类、酯类、有机酸、硫化氢、甲硫醇、二硫化物等挥发性有机化合物。浓缩器1具备流过气体试样的流路11、设置在流路11内的导电性的吸附剂12、用于使电流在吸附剂12中流动的一对电极13a、13b、以及对在流路11内流动的气体试样进行冷却的冷却部14。电流供给部15对一对电极13a、13b供给电流I。控制部16对冷却部14和电流供给部15的动作进行控制。吸附剂12构成为吸附气体试样的化学物质。本实施方式涉及的浓缩器1将连接在对置的电极13a、13b之间的导电性的纳米线12a用作化学物质的吸附剂12。即，在由冷却部14进行的冷却处理的过程中，气体试样中的化学物质吸附于纳米线12a的表面，并被浓缩捕获。此后，电流供给部15经由电极13a、13b使纳米线12a中流动微小电流I，从而纳米线12a由于焦耳效应而发热(自加热)。由于纳米线12a的自加热造成的温度上升，吸附在纳米线12a的表面的化学物质脱离，并导入到后级的检测器2。即，导电性的纳米线12a还兼具对化学物质进行加热的作为加热部的作用。通过这样的结构和动作，浓缩器1能够在不使用功耗大的外部加热器的情况下以低功耗将浓缩的化学物质送出到检测器2。根据专利文献1、2公开的以往的结构，在将吸附的化学物质导入到检测器时，需要使用像外部加热器那样的加热单元。在不使用加热单元而使化学物质脱离的情况下，脱离将不充分。因此，检测装置的功耗增大。例如，在现有技术中使用的加热器的情况下，需要几十～几百mW程度的功率。此外，在MEMS(MicroElectroMechanicalSystems：微机电系统)技术中，例如在使用Pt线电阻加热器的情况下，需要几mW以上的功耗。像这样，在现有技术中使用的加热器的情况下，需要几十～几百mW程度的功率，相对于此，在本实施方式中，能够以10μW程度以下的功率使化学物质脱离。此外，不需要外部加热器，因此能够使包括浓缩器的检测装置100小型化。在此，在导电体中流动电流I时，由导电体的电阻R产生的热量Q如下(焦耳效应)。Q＝R·|2·t此外，热量Q与温度变化ΔT的关系可使用热容量C表示如下，热容量C为导电体的比热与质量之积。Q＝C·ΔT热容量C取决于导电体的质量(体积)。因此，像纳米线12a那样体积非常小的物质的热容量C非常小，因此即使流过电流时产生的热量Q例如为一点点，也会产生大的温度变化ΔT。在本实施方式中作为吸附剂12使用纳米线12a的理由在于，纳米线12a的比表面积大且可得到高的浓缩(吸附)效率，除此之外，热容量C非常小，因此以低功耗即可产生大的温度变化。作为比表面积大的其它材料，例如有多孔体，但是与纳米线12a相比体积大，因此，因为由焦耳效应造成的自加热而消耗的功率大于纳米线12a。但是，本实施方式中的导电性的吸附剂12不限于纳米线12a，也可以使用多孔体等其它构造体。作为纳米线12a、多孔体等导电性的吸附剂12，例如使用SnO2、ZnO、In2O3、In2-xSnxO3(例如，0.1≤x≤0.2)、NiO、CuO、TiO2、SiO2等金属氧化物；Al、Ag、Au、Pd、Pt等金属；碳或硅等导电材料即可。作为由碳构成的纳米线，例如可以使用碳纳米管。即，作为吸附剂的材料，只要是具有导电性且具有可有效地产生由焦耳效应造成的自加热的程度的电阻值的材料即可。在本实施方式中，对置的电极13a、13b例如使用金、铂、银、铜、铝等金属；氧化铟锡(ITO)、Al掺杂氧化锌(AZO)等导电性氧化物；导电性高分子等即可。此外，电极13a、13b的表面可以为凹凸形状。即，电极13a、13b具有与纳米线12a、多孔体的表面的凹凸相应的形状。此外，吸附材料12的一部分也可以埋设在电极13a、13b。例如，纳米线12a的端部也可以埋设在电极13a、13b。多孔体的一部分也可以埋设在电极13a、13b。由此，化学物质浓缩器1能够实现吸附材料12与电极13a或电极13b的稳定的电连接。图2是包括实施方式涉及的浓缩器1的化学物质检测装置100的示意图。在图2的结构中，例如在硅基板、玻璃环氧树脂基板、陶瓷基板等基板17的面17a上设置有例如由聚二甲基硅氧烷(PDMS)、环氧树脂、聚1，1-二氯乙烯树脂、玻璃等形成的框体18。而且，在框体18作为流过气体试样的微流路而形成有流路11a、11b、11c。流路11a、11b、11c从流入气体试样的浓缩器1经检测器2形成。另外，虽然在图2中形成有3个流路11a、11b、11c，但是流路的个数不限于此。在浓缩器1中，在每个流路11a、11b、11c的上下配置有一对电极13a、13b。而且，在电极13a、13b之间设置有纳米线12a。此外，在基板17的面17a的相反一侧的面17b面设置有例如珀尔帖元件等冷却元件14a。冷却元件14a作为对流过流路11a、11b、11c的气体试样进行冷却的冷却部14发挥功能。此外，在检测器2中，在流路11a、11b、11c例如呈阵列状地设置有用于检测特定的化学物质的传感器21。另外，在图2中，对于用于使电流在电极13a、13b中流动的布线、对传感器21提供电力的布线、以及用于输出传感器21的检测信号的布线，省略图示。通过像图2那样的结构，能够通过浓缩器1从在流路11a、11b、11c中流动的气体试样对化学物质进行吸附并进行浓缩，并能够通过检测器2对浓缩的化学物质进行检测。即，在由冷却元件14a进行的冷却处理的过程中，气体试样中的化学物质吸附于纳米线12a的表面，并被浓缩捕获。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学物质浓缩器，对气体试样中的化学物质进行浓缩，所述化学物质浓缩器具备：流路，其中流动所述气体试样；导电性的吸附剂，其被设置在所述流路内，并对所述化学物质进行吸附；以及一对电极，其用于在所述吸附剂中流动电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.22 JP 2014-2583251.一种化学物质浓缩器，对气体试样中的化学物质进行浓缩，所述化学物质浓缩器具备：流路，其中流动所述气体试样；导电性的吸附剂，其被设置在所述流路内，并对所述化学物质进行吸附；以及一对电极，其用于在所述吸附剂中流动电流。2.根据权利要求1所述的化学物质浓缩器，其中，所述吸附剂是纳米线。3.根据权利要求1所述的化学物质浓缩器，其中，所述吸附剂是多孔体。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的化学物质浓缩器，其中，所述吸附剂由金属氧化物、金属、碳或硅中的任一种形成。5.根据权利要求1所述的化学物质浓缩器，其中，所述吸附剂包括彼此分开配置的多个组。6.根据权利要求5所述的化学物质浓缩器，其中，所述吸附剂的所述多个组包括材料或表面的修饰方式互不相同的组。7.根据权利要求5或6所述的化学物质浓缩器，其中，该化学物质浓缩器还具备电流供给部，该电流供给部构成为能够对所...

【专利技术属性】
技术研发人员：中尾厚夫，冈弘章，柳田刚，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP