传感器制造技术

本发明专利技术的目的是提供一种传感器，其能够检测丙酮、丙烯、醇类等各种挥发性有机化合物（ＶＯＣ）、环境污染物、气味等。本发明专利技术的传感器的特征在于，具有：传感元件，其具有吸附靶向物质的至少２种以上的高分子膜；计测单元，用于计测吸附在高分子膜上的靶向物质的吸附特性；和识别单元，用于对计测的吸附特性进行多变量分析，识别靶向物质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种检测挥发性有机化合物等的传感器。
技术介绍
在医疗领域通过人的呼气进行的早期的诊断、预防中，混入呼气中 所含有的丙酮、丙烯、醇类之类的各种挥发性有机化合物(以下记作 VOC)，其中指出这些物质根据身体状况和运动状态的不同而不同。因此，需求一种选择性吸附各种voc的传感器。以往，作为化学传感器， 一般使用的是利用了金属氧化物半导体的MOS(Metal Oxide Semiconductor:金属氧化物半导体)型传感器。MOS型传感器是以半导体化了的金属氧化物的较小的微粒结晶体、 烧结体为基质(base)的传感器，通常为内部具有Pt等电极丝的陶瓷结构 体，将其于30(TC左右的高温下利用。通过在金属氧化物表面进行的高温 下的催化反应，醇等的气体分子在表面被还原，电子进入空缺化的金属 氧化物内，进行中和。由此晶界势垒降低、从而电阻降低，MOS型传感 器是利用了这一原理的传感器。在使用MOS型传感器作为气味的识别装置时，难以像气相色谱那样 直接计测分子量、质量，并且难以像元素分析装置那样确定材料的构成 分子。这是由于，如上所述，作为气体传感器而实用化的MOS型传感器 利用了在处于高温的金属氧化物的表面上的催化反应中气体的还原，应 用了半导体的电导率的变化，所以对气体种类的选择性极低。因此，虽 然对醇等极化性气体、氨等刺激性气体的吸附具有选择性，但存在对通 常的链烷烃等VOC的灵敏度小这样的问题。到目前为止，使用了2个以 上MOS型传感器的气味传感器系统不适宜检测种类众多的VOC。近年来，作为MOS型传感器的替代传感器，在石英振子等的频率检测型质量传感器、表面弹性波元件等压电元件的表面形成感应膜，将吸 附在该感应膜上的物质导致的感应膜的质量变化作为频率变化而取出的 方式的传感器系统受到了人们的关注。并且，最近使用被称作MEMS(Micro Mechanical Electrical System,微机电系统)(该MEMS是利 用半导体加工技术制作硅等材料的技术)的技术制成超小型的频率检测型 质量传感器被认为在灵敏度、批量生产性、集成化方面优异。例如，专利文献1中记载了如下技术，设计出在压电振子的两面或 单面形成了由1，2聚丁二烯等具有双键的橡胶系材料构成的感应膜的传 感器，检测由传感器获得的振荡频率、相位特性、振幅特性、时间响应 性，利用统计学分析方法、神经回路网络的方法，由检测得到的值确定在 感应膜上吸附的物质。但是，只是公开了仅使用1,2聚丁二烯作为形成感 应膜的基质材料，并以溴、碘等作为官能团来发生反应，由此能够形成吸 附特性不同的感应膜，并没有具体公开统计方法和神经回路网络的方法。专利文献h日本特开平11-108818号公报
技术实现思路
本专利技术是基于这样的技术问题完成的，目的是提供一种能检测各种 VOC的传感器。基于该目的，对于各种高分子膜和各种气体，本专利技术人着重于它们 的组合以及吸附特性的关联进行了深入的研究，发现，每种高分子膜对 VOC种的吸附特性存在差异，并且其吸附特性的差异根据高分子膜和 VOC的组合的不同而具有各自的特征。基于该认识，发现可以获得一种 传感器，其中，使相同的VOC同时吸附在2个以上的高分子膜上，求得 在各高分子膜上的吸附特性，通过进行多变量分析，能够识别VOC。艮卩，本专利技术涉及一种传感器，该传感器具有传感元件，其具有吸 附靶向物质的至少2种以上的高分子膜；计测单元，用于计测吸附在高 分子膜上的靶向物质的吸附特性；和识别单元，用于对所计测的吸附特 性进行多变量分析，识别靶向物质。本专利技术中，吸附特性优选为选自频率变化、K因数(K-Factor)、吸附响应特性、脱附特性中的至少1个以上。并且，吸附特性优选是根据使 用频率检测型质量传感器测定得到的振动数变化而计算出的。 并且，本专利技术中，多变量分析优选为主成分分析。进而，本专利技术中，高分子膜为选自聚丁二烯、聚异戊二烯、聚苯乙 烯、聚丙烯腈、聚己内酯、共聚物中的2种以上，所述共聚物为含有丙 烯腈、丁二烯、苯乙烯、丙烯酸甲酯中的2种以上作为单体单元的共聚 物。对于高分子膜来说，可以将不同的共聚物组合而形成2种以上。对 于含有丙烯腈、丁二烯、苯乙烯、丙烯酸甲酯中的2种以上作为单体单 元的共聚物，优选使用含有丙烯腈和丁二烯作为单体单元的共聚物、含 有苯乙烯和丁二烯作为单体单元的共聚物、含有丙烯腈、丁二烯和苯乙 烯作为单体单元的共聚物、含有丁二烯、丙烯酸甲酯和丙烯腈作为单体 单元的共聚物。本专利技术中，识别单元是预先计测特定的有机化合物在高分子膜上的 吸附特性，将预先计测得到的吸附特性和靶向物质的吸附特性进行多变 量分析，从而识别靶向物质的识别单元。并且，本专利技术中，优选具有将含有靶向物质的测定对象气体预先浓 缩并导入到传感元件中的浓縮单元。进而，本专利技术中，也能够通过计测单元计测测定对象气体中的靶向 物质的浓度。如上所述，通过本专利技术，能够获得能检测各种voc的传感器。附图说明图1是用于说明本实施方式的图。图2是传感元件的示意图。 图3是表示脱附图的一例的图。 图4是表示5v与Sh的关系的图。图5是表示聚苯乙烯与VOC在Sv、 Sh和K因数方面的关系的图。 图6是表示聚丁二烯与VOC在Sv、 Sh和K因数方面的关系的图。 图7是表示10种VOC对4种高分子膜的K因数的图。图8是表示9种VOC对4种高分子膜的吸附响应特性t的图。 图9是表示使用了 K因数的主成分分析的第1主成分与第2主成分 的相关的图。图10是表示使用了 K因数的主成分分析的第2主成分与第3主成分 的相关的图。图11是表示使用了 K因数的主成分分析的第1主成分与第3主成分 的相关的图。图12是表示使用了吸附响应特性i的主成分分析的第l主成分与第 2主成分的相关的图。图13是表示使用了吸附响应特性t的主成分分析的第2主成分与第 3主成分的相关的图。图14是表示使用了 K因数和吸附响应特性t的主成分分析的第1主 成分与第2主成分的相关的图。图15是表示使用了 K因数和吸附响应特性t的主成分分析的第2主 成分与第3主成分的相关的图。图16是表示19种VOC对5种高分子膜的K因数的图。图17是表示使用了 K因数的主成分分析的第1主成分与第2主成分 的相关的图。图18是表示使用了频率变化的主成分分析的第1主成分与第2主成 分的相关的图。 符号说明IO...传感元件、ll...基板、12...计测部、13...识别部、S1 S4…高分子膜具体实施例方式以下基于所附的附图中给出的实施方式详细说明本专利技术。 图1是用于说明本实施方式的图，图2是本专利技术所涉及的传感元件 的示意图。如图1所示，本专利技术的传感器中，将含有VOC等靶向物质的气体浓6缩(T101)后，用传感元件吸附(T102)，计测所吸附的物质的吸附特性 (T103)，对所得到的计测结果进行多变量分析(T104)，由多变量分析的结 果识别耙向物质(T105)。如图2所示，在传感元件10中，在基板11上形成了高分子膜S1、 S2、 S3、 S4，通过计测部12，高分子膜S1、 S2、 S3、 S4与识别部13连接。在 计测部12中进行T103的处理，在识别部13中进行T104和T105的处理。对T101 T105依次进行说明。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器，其特征在于，该传感器具有：传感元件，该传感元件具有至少２种以上用于吸附靶向物质的高分子膜；计测单元，该计测单元用于计测吸附在所述高分子膜上的靶向物质的吸附特性；和识别单元，该识别单元用于对所计测的所述吸附特性进行多变量分析，从而识别所述靶向物质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：木村睦，刘野，平井利博，高崎绿，三原孝士，
申请(专利权)人：国立大学法人信州大学，奥林巴斯株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]