JP2004138387A - 光触媒機能評価装置及びこれを用いた光触媒機能評価方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の光触媒機能評価装置は、光触媒を起こさせるための活性化光源Lと、測定光を所定の試料に照射するための発光素子6、11と、当該試料を介して到達した光を受光する受光素子7、12とを有する複数の光量検出部Sとを備える。活性化光源Lはブラックライトランプ3と蛍光ランプ4を有する。光量検出部Sは、光触媒機能を評価する際の基準となる試料のための基準試料用検出部20と、光触媒機能が評価される試料のための評価試料用検出部21とから構成されている。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光触媒機能の評価装置及び評価方法に関し、特に、紫外光及び可視光の両方で光触媒の活性度を評価する光触媒機能評価装置及びこれを用いた光触媒の評価方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、アナターゼ型の酸化チタンの結晶が付着された水を紫外光の照射によって分解し、その時に発生する活性酸素が抗菌作用や有機物質を分解する防汚性をもつことが見い出され、「光触媒機能」として知られるようになった。
【0003】
そして、この技術を応用した製品、たとえば抗菌性便器、エアコン用抗菌フィルターなどが開発、市販されるようになった。
【0004】
ところで、紫外光は、太陽光では全体の3%、1cm2当り1mW程度、室内灯では、1cm2当り1μW程度とわずかしか含まれていないため、従来は、太陽光の大部分を占める可視光領域の光で光触媒機能を発揮できるような可視光応答型光触媒の研究が盛んに行われている。
【0005】
その一方、近年、光触媒機能を有する材料の表面に、有機染料の水溶液を塗布、乾燥させた後、紫外線を照射して光触媒機能による吸光度の減少を測定し、この減少速度などを測定することによって光触媒の活性度を評価するものが知られている(例えば、下記特許文献1、2参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−162129号公報
【0007】
【特許文献2】
特開2000−162202号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来技術は、可視光か紫外光かのいずれかに反応する光触媒の活性度を測定するものであるが、近年、紫外光と可視光の両方に反応する光触媒の活性度を高感度で測定して評価する装置が望まれている。
【0009】
また、上記の従来技術では、発光素子と受光素子とで光触媒機能の弱い試験片を測定する場合に、受光素子から得られる出力変化が非常にわずかな場合があり、これがゆえに測定感度が十分でないという問題があった。
【0010】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、紫外光と可視光とのいずれにも対応可能な光触媒機能評価装置及び評価方法を提供することを目的とする。
【0011】
また、本発明は、光触媒の活性度を十分な感度で測定する光触媒機能評価装置及び評価方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項1記載の発明は、光触媒を起こさせるための活性化光源と、測定光を所定の試料に照射するための発光素子と、当該試料を介して到達した光を受光する受光素子とを有する光量検出部とを備え、前記受光素子にて得られた結果に基づいて光触媒機能を評価する光触媒機能評価装置であって、前記活性化光源は波長の異なる複数のランプを有し、前記光量検出部は、光触媒機能を評価する際の基準となる試料のための基準試料用検出部と、光触媒機能が評価される試料のための評価試料用検出部とを備え、前記基準試料用検出部と評価試料用検出部の前記複数のランプに対する光学的配置が同一であることを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記活性化光源が、紫外線領域の光を照射するためのランプと、可視光領域の光を照射するためのランプとを有することを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1又は2のいずれか1項記載の発明において、前記基準試料用検出部と評価試料用検出部との間に所定の高さの仕切り部が設けられていることを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項記載の光触媒機能の評価装置を用いて光触媒機能を評価する光触媒機能の評価方法であって、前記活性化光源から光触媒機能を起こさせる光を前記基準試料と前記評価試料とに照射しつつ、前記基準試料と前記評価試料に対して前記基準試料用検出部及び前記評価試料用検出部の発光素子から光触媒機能を評価するための光を照射し、前記基準試料と前記評価試料を介して到達した光を前記基準試料用検出部及び前記評価試料用検出部の受光素子によってそれぞれ受光し、当該各受光素子で受光した光の光量を比較し、当該比較の結果に基づいて光触媒機能を評価することを特徴とする。
【0013】
本発明にあっては、基準試料に照射して得られた光と評価試料に照射して得られた光の光量を比較し比較の結果に基づいて光触媒機能を評価するようにしたので、受光素子や、受光素子の検出結果を処理する増幅回路等で発生する変動が相殺され光触媒の活性力による出力変化だけが高感度で検出されるようになり、正確に光触媒機能を評価することが可能になる。
【0014】
特に、本発明の光触媒評価装置においては、基準試料用検出部と評価試料用検出部の波長の異なる複数のランプに対する光学的配置が同一であるので、例えば紫外光及び可視光を用いて光触媒機能を評価する際に基準試料及び評価試料における条件を同一にすることができ、これにより広範囲の光に対して正確に光触媒機能を評価することが可能になる。
【0015】
また、本発明において、基準試料用検出部と評価試料用検出部との間に仕切り部を設けるようにすれば、基準試料用検出部で検出される光と評価試料用検出部で検出される光とが互いに影響し合うことがなくなるので、基準試料用検出部及び評価試料用検出部で検出される光量がより正確になる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0017】
図1は、本発明の第1の実施の形態の光触媒機能評価装置の概略構成を示す平面図、図2は、同光触媒機能評価装置に試料が設置された状態を示す平面図である。
図3は、同光触媒機能評価装置の概略構成を示す側面図、図4は、同光触媒機能の評価装置の試料周辺の拡大図である。
【0018】
図5は、同光触媒機能評価装置の蛍光ランプが発光する光の波長と発光強度との関係を示すグラフ、図6は、同光触媒機能評価装置において蛍光ランプに装着される紫外線カットフィルターの特性を示すグラフである。
【0019】
図1及び図3に示すように、本実施の形態の光触媒機能の評価装置1は、基台2の上に設けられた細長箱型形状のケース10を有し、このケース10の中に各構成部材が収容されている。
【0020】
なお、このケース10内の一方の端部には、外気を導入してケース10内を冷却するためのファン8が設けられている。
【0021】
本実施の形態の光触媒機能の評価装置1は、光触媒を起こさせるための活性化光源Lとして、ブラックライトランプ3と蛍光ランプ4とを備えている。
【0022】
ブラックライトランプ3と蛍光ランプ4は細長形状に形成され、ケース10内の中央上部においてケース10の長手方向に沿って平行に隣接配置されている。
【0023】
そして、ブラックライトランプ3と蛍光ランプ4の上方を取り囲むように、凹面状の反射鏡5が設けられている。
【0024】
ブラックライトランプ3と蛍光ランプ4は、後述する基準試料30及び評価試料31に対して等距離の位置に配置されている。
【0025】
ブラックライトランプ3と蛍光ランプ4は、それぞれ発光する光の波長が異なるものである。
【0026】
本実施の形態の場合、ブラックライトランプ3は、340nm〜400nm程度の波長の光を発光する。
【0027】
一方、蛍光ランプ4は、300nm〜750nm程度の波長の光を発光するが(図5参照)、蛍光ランプ4から発光される光は紫外線領域の光も含まれるので、本実施の形態では、蛍光ランプ4の外周に紫外線カットフィルター4aを装着し、これにより蛍光ランプ4は、紫外光を除く波長400nm〜750nmの光を発光するようになっている(図6参照)。
【0028】
なお、ブラックライトランプ3と蛍光ランプ4との切換は図示しない切換器によって行われる。
【0029】
本実施の形態の光触媒機能の評価装置1は、光触媒機能を評価するための光量検出部Sとして、光触媒機能が評価される際の基準となる基準試料30についての光量を検出するための基準試料用検出部20と、評価対象である評価試料31についての光量を検出するための評価試料用検出部21とを備えている。
【0030】
ここで、基準試料用検出部20は、対となる発光素子6と受光素子11を備えており、また、評価試料用検出部21は、対となる発光素子7と受光素子12を備えている。
【0031】
発光素子6、7は、例えば発光ダイオードを用い、一定周期のパルス光(照射光26、27)を発するように構成されている。
【0032】
本実施の形態の場合、基準試料用検出部20の発光素子6及び受光素子11は、ブラックライトランプ3と蛍光ランプ4を挟んで同じ高さで対称となる位置に配置されている。
【0033】
さらに、測定試料用検出部22の発光素子7及び受光素子12も、ブラックライトランプ3と蛍光ランプ4を挟んで同じ高さで対称となる位置に配置されている。
【0034】
そして、基準試料用検出部20の発光素子6及び受光素子11と、測定試料用検出部22の発光素子7及び受光素子12は、ブラックライトランプ3と蛍光ランプ4のそれぞれに対して同一の光学的配置となるように構成されている。
【0035】
図2に示すように、本実施の形態の場合、基準試料30は、基準試料用検出部20の発光素子6及び受光素子11の間で、ブラックライトランプ3と蛍光ランプ4の直下に配置されるようになっている。
【0036】
この基準試料30としては、光触媒機能を有しない試料、例えば基材上に後述する評価試料31の着色層31cと同一の着色層が形成されたものを用いる。
【0037】
一方、測定試料31は、測定試料用検出部22の発光素子7及び受光素子12の間で、ブラックライトランプ3と蛍光ランプ4の直下に配置されるようになっている。
【0038】
図3に示すように、これら基準試料30又は評価試料31は、基台2上に配置された反射紙40又は41の上に載置される。
【0039】
図4に示すように、評価試料31は、透明な基材31a上に光触媒機能を有する光触媒機能膜31bが形成され、この光触媒機能膜31b上に、光触媒機能膜31bの光触媒作用によって光の透過率が変化する着色層31cが形成されている。
【0040】
また、図3に示すように、基準試料用検出部20の受光素子6は検出回路9に接続され、また評価試料用検出部21の受光素子12は検出回路13に接続されている。
【0041】
これら検出回路9及び13は、受光素子6及び12で受光した反射光27及び28の光量に応じた電気信号を出力するように構成されている。
【0042】
図7は、本実施の形態の光触媒機能評価装置の制御系の主要部を示すブロック図である。
図7に示すように、本実施の形態のブラックライトランプ3、蛍光ランプ4、発光素子6、発光素子12、検出回路9及び検出回路13は、それぞれ図示しないコンピュータの制御部14に接続されている。
【0043】
制御部14は、検出回路9又は13において検出された受光量を測定し、この測定された受光量データの差分を取る演算を行い、所定のアルゴリズムに基づいて評価試料31の光触媒機能を評価する機能を有している。
【0044】
このような構成を有する本実施の形態において光触媒機能を評価するには、まず、基準試料30及び評価試料31を上記所定の位置に配置し、ブラックライトランプ3又は蛍光ランプ4を発光させ、基準試料30及び評価試料31に対してブラックライトランプ3及び蛍光ランプ4の光を照射する。
【0045】
これにより、評価試料31は、光の照射によって光触媒機能膜30bが活性化され、時間の経過に伴って着色層31cの光透過率が変化して反射光の強度が変化する。
【0046】
一方、基準試料30は、ブラックライトランプ3又は蛍光ランプ4によって光が照射されても着色層の光透過率は変化しない。
【0047】
この状態で、基準試料用検出部20の発光素子6と評価試料用検出部21の発光素子12からそれぞれ基準試料30及び評価試料31に対して照射光25及び26を照射し、基準試料30及び評価試料31によって反射された反射光27及び28を、基準試料用検出部20及び評価試料用検出部21の受光素子7及び11で受光する。
【0048】
受光した反射光27及び28は、検出回路9及び13で受光量に応じた電気信号に変換され制御部14に出力される。
【0049】
制御部14では、この出力された電気信号から受光素子7及び11における受光量を測定し、それぞれ測定されたデータの差分をとる演算を行い(示差法)、これに基づいて吸光度の変化(減少速度等)を測定して評価試料31の光触媒機能を評価する。
【0050】
以上述べたように、本実施の形態によれば、基準試料30に照射して得られた光と評価試料31に照射して得られた光の光量を比較し比較の結果に基づいて光触媒機能を評価するようにしたので、受光素子6、11や、受光素子6、11の検出結果を処理する増幅回路等で発生する変動が相殺され光触媒の活性力による出力変化だけが高感度で検出されるようになり、正確に光触媒機能を評価することができる。
【0051】
特に、本実施の形態においては、基準試料用検出部20と評価試料用検出部21のブラックライトランプ3及び蛍光ランプ4に対する光学的配置が同一であるので、紫外光及び可視光を用いて光触媒機能を評価する際に基準試料30及び評価試料31における条件を同一にすることができ、これにより広範囲の光に対して正確に光触媒機能を評価することができる。
【0052】
以下、本発明の第2の実施の形態について説明する。
図8は、本実施の形態の光触媒機能評価装置の概略構成を示す平面図、図9は、同光触媒機能評価装置の概略構成を示す断面図であり、以下、上記実施の形態と対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【0053】
図8及び図9に示すように、本実施の形態の光触媒機能の評価装置1Aは、基準試料用検出部20と評価試料用検出部21との間に矩形平板状の仕切り板(仕切り部)33が配設されている。
【0054】
図9に示すように、この仕切り板33は、その上端部が、各発光素子6、7の発光部分及び各受光素子11、12の受光部分より高く、かつ、ブラックライトランプ3及び蛍光ランプ4との間に所定の隙間ができる高さを有している。
【0055】
本発明の場合、仕切り板33の上端部とブラックライトランプ3及び蛍光ランプ4との間の隙間の大きさについては特に限定されることはないが、導入した大気を円滑に循環させるためには、9mm〜15mmとすることが好ましい。
【0056】
また、仕切り板33の幅については、基準試料用検出部20及び評価試料用検出部21相互間の光の影響を防止する観点から、各発光素子6、7の発光部分及び各受光素子11、12の受光部分の間隔より若干大きくなるように設定することが好ましい。
【0057】
このような構成を有する本実施の形態によれば、基準試料用検出部20と評価試料用検出部21との間に仕切り板33を設けたことにより、基準試料用検出部20で検出される光と評価試料用検出部21で検出される光とが互いに影響し合うことがなくなるので、基準試料用検出部20及び評価試料用検出部21で検出される光量がより正確になる。その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【0058】
なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、上記実施の形態においては、基準試料用検出部と評価試料用検出部の発光素子を活性化光源に対して同じ側に配置するようにしたが、光学的配置が同一である限り、各発光素子を活性化光源を挟んで反対側に配置するようにすることも可能である。
【0059】
また、上記実施の形態においては、評価試料用検出部と基準試料用検出部を一つずつ設けるようにしたが、一つの基準試料用検出部に対して二つ以上の評価試料用検出部を設けることも可能である。
【0060】
さらに、活性化光源のランプの数も上述の実施の形態の数に限られず、波長の異なるランプを三つ以上設けることも可能である。
【0061】
さらにまた、仕切り部の大きさ、形状等も、上述の実施の形態ものには限られない。例えば、仕切り部をケースの内部をほぼ仕切るように大きさ及び形状に形成し、この仕切り部をケース内の大気を循環させるための微細な孔を設けるようにしてもよい。また、同様の大きさ及び形状の仕切り部にメッシュを設ける構成にしてもよい。
【0062】
加えて、上記実施の形態においては、基準試料及び評価試料に光を照射しその反射光を受光して測定を行うようにしたが、基準試料及び評価試料に光を照射しその透過光を受光して測定を行うようにすることも可能である。
【0063】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、基準試料に照射して得られた光と評価試料に照射して得られた光の光量を比較し比較の結果に基づいて光触媒機能を評価するようにしたので、受光素子や、受光素子の検出結果を処理する増幅回路等で発生する変動が相殺され光触媒の活性力による出力変化だけが高感度で検出されるようになり、正確に光触媒機能を評価することができる。
【0064】
特に、本発明の光触媒評価装置においては、基準試料用検出部と評価試料用検出部の波長の異なる複数のランプに対する光学的配置が同一であるので、例えば紫外光及び可視光を用いて光触媒機能を評価する際に基準試料及び評価試料における条件を同一にすることができ、これにより広範囲の光に対して正確に光触媒機能を評価することができる。
【0065】
また、本発明の光触媒評価装置において、基準試料用検出部と評価試料用検出部との間に仕切り部を設けるようにすれば、基準試料用検出部で検出される光と評価試料用検出部で検出される光とが互いに影響し合うことがなくなるので、基準試料用検出部及び評価試料用検出部においてより正確な光量の検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の光触媒機能評価装置の概略構成を示す平面図である。
【図2】同光触媒機能評価装置の試料が設置された状態を示す平面図である。
【図3】同光触媒機能評価装置の概略構成を示す側面図である。
【図4】同光触媒機能の評価装置の試料周辺の拡大図である。
【図5】同光触媒機能評価装置の蛍光ランプが発光する光の波長と発光強度との関係を示すグラフである。
【図6】同光触媒機能評価装置において蛍光ランプに装着される紫外線カットフィルターの特性を示すグラフである。
【図7】同光触媒機能評価装置の制御系の主要部を示すブロック図である。
【図8】本発明の第2の実施の形態の光触媒機能評価装置の概略構成を示す平面図である。
【図9】同光触媒機能の評価装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1 光触媒機能評価装置
3 ブラックライトランプ
4 蛍光ランプ
6 発光素子
7 受光素子
11 発光素子
12 受光素子
20 基準試料用検出部
21 評価試料用検出部
30 基準試料
31 評価試料
33 仕切り板(仕切り部)
L 活性化光源
S 光量検出部
Claims (4)
- 光触媒を起こさせるための活性化光源と、測定光を所定の試料に照射するための発光素子と、当該試料を介して到達した光を受光する受光素子とを有する光量検出部とを備え、前記受光素子にて得られた結果に基づいて光触媒機能を評価する光触媒機能評価装置であって、
前記活性化光源は波長の異なる複数のランプを有し、前記光量検出部は、光触媒機能を評価する際の基準となる試料のための基準試料用検出部と、光触媒機能が評価される試料のための評価試料用検出部とを備え、前記基準試料用検出部と評価試料用検出部の前記複数のランプに対する光学的配置が同一であることを特徴とする光触媒機能評価装置。 - 前記活性化光源は、紫外線領域の光を照射するためのランプと、可視光領域の光を照射するためのランプとを有することを特徴とする請求項1記載の光触媒機能評価装置。
- 前記基準試料用検出部と評価試料用検出部との間に所定の高さの仕切り部が設けられていることを特徴とする請求項1又は2のいずれか1項記載の光触媒機能評価装置。
- 請求項1乃至3のいずれか1項記載の光触媒機能の評価装置を用いて光触媒機能を評価する光触媒機能の評価方法であって、
前記活性化光源から光触媒機能を起こさせる光を前記基準試料と前記評価試料とに照射しつつ、
前記基準試料と前記評価試料に対して前記基準試料用検出部及び前記評価試料用検出部の発光素子から光触媒機能を評価するための光を照射し、前記基準試料と前記評価試料を介して到達した光を前記基準試料用検出部及び前記評価試料用検出部の受光素子によってそれぞれ受光し、
当該各受光素子で受光した光の光量を比較し、当該比較の結果に基づいて光触媒機能を評価することを特徴とする光触媒機能の評価方法。
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