专利名称：晶体振子以及使用了该晶体振子的测定方法
技术领域：
本发明涉及可以仅单独测定溶液的密度、或者可以同时测定密度和粘度的晶体 振子以及使用了该晶体振子的测定方法。
背景技术：
对于利用了晶体振子的共振现象的QCM(Quartz CrystalMicrobalance，石英晶体
微天平)法，作为可通过简单的装置来检测极其微小的质量变化的方法，不仅是气相而 且还可以实现液相下的测定，所以被广泛用为气体传感器、膜厚传感器、化学传感器、 测定DNA/蛋白质等生物体物质的相互作用的生物传感器等。在以往的QCM法中，对通过振荡而得到的共振频率、或者通过阻抗分析器、网 络分析器等对频率进行扫描而得到的共振频率进行测定，从而进行各种测定。在QCM中的气相下的测定中，由于仅将附着到电极表面中的物质的质量作为频 率变化量而进行探测，所以向密度的变换比较容易。但是，在对溶液的密度和粘度进行测定的情况下，与气相的情况不同，对于与 晶体振子的振动面相关的溶液的电阻量，由于频率变化与对密度和粘性进行乘法计算而 得到的值存在相关关系，所以在以往的QCM法中，难以进行溶液的密度和粘度的分离测定。因此，在密度和粘度这两方是未知的情况下，在以往的QCM法中无法求出密度 和粘度各自的值。相对于此，如专利文献1、专利文献2所示，提出了如下方法在传感器中设 置2个以上的检测部，将至少1个检测部用作用于对溶液的电阻量的频率进行测定的参照 用，从剩余的检测部的测定结果中去除参照用的传感器的溶液的电阻量，从而对溶液的 密度、粘度进行测定。但是，如果在1个压电板中设置多个检测部、或者使用多个传感器，则存在费 事、或者传感器的制造成本增加，而且针对每个检测部产生个体差这样的问题。另外，在通过1个传感器来画出检量线的情况下，需要准备多个标准的试样， 所以存在直到实际的测定为止需要时间这样的问题，进而，仅根据包含密度和粘度这两 方的信息的共振频率来求出密度、粘度，所以存在测定精度相当低这样的问题。专利文献1 美国专利第5741961号公报 专利文献2 美国专利第5798452号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶体振子以及使用了该晶体振子的测定方法，通过 具备1个检测部的晶体振子，可以仅单独测定溶液的密度、或者可以同时测定密度和粘度。为了解决所述课题，本发明的第1方面提供一种使用了晶体振子的测定方法，其特征在于，使测定对象物接触到晶体振子并且使晶体振子振动，其中在该晶体振子 中，在压电板的两面中具备电极，在成为测定对象的物质接触的一侧中配置的电极或者 该电极上的检测部中形成了凹凸面， 对表示所述晶体振子的电导率的最大值的一半的值的2个频率中的相当于高频 侧的频率(f2)的变化量进行测定，从而对所述物质的密度进行测定。第2方面在第1方面中，其特征在于，对所述晶体振子的导纳圆线图上的频率的 至少2个频率的变化量进行测定，一并测定所述物质的粘度。第3方面在第1方面中，其特征在于，所述导纳圆线图上的至少2个频率是表示 所述晶体振子的电导率的最大值的一半的值的2个频率汰、f2)以及所述晶体振子的共振 频率(fs)中的任意2个。第4方面在第1方面中，其特征在于，对于所述频率(f2)，对与所述晶体振子的 导纳圆线图上的电纳的最小值(Bmm)相当的频率直接进行测定。第5方面在第1方面中，其特征在于，通过对表示所述晶体振子的电导率的最大 值的一半的值的2个频率汰、f2)之间的频率中的至少2个频率的变化量进行测定，一并 测定所述物质的粘度。第6方面在第5方面中，其特征在于，所述至少2个频率是表示所述晶体振子的 电导率的最大值的一半的值的2个频率优、f2)以及所述晶体振子的共振频率(fs)中的任
眉、2 [ ο第7方面在第1方面中，其特征在于，根据表示所述晶体振子的电导率的最大值 的一半的值的2个频率中的相当于低频侧的频率( ；)和共振频率(fs)，间接地测定所述频 率(f2)。第8方面在第1方面中，其特征在于，通过所述晶体振子的基本频率或者高次谐 波进行测定。另外，作为本发明的晶体振子，第9方面提供一种晶体振子，其特征在于，在 压电板的两面中具备电极，在成为测定对象的物质接触的一侧中配置的电极或者该电极 上的检测部中，形成了密度测定用的凹凸面。第10方面在第9方面中，其特征在于，所述凹凸面是算术平均粗细(Ra)为 ο. μιη 20 μ m 的面。第11方面在第9方面中，其特征在于，所述凹凸面是将多个槽邻接而构成的。根据本发明，可以实现通过以往的QCM法无法实现的仅通过具有1个检测部的 晶体振子单独简便地测定溶液的密度、或者同时简便地测定密度和粘度。
图1是晶体振子的导纳(admittance)圆线图的说明图。图2是在本发明的一个实施例中使用的晶体振子((a)俯视图、(b)A-A'剖面 图、(C)B-B'剖面图)。图3是用于说明该晶体振子的检测部的槽的立体图。图4是示出在本发明的一个实施例的测定方法中使用的装置结构的说明图。图5是比较了本实施例的密度的测定结果与化学便览的密度的曲线。
图6是比较了本实施例的粘度的测定结果与化学便览的粘度的曲线。(符号说明) 1 压电板；2 :金电极；3 :晶体振子；4 :槽；5 :传感器；6 : π电路； 7网络分析器。
具体实施例方式在本发明中使用的晶体振子中，在压电板的两面中具备电极，在作为测定对象 的物质接触的一侧中配置的电极或者在该电极上通过蒸镀或者溅射形成的检测部中，形 成了凹凸面。作为在所述电极表面或者检测部的表面中形成凹凸面的方法，例如，针对设置 晶体板的检测部的部位的表面预先形成凹凸面、或者抑制晶体板的表面研磨的程度并在 其上形成作为电极的金属膜。另外，还可以对所述电极表面或者检测部部分性地设置凹 凸面。优选将所述凹凸面设为算术平均粗细(Ra)是0.1 μιη 20 μιη的面。其原因 为，如果Ra小于0.1 μ m，则无法测定测定对象物的密度，其结果无法求出粘度。并且， 如果超过20 μ m，则晶体振子无法维持适合于测定的状态，测定频率有可能变得不稳定 或者无法得到各频率自身。另外，所述凹凸面优选设为槽，并且优选设置多个该槽。其目的为，可以形成 收容测定对象物的凹面。另外，该槽的宽度优选为0.1 100 μιη左右，其深度优选为 0.1 40 μιη左右。另外，晶体板由于与板面平行地在一定的方向上振动，所以为了在槽 内可靠地捕捉测定对象物，可以将槽的延出方向设为与晶体板的振动方向相交的方向、 优选设为相对振动方向垂直的方向。接下来，使用所述晶体振子，对本发明的测定方法的一个实施方式进行说明。首先，使晶体振子按照规定的频率振动，使测定对象物接触到电极或者形成在 电极上的检测部。此时，对表示晶体振子的电导率的最大值的一半的值的2个频率中的相当于高 频侧的频率(f2)的变化量进行测定，并且对在图1所示的表示晶体振子的特性的导纳圆线 图上存在的至少2个频率的变化量进行测定。提供该导纳圆线图上的点的频率变化量相对物质的质量负荷呈现完全相同的变 化量，但由于溶液的电阻而引起的频率变化量具有在各个频率下成为不同的变化量的性 质。因此，例如，对于由于表示晶体振子的电导率的最大值的一半的值的频率中的 相当于低频侧的频率 ；的溶液的电阻而受到的频率变化量是共振频率fs由于溶液的电阻而 受到的频率变化量的2倍。另一方面，对于表示晶体振子的电导率的最大值的一半的值 的频率中的相当于高频侧的频率f2由于溶液的电阻而受到的频率变化量几乎没有。其还可以根据频率fp fs以及f2的溶液中的下述近似式来理解。[式1]
权利要求
1.一种使用了晶体振子的测定方法，其特征在于，使测定对象物接触到晶体振子并且使晶体振子振动，其中在该晶体振子中，在压电 板的两面中具备电极，在成为测定对象的物质接触的一侧中配置的电极或者该电极上的 检测部中形成了凹凸面，对表示所述晶体振子的电导率的最大值的一半的值的2个频率中的相当于高频侧的 频率f2的变化量进行测定，从而对所述物质的密度进行测定。
2.根据权利要求1所述的使用了晶体振子的测定方法，其特征在于，对所述晶体振子的导纳圆线图上的频率的至少2个频率的变化量进行测定，一并测 定所述物质的粘度。
3.根据权利要求2所述的使用了晶体振子的测定方法，其特征在于，所述导纳圆线图上的至少2个频率是表示所述晶体振子的电导率的最大值的一半的 值的2个频率i；、f2以及所述晶体振子的共振频率fs中的任意2个。
4.根据权利要求1所述的使用了晶体振子的测定方法，其特征在于，对于所述频率f2，对与所述晶体振子的导纳圆线图上的电纳的最小值Bmm相当的频率 直接进行测定。
5.根据权利要求1所述的使用了晶体振子的测定方法，其特征在于，通过对表示所述晶体振子的电导率的最大值的一半的值的2个频率f” f2之间的频率 中的至少2个频率的变化量进行测定，一并测定所述物质的粘度。
6.根据权利要求5所述的使用了晶体振子的测定方法，其特征在于，所述至少2个频率是表示所述晶体振子的电导率的最大值的一半的值的2个频率f” f2以及所述晶体振子的共振频率fs中的任意2个。
7.根据权利要求1所述的使用了晶体振子的测定方法，其特征在于，根据表示所述晶体振子的电导率的最大值的一半的值的2个频率中的相当于低频侧 的频率fi和共振频率fs，间接地测定所述频率f2。
8.根据权利要求1所述的使用了晶体振子的测定方法，其特征在于，通过所述晶体振子的基本频率或者高次谐波进行测定。
9.一种晶体振子，其特征在于，在压电板的两面中具备电极，在成为测定对象的物质接触的一侧中配置的电极或者 该电极上的检测部中，形成了密度测定用的凹凸面。
10.根据权利要求9所述的晶体振子，其特征在于，所述凹凸面是算术平均粗细Ra为0.1 μ m 20 μ m的面。
11.根据权利要求9所述的晶体振子，其特征在于，所述凹凸面是将多个槽邻接而构成的。
全文摘要
本发明提供一种通过具备1个检测部的晶体振子，可以仅单独地测定溶液的密度、或者可以同时测定密度和粘度的晶体振子以及使用了晶体振子的测定方法。其特征在于，使测定对象物接触到晶体振子并且使晶体振子振动，其中在该晶体振子中，在压电板的两面中具备电极，在成为测定对象的物质接触的一侧中配置的电极或者该电极上的检测部中形成了凹凸面，对表示所述晶体振子的电导率的最大值的一半的值的2个频率中的相当于高频侧的频率(f2)的变化量进行测定，从而对所述物质的密度进行测定。
文档编号G01N9/00GK102027349SQ20098011726
公开日2011年4月20日 申请日期2009年5月13日 优先权日2008年5月14日
发明者伊藤敦, 市桥素子 申请人:株式会社爱发科