气味传感器及气味测定系统技术方案

本发明专利技术提供气味传感器及使用该传感器的气味测定系统，所述气味传感器包含具备物质吸附膜和电信号转换部的至少两个传感器元件，所述物质吸附膜吸附空气中所含的至少一种以上的气味物质，所述电信号转换部测定吸附上述物质后的物质吸附膜的电特性，该物质吸附膜包含：含有导电性高分子的基本骨架、和使上述导电性高分子的基本骨架改性的掺杂剂，上述至少两个传感器元件分别设有上述基本骨架与上述掺杂剂的比例不同的上述物质吸附膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气味传感器及气味测定系统
本专利技术涉及物质吸附膜及使用该吸附膜的气味传感器。进而，还涉及使用该气味传感器的气味测定系统。
技术介绍
气味是在人所持有的感觉中唯一无法利用传感器进行机械测定的感觉，其另一方面，预测气味数据所具有的信息被期待能够利用在医疗、安全、安心、环境、EC(电子商务)、IoT(物联网)等各个方面。气味传感器追溯至使用在煤矿中所用的金丝雀作为传感器的例子，在1920年代最先将以检测煤矿等中产生的可燃性气体为目的的接触燃烧式的可燃性气体检测器付诸实用。之后，在1930～1950年代得知在各种气体与金属氧化物半导体接触时电导率发生变化，将其作为气体传感器进行了利用的传感器在1962年由田口等人在日本付诸实用化。之后，直至目前为止，对于半导体气体传感器而言，金属氧化物的种类也利用SnO2、ZnO、In2O3、WO3、V2O3等，另外，还进行在这些金属氧化物中添加Pd、Pt、Au、Ag等、控制元件的形状等来提高灵敏度、使其具有气体选择性的研究，并将此种半导体气体传感器利用在各种场合。近年来，成为检测对象的气体也被广泛地利用在从可燃性气体到臭氧、包含氟或氯的卤化气体、硫化氢以及从火灾或口臭等恶臭产生的不特定混合气体中。然而，此种传感器基本上是将对已知的特定气体进行响应的传感器组合来进行气味测定的传感器，难以体现未知物质或多种物质相互作用的实际气味。在此种尝试中，进入1990年代时，提出使用聚吡咯等导电性高分子并由多个传感器组成的阵列结构的传感器，并且对通过将阵列状的传感器的响应差绘图来体现气味的做法进行研究且付诸实用化。例如，Souza等人发表了以下方法：使用对甲苯磺酸等5种掺杂剂，将在金的四端子电极上形成的聚吡咯薄膜作为气体吸附膜，并且将由气体吸附所致的膜的氧化还原电位的变化绘图来体现气味(非专利文献1)。另外，Freund等人提出了以下方法：通过在将聚吡咯聚合时使成为增塑剂的物质(聚苯乙烯或其衍生物等)共存，从而改变膜物性，构成以该膜作为电阻膜的电容器阵列，并通过将在其上吸附气体时的电容变化绘图，从而将气味可视化(非专利文献2)。据研究，使用导电性高分子的传感器具有适合于气体的测定用传感器的可能性。并且已知：使用聚吡咯或聚苯胺作为导电性高分子，并将它们的氧化还原状态预先控制为规定的值后，读取由各种气体的吸附所致的表面电位变化的结构的传感器(非专利文献3)。然而，在此所研究的传感器虽然在高浓度区域具有线性，但是很难说是高灵敏度。另外，Pandy等人报道了以下内容：使用在金纳米粒子上或在金属盐上形成有聚苯胺的纳米线的电极，并读取由这些电极的气体吸附所致的阻抗变化，由此能够高灵敏度地检测硫化氢(非专利文献4)。Li等人试制了将水溶性聚苯胺滴加涂布在QCM上而作成的聚苯胺被覆QCM，并对三乙基胺、乙醇及乙酸乙酯的吸附特性进行了调查。聚苯胺被覆QCM显示再现性良好的响应，另外，明显因吸附的气体的极性而使响应不同(非专利文献5)。Nathan等人提出包含QCM、金属氧化物半导体、光学式传感器、MEMS传感器、电化学传感器等且形成至少一种以上聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等导电性高分子而成的阵列型气味传感器(专利文献1)。基于这样的方法，利用根据各种导电性高分子的表面物性的差异而使气体吸附状态不同的特性，成功地发现配置成矩阵状的传感器阵列的图谱。另一方面，据说人的嗅觉受体的数目有约380种(非专利文献6)。由此认为：为了进行尽可能接近于人的精密的气味图谱分析，理想的是最低30～40种传感器阵列。上述的Nathan等人提出在吸附膜中使用5种导电性高分子及其衍生物作为此用途的手段，如果使用具有烷基取代基的导电性高分子等各种衍生物，则可以准备无数的吸附膜。作为通常包含人在内的动物的鼻的嗅觉机制，可以说明如下。首先，在从鼻进入气味物质时，气味物质渗透至鼻腔最上部的被称作嗅上皮的特别的粘膜而被感知，处于嗅上皮的嗅细胞产生电信号，电信号传达至嗅神经、嗅球、脑(大脑边缘系统)，引起气味感觉。在此，在向嗅上皮的粘膜层扩展的嗅毛中存在捕捉气味的嗅觉受体(气味传感器)。而且，若干嗅觉受体与一个气味分子反应，检测气味。另外，在气味的浓度发生改变时，所反应的嗅觉受体的组合发生改变，感觉到不同的气味。外崎在其著书中叙述了如下内容：Amua(日文原文：アームア)的研究中着眼于具有不同分子结构的多种气味原因物质赋予类似的气味，并发现赋予它们类似气味的分子的外形的至少一部分非常相似。即，由此暗示着嗅觉受体具有识别分子的大致形状结构的可能性。另外，在另一研究中说明了以下内容：这些嗅觉受体识别各个气味原因物质所赋予的振动数(非专利文献7)。这样一来，认为容易说明如下观点：嗅觉受体检测的是分子的外形信息等间接的物质的特性，并不是像在气味原因物质所具有的属性中迄今为止的化学分析中所使用的分子量、氧化还原电位、官能团和其结合位置等那样的能够鉴定化合物的比较直接的信息。现有技术文献专利文献专利文献1：美国专利第6631333号说明书非专利文献非专利文献1：SyntheticMetals102(1999)1296-1299<http://www.cin.ufpe.br/～tbl/artigos/synthetic-metals102.pdf>非专利文献2：Proc.Nat’l.Acad.Sci.USA,vol.92pp.2652-2656,March1995<http://www.pnas.org/content/92/7/2652.full.pdf>非专利文献3：JournalofScientific&IndustrialResearch,Vol.65,July2006,pp.549-557<http://nopr.niscair.res.in/bitstream/123456789/4862/1/JSIR％2065(7)％20549-557.pdf？utm_source＝The_Journal_Database&trk＝right_banner&id＝1405260546&ref＝a9e18615352a09d89724ffaafef1cd18>非专利文献4：TrendsinAnalyticalChemistry,vol.32,2012,pp.87-99<http://www.researchgate.net/profile/Ki_Hyun_Kim4/publication/228073634_A_review_of_sensor-based_methods_for_monitoring_hydrogen_sulfide/links/09e414fec247ccc0fa000000.pdf>非专利文献5：Sensors2007,7(10),2378-2388<http://www.mdpi.com/1424-8220/7/10/2378/htm>非专利文献6：化学和生物,Vol.45,No.8,2007非专利文献7：外崎启一著、《“气味”与“香味”的本质》(日文：外崎肇一著、「本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气味传感器，其包含两个以上的具有物质吸附膜和信号转换部的传感器元件，所述物质吸附膜吸附气味物质，所述信号转换部判断所述气味物质在所述物质吸附膜上的吸附状况，所述物质吸附膜包含导电性高分子和使所述导电性高分子的物质特性发生变化的掺杂剂，两个以上的所述传感器元件所具有的各个所述物质吸附膜中，所述掺杂剂相对于所述导电性高分子的含有比例各不相同。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.17 JP PCT/JP2015/0823261.一种气味传感器，其包含两个以上的具有物质吸附膜和信号转换部的传感器元件，所述物质吸附膜吸附气味物质，所述信号转换部判断所述气味物质在所述物质吸附膜上的吸附状况，所述物质吸附膜包含导电性高分子和使所述导电性高分子的物质特性发生变化的掺杂剂，两个以上的所述传感器元件所具有的各个所述物质吸附膜中，所述掺杂剂相对于所述导电性高分子的含有比例各不相同。2.根据权利要求1所述的气味传感器，其中，所述信号转换部通过测定由所述气味物质吸附到所述物质吸附膜上引起的所述物质吸附膜的物理特性、化学特性或电特性的变化而判断吸附状况。3.根据权利要求1或2所述的气味传感器，其中，所述导电性高分子包含π电子共轭高分子。4.根据权利要求3所述的气味传感器，其中，所述π电子共轭高分子选自聚吡咯及其衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚乙炔及其衍生物、以及聚薁及其衍生物。5.根据权利要求1～4中任一项所述的气味传感器，其中，所述掺杂剂使所述物质吸附膜的吸附特性发生变化。6.根据权利要求1～5中任一项所述的气味传感器，其中，所述掺杂剂为无机离子。7.根据权利要求6所述的气味传感器，其中，所述无机离子选自氯离子、氯氧化物离子、溴离子、硫酸根离子、硝酸根离子及硼酸根离子。8.根据权利要求1～5中任一项所述的气味传感器，其中，所述掺杂剂为有机酸阴离子。9.根据权利要求8所述的气味传感器，其中，所述有机酸阴离子选自烷基磺酸、苯磺酸及羧酸中。10.根据权利要求1～5中任一项所述的气味传感器，其中，所述掺杂剂为高分子酸阴离子。11.根据权利要求10所述的气味传感器，其中，所述高分子酸阴离子为聚丙烯酸或聚苯乙烯磺酸。12.根据权利要求1～5中任一项所述的气味传感器，其中，所述掺杂剂为盐。13.根据权利要求1～5中任一项所述的气味传感器，其中，所述掺杂剂为离子液体。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：桥诘贤一，
申请(专利权)人：株式会社而摩比特，
类型：发明
国别省市：日本,JP