JP4803802B2 - 質量測定装置 - Google Patents
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Description
Δf=−2Δmf2/A(μρ)1/2
Δf: 基本周波数の変化
f: 基本周波数
Δm: 質量変化
A: 電極面積
μ: 水晶のねじれ弾性率=1011dyn/cm2
ρ: 水晶の密度=2.65g/cm3
一方、水晶振動子の形状とfとについては以下の関係式が成り立つ。
f〜(Cy/4ρ)1/2/t
f: 基本周波数
Cy: 水晶の厚さ方向弾性率=29.3×1010/cm2
t: 水晶の厚さ
振動子の材質は特に限定するものでないが、水晶、LiNbO3、LiTaO3、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体(Li(Nb,Ta)O3)単結晶、ホウ酸リチウム単結晶、ランガサイト単結晶等からなる圧電単結晶を使用することが好ましい。ランガサイト振動子は、融点が1470℃と高く、1000℃程度まで動作可能である。更に、AlNからなる振動子を利用できる。AlN振動子は、還元性雰囲気中では1000℃程度まで動作可能である。更に、シリコンのマイクロマシニングによって形成した振動子も利用できる。
水素ガス、一酸化炭素、二酸化炭素などのガス分子
スート、粉塵などの微粒子
たんぱく質、DNA、抗原抗体などの生体物質
薬液
エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、トリクロロエチレンなどの化学物質
ダイオキシンなどの環境ホルモン
(1) 信号値が一定値に達した時点で吸着領域を切り換える。
(2) 信号値の単位時間当たりの変化がしきい値まで低下した時点で吸着領域を切り換える。
(3) 所定時間経過した時点で吸着領域を切り換える。
更に、放出手段からの物質の放出位置を変更することによって、振動子上での吸着領域を変更することもできるようになる。
図1〜図5に示すセンサ1を製造した。振動子2はATカット水晶板によって形成した。振動子2の直径は9mmとし、厚さは0.16mmとした。各電極は、クロム/金膜(厚さ500オングストローム)を使用した。この上に、図8〜図10に示すような遮蔽板18を固定した。この振動子を真空蒸着装置の成膜室内に設置した。駆動信号電圧1ボルトで駆動電極3A〜3Dに、振動子の固有共振周波数である10MHzの交流電圧を印加した。そして、遮蔽板18の開口部19を通して吸着領域20B上に成膜物質を吸着させた。吸着に応じて振動子中心軸Dの左右の質量バランスが崩れ、検出信号が発生した。発生信号は、吸着量1pgあたり2.2μボルトであった。用いた検出回路による検出限界は0.04μボルトであるため、測定精度20fgの高精度計測が出来た。この結果、蒸着膜厚の高精度測定が可能になった。
参考例1において、更に成膜膜厚を増やすと、それに従って検出信号が増加した。しかし、質量アンバランスの崩れが著しくなるとセンサが動作しなくなってしまい、測定膜厚の限界があった。例えば吸着質量が50μgを超えると、振動子の振動のうち厚みねじれ振動子成分はほぼ無くなってしまい、センサは動作しなくなった。
参考例1と同じ振動子2を使用した。この振動子2を、図11に示すように、エンジン排気管21内に設置した。この際、排気ガスの流れる方向G、振動子法線方向Fと、振動子中心軸Dが互いに直交するようにした。
参考例1の振動子2を、図11に示すように、エンジン排気管21内に設置した。この際、排気ガスの流れる方向Gと、振動子法線方向Fと、振動子中心軸Dとが、互いに直交するようにした。また、振動子2を振動子中心軸Dを中心として反転できるようにした。
参考例1と同じ振動子2を使用し、自動滴定装置のように、吐出液滴量の高精度な制御が必要な装置において、吐出ノズル24(図12参照)の位置を振動子中心軸Dに対して非対称な位置に設置した。
参考例1と同じ振動子2を使用し、自動滴定装置のように、吐出液滴量の高精度な制御が必要な装置において、吐出ノズル24(図13(a)参照)の位置を振動子中心軸Dに対して非対称な位置に設置した。吐出ノズル位置を可動とし、振動子2への吸着領域を振動子の中心軸に対して対称な位置で切り替えることができるようにした。
Claims (7)
- 振動子、一対の駆動電極、前記一対の駆動電極の間に設けられている検出電極、および測定対象物質の吸着部位を選択するための吸着部位選択手段を備えており、前記一対の駆動電極に対して交流電圧を印加して前記振動子に基本振動を励起し、前記一対の駆動電極から前記吸着部位を交互に選択し、前記検出電極からの信号電圧に基づいて質量を測定することを特徴とする、質量測定装置。
- 前記吸着部位選択手段が、開口部の設けられた遮蔽板であり、前記開口部の位置を選択することによって前記吸着部位を選択することを特徴とする、請求項1記載の装置。
- 前記吸着部位選択手段が、前記振動子を動かして前記吸着部位を移動させる移動手段であることを特徴とする、請求項1記載の装置。
- 前記吸着部位選択手段が、前記測定対象物質を前記振動子へと向かって放出する放出手段であることを特徴とする、請求項1記載の装置。
- 前記基本振動において、振動変位が前記振動子の中心軸に対して略対称であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一つの請求項に記載の装置。
- 非測定時において、前記検出手段からの検出値が略0となることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一つの請求項に記載の記載の装置。
- 前記基本振動が前記振動子の厚みねじれ振動であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一つの請求項に記載の装置。
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