專利名稱：晶體振子以及使用了該晶體振子的測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可以僅單獨(dú)測(cè)定溶液的密度、或者可以同時(shí)測(cè)定密度和粘度的晶體 振子以及使用了該晶體振子的測(cè)定方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于利用了晶體振子的共振現(xiàn)象的QCM(Quartz CrystalMicrobalance，石英晶體
微天平)法，作為可通過(guò)簡(jiǎn)單的裝置來(lái)檢測(cè)極其微小的質(zhì)量變化的方法，不僅是氣相而 且還可以實(shí)現(xiàn)液相下的測(cè)定，所以被廣泛用為氣體傳感器、膜厚傳感器、化學(xué)傳感器、 測(cè)定DNA/蛋白質(zhì)等生物體物質(zhì)的相互作用的生物傳感器等。在以往的QCM法中，對(duì)通過(guò)振蕩而得到的共振頻率、或者通過(guò)阻抗分析器、網(wǎng) 絡(luò)分析器等對(duì)頻率進(jìn)行掃描而得到的共振頻率進(jìn)行測(cè)定，從而進(jìn)行各種測(cè)定。在QCM中的氣相下的測(cè)定中，由于僅將附著到電極表面中的物質(zhì)的質(zhì)量作為頻 率變化量而進(jìn)行探測(cè)，所以向密度的變換比較容易。但是，在對(duì)溶液的密度和粘度進(jìn)行測(cè)定的情況下，與氣相的情況不同，對(duì)于與 晶體振子的振動(dòng)面相關(guān)的溶液的電阻量，由于頻率變化與對(duì)密度和粘性進(jìn)行乘法計(jì)算而 得到的值存在相關(guān)關(guān)系，所以在以往的QCM法中，難以進(jìn)行溶液的密度和粘度的分離測(cè)定。因此，在密度和粘度這兩方是未知的情況下，在以往的QCM法中無(wú)法求出密度 和粘度各自的值。相對(duì)于此，如專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2所示，提出了如下方法在傳感器中設(shè) 置2個(gè)以上的檢測(cè)部，將至少1個(gè)檢測(cè)部用作用于對(duì)溶液的電阻量的頻率進(jìn)行測(cè)定的參照 用，從剩余的檢測(cè)部的測(cè)定結(jié)果中去除參照用的傳感器的溶液的電阻量，從而對(duì)溶液的 密度、粘度進(jìn)行測(cè)定。但是，如果在1個(gè)壓電板中設(shè)置多個(gè)檢測(cè)部、或者使用多個(gè)傳感器，則存在費(fèi) 事、或者傳感器的制造成本增加，而且針對(duì)每個(gè)檢測(cè)部產(chǎn)生個(gè)體差這樣的問(wèn)題。另外，在通過(guò)1個(gè)傳感器來(lái)畫出檢量線的情況下，需要準(zhǔn)備多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的試樣， 所以存在直到實(shí)際的測(cè)定為止需要時(shí)間這樣的問(wèn)題，進(jìn)而，僅根據(jù)包含密度和粘度這兩 方的信息的共振頻率來(lái)求出密度、粘度，所以存在測(cè)定精度相當(dāng)?shù)瓦@樣的問(wèn)題。專利文獻(xiàn)1 美國(guó)專利第5741961號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2 美國(guó)專利第5798452號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種晶體振子以及使用了該晶體振子的測(cè)定方法，通過(guò) 具備1個(gè)檢測(cè)部的晶體振子，可以僅單獨(dú)測(cè)定溶液的密度、或者可以同時(shí)測(cè)定密度和粘度。為了解決所述課題，本發(fā)明的第1方面提供一種使用了晶體振子的測(cè)定方法，其特征在于，使測(cè)定對(duì)象物接觸到晶體振子并且使晶體振子振動(dòng)，其中在該晶體振子 中，在壓電板的兩面中具備電極，在成為測(cè)定對(duì)象的物質(zhì)接觸的一側(cè)中配置的電極或者 該電極上的檢測(cè)部中形成了凹凸面， 對(duì)表示所述晶體振子的電導(dǎo)率的最大值的一半的值的2個(gè)頻率中的相當(dāng)于高頻 側(cè)的頻率(f2)的變化量進(jìn)行測(cè)定，從而對(duì)所述物質(zhì)的密度進(jìn)行測(cè)定。第2方面在第1方面中，其特征在于，對(duì)所述晶體振子的導(dǎo)納圓線圖上的頻率的 至少2個(gè)頻率的變化量進(jìn)行測(cè)定，一并測(cè)定所述物質(zhì)的粘度。第3方面在第1方面中，其特征在于，所述導(dǎo)納圓線圖上的至少2個(gè)頻率是表示 所述晶體振子的電導(dǎo)率的最大值的一半的值的2個(gè)頻率汰、f2)以及所述晶體振子的共振 頻率(fs)中的任意2個(gè)。第4方面在第1方面中，其特征在于，對(duì)于所述頻率(f2)，對(duì)與所述晶體振子的 導(dǎo)納圓線圖上的電納的最小值(Bmm)相當(dāng)?shù)念l率直接進(jìn)行測(cè)定。第5方面在第1方面中，其特征在于，通過(guò)對(duì)表示所述晶體振子的電導(dǎo)率的最大 值的一半的值的2個(gè)頻率汰、f2)之間的頻率中的至少2個(gè)頻率的變化量進(jìn)行測(cè)定，一并 測(cè)定所述物質(zhì)的粘度。第6方面在第5方面中，其特征在于，所述至少2個(gè)頻率是表示所述晶體振子的 電導(dǎo)率的最大值的一半的值的2個(gè)頻率優(yōu)、f2)以及所述晶體振子的共振頻率(fs)中的任
眉、2 [ ο第7方面在第1方面中，其特征在于，根據(jù)表示所述晶體振子的電導(dǎo)率的最大值 的一半的值的2個(gè)頻率中的相當(dāng)于低頻側(cè)的頻率( ；)和共振頻率(fs)，間接地測(cè)定所述頻 率(f2)。第8方面在第1方面中，其特征在于，通過(guò)所述晶體振子的基本頻率或者高次諧 波進(jìn)行測(cè)定。另外，作為本發(fā)明的晶體振子，第9方面提供一種晶體振子，其特征在于，在 壓電板的兩面中具備電極，在成為測(cè)定對(duì)象的物質(zhì)接觸的一側(cè)中配置的電極或者該電極 上的檢測(cè)部中，形成了密度測(cè)定用的凹凸面。第10方面在第9方面中，其特征在于，所述凹凸面是算術(shù)平均粗細(xì)(Ra)為 ο. μιη 20 μ m 的面。第11方面在第9方面中，其特征在于，所述凹凸面是將多個(gè)槽鄰接而構(gòu)成的。根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)以往的QCM法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的僅通過(guò)具有1個(gè)檢測(cè)部的 晶體振子單獨(dú)簡(jiǎn)便地測(cè)定溶液的密度、或者同時(shí)簡(jiǎn)便地測(cè)定密度和粘度。


圖1是晶體振子的導(dǎo)納(admittance)圓線圖的說(shuō)明圖。圖2是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中使用的晶體振子((a)俯視圖、(b)A-A'剖面 圖、(C)B-B'剖面圖)。圖3是用于說(shuō)明該晶體振子的檢測(cè)部的槽的立體圖。圖4是示出在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的測(cè)定方法中使用的裝置結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。圖5是比較了本實(shí)施例的密度的測(cè)定結(jié)果與化學(xué)便覽的密度的曲線。
圖6是比較了本實(shí)施例的粘度的測(cè)定結(jié)果與化學(xué)便覽的粘度的曲線。(符號(hào)說(shuō)明) 1 壓電板；2 :金電極；3 :晶體振子；4 :槽；5 :傳感器；6 : π電路； 7網(wǎng)絡(luò)分析器。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明中使用的晶體振子中，在壓電板的兩面中具備電極，在作為測(cè)定對(duì)象 的物質(zhì)接觸的一側(cè)中配置的電極或者在該電極上通過(guò)蒸鍍或者濺射形成的檢測(cè)部中，形 成了凹凸面。作為在所述電極表面或者檢測(cè)部的表面中形成凹凸面的方法，例如，針對(duì)設(shè)置 晶體板的檢測(cè)部的部位的表面預(yù)先形成凹凸面、或者抑制晶體板的表面研磨的程度并在 其上形成作為電極的金屬膜。另外，還可以對(duì)所述電極表面或者檢測(cè)部部分性地設(shè)置凹 凸面。優(yōu)選將所述凹凸面設(shè)為算術(shù)平均粗細(xì)(Ra)是0.1 μιη 20 μιη的面。其原因 為，如果Ra小于0.1 μ m，則無(wú)法測(cè)定測(cè)定對(duì)象物的密度，其結(jié)果無(wú)法求出粘度。并且， 如果超過(guò)20 μ m，則晶體振子無(wú)法維持適合于測(cè)定的狀態(tài)，測(cè)定頻率有可能變得不穩(wěn)定 或者無(wú)法得到各頻率自身。另外，所述凹凸面優(yōu)選設(shè)為槽，并且優(yōu)選設(shè)置多個(gè)該槽。其目的為，可以形成 收容測(cè)定對(duì)象物的凹面。另外，該槽的寬度優(yōu)選為0.1 100 μιη左右，其深度優(yōu)選為 0.1 40 μιη左右。另外，晶體板由于與板面平行地在一定的方向上振動(dòng)，所以為了在槽 內(nèi)可靠地捕捉測(cè)定對(duì)象物，可以將槽的延出方向設(shè)為與晶體板的振動(dòng)方向相交的方向、 優(yōu)選設(shè)為相對(duì)振動(dòng)方向垂直的方向。接下來(lái)，使用所述晶體振子，對(duì)本發(fā)明的測(cè)定方法的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。首先，使晶體振子按照規(guī)定的頻率振動(dòng)，使測(cè)定對(duì)象物接觸到電極或者形成在 電極上的檢測(cè)部。此時(shí)，對(duì)表示晶體振子的電導(dǎo)率的最大值的一半的值的2個(gè)頻率中的相當(dāng)于高 頻側(cè)的頻率(f2)的變化量進(jìn)行測(cè)定，并且對(duì)在圖1所示的表示晶體振子的特性的導(dǎo)納圓線 圖上存在的至少2個(gè)頻率的變化量進(jìn)行測(cè)定。提供該導(dǎo)納圓線圖上的點(diǎn)的頻率變化量相對(duì)物質(zhì)的質(zhì)量負(fù)荷呈現(xiàn)完全相同的變 化量，但由于溶液的電阻而引起的頻率變化量具有在各個(gè)頻率下成為不同的變化量的性 質(zhì)。因此，例如，對(duì)于由于表示晶體振子的電導(dǎo)率的最大值的一半的值的頻率中的 相當(dāng)于低頻側(cè)的頻率 ；的溶液的電阻而受到的頻率變化量是共振頻率fs由于溶液的電阻而 受到的頻率變化量的2倍。另一方面，對(duì)于表示晶體振子的電導(dǎo)率的最大值的一半的值 的頻率中的相當(dāng)于高頻側(cè)的頻率f2由于溶液的電阻而受到的頻率變化量幾乎沒(méi)有。其還可以根據(jù)頻率fp fs以及f2的溶液中的下述近似式來(lái)理解。[式1]
權(quán)利要求
1.一種使用了晶體振子的測(cè)定方法，其特征在于，使測(cè)定對(duì)象物接觸到晶體振子并且使晶體振子振動(dòng)，其中在該晶體振子中，在壓電 板的兩面中具備電極，在成為測(cè)定對(duì)象的物質(zhì)接觸的一側(cè)中配置的電極或者該電極上的 檢測(cè)部中形成了凹凸面，對(duì)表示所述晶體振子的電導(dǎo)率的最大值的一半的值的2個(gè)頻率中的相當(dāng)于高頻側(cè)的 頻率f2的變化量進(jìn)行測(cè)定，從而對(duì)所述物質(zhì)的密度進(jìn)行測(cè)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用了晶體振子的測(cè)定方法，其特征在于，對(duì)所述晶體振子的導(dǎo)納圓線圖上的頻率的至少2個(gè)頻率的變化量進(jìn)行測(cè)定，一并測(cè) 定所述物質(zhì)的粘度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使用了晶體振子的測(cè)定方法，其特征在于，所述導(dǎo)納圓線圖上的至少2個(gè)頻率是表示所述晶體振子的電導(dǎo)率的最大值的一半的 值的2個(gè)頻率i；、f2以及所述晶體振子的共振頻率fs中的任意2個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用了晶體振子的測(cè)定方法，其特征在于，對(duì)于所述頻率f2，對(duì)與所述晶體振子的導(dǎo)納圓線圖上的電納的最小值Bmm相當(dāng)?shù)念l率 直接進(jìn)行測(cè)定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用了晶體振子的測(cè)定方法，其特征在于，通過(guò)對(duì)表示所述晶體振子的電導(dǎo)率的最大值的一半的值的2個(gè)頻率f” f2之間的頻率 中的至少2個(gè)頻率的變化量進(jìn)行測(cè)定，一并測(cè)定所述物質(zhì)的粘度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的使用了晶體振子的測(cè)定方法，其特征在于，所述至少2個(gè)頻率是表示所述晶體振子的電導(dǎo)率的最大值的一半的值的2個(gè)頻率f” f2以及所述晶體振子的共振頻率fs中的任意2個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用了晶體振子的測(cè)定方法，其特征在于，根據(jù)表示所述晶體振子的電導(dǎo)率的最大值的一半的值的2個(gè)頻率中的相當(dāng)于低頻側(cè) 的頻率fi和共振頻率fs，間接地測(cè)定所述頻率f2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用了晶體振子的測(cè)定方法，其特征在于，通過(guò)所述晶體振子的基本頻率或者高次諧波進(jìn)行測(cè)定。
9.一種晶體振子，其特征在于，在壓電板的兩面中具備電極，在成為測(cè)定對(duì)象的物質(zhì)接觸的一側(cè)中配置的電極或者 該電極上的檢測(cè)部中，形成了密度測(cè)定用的凹凸面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的晶體振子，其特征在于，所述凹凸面是算術(shù)平均粗細(xì)Ra為0.1 μ m 20 μ m的面。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的晶體振子，其特征在于，所述凹凸面是將多個(gè)槽鄰接而構(gòu)成的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種通過(guò)具備1個(gè)檢測(cè)部的晶體振子，可以僅單獨(dú)地測(cè)定溶液的密度、或者可以同時(shí)測(cè)定密度和粘度的晶體振子以及使用了晶體振子的測(cè)定方法。其特征在于，使測(cè)定對(duì)象物接觸到晶體振子并且使晶體振子振動(dòng)，其中在該晶體振子中，在壓電板的兩面中具備電極，在成為測(cè)定對(duì)象的物質(zhì)接觸的一側(cè)中配置的電極或者該電極上的檢測(cè)部中形成了凹凸面，對(duì)表示所述晶體振子的電導(dǎo)率的最大值的一半的值的2個(gè)頻率中的相當(dāng)于高頻側(cè)的頻率(f2)的變化量進(jìn)行測(cè)定，從而對(duì)所述物質(zhì)的密度進(jìn)行測(cè)定。
文檔編號(hào)G01N9/00GK102027349SQ20098011726
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月14日
發(fā)明者伊藤敦, 市橋素子 申請(qǐng)人:株式會(huì)社愛(ài)發(fā)科