特開 2024-92996 濃度測定装置及び濃度測定装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024092996

(43)【公開日】2024-07-08

(54)【発明の名称】濃度測定装置及び濃度測定装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/41 20060101AFI20240701BHJP

【ＦＩ】

G01N21/41 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023217745

(22)【出願日】2023-12-25

(31)【優先権主張番号】P 2022208099

(32)【優先日】2022-12-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】504258527

【氏名又は名称】国立大学法人 鹿児島大学

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100162259

【弁理士】

【氏名又は名称】末富 孝典

(74)【代理人】

【識別番号】100168114

【弁理士】

【氏名又は名称】山中 生太

(74)【代理人】

【識別番号】100146916

【弁理士】

【氏名又は名称】廣石 雅紀

(72)【発明者】

【氏名】満塩 勝

【テーマコード（参考）】

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G059AA01

2G059BB04

2G059EE04

2G059FF04

2G059GG02

2G059HH02

2G059JJ17

2G059JJ19

2G059JJ22

2G059KK01

2G059KK03

2G059MM12

(57)【要約】

【課題】複数の物質の濃度を同時かつ高精度に測定することができる濃度測定装置及び製造方法を提供する。また、溶液に含まれる物質の濃度が低い場合、又は、溶液に測定対象以外の夾雑物が含まれる場合であっても物質を高精度に測定することができる濃度測定装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】直線偏光成分を含む光を一端から入射し、表面プラズモン共鳴現象を生じさせる金属薄膜１０Ａが形成された第１側面４ａで直線偏光をＰ偏光として全反射させる柱状の導波路部４Ａを備え、濃度測定対象を選択的に吸着する酸化グラフェンを含む選択膜２０Ａが金属薄膜１０Ａ上に形成されている。
【選択図】図２Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直線偏光成分を含む光を一端から入射し、表面プラズモン共鳴現象を生じさせる金属薄膜が形成された側面で前記直線偏光をＰ偏光として全反射させる柱状の導波路部を備え、
濃度測定対象を選択的に吸着する酸化グラフェンを含む選択膜が前記金属薄膜上に形成されている、
濃度測定装置。

【請求項2】

前記選択膜は、金属ナノ粒子を含む、
請求項１に記載の濃度測定装置。

【請求項3】

前記選択膜は、酸化グラフェンから成る層と、金属ナノ粒子から成る層とが交互に積層されて構成される、
請求項２に記載の濃度測定装置。

【請求項4】

前記選択膜は、酸化グラフェンと金属ナノ粒子との混合層を含む、
請求項２に記載の濃度測定装置。

【請求項5】

前記選択膜は、前記混合層が積層されて構成される、
請求項４に記載の濃度測定装置。

【請求項6】

前記導波路部は、
前記側面として、前記一端から入射した光に含まれる第１直線偏光成分の励起光がＰ偏光として入射する第１側面と、前記一端から入射した光に含まれる、第１直線偏光成分とは偏光方向が異なる第２直線偏光成分の励起光がＰ偏光として入射する第２側面と、を有し、
前記第１側面に形成された金属薄膜上に、前記選択膜としての第１選択膜が形成されている、
請求項１に記載の濃度測定装置。

【請求項7】

前記第２側面に形成された金属薄膜上に、前記第１選択膜が吸着する物質とは異なる物質を選択的に吸着する第２選択膜が形成されている、
請求項６に記載の濃度測定装置。

【請求項8】

前記導波路部は、前記側面として、前記第１側面と平行な第３側面を有し、
前記第３側面に形成された金属薄膜上に、前記第１選択膜が形成されている、
請求項６に記載の濃度測定装置。

【請求項9】

前記導波路部は、前記側面として、前記第２側面と平行な第４側面を有し、
前記第４側面に形成された金属薄膜上に、前記第２選択膜が形成されている、
請求項７に記載の濃度測定装置。

【請求項10】

前記選択膜を前記金属薄膜に密着させる物質が前記金属薄膜上に吸着されている、
請求項１に記載の濃度測定装置。

【請求項11】

偏光方向が互いに異なる第１直線偏光成分及び第２直線偏光成分を含む光を一端から入射し、表面プラズモン共鳴現象を生じさせる金属薄膜が形成された側面で全反射させる柱状の導波路部と、
前記導波路部の一端から入射した入射光を他端で反射して、前記一端から出射する反射光を生成する反射部と、
前記複数の直線偏光成分を含む光を出射する投光部と、
前記投光部と前記導波路部の一端との間に挿入され、前記投光部から出射された光と、前記導波路部の一端から出射された反射光とを２方向に分離するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタで分離された一方の反射光を、前記第１直線偏光成分の反射光と前記第２直線偏光成分の反射光とに分離する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタで分離された前記第１直線偏光成分の反射光の強度を検出する第１検出部と、
前記偏光ビームスプリッタで分離された前記第２直線偏光成分の反射光の強度を検出する第２検出部と、
を備え、
前記導波路部は、前記側面として、前記第１直線偏光成分の励起光がＰ偏光として入射する第１側面と、前記第２直線偏光成分の励起光がＰ偏光として入射する第２側面と、を有し、
前記第１側面に形成された金属薄膜上に、第１濃度測定対象となる物質を選択的に吸着する第１選択膜が形成されている、
濃度測定装置。

【請求項12】

一端から入射した直線偏光をＰ偏光として全反射させる柱状の導波路部の側面に表面プラズモン共鳴現象を生じさせる金属薄膜を生成し、
濃度測定対象を選択的に吸着する酸化グラフェンを含む選択膜形成液を前記金属薄膜上に充填可能な被覆用カバーを前記導波路部に取り付けて前記金属薄膜上に前記選択膜形成液を充填することにより、酸化グラフェンを含む選択膜を形成する、
濃度測定装置の製造方法。

【請求項13】

一端から入射した直線偏光をＰ偏光として全反射させる柱状の導波路部の側面に表面プラズモン共鳴現象を生じさせる金属薄膜を生成し、
濃度測定対象を選択的に吸着する酸化グラフェンを含む選択膜形成液の前記金属薄膜への塗布又は前記選択膜形成液への前記金属薄膜の浸漬と乾燥とを、１２０℃以上に加熱することなく複数回繰り返すことにより、酸化グラフェンを含む選択膜を形成する、
濃度測定装置の製造方法。

【請求項14】

前記選択膜形成液の前記金属薄膜上への塗布又は浸漬と乾燥とを繰り返す回数を３回以上７回以下とする、
請求項１３に記載の濃度測定装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、濃度測定装置及び濃度測定装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）現象とは、金属表面に存在する自由電子と光が相互作用を起こし、金属と接触している媒体の屈折率に応じて光の一部が吸収される現象である。このＳＰＲ現象を利用して、石英ガラス棒（光ファイバのコア）の側面に数十ｎｍの厚さの金属薄膜を形成し、石英ガラス棒の一端から入射し他端から出射した光の強度を測定することで、金属薄膜と接触している特定の物質の濃度と相関する屈折率が測定される。

【0003】

ＳＰＲ現象を利用する測定装置として、２種類の物質の濃度を同時に測定可能な測定装置も開示されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６８０１８９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示された測定装置では、２種類以上の物質の濃度を同時に測定することが可能であるが、さらに高精度に物質の濃度を測定することが求められている。

【0006】

また、特許文献１に開示された測定装置では、例えば測定対象の濃度が低い場合、又は、溶液に測定対象以外の夾雑物が多く含まれる場合、測定対象の測定精度が低下する場合がある。

【0007】

本発明は、上記実情の下になされたものであり、複数の物質の濃度を同時かつ高精度に測定することができる濃度測定装置及び製造方法を提供することを目的とする。

【0008】

また、本発明は、溶液に含まれる物質の濃度が低い場合、又は、溶液に測定対象以外の夾雑物が含まれる場合であっても物質を高精度に測定することができる濃度測定装置及び製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る濃度測定装置は、
直線偏光成分を含む光を一端から入射し、表面プラズモン共鳴現象を生じさせる金属薄膜が形成された側面で前記直線偏光をＰ偏光として全反射させる柱状の導波路部を備え、
濃度測定対象を選択的に吸着する酸化グラフェンを含む選択膜が前記金属薄膜上に形成されている。

【0010】

この場合、前記選択膜は、金属ナノ粒子を含む、
こととしてもよい。

【0011】

前記選択膜は、酸化グラフェンから成る層と、金属ナノ粒子から成る層とが交互に積層されて構成される、
こととしてもよい。

【0012】

前記選択膜は、酸化グラフェンと金属ナノ粒子との混合層を含む、
こととしてもよい。

【0013】

前記選択膜は、前記混合層が積層されて構成される、
こととしてもよい。

【0014】

前記導波路部は、
前記側面として、前記一端から入射した光に含まれる第１直線偏光成分の励起光がＰ偏光として入射する第１側面と、前記一端から入射した光に含まれる、第１直線偏光成分とは偏光方向が異なる第２直線偏光成分の励起光がＰ偏光として入射する第２側面と、を有し、
前記第１側面に形成された金属薄膜上に、前記選択膜としての第１選択膜が形成されている、
こととしてもよい。

【0015】

前記第２側面に形成された金属薄膜上に、前記第１選択膜が吸着する物質とは異なる物質を選択的に吸着する第２選択膜が形成されている、
こととしてもよい。

【0016】

前記導波路部は、前記側面として、前記第１側面と平行な第３側面を有し、
前記第３側面に形成された金属薄膜上に、前記第１選択膜が形成されている、
こととしてもよい。

【0017】

前記導波路部は、前記側面として、前記第２側面と平行な第４側面を有し、
前記第４側面に形成された金属薄膜上に、前記第２選択膜が形成されている、
こととしてもよい。

【0018】

前記選択膜を前記金属薄膜に密着させる物質が前記金属薄膜上に吸着されている、
こととしてもよい。

【0019】

本発明の第２の観点に係る濃度測定装置は、
偏光方向が互いに異なる第１直線偏光成分及び第２直線偏光成分を含む光を一端から入射し、表面プラズモン共鳴現象を生じさせる金属薄膜が形成された側面で全反射させる柱状の導波路部と、
前記導波路部の一端から入射した入射光を他端で反射して、前記一端から出射する反射光を生成する反射部と、
前記複数の直線偏光成分を含む光を出射する投光部と、
前記投光部と前記導波路部の一端との間に挿入され、前記投光部から出射された光と、前記導波路部の一端から出射された反射光とを２方向に分離するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタで分離された一方の反射光を、前記第１直線偏光成分の反射光と前記第２直線偏光成分の反射光とに分離する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタで分離された前記第１直線偏光成分の反射光の強度を検出する第１検出部と、
前記偏光ビームスプリッタで分離された前記第２直線偏光成分の反射光の強度を検出する第２検出部と、
を備え、
前記導波路部は、前記側面として、前記第１直線偏光成分の励起光がＰ偏光として入射する第１側面と、前記第２直線偏光成分の励起光がＰ偏光として入射する第２側面と、を有し、
前記第１側面に形成された金属薄膜上に、第１濃度測定対象となる物質を選択的に吸着する第１選択膜が形成されている。

【0020】

本発明の第３の観点に係る濃度測定装置の製造方法は、
一端から入射した直線偏光をＰ偏光として全反射させる柱状の導波路部の側面に表面プラズモン共鳴現象を生じさせる金属薄膜を生成し、
濃度測定対象を選択的に吸着する酸化グラフェンを含む選択膜形成液を前記金属薄膜上に充填可能な被覆用カバーを前記導波路部に取り付けて前記金属薄膜上に前記選択膜形成液を充填することにより、酸化グラフェンを含む選択膜を形成する。

【0021】

本発明の第４の観点に係る濃度測定装置の製造方法は、
一端から入射した直線偏光をＰ偏光として全反射させる柱状の導波路部の側面に表面プラズモン共鳴現象を生じさせる金属薄膜を生成し、
濃度測定対象を選択的に吸着する酸化グラフェンを含む選択膜形成液の前記金属薄膜への塗布又は前記選択膜形成液への前記金属薄膜の浸漬と乾燥とを、１２０℃以上に加熱することなく複数回繰り返すことにより、酸化グラフェンを含む選択膜を形成する。

【0022】

前記選択膜形成液の前記金属薄膜上への塗布又は浸漬と乾燥とを繰り返す回数を３回以上７回以下とする、
こととしてもよい。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、複数の物質の濃度を同時かつ高精度に測定することができる。また、本発明によれば、溶液に含まれる物質の濃度が低い場合、又は、溶液に測定対象以外の夾雑物が含まれる場合であっても物質を高精度に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1A】本発明の実施の形態１に係る濃度測定装置の構成を示す模式図である。

【図1B】図１Ａの濃度測定装置の光路を示す第１模式図である。

【図1C】図１Ａの濃度測定装置の光路を示す第２模式図である。

【図2A】導波路部の構造を示す模式図である。

【図2B】第１選択膜が形成された導波路部での測定結果を示すグラフである。

【図2C】第１選択膜が形成されていない導波路部での測定結果を示すグラフである。

【図3A】第１選択膜を形成する第１の方法を示す図である。

【図3B】第１の方法で用いられる被覆カバーの構造を示す図である。

【図3C】第１選択膜を形成する第２の方法を示す図である。

【図4】第１選択膜として酸化グラフェンを用いた場合の規格化透過光強度の測定結果の一例を示すグラフである。

【図5A】図２Ａの導波路部の第１変形例を示す模式図である。

【図5B】図２Ａの導波路部の第２変形例を示す模式図である。

【図5C】図２Ａの導波路部の第３変形例を示す模式図である。

【図6A】本発明の実施の形態２に係る濃度測定装置の構成を示す模式図である。

【図6B】金属薄膜に第１選択膜の被覆がない場合の測定結果を示す図である。

【図6C】第１選択膜が形成される様子を示す図である。

【図6D】第１選択膜が形成されていない金属薄膜での測定結果を示す図である。

【図6E】第１選択膜が形成された金属薄膜での測定結果を示す図である。

【図7A】本発明の実施の形態３に係る濃度測定装置における導波路部の構造を示す模式図である。

【図7B】第３選択膜が形成されていない金属薄膜での測定結果を示す図である。

【図7C】第３選択膜が形成された金属薄膜での測定結果を示す図である。

【図8A】グルコースの測定結果の一例を示すグラフである。

【図8B】カテキンの測定結果の一例を示すグラフである。

【図8C】エタノールの測定結果の一例を示すグラフである。

【図8D】アデニンの測定結果の一例を示すグラフである。

【図9A】塗布回数が互いに異なる第３選択膜での測定結果の第１例を示すグラフである。

【図9B】塗布回数が互いに異なる第３選択膜での測定結果の第２例を示すグラフである。

【図9C】塗布回数が互いに異なる第３選択膜での測定結果の第３例を示すグラフである。

【図9D】塗布回数が互いに異なる第３選択膜での測定結果の第４例を示すグラフである。

【図10A】５回被覆して形成された第３選択膜を用いて加熱なしで測定された測定結果の一例を示すグラフである。

【図10B】５回被覆して形成された第３選択膜を用いて１２０℃に加熱した場合の測定結果の一例を示すグラフである。

【図11】本発明の実施の形態５に係る濃度測定装置における第４選択膜の構造を示す模式図である。

【図12A】図１１の第４選択膜を用いて加熱なしで測定された測定結果の一例を示すグラフである。

【図12B】図１１の第４選択膜を用いて１２０℃に加熱した場合の測定結果の一例を示すグラフである。

【図13A】図１１の濃度測定装置の構成の第１変形例を示す図である。

【図13B】図１３Ａの濃度測定装置の測定結果の一例を示す図である。

【図14A】図１１の濃度測定装置の構成の第２変形例を示す図である。

【図14B】図１４Ａの濃度測定装置の測定結果の一例を示す図である。

【図15A】図１１の濃度測定装置の構成の第３変形例を示す図である。

【図15B】図１５Ａの濃度測定装置の測定結果の一例を示す図である。

【図16A】図１１の濃度測定装置の構成の第４変形例を示す図である。

【図16B】図１６Ａの濃度測定装置の測定結果の一例を示す図である。

【図17A】金属薄膜上に酸化グラフェンから成る膜が形成されていない濃度測定装置でのコーヒー中のカフェインの濃度の測定結果の一例を示す図である。

【図17B】金属薄膜上に酸化グラフェンから成る膜が５層積層されて構成される第１選択膜が形成された濃度測定装置でのコーヒー中のカフェインの濃度の測定結果の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。各図面においては、同一又は同等の部分に同一の符号を付す。本実施形態では、適宜、図面に表されたＸＹＺ３軸直交座標系にしたがって説明を行う。

【0026】

［実施の形態１］
まず、本発明の実施の形態１について説明する。図１Ａに示すように、本実施の形態に係る濃度測定装置１Ａは、電源２と、投光部としての発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）３と、導波路部４Ａと、レンズ５と、偏光ビームスプリッタ６と、第１検出部７Ａと、第２検出部７Ｂと、測定部８Ａ、８Ｂと、表示装置９と、パイプライン１１と、を備える。

【0027】

電源２は、ＬＥＤ３（Light Emitting Diode）に電流を供給する直流安定化電源である。ＬＥＤ３は、電源２から供給された電流により光を出射する。ＬＥＤ３から出射された光は、表面プラズモン共鳴現象を発生させることが可能な波長帯域の励起光であり、例えば波長６５４ｎｍの赤色光である。この光は、偏光方向が互いに異なる複数の直線偏光成分を含んでいる。

【0028】

図１Ｂには、励起光のうち、Ｘ軸に沿ったａ－ａの方向を偏光方向とする第１直線偏光成分の励起光ＩＬ１が示されており、図１Ｃには、励起光のうち、Ｙ軸に沿ったｂ－ｂの方向を偏光方向とする第２直線偏光成分の励起光ＩＬ２が示されている。ＬＥＤ３は、この励起光ＩＬ１、ＩＬ２を、複数の直線偏光成分として含む励起光を出射する。

【0029】

導波路部４Ａは、角柱状の導光部材である。本実施の形態では、導波路部４Ａは、細長い正方形角柱である。ＬＥＤ３は、導波路部４Ａの底面であるその一端に接するように配置されている。導波路部４Ａは、その一端からＬＥＤ３から出射された励起光を入射し、他端から出射する。図１Ｂ及び図１Ｃでは、導波路部４Ａの光軸をＡＸとして示している。

【0030】

導波路部４Ａには、側面として、第１側面４ａと、第２側面４ｂ、とが設けられている。図１Ｂに示すように、第１側面４ａの法線はＸ軸に平行であり、入射した励起光ＩＬ１に含まれる第１直線偏光成分がＰ偏光として入射する。導波路部４Ａの一端から入射した励起光ＩＬ１は、第１側面４ａで全反射しつつ、他端から出射する。また、図１Ｃに示すように、第２側面４ｂの法線はＹ軸に平行であり、入射した励起光ＩＬ２に含まれる第２直線偏光成分がＰ偏光として入射する。導波路部４Ａの一端から入射した励起光ＩＬ２は、第２側面４ｂを含む側面で全反射しつつ、他端から出射する。

【0031】

図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、導波路部４Ａにおいて、第１側面４ａには金属薄膜１０Ａが形成されており、第２側面４ｂには金属薄膜１０Ｂが形成されている。本実施の形態では、この金属薄膜１０Ａ、１０Ｂの材質は金である。この金属薄膜１０Ａ，１０Ｂは、第１側面４ａ及び第２側面４ｂで全反射する励起光ＩＬ１，ＩＬ２により、表面プラズモン現象を生じさせるために設けられている。

【0032】

図１Ａに戻り、レンズ５は、屈折光学系であり、導波路部４Ａから光が出射される出射端に配置されている。レンズ５は、導波路部４Ａから出射された光を集光して、偏光ビームスプリッタ６に入射させる。

【0033】

偏光ビームスプリッタ６は、導波路部４Ａの光軸ＡＸ上に配置されている。図１Ｂに示すように、第１直線偏光成分の励起光ＩＬ１は、偏光ビームスプリッタ６を直進し、図１Ｃに示すように、第２直線偏光成分の励起光ＩＬ２は、偏光ビームスプリッタ６で反射される。

【0034】

図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、第１検出部７Ａは、第１直線偏光成分の励起光ＩＬ１の光強度を検出する。一方、第２検出部７Ｂは、第２直線偏光成分の励起光ＩＬ２の光強度を検出する。第１検出部７Ａ及び第２検出部７Ｂは、例えばフォトダイオードであり、受光した光強度に対応する電流を発生させる。第１検出部７Ａで発生した電流は、コンデンサ及び抵抗より成る受光回路により電圧に変換されて測定部８Ａに入力される。また、第２検出部７Ｂで発生した電流は、コンデンサ及び抵抗より成る受光回路により電圧に変換されて測定部８Ｂに入力される。

【0035】

測定部８Ａ、８Ｂは、励起光ＩＬ１，ＩＬ２が第１側面４ａ，第２側面４ｂで全反射する際に発生する表面プラズモン共鳴現象により減衰する励起光ＩＬ１、ＩＬ２の光強度を測定する。図１Ａに示すように、パイプライン１１は、導波路部４Ａの周囲に配置され、第１濃度測定対象である物質１２を含む液体（溶媒）が流れる流路であり、その物質１２の濃度に応じて、液体の屈折率が変化する。測定部８Ａ、８Ｂは、この性質を利用して、第１濃度測定対象である物質１２の濃度を測定する。測定部８Ａ，８Ｂの測定結果は、表示装置９に表示される。なお、パイプライン１１として、例えば内径４ｍｍ、長さ１１ｃｍのガラス管内に試料導入・排出用のテフロン（登録商標）チューブとともにエポキシ樹脂で固定してフローセルとしたものを用いることができる。

【0036】

［導波路部の詳細構成］
導波路部４Ａについて、より詳細に説明する。図２Ａに示すように、導波路部４Ａは、光軸ＡＸの方向（Ｚ軸方向）に延びる細長い正方形柱状のガラス棒である。導波路部４Ａとしては、屈折率が高いものを用いるのが望ましく、例えば１．４５８である。導波路部４Ａの＋Ｘ側の側面が、第１側面４ａであり、＋Ｙ側の側面が、第２側面４ｂである。本実施の形態では、金属薄膜１０Ａが第１側面４ａに形成され、金属薄膜１０Ｂが第２側面４ｂに形成される。金属薄膜１０Ａ、１０Ｂの厚さは、例えば４５ｎｍである。

【0037】

また、導波路部４Ａには、第３側面４ｃと第４側面４ｄとが形成されている。第３側面４ｃは、第１側面４ａと平行であり、－Ｘ方向を向いている。また、第４側面４ｄは、第２側面４ｂと平行であり、－Ｙ方向を向いている。導波路部４Ａの一端に入射した励起光ＩＬ１は、第１側面４ａ及び第３側面４ｃにそれぞれ少なくとも１回全反射して、端部から出射する。導波路部４Ｂの一端に入射した励起光ＩＬ２は、第２側面４ｂ及び第４側面４ｄにそれぞれ少なくとも１回全反射して、端部から出射する。

【0038】

図２Ａに示すように、導波路部４Ａでは、第１側面４ａに形成された金属薄膜１０Ａ上に、第１選択膜２０Ａが形成されている。第１選択膜２０Ａは、第１濃度測定対象の物質１２を選択的に吸着する。「選択的に吸着」とは、溶液に含まれる物質のうち、特定の物質を他の物質よりも高い吸着率で吸着することをいう。第１選択膜２０Ａの材質は、第１濃度測定対象の物質１２に応じて選択される。例えば第１濃度測定対象の物質１２がエタノールである場合、第１選択膜２０Ａの材質を、２，２－ビストリフルオロメチル‐４，５‐ジフルオロ１，３‐ジオキサレートフルオロエチレン共重合体（以下、テフロン（登録商標）ＡＦ２４００と称する）とすることができる。また、第１濃度測定対象の物質１２がカフェインである場合、第１選択膜２０Ａの材質を、酸化グラフェンとすることができる。

【0039】

図２Ｂには、第１濃度測定対象の物質１２をエタノールとして、第１選択膜２０Ａの材質をテフロン（登録商標）ＡＦ２４００としたときの第１直線偏光成分の励起光ＩＬ１による濃度測定結果が示されている。エタノールのみを含む溶液Ａと、エタノールの濃度が同じでブドウ糖を５重量％添加した溶液Ｂとで、測定される濃度の比較を行ったところ、溶液Ａと溶液Ｂとで、測定されるエタノールの濃度は一致する。

【0040】

図２Ｃには、同じ条件での第２直線偏光成分の励起光ＩＬ２による濃度測定結果が示されている。図２Ｃでは、横軸が、測定される屈折率となっている。溶液Ａと溶液Ｂとで、測定される濃度に相関する屈折率の比較を行ったところ、溶液Ａと溶液Ｂとでは、エタノールの濃度が同じであっても、測定される屈折率、すなわちエタノールの測定濃度に違いが生じている。これは、溶液中のブドウ糖の存在により、エタノールの濃度に測定誤差が出ることを示している。

【0041】

これらの測定結果は、本実施の形態に係る濃度測定装置１Ａでは、金属薄膜１０Ａ上に第１選択膜２０Ａを形成することにより、すなわち第１濃度測定対象の物質１２を第１選択膜２０Ａに選択的に吸着させることにより、他の物質の有無に関わらず、第１濃度測定対象の物質１２の濃度を正確に測定することができることを示している。この濃度測定装置１Ａによれば、複数種類の物質が混合する溶液において、特定の物質の濃度を測定するのに好適である。

【0042】

なお、金属薄膜１０Ｂについては第１選択膜２０Ａが設けられていないため、金属薄膜１０Ｂでの測定結果は、溶液中に含まれる複数種類の物質の全体の濃度に応じた屈折率となる。導波路部４Ａを用いれば、ある特定の物質の濃度測定と、溶液に含まれるすべての物質の平均濃度の測定とが同時に可能となる。

【0043】

また、導波路部４Ａは、第１選択膜２０Ａの材質の発見に用いることも可能である。特定の物質を含む溶液について、金属薄膜１０Ａでの測定結果と、金属薄膜１０Ｂでの測定結果とに大きな違いが出た場合、そのときの第１選択膜２０Ａを構成する材質が、特定の物質の測定に感度のある物質となる。

【0044】

［選択膜の形成方法］
次に、濃度測定装置１Ａの製造方法、具体的には、導波路部４Ａの製造工程の一部について説明する。まず、導波路部４Ａの母体として正方形角柱状のガラス棒が形成される。そして、真空蒸着により、第１側面４ａに金属薄膜１０Ａが形成され、第２側面４ｂに金属薄膜１０Ｂが形成される。このようにして、一端から入射したＰ偏光を全反射させる柱状の導波路部４Ａの側面（第１側面４ａ及び第２側面４ｂ）に表面プラズモン共鳴現象を生じさせる金属薄膜１０Ａ、１０Ｂが生成される。

【0045】

なお、必要に応じて、第１選択膜２０Ａとの密着性を高めるための物質を、金属薄膜１０Ａの上に吸着させるとよい。例えば、金属薄膜１０Ａが金で、第１選択膜２０Ａがテフロン（登録商標）ＡＦ２４００である場合、第１選択膜２０Ａを形成する前に、金属薄膜１０Ａ上に接着剤として作用するパーフルオロデカンチオールを吸着させるようにすればよい。

【0046】

その後、第１選択膜２０Ａが形成される。その形成方法には、以下の２つの方法がある。
（１）図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第１濃度測定対象の物質１２を選択的に吸着する物質を含む選択膜形成液が金属薄膜１０Ａから漏れないように充填可能な被覆用カバー３０を導波路部４Ａに取り付けて金属薄膜１０Ａ上にその選択膜形成液を例えば駒込ピペット３１を用いて充填することにより、物質を含む第１選択膜２０Ａを形成する。

【0047】

（２）図３Ｃに示すように、第１濃度測定対象の物質１２を選択的に吸着する物質を含む選択膜形成液を金属薄膜１０Ａ上に例えば綿棒３２を用いて塗布又は選択膜形成液に金属薄膜１０Ａを浸漬し、その後乾燥させる工程を複数回繰り返す。上記工程は、導波路部４Ａを加熱せずに行われる。選択膜形成液として常温の液が用いられ、乾燥の方法として、自然乾燥が採用される。上記工程の繰り返し回数は、３回以上７回以下が好ましく、３回以上５回以下がより好ましい。

【0048】

［変形例１］
なお、本実施の形態では、第１濃度測定対象の物質１２をエタノールとし、第１選択膜２０Ａを構成する物質をテフロン（登録商標）ＡＦ２４００としている。第１濃度測定対象の物質１２が他の物質である場合、第１選択膜２０Ａについては、他の物質で構成されるものが用いられる。

【0049】

例えば、前述のように、第１濃度測定対象の物質１２がカフェインである場合、第１選択膜２０Ａの材質として、酸化グラフェン（Graphene Oxide；OG）を用いるのが望ましい。図４では、第１選択膜２０Ａが形成されていない金属薄膜１０Ｂ（第１選択膜２０Ａ無）でのある溶液中のカフェインの測定結果と、第１選択膜２０Ａが形成された金属薄膜１０Ａ（第１選択膜２０Ａ有）での同溶液中のカフェインの測定結果との両方が示されている。ここでは、金属薄膜１０Ａ、１０Ｂに暴露する溶液に含まれるカフェインの濃度を０％、０．０１％、０．０５％、０％、０．１％、０％と９００秒毎に変更していった場合の金属薄膜１０Ａ、１０Ｂでの感度（規格化透過光強度の変化）が示されている。以降の測定結果は、このように測定対象の濃度を変更していった場合の感度を示すものである。

【0050】

図４に示すように、金属薄膜１０Ｂで第１選択膜無しの場合には屈折率には表れないほどの低濃度のカフェインであっても、酸化グラフェンから成る第１選択膜２０Ａが形成された金属薄膜１０Ａの方で測定すれば、微量のカフェインを高感度に検出することができる。なお、この測定結果に係る第１選択膜２０Ａは、酸化グラフェンを綿棒３２（図３Ｃ参照）で塗布し乾燥させることにより形成されたものである。

【0051】

［変形例２］
また、濃度測定装置１Ａでは、導波路部４Ａに代えて、図５Ａに示す導波路部４Ｂを用いることが可能である。導波路部４Ｂでは、第２側面４ｂに形成された金属薄膜１０Ａ上に、第１濃度測定対象の物質１２とは異なる第２の濃度測定対象の物質１３を選択的に吸着する第２選択膜２０Ｂが形成されている。導波路部４Ｂを用いれば、２つの異なる物質の濃度を同時かつ正確に計測することが可能である。

【0052】

さらに、導波路部４Ｂに代えて、図５Ｂに示す導波路部４Ｃを用いることが可能である。導波路部４Ｃでは、第３側面４ｃに形成された金属薄膜１０Ｃが形成され、金属薄膜１０Ｃ上に第１選択膜２０Ａが形成されている。このような構成であれば、第１側面４ａでも第３側面４ｃでも表面プラズモン共鳴現象を発生させることができるので、全反射する励起光ＩＬ１の光強度の検出感度を上げることが可能となる。

【0053】

さらに、導波路部４Ｂに代えて、図５Ｃに示す導波路部４Ｄを用いることが可能である。導波路部４Ｄでは、第４側面４ｄに金属薄膜１０Ｄが形成され、金属薄膜１０Ｄ上に第２選択膜２０Ｂが形成されている。このような構成であれば、第２側面４ｂでも第４側面４ｄでも表面プラズモン共鳴現象を発生させることができるので、全反射する励起光ＩＬ２の光強度の検出感度を上げることが可能となる。

【0054】

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図６Ａに示す本実施の形態に係る濃度測定装置１Ｂは、表面プラズモン共鳴現象を利用して、物質の濃度を測定する装置である点については、上記実施の形態１に係る濃度測定装置１Ａと同じである。

【0055】

濃度測定装置１Ｂは、ＬＥＤ３、導波路部４Ａ、レンズ５、偏光ビームスプリッタ６、第１検出部７Ａ及び第２検出部７Ｂを備える点は、濃度測定装置１Ａと同じである。また、濃度測定装置１Ｂは、電源２、測定部８Ａ、８Ｂ、表示装置９を備える点は、濃度測定装置１Ａと同じであるが、図６Ａでは、その図示が省略されている。濃度測定装置１Ｂは、この他、反射部４０と、ビームスプリッタ４１と、第３検出部７Ｃと、を備える。

【0056】

反射部４０は、導波路部４Ｂの一端から入射した入射光を他端で反射して、一端から出射する反射光を生成する。ビームスプリッタ４１は、ＬＥＤ３と導波路部４Ａの一端との間に挿入され、ＬＥＤ３から出射された光と、導波路部４Ａの一端から出射された反射光とを２方向に分離する。

【0057】

ＬＥＤ３から出射された複数の直線偏光成分を含む光は、ビームスプリッタ４１で２方向に分離され、一方は、レンズ５を経て導波路部４Ａに入射し、他方は、第３検出部７Ｃに入射する。第３検出部７Ｃは、ビームスプリッタ４１から出た光の光強度を検出する。第３検出部７Ｃで検出された光強度は、ＬＥＤ３の光源の光強度の補正に用いられる。

【0058】

導波路部４Ａの一端から入射した光は、第１側面４ａ及び第２側面４ｂ等で全反射しつつ、導波路部４Ａの他端に到達し、反射部４０で反射して反射光となる。この反射光は、再び第１側面４ａ及び第２側面４ｂ等で全反射しつつ導波路部４Ａの一端から出射し、レンズ５を経てビームスプリッタ４１に入射する。ビームスプリッタ４１では、反射光の一部が反射して、偏光ビームスプリッタ６に入射する。

【0059】

偏光ビームスプリッタ６は、ビームスプリッタ４１から入射した反射光を、第１直線偏光成分の励起光ＩＬ１と第２直線偏光成分の励起光ＩＬ２とに分離する。第１検出部７Ａは、偏光ビームスプリッタ６で分離された第１直線偏光成分の励起光ＩＬ１の強度を検出する。第２検出部７Ｂは、偏光ビームスプリッタ６で分離された第２直線偏光成分の励起光ＩＬ２の強度を検出する。

【0060】

この濃度測定装置１Ｂでは、導波路部４Ａ内部で光を往復させることができるので、導波路部４Ａの長さを半分にしても、図１Ａに示す濃度測定装置１Ａと同じ測定結果を得ることができる。

【0061】

また、導波路部４Ａの周囲に、パイプライン１１を形成しなくても、容器に入った溶液に導波路部４Ａを浸すだけで物質１２の濃度測定が可能になる。

【0062】

また、導波路部４Ａの長さを同じとすれば、光に導波路部４Ａを往復させるようになるので、第１側面４ａ及び第２側面４ｂで全反射する回数を増やすことができる。このため、光強度の検出感度を上げることが可能となる。

【0063】

なお、本実施の形態では、導波路部４Ａを用いている。しかしながら、導波路部４Ａに代えて、導波路部４Ｂ～４Ｄ（図５Ａ～図５Ｃ参照）を用いることも可能である。

【0064】

図６Ｂに示すように、第１選択膜２０Ａの被覆がない金属薄膜１０Ａ上に蒸留水、エタノール水溶液１０％、５０％、１００％を、この順に、１試料ずつ、３００秒間流したときの応答を確認したところ、それぞれの溶液において大きな変化はみられていない。

【0065】

ここで、金属薄膜１０Ａ上に第１選択膜２０Ａを形成する。第１選択膜２０Ａは、酸化グラフェンで構成される。例えば、図６Ｃに示すように、被覆用カバー３０で周囲が囲まれた金属薄膜１０Ａ上に、エアスプレー６０で酸化グラフェン水溶液を噴霧することにより、酸化グラフェンから成る第１選択膜２０Ａが形成される。

【0066】

図６Ｄには、蒸留水、グルコース２％水溶液、グルコース２％水溶液に０．１％のカフェインを添加した溶液、蒸留水を、この順に、１試料ずつ、９００秒間、第１選択膜２０Ａが形成されていない金属薄膜１０Ａ上に流したときの応答が示されている。図６Ｄに示すように、グルコース２％水溶液から、０．１％のカフェインが添加されたグルコース２％水溶液へ切り替わる際、規格化透過光強度に大きな変化はない。

【0067】

図６Ｅには、蒸留水、グルコース２％水溶液、グルコース２％水溶液に０．１%のカフェインを添加した溶液、蒸留水を、この順に、１試料ずつ、９００秒間、第１選択膜２０Ａが形成された金属薄膜１０Ａ上に流したときの応答が示されている。図６Ｅに示すように、グルコース２％水溶液から、０，１％のカフェインが添加されたグルコース２％水溶液へ切り替わる際、規格化透過光強度が大きく変化している。このことは、酸化グラフェンから成る第１選択膜２０Ａを形成することにより、０．１％のカフェインを検出可能であることを示している。

【0068】

［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図７Ａに示すように、本実施の形態に係る濃度測定装置１Ｃは、導波路部４Ａの代わりに導波路部４Ｅを用いる点が、上記実施の形態１に係る濃度測定装置１Ａと異なる。また、本実施の形態に係る濃度測定装置１Ｃでは、図１の濃度測定装置１Ａのように、偏光ビームスプリッタ６、第１検出部７Ａ及び第２検出部７Ｂの一方、測定部８Ａ，８Ｂの一方は必要ない。

【0069】

図７Ａに示すように、導波路部４Ｅは、丸棒、すなわち円柱状のガラス棒である。ガラス棒の側面の一部に、金属薄膜１０Ｅが形成されている。この金属薄膜１０Ｅは、例えば真空蒸着により形成される。導波路部４Ｅの直径は例えば２ｍｍであり、金属薄膜１０Ｅ
の厚さは、例えば４５ｎｍである。

【0070】

また、導波路部４Ｅの金属薄膜１０Ｅ上を含む外周側面には、第３選択膜２０Ｃが形成されている。第３選択膜２０Ｃは、濃度測定対象を選択的に吸着する酸化グラフェンを含んでいる。

【0071】

図７Ｂには、濃度０％、１６．５％、０％、８３．５％、０％のコーヒーをこの順に１試料ずつ、３００秒間、第３選択膜２０Ｃが形成されていない金属薄膜１０Ｅ上に流したときの応答が示されている。各コーヒーにおけるカフェインの濃度は、それぞれ０％、０．０１％、０％、０．０５％、０％である。また、図７Ｃには、濃度０％、１６．５％、０％、８３．５％、０％の市販のコーヒーをこの順に１試料ずつ。９００秒間、第３選択膜２０Ｃが形成された金属薄膜１０Ｅ上に流したときの応答が示されている。各コーヒーにおけるカフェインの濃度は、それぞれ０％、０．０１％、０％、０．０５％、０％である。図７Ｂと図７Ｃとを比較するとわかるように、第３選択膜２０Ｃが形成されている場合、カフェインに対する応答が大きくなっている。

【0072】

また、酸化グラフェンから成る第３選択膜２０Ｃは、グルコースには感度がなく（図８Ａ参照）、カテキン（図８Ｂ参照）、エタノール（図８Ｃ参照）、アデニン（図８Ｄ参照）に感度を有する。このため、導波路部４Ｅを用いれば、例えば、カテキンとグルコースを含む溶液であっても、カテキンの濃度を正確に測定することが可能となる。

【0073】

なお、０．５ｍｇ／ｍＬの酸化グラフェン分散液で第３選択膜２０Ｃを形成した場合のエタノール又はカフェインに対する感度は、第３選択膜２０Ｃを形成していない場合の感度とほぼ同じとなった。これに対して、５ｍｇ／ｍＬの酸化グラフェン分散液で第３選択膜２０Ｃを形成した場合の感度は大きくなった。したがって、第３選択膜２０Ｃの形成には、５ｍｇ／ｍＬの酸化グラフェン分散液を用いるのが望ましい。

【0074】

第３選択膜２０Ｃは、酸化グラフェンを含む溶液に塗布又は浸漬した後、乾燥させる工程を複数回繰り返すことにより、形成される。

【0075】

図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ及び図９Ｄには、上記工程を３回、５回、７回、１０回繰り返して形成された酸化グラフェンを含む第３選択膜２０Ｃによるカフェインの測定結果が示されている。図９Ａに示すように、上記工程の繰り返しの回数が３回である第３選択膜２０Ｃの場合、５回繰り返しに比べ感度は小さいものの、測定対象の物質の濃度が０％となれば、規格化透過光強度は１．００に戻るが、図９Ｂ及び図９Ｃに示すように、上記工程の繰り返しの回数が５回、７回である第３選択膜２０Ｃの場合、測定対象の物質の濃度が０％となっても、規格化透過光強度は１．００に戻らず、変化し続ける。

【0076】

このように、繰り返し正確な物質の検出を行う必要がある場合には、上記工程の繰り返しの回数が３回である導波路部４Ａを用いる物質の検出を行うのが望ましいと言える。これは、第３選択膜２０Ｃの膜厚が厚すぎると、物質１２が脱離してリフレッシュし難くなるためであると考えられる。

【0077】

なお、上記工程を１回行うごとに形成される第１選択膜２０Ａの膜厚は、１μｍ弱であるため、３回繰り返しにより形成される第３選択膜２０Ｃの膜厚は、３μｍ弱となる。

【0078】

また、上記工程の繰り返しの回数が５回である導波路部４Ｅは、３回、７回及び１０回であった導波路部４Ｅよりも感度が大きくなっている。したがって、測定時間が短く、好感度が要求される場面においては、上記工程の繰り返しの回数が５回である導波路部４Ａを用いる物質の検出を行うのが望ましい。なお、上記工程を１回行うごとに形成される第１選択膜２０Ａの膜厚は上述のように、１μｍ弱であるため、感度が高い第１選択膜２０Ａの膜厚は、５μｍ弱程度ということになる。

【0079】

以上のように、繰り返し測定の精度及び感度を考慮すると、上記工程の繰り返しの回数が３回以上５回以下である導波路部４Ａを用いる物質の検出を行うのが望ましいと言える。

【0080】

また、本実施の形態では、導波路部４Ｅを丸棒としているが、これには限られない。導波路部４Ｅは、導波路部４Ａ～４Ｄと同じように、正方形角柱状又は他の形状としてもよい。また、導波路部４Ｅを、導波路部４Ａ～４Ｄと同じように、２つ以上の側面に金属薄膜が設けられる構造を有するものとしてもよい。

【0081】

［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４について説明する。

【0082】

５ｍｇ／ｍＬの酸化グラフェン分散液に金属薄膜１０Ｅを１分間浸漬して５分間乾燥させる工程を繰り返して、第３選択膜２０Ｃを形成し、上記工程の繰り返し回数とカフェインに対する応答の大きさとの関係を比較したところ、繰り返しが５回の場合には１回の場合よりも、応答の大きさが大きくなり、７回において応答が小さくなりはじめ、１０回において、応答の大きさが１回と同じ大きさとなった。したがって、応答の大きさのみを考慮した場合、上記工程の繰り返し回数は５回以上７回以下が望ましい。

【0083】

この工程において、形成中の第３選択膜２０Ｃを１２０℃以上に加熱した場合には、第３選択膜２０Ｃのカフェインに対する感度が小さくなる。したがって、上記工程では、第３選択膜２０Ｃを１２０℃以上に加熱しないようにすることが要求される。

【0084】

図１０Ａには、上記工程を５回繰り返して酸化グラフェンを含む第３選択膜２０Ｃに熱を加えていない状態での測定結果が示されている。また、図１０Ｂには、上記工程を５回繰り返して酸化グラフェンを含む第３選択膜２０Ｃを１２０℃に加熱した状態での測定結果が示されている。図１０Ａと図１０Ｂとを比較するとわかるように、１２０℃に加熱すると、検出感度が大幅に低下している。本実施の形態に係る濃度測定装置１Ｄは、このような加熱による感度の低下を抑制する構成を有する。

【0085】

まとめると、上記工程の繰り返し回数は、３回以上７回以下が好ましく、繰り返し使用を考慮すれば、３回以上５回以下がより好ましい。

【0086】

［実施の形態５］
次に、本発明の実施の形態５について説明する。

【0087】

図１１には、本実施の形態５に係る濃度測定装置１Ｄを構成する導波路部４Ｆの一部が示されている。図１１に示すように、第４選択膜２０Ｄは、金属薄膜１０Ｆ上に酸化グラフェンから成る層５０と、金属ナノ粒子から成る層５１とが交互に積層されて構成される。本実施の形態では、金属ナノ粒子は、金ナノ粒子である。しかし、他の金属のナノ粒子、金と他の金属が混合されたものを採用してもよい。

【0088】

図１２Ａには、第４選択膜２０Ｄに熱を加えていない状態での測定結果が示されている。また、図１２Ｂには、第４選択膜２０Ｄを１２０℃に加熱した状態での測定結果が示されている。図１２Ａと図１２Ｂとを比較するとわかるように、１２０℃に加熱による感度の低下が抑制されている。これは、金属ナノ粒子から成る層５１が、酸化グラフェンから成る層５０を熱から保護して、層５０に形成された物質１２の吸着構造が維持されるためであると考えられる。なお、図１２Ａ及び図１２Ｂにおいて、規格化透過光強度が上に変化しているのは、第４選択膜２０Ｄの膜厚が、第１選択膜２０Ａ～第３選択膜２０Ｃの膜厚とは異なるためである。

【0089】

図１３Ａには、金属薄膜１０Ｆ上に酸化グラフェンから成る層５０が３層、金属ナノ粒子から成る層５１が２層積層された構成が示されている。また、図１４Ａには、金属薄膜１０Ｆ上に酸化グラフェンから成る層５０が５層、金属ナノ粒子から成る層５１が４層積層された構成が示されている。図１３Ｂには、図１３Ａに示す構成で、カフェインの濃度が０％、０．０１％、０％、０．０５％、０％、０．１％、０％の溶液を、この順に、９００秒間ずつ、金属薄膜１０Ａ上に流したときの９００秒間の応答（加熱有／無）が示されている。図１４Ｂには、図１４Ａに示す構成で、カフェインの濃度が０％、０．０１％、０％、０．０５％、０％、０．１％、０％の溶液を、この順に、金属薄膜１０Ａ上に流したときの９００秒間の応答（加熱有／無）が示されている。図１３Ｂと図１４Ｂとを比較するとわかるように、図１３Ａに示す構成と、図１４Ａに示す構成とは、ともにカフェインに対して反応し、その感度は、図１３Ａに示すセンサの方が、やや高い。また、図１３Ａに示す構成の方が、加熱有で測定した場合と、１２０℃への加熱無で測定した場合との間で応答（規格化透過光強度の変化）が異なっている。これは、図１３Ｂに示す構成の方が、高い加熱耐性を有することを示している。

【0090】

なお、図１５Ａ及び図１６Ａに示すように、金属薄膜１０Ａ上に第５選択膜２０Ｅが形成されていてもよい。第５選択膜２０Ｅは、酸化グラフェンと金属ナノ粒子との混合層５２を含むものであり、図１５Ａに示す第５選択膜２０Ｅは、酸化グラフェンと金属ナノ粒子との混合層５２が３層積層されたものであり、図１６Ａに示す第５選択膜２０Ｅは、酸化グラフェンと金属ナノ粒子との混合層５２が５層積層されたものである。図１５Ｂ及び図１６Ｂに示すように、図１５Ａに示す第５選択膜２０Ｅと、図１６Ａに示す第５選択膜２０Ｅとは、加熱有で測定した場合と、加熱無で測定した場合との間で応答（規格化透過光強度の変化）の違いが小さく、高い耐熱特性を有している。

【0091】

酸化グラフェンと金属ナノ粒子の混合層５２は１層のみであってもよい。

【0092】

本実施の形態に係る第４選択膜２０Ｄによれば、上述のように、耐熱性を向上することができる。

【0093】

また、本実施の形態では、全体構成としては、濃度測定装置１Ａ～１Ｃの構成を採用することができる。

【0094】

以上詳細に説明したように、上記実施の形態に係る濃度測定装置１Ａ～１Ｄによれば、複数の物質の濃度を同時かつ高精度に測定することができる。

【0095】

また、上記実施の形態に係る濃度測定装置１Ａ～１Ｄによれば、金属薄膜１０Ａ上に酸化グラフェンを含む第１選択膜２０Ａを形成しているので、溶液に含まれるカフェインの濃度が低い場合、又は、溶液に他の物質（夾雑物）が多く含まれる場合であっても物質を高精度に測定することができる。

【0096】

例えば、コーヒー中のカフェインの濃度を直接測定することが可能となる。図１７Ａには、金属薄膜１０Ａ上に酸化グラフェンから成る膜が形成されていない構成でのコーヒー中のカフェインの濃度の測定結果が示されている。また、図１７Ｂには、金属薄膜１０Ａ上に酸化グラフェンから成る膜が５層積層されて構成される第１選択膜２０Ａが形成された構成でコーヒー中のカフェインの濃度の測定結果が示されている。図１７Ａと図１７Ｂとを比較するとわかるように、酸化グラフェンを５層積層した積層膜を第１選択膜２０Ａとして形成することにより、夾雑物が多く含まれるコーヒー中のカフェインの濃度を高感度で測定することができる。

【0097】

また、上記実施の形態２に係る濃度測定装置１Ｂによれば、導波路部４Ａの長さを短くすることができるうえ、溶液に浸すだけで、溶液に含まれる物質の濃度を測定することができる。

【0098】

また、上記実施の形態３に係る濃度測定装置１Ｃによれば、酸化グラフェンを選択膜として用いることにより、アデニン、エタノール、カテキンの濃度を高精度に測定することができる。

【0099】

また、上記実施の形態４に係る濃度測定装置１Ｄによれば、酸化グラフェンから成る層と、金属ナノ粒子から成る層とが交互に積層された選択膜を用いることによって、高熱の環境でも、高精度な物質の測定が可能となる。

【0100】

選択膜の膜厚を３μｍ未満とすることにより、濃度測定装置の繰り返し使用を可能とすることができる。

【0101】

なお、上記実施の形態１、２に係る濃度測定装置１Ａ、１Ｂでは、導波路が正方形角柱状であるが、これには限られない。導波路部の形状は、他の多角形の角柱状であってもよいし、上記実施の形態３に係る濃度測定装置１Ｃのように円柱状であってもよい。例えば、円柱の側面の一部に金属薄膜１０Ａ，１０Ｂが形成され、金属薄膜１０Ａ，１０Ｂの上に第１選択膜２０Ａ，第２選択膜２０Ｂが形成されるようにしてもよい。また、断面が六角形の場合には、３つの直線偏光成分をＰ偏光として同時に３種類の物質の濃度測定が可能となる。断面が八角形の場合には、４つの直線偏光成分をＰ偏光として同時に４種類の物質の濃度測定が可能となる。また、側面の一部が曲面で他の部分が少なくとも１つの平面で構成されるものであってもよい。

【0102】

また、上記実施の形態では、ＬＥＤ３を投光部としている。しかしながら、これには限られない。他の種類の光源を用いるようにしてもよい。

【0103】

また、上記実施の形態では、金属薄膜の材質を金としたが、他の金属で構成してもよい。例えば、アルミニウムであってもよいし、銀としてもよいし、これらの合金であってもよい。

【0104】

この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

【産業上の利用可能性】

【0105】

本発明は、溶液に含まれる物質の濃度測定に適用することができる。

【符号の説明】

【0106】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 濃度測定装置、２ 電源、３ 発光ダイオード（ＬＥＤ；投光部）、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｆ 導波路部、４ａ 第１側面、４ｂ 第２側面、４ｃ 第３側面、４ｄ 第４側面、５ レンズ、６ 偏光ビームスプリッタ、７Ａ 第１検出部、７Ｂ 第２検出部、７Ｃ 第３検出部、８Ａ，８Ｂ 測定部、９ 表示装置、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ 金属薄膜、１１ パイプライン、１２ 物質（第１濃度測定対象）、１３ 物質（第２濃度測定対象）、２０Ａ 第１選択膜、２０Ｂ 第２選択膜、２０Ｃ 第３選択膜、２０Ｄ 第４選択膜、２０Ｅ 第５選択膜、３０ 被覆用カバー、３１ 駒込ピペット、３２ 綿棒、４０ 反射部、４１ ビームスプリッタ、５０，５１ 層、５２ 混合層、６０ エアブラシ、ＡＸ 光軸、ＩＬ１，ＩＬ２ 励起光

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6E】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13A】

【図13B】

【図14A】

【図14B】

【図15A】

【図15B】

【図16A】

【図16B】

【図17A】

【図17B】