JPH09210975A - Gas sensing device - Google Patents
Gas sensing deviceInfo
- Publication number
- JPH09210975A JPH09210975A JP8035669A JP3566996A JPH09210975A JP H09210975 A JPH09210975 A JP H09210975A JP 8035669 A JP8035669 A JP 8035669A JP 3566996 A JP3566996 A JP 3566996A JP H09210975 A JPH09210975 A JP H09210975A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- signal
- receiver
- frequency
- gas detection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス検出装置に関
する。さらに詳しくは、本発明は、空気中又は水中に存
在する微量なガスを、ガス成分ごとに又は同族類ごとに
分類して検出することができるガス検出装置に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gas detector. More specifically, the present invention relates to a gas detection device capable of classifying and detecting a trace amount of gas existing in air or water by each gas component or each homologous group.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、空気中や水中の微量なガス成分
を検出しようとする場合、ガスクロマトグラフィーが使
用される。しかし、ガスクロマトグラフィーによる場
合、ガスを採取してからクロマトグラムを得るまでに通
常は数分から数十分の時間を要する。さらに、複数のガ
ス成分を検出するためには、検出対象とするガスごとに
カラム温度、カラムの充填物、キャリアガスなどを変更
しなければならない場合が多い。そのため、複数のガス
成分を同時にかつ短時間で検出することは容易ではな
い。また、最近では、水晶振動子を用いた化学センサの
開発が行われている。化学センサは水晶振動子表面に感
応膜を塗付し、この感応膜面に検知対象物質が吸着する
ことで発生する重量変化によって素子の共振周波数が変
化することを利用したものである。例えば、特定の周波
数を有する振動子に感応膜を塗付し、振動子の固有共振
周波数で振動させたとき、被検出ガスを供給すると、感
応膜と被検知物質成分との反応又は吸着により感応膜の
重量が変化して、振動子自体の振動周波数が変化する。
この時間の経過に伴ない変化する周波数の変化率から、
被検知物質の有無を検知する。そして、被検知物質の種
類が多くなると、感応膜の種類が異なる多数個のセンサ
を用いて、これらのセンサの反応性の違いから被検知物
質を特定する。このようなセンサは小型化することがで
き、応答が速いので好ましいが、複数のガス成分を検出
するためには複数のセンサを必要とする点に問題があっ
た。2. Description of the Related Art Generally, gas chromatography is used to detect a trace amount of gas components in air or water. However, in the case of gas chromatography, it usually takes several minutes to several tens of minutes from collecting gas to obtaining a chromatogram. Furthermore, in order to detect a plurality of gas components, it is often necessary to change the column temperature, column packing, carrier gas, etc. for each gas to be detected. Therefore, it is not easy to detect a plurality of gas components simultaneously and in a short time. Further, recently, a chemical sensor using a crystal oscillator has been developed. The chemical sensor utilizes a fact that a sensitive film is applied to the surface of the crystal oscillator, and the resonance frequency of the element changes due to the weight change caused by the adsorption of the substance to be detected on the surface of the sensitive film. For example, when a sensitive film is applied to a vibrator having a specific frequency and is vibrated at the natural resonance frequency of the vibrator, when the gas to be detected is supplied, the reaction or adsorption between the sensitive film and the substance to be detected causes the reaction. The weight of the film changes and the vibration frequency of the vibrator itself changes.
From the rate of change of frequency that changes with the passage of time,
The presence or absence of the substance to be detected is detected. When the number of types of the substance to be detected increases, a large number of sensors having different types of sensitive films are used to identify the substance to be detected from the difference in the reactivity of these sensors. Such a sensor is preferable because it can be downsized and has a quick response, but there is a problem in that a plurality of sensors are required to detect a plurality of gas components.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、複数のガス
成分を含有する被検体を、１個のセンサにより、簡単か
つ容易な方法で、短時間に分析、検出することができる
ガス検出装置を提供することを目的としてなされたもの
である。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a gas detection apparatus capable of analyzing and detecting an analyte containing a plurality of gas components in a short time with a single sensor by a simple and easy method. It is made for the purpose of providing.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、櫛型振動子から
なる送信子と受信子の間に脂質二分子膜を介在させてな
るセンサが複数のガス成分を検出することができ、かか
るセンサに周波数発振器、増幅器及び演算部を備えたガ
ス検出装置が応答が速く、さらに発振器を複合周波数発
振器とし、受信子に受信フィルタを接続することによ
り、同時に多数のガス成分の分析、検出が可能となるこ
とを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに
至った。すなわち、本発明は、 （１）(Ａ)表面弾性波送信子に周波数可変の電気的な交
流信号を印加する周波数発振器、(Ｂ)基板表面に一組の
櫛型電極からなる表面弾性波送信子及び一組の櫛型振動
子からなる受信子を設け、送信子と受信子の間に感応膜
を介在させてなるガス検出センサ、(Ｃ)受信子で発生す
る電気的な交流信号を増幅する増幅器、及び、(Ｄ)得ら
れた信号より特定のガス成分の有無を判定する演算部、
を有することを特徴とするガス検出装置。 （２）(Ａ)表面弾性波送信子に複数の周波数の電気的な
交流信号を印加する周波数発振器、(Ｂ)基板表面に一組
の櫛型電極からなる表面弾性波送信子及び一組の櫛型振
動子からなる受信子を設け、送信子と受信子の間に感応
膜を介在させてなるガス検出センサ、(Ｃ)受信子で発生
する電気的な交流信号を選別する受信フィルタ、(Ｄ)選
別された信号を増幅する増幅器、及び、(Ｅ)得られた信
号より特定のガス成分の有無を判定する演算部、を有す
ることを特徴とするガス検出装置、及び、 （３）感応膜が、脂質二分子膜である第(１)項又は第
(２)項記載のガス検出装置、を提供するものである。As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a lipid bilayer membrane is interposed between a transmitter and a receiver composed of a comb-shaped oscillator. The sensor can detect a plurality of gas components, and the gas detector equipped with a frequency oscillator, an amplifier and an arithmetic unit has a fast response, and the oscillator is a composite frequency oscillator, and a receiver has a reception filter. It was found that a large number of gas components can be analyzed and detected at the same time by connecting them, and the present invention has been completed based on this finding. That is, the present invention relates to (1) (A) a frequency oscillator that applies a frequency-variable electric AC signal to a surface acoustic wave transmitter, and (B) a surface acoustic wave transmitter including a pair of comb-shaped electrodes on the substrate surface. A gas detector with a receiver and a receiver consisting of a pair of comb-shaped vibrators and a sensitive film interposed between the transmitter and the receiver. (C) Amplifies electrical AC signals generated by the receiver. An amplifier, and (D) an operation unit that determines the presence or absence of a specific gas component from the obtained signal,
A gas detection device comprising: (2) (A) A frequency oscillator that applies electrical AC signals of a plurality of frequencies to the surface acoustic wave transmitter, (B) a surface acoustic wave transmitter including a pair of comb-shaped electrodes on the substrate surface, and a pair of surface acoustic wave transmitters. A gas detection sensor having a receiver formed of a comb-shaped oscillator and a sensitive film interposed between the transmitter and the receiver, (C) a reception filter for selecting an electric AC signal generated by the receiver, ( D) A gas detection device comprising: an amplifier that amplifies the selected signal; and (E) an operation unit that determines the presence or absence of a specific gas component from the obtained signal, and (3) Sensitivity The membrane is a lipid bilayer membrane (1) or
A gas detector according to the item (2) is provided.
【０００５】[0005]
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に用いるガス検出センサの斜視図であ
る。ガス検出センサは、基板１の上に一組の櫛型電極か
らなる表面弾性波送信子２及び一組の櫛型振動子からな
る受信子３を設け、送信子と受信子の間に基板上に感応
膜４を介在させたものである。表面弾性波送信子には、
周波数可変の電気的な交流信号を印加する周波数発振器
５を接続し、受信子には、受信子で発生する電気的な交
流信号を増幅する増幅器及び得られた信号より特定のガ
ス成分の有無を判定する演算部を接続する。ガス検出セ
ンサの基板を構成する材料は、絶縁性で、音響的抵抗
（インピーダンス）が低く、表面を振動が伝播するもの
であれば特に制限なく使用することができる。このよう
な材料としては、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ
酸リチウムなどを挙げることができる。基板の形状には
特に制限はなく、平面あるいは球面などの曲面とするこ
とが可能である。ガス検出センサの表面弾性波送信子
は、一組の櫛型の電極から構成される。櫛型の電極は、
図１に示すように、櫛の歯に相当する部分がわずかな間
隙をおいて相互にかみ合った状態となっている。表面弾
性波送信子に電気的な交流信号を印加することにより、
振動波が発生し基板表面を伝播していく。電気的な交流
信号により、任意の周波数の振動を発振することができ
る。電極の材料は、測定環境に耐えるものであれば特に
制限はなく、例えば、白金、金、銀などの電極を使用す
ることができる。ガス検出センサの受信子は、表面弾性
波送信子と同様に一組の櫛型の振動子から構成され、櫛
型の振動子は図１に示すように、櫛の歯に相当する部分
がわずかな間隙をおいて相互にかみ合った状態となって
いる。受信子は表面弾性波送信子と同一の形状とするこ
とができ、あるいは異なる形状とすることができる。受
信子は、基板表面を伝播する振動波を受信して電気的な
交流信号に変換する。受信子の材料は、測定環境に耐え
るものであれば特に制限はなく、例えば、白金、金、銀
などの電極を使用することができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below.
FIG. 1 is a perspective view of a gas detection sensor used in the present invention. The gas detection sensor is provided with a surface acoustic wave transmitter 2 composed of a pair of comb-shaped electrodes and a receiver 3 composed of a pair of comb-shaped oscillators on a substrate 1, and a substrate between the transmitter and the receiver. The sensitive film 4 is interposed between the two. The surface acoustic wave transmitter has
A frequency oscillator 5 for applying a frequency-variable electrical AC signal is connected to the receiver, and an amplifier for amplifying the electrical AC signal generated in the receiver and a presence or absence of a specific gas component from the obtained signal are provided in the receiver. Connect the calculation unit for judgment. The material forming the substrate of the gas detection sensor can be used without particular limitation as long as it is insulating, has low acoustic resistance (impedance), and allows vibration to propagate on the surface. Examples of such a material include lithium tantalate and lithium niobate. The shape of the substrate is not particularly limited and can be a flat surface or a curved surface such as a spherical surface. The surface acoustic wave transmitter of the gas detection sensor is composed of a pair of comb-shaped electrodes. The comb-shaped electrodes are
As shown in FIG. 1, the portions corresponding to the teeth of the comb are in mesh with each other with a slight gap. By applying an electrical AC signal to the surface acoustic wave transmitter,
Oscillating waves are generated and propagate on the substrate surface. Vibration of an arbitrary frequency can be oscillated by the electric AC signal. The material of the electrode is not particularly limited as long as it can withstand the measurement environment, and for example, an electrode such as platinum, gold or silver can be used. Like the surface acoustic wave transmitter, the receiver of the gas detection sensor is composed of a pair of comb-shaped vibrators. As shown in FIG. 1, the comb-shaped vibrator has only a portion corresponding to the teeth of the comb. They are in a state of being intermeshed with each other with a certain gap. The receiver may have the same shape as the surface acoustic wave transmitter, or may have a different shape. The receiver receives the oscillating wave propagating on the surface of the substrate and converts it into an electric AC signal. The material of the receiver is not particularly limited as long as it can withstand the measurement environment, and for example, electrodes such as platinum, gold and silver can be used.
【０００６】ガス検出センサは、表面弾性波送信子と受
信子の間の基板表面に感応膜を介在させる。感応膜は、
測定対象とするガス成分と反応し、あるいは測定対象と
するガス成分を吸着する物質であれば特に制限はなく、
測定対象とするガス成分と接触し、ガス成分との反応、
吸着などにより、感応膜の質量や粘性が変化する性状を
有する物質を使用することができる。このような物質を
膜状とすることにより、センサの応答を速めることがで
きる。感応膜として、脂質二分子膜を好適に使用するこ
とができる。図２は、脂質二分子膜の模式図である。脂
質二分子膜は、親水基と疎水基からなる脂質が分子レベ
ルで配向して形成される薄膜である。基板１の表面に脂
質６が親水基を介して吸着され、さらに、基板に吸着さ
れた脂質の疎水基に、第二の脂質がその疎水基を介して
吸着されることにより形成される。脂質二分子膜を形成
する物質としては、例えば、卵黄や大豆から抽出される
レシチンに代表されるリン脂質、ジオクタデシルジメチ
ルアンモニウムブロミドやジヘキサデシルホスフェート
などの合成系の長鎖アルキル型脂質など、さらにはこれ
らの脂質を高分子化したものなどを挙げることができ
る。脂質の高分子化の方法としては、例えば、ビニル基
を脂質の適当な位置に導入して重合する方法、イオン性
脂質を反対荷電を持つ高分子とのポリイオンコンプレッ
クスとする方法などを挙げることができる。脂質二分子
膜の形成方法をさらに具体的に説明すると、例えば、ジ
オクタデシルジメチルアンモニウムブロミドを水に分散
させ、デキストラン硫酸ナトリウムの水溶液と混合する
ことにより、沈澱としてポリイオンコンプレックスを得
る。このポリイオンコンプレックスをクロロホルムに溶
解し、基板に塗布したのち、クロロホルムを蒸発させる
ことにより、基板上に二分子膜を形成することができ
る。In the gas detection sensor, a sensitive film is provided on the surface of the substrate between the surface acoustic wave transmitter and the receiver. The sensitive membrane is
There is no particular limitation as long as it is a substance that reacts with the gas component to be measured or adsorbs the gas component to be measured,
Contact with the gas component to be measured, reaction with the gas component,
It is possible to use a substance having a property that the mass and the viscosity of the sensitive film change due to adsorption or the like. By forming such a substance into a film, the response of the sensor can be accelerated. A lipid bilayer membrane can be preferably used as the sensitive membrane. FIG. 2 is a schematic diagram of a lipid bilayer membrane. The lipid bilayer membrane is a thin film formed by orienting lipids consisting of hydrophilic groups and hydrophobic groups at the molecular level. It is formed by adsorbing the lipid 6 on the surface of the substrate 1 via the hydrophilic group and further adsorbing the second lipid on the hydrophobic group of the lipid adsorbed on the substrate via the hydrophobic group. Examples of the substance that forms a lipid bilayer membrane include phospholipids typified by lecithin extracted from egg yolk and soybeans, synthetic long-chain alkyl-type lipids such as dioctadecyldimethylammonium bromide and dihexadecylphosphate, and the like. Further, those obtained by polymerizing these lipids can be mentioned. Examples of the method for polymerizing the lipid include a method of introducing a vinyl group into an appropriate position of the lipid for polymerization, a method of forming an ionic lipid into a polyion complex with a polymer having an opposite charge, and the like. it can. More specifically, the method for forming the lipid bilayer membrane will be described. For example, dioctadecyldimethylammonium bromide is dispersed in water and mixed with an aqueous solution of sodium dextran sulfate to obtain a polyion complex as a precipitate. After dissolving this polyion complex in chloroform and applying it to the substrate, the bilayer film can be formed on the substrate by evaporating the chloroform.
【０００７】脂質二分子膜は、疎水基が規則正しく並ん
だ結晶状態では膜は剛直で、配列の乱れた液晶状態では
膜は柔軟になる。温度が高くなったり、物質の吸着のた
めに疎水部の配列が乱れると、膜の物性が変化する性質
がある。脂質二分子膜には種々のガス成分が吸着する
が、ガス成分によって吸着のしやすさや吸着様式が異な
る。例えば、親水性のガス成分は膜表面の親水部で吸着
し、疎水性の強いガス成分は疎水部に進入して膜構造を
乱すと考えられる。そのため、ガス成分によってそれぞ
れ特定の周波数の振動に対して共振又は減衰が起こるの
で、ガス成分の種類と変動する共振周波数との間に対応
関係があり、特定の周波数の振動の利得変動を測定する
ことにより、特定のガス成分を検知することができる。
本発明のガス検出装置は、基板表面に設けた表面弾性波
送信子及び受信子の間に感応膜を介在させてなるガス検
出センサの表面弾性波送信子に周波数可変の電気的な交
流信号を印加する周波数発振器を接続し、受信子に受信
子で発生する電気的な交流信号を増幅する増幅器を接続
する。増幅器において、交流信号はデジタル回路で処理
するのに十分な電圧レベルまで一定割合で増幅され、増
幅された交流信号は平滑回路で直流信号に変換されたの
ち、アナログ／デジタル変換回路で電圧値情報に変換さ
れる。デジタル化された電圧値情報は演算部に入力さ
れ、演算部において周波数信号の時間的な変化から目的
とするガスの存在を検出する。本態様のガス検出装置を
用い、表面弾性波送信子に印加する交流信号の周波数を
連続的に変化することにより、逐次的に複数のガス成分
を検出することが可能となる。本発明のガス検出装置
は、周波数発振器から異なる周波数を順次発生させ、表
面弾性波送信子より異なる周波数の振動波を送信し、感
応膜を介して基板表面を伝播する振動波を受信子により
受信し、その振動信号を電気的な交流信号に変換する。
各周波数における振動伝達量をみることにより、ガス成
分により特定周波数において伝達が顕著となる性質か
ら、目的とするガス成分の有無を検出することができ
る。このため、周波数を調整することにより、１台のガ
ス検出装置により複数のガス成分を検出することができ
る。The lipid bilayer is rigid in a crystalline state in which hydrophobic groups are regularly arranged, and is flexible in a liquid crystal state in which the alignment is disordered. When the temperature rises or the arrangement of the hydrophobic part is disturbed due to the adsorption of substances, the physical properties of the film change. Various gas components are adsorbed on the lipid bilayer membrane, but the ease of adsorption and the adsorption mode differ depending on the gas components. For example, it is considered that a hydrophilic gas component is adsorbed on the hydrophilic part of the membrane surface, and a strongly hydrophobic gas component enters the hydrophobic part to disturb the membrane structure. Therefore, the gas component causes resonance or damping with respect to vibration of a specific frequency, so that there is a correspondence relationship between the type of gas component and the fluctuating resonance frequency, and the gain fluctuation of the vibration of a specific frequency is measured. As a result, a specific gas component can be detected.
The gas detection device of the present invention applies a frequency-variable electrical AC signal to the surface acoustic wave transmitter of the gas detection sensor in which the sensitive film is interposed between the surface acoustic wave transmitter and the receiver provided on the substrate surface. A frequency oscillator to be applied is connected, and an amplifier that amplifies an electric AC signal generated in the receiver is connected to the receiver. In the amplifier, the AC signal is amplified at a constant ratio to a voltage level sufficient for processing by the digital circuit, the amplified AC signal is converted into the DC signal by the smoothing circuit, and then the voltage value information is converted by the analog / digital conversion circuit. Is converted to. The digitized voltage value information is input to the arithmetic unit, and the arithmetic unit detects the presence of the target gas from the temporal change of the frequency signal. By continuously changing the frequency of the AC signal applied to the surface acoustic wave transmitter using the gas detection device of this aspect, it is possible to detect a plurality of gas components sequentially. The gas detector of the present invention sequentially generates different frequencies from the frequency oscillator, transmits the vibration waves of different frequencies from the surface acoustic wave transmitter, and receives the vibration waves propagating on the substrate surface through the sensitive film by the receiver. Then, the vibration signal is converted into an electric AC signal.
By observing the amount of vibration transmission at each frequency, it is possible to detect the presence or absence of the target gas component because of the property that the gas component makes the transmission remarkable at the specific frequency. Therefore, by adjusting the frequency, it is possible to detect a plurality of gas components with one gas detection device.
【０００８】本発明のガス検出装置により、有機性のガ
ス成分及び無機性のガス成分をともに検出することがで
きる。本発明のガス検出装置により検出することができ
るガス成分としては、例えば、トリクロロエチレン、パ
ークロロエチレン、メチルブロミドなどの有機ハロゲン
化物、ベンゼン、トルエンなどの芳香族化合物、炭酸ガ
ス、硫化水素、アンモニア、酸素ガスなどの無機化合物
などを挙げることができる。本発明のガス検出装置によ
り、上記のようなガス成分が被検出ガス中に含まれてい
るか否かを感知し、例えば、数ppb〜数百ppb程度の存在
を検出することができる。また、必要により、あらかじ
め伝達利得値を用いて検量線を作成しておけば、ガス成
分の含有量を定量することが可能となる。本発明のガス
検出装置においては、表面弾性波送信子に複数の周波数
の電気的な交流信号を印加する周波数発振器を接続し、
受信子に受信子で発生する電気的な交流信号を選別する
受信フィルタを接続して、特定の周波数の信号を選別
し、選別された信号を増幅器により増幅したのち、演算
部で特定のガス成分の有無を判定することにより、同時
に複数個のガス成分を検出することができる。図３は、
本発明のガス検出装置の一態様の構成図である。本図に
おいて、周波数発振器は、３種の異なった周波数信号を
複合して出力して、ガス検出センサの表面弾性波送信子
に印加している。表面弾性波送信子は、印加された信号
にしたがって機械的に振動し、基板表面に３種の表面波
を送信する。これらの表面波は、基板表面を伝播して受
信子により受信されるが、この際伝播経路上に存在する
感応膜の質量や粘性によって表面波の伝播状態が影響を
受ける。受信子においては、受信した表面波の機械的振
動が電気的な交流信号に変換され、３個の受信フィルタ
へ送られる。受信フィルタは、送られた交流信号のうち
目的の周波数のみを通過させるための帯域通過型フィル
タで構成されており、それぞれ検出対象となるガス成分
に対応する周波数の信号のみを増幅器へ送る。増幅器に
おいて、交流信号はデジタル回路で処理するのに十分な
電圧レベルまで一定割合で増幅され、増幅された交流信
号は平滑回路で直流信号に変換されたのち、アナログ／
デジタル変換回路で電圧値情報に変換される。デジタル
化された電圧値情報は演算部に入力され、演算部におい
てそれぞれの周波数信号の時間的な変化から目的とする
ガスの存在を検出する。本態様のガス検出装置を用いる
ことにより、同時に複数のガス成分を検出することが可
能となる。The gas detector of the present invention can detect both organic gas components and inorganic gas components. The gas components that can be detected by the gas detection device of the present invention include, for example, trichlorethylene, perchlorethylene, organic halides such as methyl bromide, benzene, aromatic compounds such as toluene, carbon dioxide, hydrogen sulfide, ammonia, Examples thereof include inorganic compounds such as oxygen gas. With the gas detection device of the present invention, it is possible to detect whether or not the gas component as described above is contained in the gas to be detected, and detect the presence of, for example, several ppb to several hundred ppb. Further, if necessary, if a calibration curve is created in advance using the transmission gain value, the content of the gas component can be quantified. In the gas detection device of the present invention, the surface acoustic wave transmitter is connected to a frequency oscillator that applies electrical AC signals of a plurality of frequencies,
Connect a receiving filter that selects the electrical AC signal generated by the receiver to the receiver, select a signal of a specific frequency, amplify the selected signal with an amplifier, and then use a specific gas component in the calculation unit. It is possible to detect a plurality of gas components at the same time by determining the presence or absence of. FIG.
It is a block diagram of the 1 aspect of the gas detection apparatus of this invention. In this figure, the frequency oscillator composites and outputs three different frequency signals and applies them to the surface acoustic wave transmitter of the gas detection sensor. The surface acoustic wave transmitter mechanically vibrates according to the applied signal and transmits three kinds of surface waves to the substrate surface. These surface waves propagate on the surface of the substrate and are received by the receiver. At this time, the propagation state of the surface waves is affected by the mass and viscosity of the sensitive film existing on the propagation path. In the receiver, the mechanical vibration of the received surface wave is converted into an electrical AC signal and sent to the three receiving filters. The reception filter is composed of a band-pass filter for passing only the target frequency of the transmitted AC signal, and sends only the signal of the frequency corresponding to the gas component to be detected to the amplifier. In the amplifier, the AC signal is amplified at a constant rate to a voltage level sufficient for processing by a digital circuit, and the amplified AC signal is converted into a DC signal by a smoothing circuit and then converted into an analog signal.
It is converted into voltage value information by the digital conversion circuit. The digitized voltage value information is input to the arithmetic unit, and the arithmetic unit detects the presence of the target gas from the temporal change of each frequency signal. By using the gas detection device of this aspect, it is possible to detect a plurality of gas components at the same time.
【０００９】[0009]
【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限
定されるものではない。 実施例１（ガス成分の共振周波数の測定） １０mm×４０mm×１.５mmの基板上に、図１に示す形状
の銀製の櫛型電極２組を接着剤を用いて接着し、表面弾
性波送信子及び受信子とした。ジオクタデシルジメチル
アンモニウムブロミドとデキストラン硫酸ナトリウムと
を混合し、沈澱として得られたポリイオンコンプレック
スをクロロホルムに溶解し、基板上の表面弾性波送信子
と受信子の間に塗布したのち、クロロホルムを蒸発させ
ることにより、基板上に脂質二分子膜を形成し、ガス検
出センサを得た。このガス検出センサの表面弾性波送信
子に、周波数可変の電気的な交流信号を印加する周波数
発生器を接続し、受信子に増幅器、平滑回路、アナログ
／デジタル変換回路及び演算部を接続してガス検出装置
を組み立てた。このガス検出装置のガス検出センサ部分
に、トリクロロエチレン４０ppbを含有する乾燥空気を
送り、周波数発生器から１〜１４MHzの交流信号を連続
的に印加したところ、６.３MHzにおいて利得変動が認め
られ、このガス検出センサでは、トリクロロエチレンは
６.３MHzにおいて共振周波数を与えることが分かった。
パークロロエチレン４０ppbを含有する乾燥空気及び水
蒸気２０％を含有する空気を用いて同様な試験を繰り返
したところ、パークロロエチレンは１２.７MHzに、水蒸
気は８.８MHzにおいてそれぞれ共振周波数を大きく変動
することが分かった。 実施例２（ガス成分混合物の同時分析） 実施例１で作製したガス検出センサの表面弾性波送信子
に６.３MHz、１２.７MHz及び８.８MHzの電気的な交流信
号を印加する周波数発生器を接続し、受信子に６.３MH
z、１２.７MHz及び８.８MHz用の受信フィルタを接続
し、それぞれの受信フィルタに、増幅器、平滑回路及び
アナログ／デジタル変換回路を接続し、デジタル化され
た電圧値情報を演算部に送るようガス検出装置を組み立
てた。このガス検出装置のガス検出センサ部分に、トリ
クロロエチレン４０ppb、パークロロエチレン４０ppb及
び水蒸気２０％を含有する空気を送り、周波数発生器か
ら交流信号を印加し、３個の受信フィルタを通過した信
号をそれぞれ処理した。図４は、６.３MHz、１２.７MHz
及び８.８MHzにおける利得変動の時間的変化を示すグラ
フである。この結果から、本ガス検出装置により、同時
に３種のガスの検出が可能であることが確認された。EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, which should not be construed as limiting the present invention. Example 1 (Measurement of Resonance Frequency of Gas Component) Two sets of silver comb-shaped electrodes having the shape shown in FIG. 1 were adhered to a substrate of 10 mm × 40 mm × 1.5 mm by using an adhesive to transmit surface acoustic waves. The child and the receiver. Mixing dioctadecyldimethylammonium bromide and dextran sodium sulfate, dissolving the polyion complex obtained as a precipitate in chloroform, applying it between the surface acoustic wave transmitter and receiver on the substrate, and then evaporating chloroform. Thus, a lipid bilayer film was formed on the substrate to obtain a gas detection sensor. A frequency generator that applies a frequency-variable electrical AC signal is connected to the surface acoustic wave transmitter of this gas detection sensor, and an amplifier, a smoothing circuit, an analog / digital conversion circuit, and an arithmetic unit are connected to the receiver. The gas detector was assembled. When dry air containing 40 ppb of trichloroethylene was sent to the gas detection sensor part of this gas detection device and an AC signal of 1 to 14 MHz was continuously applied from the frequency generator, a gain fluctuation was recognized at 6.3 MHz. In a gas detection sensor, trichlorethylene was found to give a resonant frequency at 6.3 MHz.
A similar test was repeated using dry air containing 40 ppb of perchlorethylene and air containing 20% of water vapor. Perchlorethylene showed a large change in resonance frequency at 12.7 MHz and water vapor at 8.8 MHz. I found out. Example 2 (Simultaneous analysis of gas component mixture) A frequency generator for applying an electrical AC signal of 6.3 MHz, 12.7 MHz and 8.8 MHz to the surface acoustic wave transmitter of the gas detection sensor produced in Example 1. Connected to the receiver, 6.3MH
z, 12.7MHz and 8.8MHz reception filters are connected, and an amplifier, smoothing circuit and analog / digital conversion circuit are connected to each reception filter so that digitized voltage value information is sent to the arithmetic unit. The gas detector was assembled. Air containing trichloroethylene 40 ppb, perchlorethylene 40 ppb and water vapor 20% is sent to the gas detection sensor part of this gas detection device, an AC signal is applied from the frequency generator, and signals passing through the three reception filters are respectively supplied. Processed. Figure 4 shows 6.3MHz and 12.7MHz
9 is a graph showing the time variation of the gain variation at 8.8 MHz. From this result, it was confirmed that the present gas detection device can simultaneously detect three kinds of gases.
【００１０】[0010]
【発明の効果】本発明のガス検出装置によれば、１個の
ガス検出センサを用いて、短時間内に、空気中又は水中
に存在する微量なガスを、ガス成分ごとに又は同族類ご
とに分類して検出することができる。EFFECTS OF THE INVENTION According to the gas detecting device of the present invention, a single gas detecting sensor is used, and a trace amount of gas existing in the air or water can be collected for each gas component or each homologous group within a short time. It can be classified into and detected.
【図１】図１は、ガス検出センサの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a gas detection sensor.
【図２】図２は、脂質二分子膜の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a lipid bilayer membrane.
【図３】図３は、本発明のガス検出装置の一態様の構成
図である。FIG. 3 is a configuration diagram of one embodiment of the gas detection device of the present invention.
【図４】図４は、利得変動の時間的変化を示すグラフで
ある。FIG. 4 is a graph showing changes in gain fluctuation with time.
１ 基板 ２ 表面弾性波送信子 ３ 受信子 ４ 感応膜 ５ 周波数発振器 ６ 脂質 1 substrate 2 surface acoustic wave transmitter 3 receiver 4 sensitive membrane 5 frequency oscillator 6 lipid
Claims (3)
的な交流信号を印加する周波数発振器、(Ｂ)基板表面に
一組の櫛型電極からなる表面弾性波送信子及び一組の櫛
型振動子からなる受信子を設け、送信子と受信子の間に
感応膜を介在させてなるガス検出センサ、(Ｃ)受信子で
発生する電気的な交流信号を増幅する増幅器、及び、
(Ｄ)得られた信号より特定のガス成分の有無を判定する
演算部、を有することを特徴とするガス検出装置。1. A frequency oscillator for applying a frequency-variable electric AC signal to a surface acoustic wave transmitter, and (B) a surface acoustic wave transmitter comprising a pair of comb-shaped electrodes on a substrate surface, and a pair. A gas detection sensor in which a receiver made of a comb-shaped oscillator is provided, and a sensitive film is interposed between the transmitter and the receiver, (C) an amplifier for amplifying an electric AC signal generated in the receiver, and ,
(D) A gas detection device comprising: a calculation unit that determines the presence or absence of a specific gas component from the obtained signal.
気的な交流信号を印加する周波数発振器、(Ｂ)基板表面
に一組の櫛型電極からなる表面弾性波送信子及び一組の
櫛型振動子からなる受信子を設け、送信子と受信子の間
に感応膜を介在させてなるガス検出センサ、(Ｃ)受信子
で発生する電気的な交流信号を選別する受信フィルタ、
(Ｄ)選別された信号を増幅する増幅器、及び、(Ｅ)得ら
れた信号より特定のガス成分の有無を判定する演算部、
を有することを特徴とするガス検出装置。2. A frequency oscillator for applying electric AC signals of a plurality of frequencies to a surface acoustic wave transmitter, and (B) a surface acoustic wave transmitter comprising a pair of comb-shaped electrodes on a substrate surface and A gas detection sensor provided with a pair of comb-shaped vibrators and a sensitive film interposed between the transmitter and the receiver, and (C) a reception filter for selecting an electrical AC signal generated by the receiver. ,
(D) an amplifier that amplifies the selected signal, and (E) an arithmetic unit that determines the presence or absence of a specific gas component from the obtained signal,
A gas detection device comprising:
は請求項２記載のガス検出装置。3. The gas detection device according to claim 1, wherein the sensitive membrane is a lipid bilayer membrane.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8035669A JPH09210975A (en) | 1996-01-30 | 1996-01-30 | Gas sensing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8035669A JPH09210975A (en) | 1996-01-30 | 1996-01-30 | Gas sensing device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09210975A true JPH09210975A (en) | 1997-08-15 |
Family
ID=12448291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8035669A Pending JPH09210975A (en) | 1996-01-30 | 1996-01-30 | Gas sensing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09210975A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100495663B1 (en) * | 2002-12-09 | 2005-06-16 | 삼성전자주식회사 | Sensitive substance and surface acoustic wave gas sensor used with this |
| JP2008518201A (en) * | 2004-10-22 | 2008-05-29 | サエス ゲッタース ソチエタ ペル アツィオニ | Surface acoustic wave gas sensor with sensing getter layer and process for its manufacture |
| WO2010021100A1 (en) * | 2008-08-18 | 2010-02-25 | 株式会社村田製作所 | Elastic surface wave sensor device |
| JP2011203105A (en) * | 2010-03-25 | 2011-10-13 | Toppan Printing Co Ltd | Spherical surface-acoustic-wave apparatus |
| WO2019151362A1 (en) * | 2018-01-31 | 2019-08-08 | Ball Wave Inc. | System, method and computer program product for gas analysis |
-
1996
- 1996-01-30 JP JP8035669A patent/JPH09210975A/en active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100495663B1 (en) * | 2002-12-09 | 2005-06-16 | 삼성전자주식회사 | Sensitive substance and surface acoustic wave gas sensor used with this |
| US7047793B2 (en) | 2002-12-09 | 2006-05-23 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Sensitive substance and surface acoustic wave gas sensor using the same |
| JP2008518201A (en) * | 2004-10-22 | 2008-05-29 | サエス ゲッタース ソチエタ ペル アツィオニ | Surface acoustic wave gas sensor with sensing getter layer and process for its manufacture |
| WO2010021100A1 (en) * | 2008-08-18 | 2010-02-25 | 株式会社村田製作所 | Elastic surface wave sensor device |
| JPWO2010021100A1 (en) * | 2008-08-18 | 2012-01-26 | 株式会社村田製作所 | Surface acoustic wave sensor device |
| JP2011203105A (en) * | 2010-03-25 | 2011-10-13 | Toppan Printing Co Ltd | Spherical surface-acoustic-wave apparatus |
| WO2019151362A1 (en) * | 2018-01-31 | 2019-08-08 | Ball Wave Inc. | System, method and computer program product for gas analysis |
| JP2021511518A (en) * | 2018-01-31 | 2021-05-06 | ボールウェーブ株式会社 | Gas analysis systems, gas analysis methods, and computer program products for gas analysis |
| US11313836B2 (en) | 2018-01-31 | 2022-04-26 | Ball Wave Inc | System, method and computer program product for gas analysis |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6626026B2 (en) | Acoustic wave based sensor | |
| US5235235A (en) | Multiple-frequency acoustic wave devices for chemical sensing and materials characterization in both gas and liquid phase | |
| US5076094A (en) | Dual output acoustic wave sensor for molecular identification | |
| US5852229A (en) | Piezoelectric resonator chemical sensing device | |
| US5795993A (en) | Acoustic-wave sensor for ambient monitoring of a photoresist-stripping agent | |
| US6544478B1 (en) | QCM sensor | |
| CN101458230A (en) | Multichannel surface acoustic wave chemical sensing system | |
| EP1832862A1 (en) | Sensing apparatus | |
| GB2219858A (en) | Apparatus and method for detecting small changes in attached mass on piezoelectric devices used as sensors. | |
| TWI443338B (en) | And a sensing means for sensing the sensing object in the liquid | |
| JP2001083060A (en) | Polymer coating for chemical sensor | |
| JP2000338022A (en) | Multi-channel qcm sensor device and multi-channel qcm measuring system | |
| JP2006329931A (en) | Detection sensor and oscillator | |
| CA2271179A1 (en) | Process for monitoring and detecting small molecule - biomolecule interactions | |
| JPH09210975A (en) | Gas sensing device | |
| US9140668B2 (en) | Device and method for detecting at least one substance | |
| US8288163B2 (en) | Apparatus and method for detecting triacetone triperoxide | |
| Mah et al. | Acoustic methods of detection in gas chromatography | |
| JP3699737B2 (en) | Matrix electrode vibrator and sensor thereof | |
| WO2008041733A1 (en) | Sensing device | |
| EP0830589A1 (en) | Integrated sensor | |
| WO2008038829A1 (en) | Sensing device | |
| WO2021028827A1 (en) | Gas sensor with capacitive micromachined ultrasonic transducer structure and functional polymer layer | |
| Ali et al. | Survey on mass determination with oscillating systems: Part III. Acoustic wave mass sensors for chemical and biological sensing | |
| McGann et al. | Acoustic mode behavior in lateral field excited sensors |