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JP2720035B2 - Quartz crystal unit for chemical measurement - Google Patents
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JP2720035B2 - Quartz crystal unit for chemical measurement - Google Patents

Quartz crystal unit for chemical measurement

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JP2720035B2
JP2720035B2 JP62324727A JP32472787A JP2720035B2 JP 2720035 B2 JP2720035 B2 JP 2720035B2 JP 62324727 A JP62324727 A JP 62324727A JP 32472787 A JP32472787 A JP 32472787A JP 2720035 B2 JP2720035 B2 JP 2720035B2
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sample
measurement
chemical measurement
crystal
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学 大海
宏 村松
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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、化学、物理化学、生化学及び医療、食品、
化学工業分野における化学反応の追跡、状態分析と、そ
れを利用した化学計測を行う装置の検出器として用いら
れる水晶振動子に関するものである。 〔発明の概要〕 本発明は、化学計測用水晶振動子において、試料用セ
ルと水晶振動子を一体にすることによって試料の漏れを
防止し、水晶振動子の振動への周囲の部品の影響を低減
し、計測時の操作を簡略化し、安価に製造できるように
したものである。 〔従来の技術〕 従来、化学計測用水晶振動子は測定対象として液体試
料を扱うため、液体試料を保持する構造のセルを構成す
る必要がある。この液体を保持するセルは、セルを構成
する部材とセル内部に保持される水晶板を上下より固定
・保持するための2枚のOリングとで構成され、水晶板
の中央部をOリングの中央と一致させて水晶板を挟み込
み、この水晶板を2枚のOリングを介してセル部材で挟
み込む構造とし、セルに設けられた注入穴よりOリング
の内側に液体試料を注入し、水晶板上に液体を保持し、
水晶振動子の振動数変化を測定することによって化学測
定を行っていた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし従来の技術では、液体試料の液漏れ防止の目的
でOリングが水晶振動子の振動面に押しつけられている
ため、Oリングにより振動抑制力が水晶振動子にかか
り、水晶振動子の振動がその振動抑制力によって影響を
受けていた。また、Oリングと水晶振動子を挟み込む際
に、Oリングと水晶振動子の間に隙間ができやすく、試
料がその隙間から漏れるため、微量試料の測定に限界が
あった。さらに計測の前操作として、毎回Oリングを水
晶振動子の両面に押しつけるという操作が必要であるた
め手間がかかり、かつ装置の構成要素が多いことによっ
て製造費用も高くなっていた。 〔問題点を解決するための手段〕 そこで本発明は、試料用セルと水晶振動子を一体化す
ることにより、水晶振動子が周囲の部品から受ける影響
を低減し、簡単な操作で安価に製造でき、微量試料を計
測できるようにした。 〔作用〕 上記のように構成された化学計測用水晶振動子を用い
ることにより水晶振動子の振動数は試料だけに依存して
変化して、試料がセルから漏れることもないので微量試
料の計測も可能になり、また計測装置が簡単な操作で安
価に製造できるようになる。 〔実施例〕 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 第1図は、本発明による化学計測用水晶振動子を示し
たものである。両面に電極2を蒸着した水晶振動子1の
外縁部に、接着剤によって試料(グリセリン水溶液)用
セル3が接合されている。水晶振動子1は、圧電効果を
利用したデバイスであり、共振周波数付近の周波数の電
圧を印加することによって機械的な振動を起こす。この
振動は極めて微小であるが、接しているグリセリン水溶
液との相互作用によって抵抗を受ける。この機械的抵抗
の抵抗係数は、水晶振動子の機械的な振動と電気的な振
動とを対応づけて考えると、電気的抵抗に対応して考え
ることができる。従って、共振周波数における損失抵抗
は振動子表面の摩擦係数を反映した値と考えられ、この
損失抵抗を計測することによってグリセリン水溶液の粘
弾性測定を行うことができた。 (実施例1) 本実施例では試料用セルと水晶振動子が一体となって
いる部分に、試料を保持しているものについて述べる。
第2図は本実施例による化学計測用水晶振動子を示した
ものである。試料用セル3と水晶振動子1は接着剤によ
って接合されているので、試料4は漏れることなく試料
用セル3内に保持される。こうすることによって0.05ml
以下の微量試料の測定を行うことが可能であった。 (実施例2) 本実施例では、試料用セルと水晶振動子の接合部分の
面積と位置が水晶振動子の振動数に影響を与えないもの
について述べる。第3図は試料用セルが水晶振動子と接
合している部分の拡大図である。試料用セル3は水晶振
動子1の外縁部5において水晶振動子1と接合してい
る。水晶振動子1は外縁部5以外は自由に振動すること
ができ、周囲の影響は低く抑えられている。こうするこ
とによって、広い粘性範囲で高精度の計測が可能となっ
た。 (実施例3) 本実施例では、実行する化学測定が免疫測定であるも
のについて述べる。水晶振動子1の共振周波数付近の周
波数の電圧を印加することによって起こる機械的な振動
の共振周波数は、振動子の表面重量によって影響を受け
るため、水晶振動子1の振動数変化を計測することによ
り、振動子表面の重量変化を計測することができる。第
4図は、本実施例による化学計測用水晶振動子を示した
ものである。水晶振動子1の表面には抗ヒトイムノグロ
ブリンG抗体が固定されている。試料4としてヒトイム
ノグロブリンGを注入すると、抗原抗体反応により選択
的にヒトイムノグロブリンGが水晶振動子1の表面に吸
着する。これによる重量変化が振動数に反映されるの
で、水晶振動子1の振動数変化を計測することにより、
ヒトイムノグロブリンGの濃度を計測することができ
た。 (実施例4) 本実施例では実行する化学測定が、自動的・連続的な
ものであるものについて述べる。第5図は本実施による
化学計測用水晶振動子を示したものである。試料用セル
3にはフローチューブ6が2か所に取り付けられ、一方
を試料注入口、他方を試料排出口として用いる。試料4
はフローチューブ6を通って、連続的に流れている。水
晶振動子1の共振周波数における損失抵抗、または周波
数変化を計測することによって、試料4の粘弾性あるい
は抗原濃度を計測することができる。試料4はフローチ
ューブ6を通って、連続的に水晶振動子1と相互作用す
るため、その粘弾性あるいは抗原濃度の連続的変化を計
測することができた。 (実施例5) 本実施例では実行する化学測定の対象が、化学反応で
あるものについて述べる。第6図は本実施例による化学
計測用水晶振動子を示したものである。試料用セル3に
はフローチューブ6が2か所に取り付けられ、一方を試
料注入口、他方を試料排出口として用いる水晶振動子1
の共振周波数における損失抵抗または周波数変化を計測
することによって、試料4の粘弾性あるいは抗原濃度を
連続的に計測することができる。試料4の状態が化学反
応によって時間的に変化するものであるとき、化学反応
の追跡を行うことができた。 〔発明の効果〕 本発明は以上説明したように試料用セルと水晶振動子
が一体となった化学計測用水晶振動子を用いることによ
り、微量試料の高精度測定を可能にし、計測器自体も簡
単な操作で安価に製造できるようにしたものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to chemical, physical chemistry, biochemical and medical, food,
The present invention relates to a quartz oscillator used as a detector of a device for performing chemical reaction tracking and state analysis and chemical measurement using the same in the chemical industry field. [Summary of the Invention] The present invention provides a crystal oscillator for chemical measurement, in which the sample cell and the crystal oscillator are integrated to prevent leakage of the sample, and to reduce the influence of peripheral components on the vibration of the crystal oscillator. It is intended to reduce the number of operations, simplify the operation at the time of measurement, and to manufacture at low cost. [Prior Art] Conventionally, a quartz crystal unit for chemical measurement handles a liquid sample as an object to be measured, so it is necessary to configure a cell having a structure for holding the liquid sample. The cell for holding the liquid is composed of members constituting the cell and two O-rings for fixing and holding the quartz plate held inside the cell from above and below. A quartz plate is sandwiched between the center and the quartz plate, and the quartz plate is sandwiched between cell members via two O-rings. A liquid sample is injected into the O-ring from an injection hole provided in the cell. Hold the liquid on top,
Chemical measurement has been performed by measuring the change in the frequency of a quartz oscillator. [Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional technique, the O-ring is pressed against the vibrating surface of the crystal oscillator for the purpose of preventing the liquid sample from leaking. And the vibration of the crystal unit was affected by the vibration suppressing force. In addition, when the O-ring and the quartz oscillator are sandwiched, a gap is easily formed between the O-ring and the quartz oscillator, and the sample leaks from the gap. Further, as an operation prior to measurement, an operation of pressing an O-ring against both surfaces of the quartz oscillator every time is required, which is troublesome, and the manufacturing cost is increased due to the large number of components of the apparatus. [Means for Solving the Problems] Accordingly, the present invention reduces the influence of the crystal unit on the surrounding parts by integrating the sample cell and the crystal unit, and manufactures the device at a low cost with a simple operation. It is possible to measure a small amount of sample. [Operation] By using the crystal oscillator for chemical measurement configured as described above, the frequency of the crystal oscillator changes depending only on the sample, and the sample does not leak from the cell. And the measuring device can be manufactured at a low cost with a simple operation. Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a crystal oscillator for chemical measurement according to the present invention. A sample (glycerin aqueous solution) cell 3 is bonded to the outer edge of the crystal unit 1 having electrodes 2 deposited on both surfaces by an adhesive. The crystal resonator 1 is a device using a piezoelectric effect, and generates mechanical vibration by applying a voltage having a frequency near a resonance frequency. This vibration is extremely small, but is affected by interaction with the aqueous glycerin solution in contact. The resistance coefficient of the mechanical resistance can be considered to correspond to the electric resistance when considering the mechanical vibration and the electric vibration of the crystal resonator. Therefore, the loss resistance at the resonance frequency was considered to be a value reflecting the friction coefficient of the surface of the vibrator, and the viscoelasticity of the glycerin aqueous solution could be measured by measuring the loss resistance. (Embodiment 1) In this embodiment, a case where a sample is held in a portion where a sample cell and a crystal unit are integrated will be described.
FIG. 2 shows a crystal oscillator for chemical measurement according to the present embodiment. Since the sample cell 3 and the crystal unit 1 are bonded by an adhesive, the sample 4 is held in the sample cell 3 without leaking. 0.05ml by doing this
The following trace samples could be measured. Embodiment 2 In the present embodiment, a case will be described in which the area and position of the joint between the sample cell and the crystal unit do not affect the frequency of the crystal unit. FIG. 3 is an enlarged view of a portion where the sample cell is bonded to the quartz oscillator. The sample cell 3 is joined to the crystal unit 1 at the outer edge 5 of the crystal unit 1. The crystal unit 1 can vibrate freely except for the outer edge 5, and the influence of the surroundings is suppressed to a low level. By doing so, high-precision measurement over a wide range of viscosity is possible. (Example 3) In this example, a case where the chemical measurement to be performed is an immunoassay will be described. Since the resonance frequency of mechanical vibration caused by applying a voltage having a frequency near the resonance frequency of the crystal unit 1 is affected by the surface weight of the unit, it is necessary to measure the change in the frequency of the crystal unit 1. Thus, a change in weight on the surface of the vibrator can be measured. FIG. 4 shows a quartz oscillator for chemical measurement according to the present embodiment. An anti-human immunoglobulin G antibody is immobilized on the surface of the quartz oscillator 1. When human immunoglobulin G is injected as the sample 4, the human immunoglobulin G is selectively adsorbed on the surface of the quartz oscillator 1 by an antigen-antibody reaction. Since the weight change due to this is reflected in the frequency, by measuring the frequency change of the crystal resonator 1,
The concentration of human immunoglobulin G could be measured. (Example 4) In this example, a description will be given of a case where chemical measurements to be performed are automatic and continuous. FIG. 5 shows a crystal oscillator for chemical measurement according to the present embodiment. Two flow tubes 6 are attached to the sample cell 3, one of which is used as a sample inlet and the other as a sample outlet. Sample 4
Flows continuously through the flow tube 6. The viscoelasticity of the sample 4 or the antigen concentration can be measured by measuring the loss resistance or the frequency change at the resonance frequency of the crystal unit 1. Since the sample 4 passed through the flow tube 6 and continuously interacted with the quartz oscillator 1, the continuous change of its viscoelasticity or antigen concentration could be measured. (Example 5) In this example, a case where a target of a chemical measurement to be performed is a chemical reaction is described. FIG. 6 shows a crystal oscillator for chemical measurement according to this embodiment. A flow tube 6 is attached to the sample cell 3 at two places, one of which is used as a sample inlet and the other as a sample outlet.
By measuring the loss resistance or the frequency change at the resonance frequency of, the viscoelasticity of the sample 4 or the antigen concentration can be continuously measured. When the state of the sample 4 changes with time due to the chemical reaction, the chemical reaction can be tracked. [Effects of the Invention] As described above, the present invention enables high-precision measurement of a small amount of sample by using a quartz crystal unit for chemical measurement in which a sample cell and a crystal unit are integrated, and the measuring device itself is also used. It is designed to be inexpensive to manufacture with simple operations.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明による化学計測用水晶振動子の説明図で
あり、第2図から第6図はそれぞれ、実施例1から実施
例5による化学計測用水晶振動子の説明図である。 1……水晶振動子 3……試料用セル 4……試料 5……水晶振動子外縁部
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory view of a crystal oscillator for chemical measurement according to the present invention, and FIGS. 2 to 6 are crystal oscillators for chemical measurement according to Examples 1 to 5, respectively. FIG. 1 ... Crystal resonator 3 ... Sample cell 4 ... Sample 5 ... Crystal resonator outer edge

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.液体試料を測定対象とする化学計測用水晶振動子に
おいて、前記水晶振動子は試料用セル部品と一体に構成
されているとともに、前記一体化された水晶振動子は前
記試料用セル部品との組み合わせで液体試料を保持する
試料セルを構成することを特徴とする化学計測用水晶振
動子。 2.前記試料用セル部品と前記水晶振動子の接合部分
が、前記水晶振動子の外縁部であることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の化学計測用水晶振動子。 3.前記水晶振動子がATカット水晶振動子であることを
特徴とする特許請求の範囲第1項から第2項までいずれ
か記載の化学計測用水晶振動子。 4.前記化学計測用水晶振動子の測定対象が、粘弾性測
定であることを特徴とする特許請求の範囲第1項から第
3項までいずれか記載の化学計測用水晶振動子。 5.前記化学計測用水晶振動子の測定対象が、免疫測定
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項から第3
項までいずれか記載の化学計測用水晶振動子。 6.前記化学計測用水晶振動子の測定対象が、前記試料
用セルに連続的に注入・排出され、この測定対象を連続
的に測定することを特徴とする特許請求の範囲第1項か
ら第3項までいずれか記載の化学計測用水晶振動子。
(57) [Claims] In a crystal oscillator for chemical measurement in which a liquid sample is measured, the crystal oscillator is integrally formed with a cell component for a sample, and the integrated crystal oscillator is combined with the cell component for a sample. A crystal oscillator for chemical measurement, comprising: a sample cell for holding a liquid sample by using the same. 2. 2. The crystal unit for chemical measurement according to claim 1, wherein a joint between the sample cell component and the crystal unit is an outer edge of the crystal unit. 3. 3. The crystal unit for chemical measurement according to claim 1, wherein said crystal unit is an AT-cut crystal unit. 4. 4. The quartz crystal unit for chemical measurement according to claim 1, wherein a measurement target of the quartz crystal unit for chemical measurement is viscoelasticity measurement. 5. The measurement object of the quartz crystal unit for chemical measurement is an immunoassay, wherein the measurement object is an immunoassay.
The crystal unit for chemical measurement according to any of the above paragraphs. 6. The measurement object of the crystal unit for chemical measurement is continuously injected and discharged into the sample cell, and the measurement object is continuously measured. The crystal oscillator for chemical measurement described in any of the above.
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JPS58145544U (en) * 1982-03-25 1983-09-30 工業技術院長 Floating dust particle size analyzer
JPS62207930A (en) * 1986-03-10 1987-09-12 Seiko Instr & Electronics Ltd Oscillator biosensor system

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