[发明专利]频率测量装置、以及具备该装置的气味传感器和电子设备

说明书

技术领域

本发明涉及具备由具备吸附膜的振荡器以及与该振荡器连接的振荡 电路构成的多个组的频率测量装置等。

背景技术

若在处于谐振状态的水晶振荡器表面附着有周边介质所含的物质，则 有谐振频率根据该附着物质发生变化的现象。利用该现象的技术被称作 QCM(Quarts Crystal Microbalance)，并作为检测周边介质所含的分子的存 在或者其含量的传感器来进行利用。作为QCM的应用例，可列举在振荡 器的表面形成了选择性地吸附特定的分子的吸附膜的气味传感器(odor  sensor)。另外，还研究了利用DNA的杂交的生物传感器、气体传感器等 的运用。在以下的说明中，主要以气味传感器为例进行说明。

一般而言，在QCM设备中利用AT切(AT CUT)型的水晶振荡器。 AT切是指对于水晶晶体轴的某特定方位的切基板，在室温附近温度系数 变化极小，从而温度稳定性好，因此，不限于QCM设备而被广泛运用。

AT切水晶振荡器，若在基板正面和背面上形成的激励电极间施加电 压，则在正面和背面彼此不同地滑动，即所谓的厚度滑动振动模式下进行 动作。该谐振频率f0与正面和背面的电极所夹持的部位的水晶板厚成反 比，一般具有下面的关系。

f₀(MHz)＝1670/水晶板厚(μm)

而且，利用该AT切水晶振荡器的QCM设备的吸附物质量ΔM与频 率变化量Δf之间的关系由下面的Sauerbrey式表示，这是公知的。

(数学式1)

Δf=-2×f02ρ×μ×ΔMA]]>

在此，f₀：振荡器的谐振频率、ρ：水晶的密度、μ：水晶的剪切弹性 常数、A：有效振动面积(大致电极面积)。通过用上式来提高水晶振荡器 的谐振频率f₀，可知灵敏度即每吸附物质量ΔM的频率变化量Δf将被提 高。

但是，利用了QCM设备的气味传感器被公开在例如JP特开昭63- 222248号公报(专利文献1)等中。在该专利文献1的实施例6所公开的 技术中，利用在AT切水晶振荡器1的电极2上形成了作为吸附膜的由二 烷基铵盐(dialkylammonium salt)和聚苯乙烯磺酸(polystyrene sulfonic  acid)构成的二分子膜薄膜的元件(图6)，来检测在空气中饱和的气味物 质β紫罗兰酮的存在，作为振动频率的变化(图9)。

然而，实际上选择性地仅使目标物质吸附在吸附膜上是不可能的，在 吸附膜上会有多种物质被吸附。为了解决该问题，在例如JP特开平1- 244335号公报(专利文献2)所记载的技术中，采用了所谓的多阵列方式， 即同时对形成了种类各不相同的吸附膜的多个水晶振荡器的振动频率变 化进行观测并模式分析振荡器间的振动频率变化比，由此特定气味的种 类。

在此，要提高气味的识别精度，增加具备使用的吸附膜的振荡器的种 类是有效的。而作为测定对象的气味物质被认为有40万种，将这样庞大 种类的气味物质像上述现有技术那样用几个(几种)振荡器(QCM)来识 别是不可能的。

这样，在使用多个振荡器(QCM)时，有时分别与振荡器连接的振荡 电路间的牵引现象(drawing effect)将成问题。在此所说的牵引现象是指， 在两个振荡电路的振荡频率接近的情况下，因某种触发而从这些谐振电路 输出的信号的频率会突然一致地变化的现象。若产生牵引现象，则从振荡 电路输出的信号将与附着在吸附膜上的物质无关地变化。

在JP特开平10-142134号公报(专利文献3)中，为了避免牵引现 象，利用多个预先选好的谐振频率各不相同的振荡器。