Vol. 10, No. 4 (1994)

Chemical Sensors

Vol. 10, No. 4 (1994)

Abstracts

化学センサと私　―回想と希望―

清山　哲郎

九州大学名誉教授

Recollection and Prospect Chemical Sensors

Tetsuro SEIYAMA

Emeritus Professor of Kyushu University

　私は化学センサとかかわってもう30年以上になる。思い出すことなど多いが、4つばかり述べてみたい。
　第１は幸いにも私がガスセンサの開拓者であると云われていることである。1960年代の前半は化学センサなるものの草創期であった。イオン電極をはじめ色んなタイプのセンサの提唱が雲のように湧き起こっている。このとき私が提案したのは酸化物半導体型のセンサであり、検出素子にZnO薄膜を用いるものであった。苦心の末の成果を日化の年会で発表したが反応はサッパリである。些か頭にきた私は、Anal. Chem.誌に「A New Detector for……」というやや気負った題名でレターと後に詳報を出した。（1962, '66）さすがに世界は広く相当な反響があり、このたった2つの報文によって私はパイオニアの評価を得たのである。
　第2は化学センサの国際会議を企画開催したことである。70年代になるとセンサの研究人口は急増し、研究も活発になった。日本では'77年にセンサ研究懇談会（現、化学センサ研究会）が発足し、私はその世話役を勤めた。会員の皆さんは仲々意気盛んなものがあり、81年になると、世界初のChemical Sensorの国際会議を'83年に日本でやろうといとも簡単にとりきめて、うまくやってしまったのである。（尚、Chemical Sensorというネーミングは今世界中定着しているが、この会議名に使ったのが始まりであり、私がゴッドファーザーということになっている）
　第3にBad Honnefのセミナーに出席したことである。上述のような状況になり、'83年の国際会議を控えてウカウカしておれないと思っていたとき、アーヘン工科大学のHeliand教授からSolid State Gas Sensorsの国際セミナーを'82年5月に開くという招聘状が舞いこんだ。そこで翌年の会議のPRもしてこようとでかけた。このセミナーはドイツ物理学会支援の下にHeilandが組織したもので、各国から約20名の研究者（日本からはフィガロの五百蔵さんと私）が招かれた。場所はライン河畔の保養地バードホネフにある物理学会所有の館である。巨木の生繁る庭に囲まれた荘重な古格にみちた館に3日間缶詰めである。教室も食堂も小さなものだが、地下に立派なワインケラーがあった。白夜の頃で遅い日暮と早い夜明の小鳥たちの大合唱に眠りを妨げられたのが想い出される。しかし、LundstromやJones、Zemelなどはお互いに文献では熟知だが初対面の研究者が一堂に会して研究状況について意見を交わし、かつは友好と協力関係をきずき得たことで意義は大きいものがあった。結果的に翌年の国際会議に多くの研究者が福岡まできてくれることにもつながったので記憶に強く残っているのである。
　第4は膜状のセンサ素子の開発についての希望である。今日ではガスセンサの研究、開発は目覚ましく、実用化も次々と進んでいる。この発展の次の段階としてセンサの小型化、微小電力型、マルチ機能化の要望が強くなっている。そのためにはセンサのマイクロ化、素子の薄膜化が必要となってくる。そもそも私が33年前に提案したのは酸化物薄膜の素子であった。その後センサのマイクロ化の研究は数多くなされている。しかし、現状は厚膜型が漸く実用化にさしかかった所であり、薄膜型についてはいまだしである。今後の進展を待ち望んでいるのである。

可燃性ガスセンサ

玉置　純

九州大学総合理工学研究科
〒816 福岡県春日市春日公園6-1

Chemical Sensors 1993/1994-Combustible Gas Sensors-

Jun TAMAKI

Graduate School of Engineering Sciences, Kyushu university
6-1 Kasuga-koen, Kasuga-shi, Fukuoka 816, Japan

　本稿では、1993年および1994年に発表された可燃性ガスセンサに関する論文を1)炭化水素、2)水素、3)一酸化炭素、4)アルコールに分類し、紹介する。検出方式は、半導体式、接触燃焼式、固体電解質式、光学式など様々であるが、全固体型素子を報告している論文について取り上げた。また、化学センサ1993/1994-半導体ガスセンサ-との重複を避けるため、半導体式では、主としてヘテロ接合型、ダイオード型、FET型について取り上げ、電気抵抗型ではガス検知特性を調べているものを取り上げた。

半導体ガスセンサ

玉置　純

九州大学総合理工学研究科
〒816 福岡県春日市春日公園6-1

Chemical Sensors 1993/1994-Semiconductor Gas Sensors-

Jun TAMAKI

Graduate School of Engineering Sciences, Kyushu University
6-1 Kasuga-koen Kasuga-shi, Fukuoka 816, Japan

本稿では、1993年および1994年に発表された半導体ガスセンサに関する論文を、1)可燃性ガス、2)環境ガス、3)におい物質に分類し、紹介する。ここでは、主に電気抵抗型センサについて取り上げ、ダイオード型、FET型の半導体ガスセンサでH₂などの可燃性ガスを検知するものについては、化学センサ1993/1994-可燃性ガスセンサ-を参照されたい。1)可燃性ガスでは、ガス検知機構や共存ガスの影響などについて述べている論文を紹介するが、2)環境ガスでは、ほとんどがNO_xセンサに関する報告であった。

人工二分子膜フィルム電極の設計・作製とセンサへの応用

中嶋　直敏

長崎大学工学部応用化学科
〒852 長崎市文教町1-14

Design and Fabrication of a Lipid Membrane Film Electrode Device and Its Application As a Chemical Sensor

Naotoshi NAKASHIMA

Department of Applied Chemistry, Faculty of Engineering, Nagasaki University
1-14 Bunkyo-cho, Nagasaki 852, Japan

Lipid bilayer membranes are in general "wet materials" which function in aqueous solution. However, immobilization of the membranes as lipid films facilitate their use as " dry materials". In this review, I describe (1) how to immobilize aqueous lipid bilayers especially on metal electrode surfaces (2) the design and fabrication of molecular electrode devices using synthetic lipid films as a material and their a. c. impedance characteristic, and (3) their application as a "impedometric" chemical sensor for gaseous amines and acids. Strong lipid chemical structure dependence on the sensitivity of the sensor is also emphasized.

緒言
　生体細胞膜のもつ多彩な機能の工学的応用に対して近年多くの興味が集められている。しかしながら細胞膜は不安定でありこれをそのまま用いることはできないことが多い。代替材料として最も近似度が高いのは、細胞膜同様の構造及び特性をもつリポソーム二分子膜及び合成系の二分子膜、単分子膜などである。一般に二分子膜は水分散系でその機能を発現する“wet materials”である。しかし適当な方法でこれらを固定化することにより超薄膜構造をもつ“dry materials”として取り扱うことができる。本稿では、まず分子膜固定化の手法および基板として特に金属を用いたときに作製される「二分子膜電極」とこれらがもつ機能について筆者らの最近の研究を中心に述べ、次にこれらの修飾電極の化学センサとしての利用について述べる。

INTELLIGENT ELECTRONIC NOSE

J. W. GARDNER

Centre for Nanotechnology & Microengineering, University of Warwick
Coventry CV4 7AL U. K.

The University of Warwick has been actively involved in the research and development of electronic nose instrumentation since the early 1980's. Current research is undertaken by an interdisciplinary collaboration between the Sensors Research Laboratory led by Dr. Jullian Gardner in the Centre for Nanotechnology & Microengineering and the Electrochemical Group led by Pro. Philip Bartlett at the University of Southamption. The Sensors Research Laboratory has extensive facilities for the design and fabrication of miniature sensors, electronic instrumentation and the acquisition and analysis of signals. The Electrochemical Group has extensive facilities for the growth and characterization of polymeric materials in various types of chemical, biochemical and odoursensors. This interdisciplinary electronic nose group has published over 80 scientific papers, and produced the first book [1], in the field of electronic noses.

CHEMICAL SENSOR RESEARCH AT THE UNIVERSITY OF KENT

J. D. WRIGHT

Centre for Materials Research, Chemical Laboratory, University of kent
Canterbury, Kent CT2 7NH, U. K.

This group, led by Dr. John D. Wright, is best known for extensive work on semiconducting phthalocyanine films for NO₂ sensing (sec review Progress in Surface Science, 1989, 31,1-60, also J. Mater. Chem. 1992, 2, 131-8). Starting in the mid-1970's the group first explored single crystals then developed a model to explain the response kinetics of thin films. This led to three effective strategies for overcoming problems of slow response and reversal from sensors of this type -use of microprocessor controlled sampling to provide reproducible kinetics, heat-treatment of lead phthalocyanine films to chemically remove slow components of response and most recently use of crown ether and other substituents to provide self-assembling films with fast response and reversal at room temperature. These studies are now extending to include the use of surface plasmon resonance as an alternative transduction method. The group is slwo developing a series of new sensor materials involving molecular recognition agents entrapped in porous sol-gel glasses, for use with detection by absorption, fluorescence or interferometric methods. Another aspect of the group's work has concerned tin oxide sensors, in collaboration with Professor Alan Chadwick (also from Kent's Chemistry Department). A series of studies on single crystal samples established that such materials had improved selectivity compared to polycrystalline samples. Most recently tin oxide prepared by sol-gel methods has been shown to have outstanding sensitivity and selectivity (UK patent application GB9319456, 23 August 1993) to flammable gases. The group has slwo had a long-standing interest in characterising sensor materials by a wide range of techniques, including not only generally available methods such as XPS, EXAFS, surface area measurements and forced-mercury porosimetry but also specialist purpose built equipment such as a novel fibre-optic interferometric calorimeter for direct measurement of heats of adsorption of gases on films of sensor materials. In this, as in the recent work on materials for optical chemical sensing, the group collaborated extensively with the strong optics group in the University of Kent Physics Department, led by Professor David Jackson. The Chemical Sensors group has long-standing links with Japan (Dr. Wright spent 9 months with Prof. Haruo Kuroda at the University of Tokyo in 1975, and more recently has undertaken joint research with Professors Inokuchi and Maruyama at the Institute for molecular Science, Okazaki).

OPTICAL CHEMICAL AND BIOCHEMICAL ANALYSIS

R. NARAYANASWAMY

DIAS. UMIST, P. O. BOX 88
Manchester M60 IQD

Optical methods have long been used in various fields of analytical sciences in conjunction with colorimetry, photometry, and spot tests to qualitatively and quantitatively determine chemical and biochemical species. The number of inherent advantages that optical sensors possess has attracted in the development of devices for a number of analytes.
The development of fibre optic sensors and systems have been pursued in DIAS since 1983 and several avenues are being researched both at the fundamental and applied levels. On the fundamental side, different methods of immobilisation of chemical and biochemical reagents including physical and chemical methods, and as thin films by the use of appropriate polymeric supports. Transducer design and modelling studies form an integral part of the research together with aspects of instrumentation (laboratory and miniature) that can be used with sensors. On the application side optical sensors for detection and determination of several types of chemical species including gases (O₂, H₂S, Cl₂, NO₂, NH₃, SO₂ and moisture), ions (pH, F^-, S^2-, Cl^-, Ca²⁺, K⁺, Al³⁺, Pb²⁺, Hg²⁺ etc.) and others (glucose, pesticides) are being studied. Many more are possible and are being researched particularly those sensors that can be used for environmental monitoring. Many of the projects are funded by industries who are seeking the use of novel devices for dedicated applications.

第19回化学センサ研究発表会

今中　信人（大阪大学工学部）
松口　正信（愛媛大学工学部）
高尾　雄二（長崎大学工学部）
矢吹　聡一（生命工学工業技術研究所）

Conference Report. The 19th Chemical Sensor Symposium

Nobuhito IMANAKA (Osaka Univ.)
Masanobu MATSUGUCHI (Ehime Univ.)
Yuji TAKAO (Nagasaki Univ.)
Soichi YABUKI (National Insti. Bioscience and Human-Technology)