專利名稱：晶體振子以及使用了該晶體振子的測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可以僅單獨測定溶液的密度、或者可以同時測定密度和粘度的晶體 振子以及使用了該晶體振子的測定方法。
背景技術(shù)：
對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，作為可通過簡單的裝置來檢測極其微小的質(zhì)量變化的方法，不僅是氣相而 且還可以實現(xiàn)液相下的測定，所以被廣泛用為氣體傳感器、膜厚傳感器、化學傳感器、 測定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，對通過振蕩而得到的共振頻率、或者通過阻抗分析器、網(wǎng) 絡(luò)分析器等對頻率進行掃描而得到的共振頻率進行測定，從而進行各種測定。在QCM中的氣相下的測定中，由于僅將附著到電極表面中的物質(zhì)的質(zhì)量作為頻 率變化量而進行探測，所以向密度的變換比較容易。但是，在對溶液的密度和粘度進行測定的情況下，與氣相的情況不同，對于與 晶體振子的振動面相關(guān)的溶液的電阻量，由于頻率變化與對密度和粘性進行乘法計算而 得到的值存在相關(guān)關(guān)系，所以在以往的QCM法中，難以進行溶液的密度和粘度的分離測定。因此，在密度和粘度這兩方是未知的情況下，在以往的QCM法中無法求出密度 和粘度各自的值。相對于此，如專利文獻1、專利文獻2所示，提出了如下方法在傳感器中設(shè) 置2個以上的檢測部，將至少1個檢測部用作用于對溶液的電阻量的頻率進行測定的參照 用，從剩余的檢測部的測定結(jié)果中去除參照用的傳感器的溶液的電阻量，從而對溶液的 密度、粘度進行測定。但是，如果在1個壓電板中設(shè)置多個檢測部、或者使用多個傳感器，則存在費 事、或者傳感器的制造成本增加，而且針對每個檢測部產(chǎn)生個體差這樣的問題。另外，在通過1個傳感器來畫出檢量線的情況下，需要準備多個標準的試樣， 所以存在直到實際的測定為止需要時間這樣的問題，進而，僅根據(jù)包含密度和粘度這兩 方的信息的共振頻率來求出密度、粘度，所以存在測定精度相當?shù)瓦@樣的問題。專利文獻1 美國專利第5741961號公報 專利文獻2 美國專利第5798452號公報

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定方法，通過 具備1個檢測部的晶體振子，可以僅單獨測定溶液的密度、或者可以同時測定密度和粘度。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定方法，其特征在于，使測定對象物接觸到晶體振子并且使晶體振子振動，其中在該晶體振子 中，在壓電板的兩面中具備電極，在成為測定對象的物質(zhì)接觸的一側(cè)中配置的電極或者 該電極上的檢測部中形成了凹凸面， 對表示所述晶體振子的電導率的最大值的一半的值的2個頻率中的相當于高頻 側(cè)的頻率(f2)的變化量進行測定，從而對所述物質(zhì)的密度進行測定。第2方面在第1方面中，其特征在于，對所述晶體振子的導納圓線圖上的頻率的 至少2個頻率的變化量進行測定，一并測定所述物質(zhì)的粘度。第3方面在第1方面中，其特征在于，所述導納圓線圖上的至少2個頻率是表示 所述晶體振子的電導率的最大值的一半的值的2個頻率汰、f2)以及所述晶體振子的共振 頻率(fs)中的任意2個。第4方面在第1方面中，其特征在于，對于所述頻率(f2)，對與所述晶體振子的 導納圓線圖上的電納的最小值(Bmm)相當?shù)念l率直接進行測定。第5方面在第1方面中，其特征在于，通過對表示所述晶體振子的電導率的最大 值的一半的值的2個頻率汰、f2)之間的頻率中的至少2個頻率的變化量進行測定，一并 測定所述物質(zhì)的粘度。第6方面在第5方面中，其特征在于，所述至少2個頻率是表示所述晶體振子的 電導率的最大值的一半的值的2個頻率優(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率的最大值 的一半的值的2個頻率中的相當于低頻側(cè)的頻率( ；)和共振頻率(fs)，間接地測定所述頻 率(f2)。第8方面在第1方面中，其特征在于，通過所述晶體振子的基本頻率或者高次諧 波進行測定。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，在成為測定對象的物質(zhì)接觸的一側(cè)中配置的電極或者該電極 上的檢測部中，形成了密度測定用的凹凸面。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(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槽鄰接而構(gòu)成的。根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)通過以往的QCM法無法實現(xiàn)的僅通過具有1個檢測部的 晶體振子單獨簡便地測定溶液的密度、或者同時簡便地測定密度和粘度。


圖1是晶體振子的導納(admittance)圓線圖的說明圖。圖2是在本發(fā)明的一個實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是用于說明該晶體振子的檢測部的槽的立體圖。圖4是示出在本發(fā)明的一個實施例的測定方法中使用的裝置結(jié)構(gòu)的說明圖。圖5是比較了本實施例的密度的測定結(jié)果與化學便覽的密度的曲線。
圖6是比較了本實施例的粘度的測定結(jié)果與化學便覽的粘度的曲線。(符號說明) 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，在作為測定對象 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蒸鍍或者濺射形成的檢測部中，形 成了凹凸面。作為在所述電極表面或者檢測部的表面中形成凹凸面的方法，例如，針對設(shè)置 晶體板的檢測部的部位的表面預先形成凹凸面、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，還可以對所述電極表面或者檢測部部分性地設(shè)置凹 凸面。優(yōu)選將所述凹凸面設(shè)為算術(shù)平均粗細(Ra)是0.1 μιη 20 μιη的面。其原因 為，如果Ra小于0.1 μ m，則無法測定測定對象物的密度，其結(jié)果無法求出粘度。并且， 如果超過20 μ m，則晶體振子無法維持適合于測定的狀態(tài)，測定頻率有可能變得不穩(wěn)定 或者無法得到各頻率自身。另外，所述凹凸面優(yōu)選設(shè)為槽，并且優(yōu)選設(shè)置多個該槽。其目的為，可以形成 收容測定對象物的凹面。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，所以為了在槽 內(nèi)可靠地捕捉測定對象物，可以將槽的延出方向設(shè)為與晶體板的振動方向相交的方向、 優(yōu)選設(shè)為相對振動方向垂直的方向。接下來，使用所述晶體振子，對本發(fā)明的測定方法的一個實施方式進行說明。首先，使晶體振子按照規(guī)定的頻率振動，使測定對象物接觸到電極或者形成在 電極上的檢測部。此時，對表示晶體振子的電導率的最大值的一半的值的2個頻率中的相當于高 頻側(cè)的頻率(f2)的變化量進行測定，并且對在圖1所示的表示晶體振子的特性的導納圓線 圖上存在的至少2個頻率的變化量進行測定。提供該導納圓線圖上的點的頻率變化量相對物質(zhì)的質(zhì)量負荷呈現(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頻率下成為不同的變化量的性 質(zhì)。因此，例如，對于由于表示晶體振子的電導率的最大值的一半的值的頻率中的 相當于低頻側(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，對于表示晶體振子的電導率的最大值的一半的值 的頻率中的相當于高頻側(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理解。[式1]
權(quán)利要求
1.一種使用了晶體振子的測定方法，其特征在于，使測定對象物接觸到晶體振子并且使晶體振子振動，其中在該晶體振子中，在壓電 板的兩面中具備電極，在成為測定對象的物質(zhì)接觸的一側(cè)中配置的電極或者該電極上的 檢測部中形成了凹凸面，對表示所述晶體振子的電導率的最大值的一半的值的2個頻率中的相當于高頻側(cè)的 頻率f2的變化量進行測定，從而對所述物質(zhì)的密度進行測定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用了晶體振子的測定方法，其特征在于，對所述晶體振子的導納圓線圖上的頻率的至少2個頻率的變化量進行測定，一并測 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定方法，其特征在于，所述導納圓線圖上的至少2個頻率是表示所述晶體振子的電導率的最大值的一半的 值的2個頻率i；、f2以及所述晶體振子的共振頻率fs中的任意2個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用了晶體振子的測定方法，其特征在于，對于所述頻率f2，對與所述晶體振子的導納圓線圖上的電納的最小值Bmm相當?shù)念l率 直接進行測定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用了晶體振子的測定方法，其特征在于，通過對表示所述晶體振子的電導率的最大值的一半的值的2個頻率f” f2之間的頻率 中的至少2個頻率的變化量進行測定，一并測定所述物質(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定方法，其特征在于，所述至少2個頻率是表示所述晶體振子的電導率的最大值的一半的值的2個頻率f” f2以及所述晶體振子的共振頻率fs中的任意2個。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用了晶體振子的測定方法，其特征在于，根據(jù)表示所述晶體振子的電導率的最大值的一半的值的2個頻率中的相當于低頻側(cè) 的頻率fi和共振頻率fs，間接地測定所述頻率f2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用了晶體振子的測定方法，其特征在于，通過所述晶體振子的基本頻率或者高次諧波進行測定。
9.一種晶體振子，其特征在于，在壓電板的兩面中具備電極，在成為測定對象的物質(zhì)接觸的一側(cè)中配置的電極或者 該電極上的檢測部中，形成了密度測定用的凹凸面。
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槽鄰接而構(gòu)成的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種通過具備1個檢測部的晶體振子，可以僅單獨地測定溶液的密度、或者可以同時測定密度和粘度的晶體振子以及使用了晶體振子的測定方法。其特征在于，使測定對象物接觸到晶體振子并且使晶體振子振動，其中在該晶體振子中，在壓電板的兩面中具備電極，在成為測定對象的物質(zhì)接觸的一側(cè)中配置的電極或者該電極上的檢測部中形成了凹凸面，對表示所述晶體振子的電導率的最大值的一半的值的2個頻率中的相當于高頻側(cè)的頻率(f2)的變化量進行測定，從而對所述物質(zhì)的密度進行測定。
文檔編號G01N9/00GK102027349SQ20098011726
公開日2011年4月20日 申請日期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 申請人:株式會社愛發(fā)科