专利名称：微流路芯片及使用该微流路芯片的气液相分离方法
技术领域：
本发明涉及可以从在微流路内流动的由气相流和液相流构成的二相流中将气相流排除而形成液相流的微流路芯片及使用该微流路芯片的气液相分离方法以及气体待测物质测定用微流路芯片及气体待测物质测定方法。
背景技术：
半导体装置为了降低故障率而在尘埃等极少的洁净室内进行制造。洁净室内的空气不仅要求不含尘埃，还要求不含氨。洁净室内的空气中即便是以数PPb的低浓度含有氨时，超微细加工图案形成的精度也会降低、故障率会增大。因此，洁净室内的空气中的氨浓度有必要经常进行监控。目前，洁净室内的空气中的氨浓度如下测定利用泵以规定的流量将洁净室内的空气通至约IOOmL左右的捕集液中，将空气中的氨捕集到捕集液中，将该捕集液送至分析中心，对捕集液内的氨进行定量，从而测定。但是，该方法中，若包括送至分析中心的运送时间，则从开始测定至获得分析结果需要大约3天，即便氨浓度增高，也无法进行迅速的应对。另外，利用该方法的氨的检测界限为50ppb左右，还不足。期待开发出不需要运送至分析中心就能够在洁净室内当场在短时间、优选20分左右以内进行测定、且测定敏感度为Ippb级别的空气中的氨浓度的测定方法。本申请发明人等开发了利用微流路芯片测定空气中的氨浓度的方法(非专利文献 1)。该方法中，将作为含氨的待测试样的空气和捕集液导入到微流路内，在微流路内产生气液二相流，将氨从气相抽提至液相内，使其通过在上部开有直径2mm孔的微流路，将气相排出而将二相流转换成液相流，向该液相流导入用于氨分析的发色液和氧化液进行发色，利用热透镜显微镜(TLM)测定发色，从而测定氨浓度。通过该方法，可以在10分钟左右的时间内以Ippb的级别当场测定空气中的氨浓度，可以应对上述要求。但是，该方法中，测定的重现性低、测定值的变异系数(CV)为20%。因此，期待开发重现性更高的测定方法。现有技术文献非专利文献
非专利文献1 第69次分析化学讨论会要旨集、31页、2008年、日本分析化学会。
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明的目的在于提供重现性良好、高敏感度地测定氨等可溶于液体的气体的方法及该方法中使用的气液相分离方法以及用于其的微流路芯片。
用于解决技术问题的方法本申请发明人等进行了深入研究，结果发现非专利文献1所记载的方法的重现性低导致了微流路中的气液相分离不稳定。而且本申请发明人对重现性良好地获得测定结果的方法进行了深入研究，结果发现在进行气液相分离的微流路中，通过在使微流路的深度为特定范围内的同时、用气体可流通的多孔性膜将微流路的上部被覆，可进行充分的气液相分离，进而完成了本发明。S卩，本发明提供一种微流路芯片，其具备设于基板内的微流路；和连接于该微流路下游端、深度为10 μ m 100 μ m、上部被多孔性膜被覆的气液相分离微流路。另外，本发明提供一种气液相分离方法，其为从下述二相流中将气相排除而形成液相流的气液相分离方法，所述二相流是在微流路内流通的由气相和液相构成的二相流， 且液相流在所述微流路的周缘部流通、气相流在其内侧流通，所述气液相分离方法包括使所述二相流在所述本发明的微流路芯片内的所述微流路中流通，导入至所述气液相分离微流路内，并在该区域流通，由此通过所述多孔性膜将所述气相流从所述气液相分离微流路排出至外部。进而，本发明提供一种气体待测物质测定用微流路芯片，其具备
试样气体导入微流路，导入含有可溶于捕集液的气体待测物质的试样气体； 捕集液导入微流路，导入所述捕集液；
气体抽提微流路，其是位于所述试样气体导入微流路和所述捕集液导入微流路的合流部下游的气体抽提微流路，且流通有二相流，该二相流中，液相流在所述气体抽提微流路的周缘部流通、气相流在其内侧流通；
气液相分离微流路，连接于该气体抽提微流路的下游端、深度为ΙΟμπ ΙΟΟμπκ上部被多孔性膜被覆；和
待测物质测定微流路，连接于该气液相分离微流路的下游，且流通有由通过该气液相分离微流路而将气相流从所述多孔性膜排出后剩余的液相流，并对该液相流中所含的所述待测物质进行测定。进而，本发明提供气体待测物质的测定方法，其包含以下工序
将所述试样气体导入至上述本发明微流路芯片的所述试样气体导入微流路的工序； 将所述捕集液导入至所述捕集液导入微流路的工序；
使由所述试样气体和所述捕集液形成的所述二相流在所述气体抽提微流路中流通，由此将所述试样气体中的所述待测物质捕集到所述捕集液中的工序；
使所述二相流在所述气液相分离微流路中流通，由此将气相流从所述多孔性膜排出至外部而形成液相流的工序；和
对所得液相流中所含的所述待测物质进行测定的工序。发明效果
根据本发明，提供可在微流路中稳定地进行充分的气液相分离的新型气液相分离方法及用于该方法的微流路芯片。通过将本发明的气液相分离方法适用于记载于非专利文献1 等的使用微流路的待测气体的测定方法中，可以短时间、高敏感度、重现性良好地测定待测气体。
[图1]为具备气液相分离微流路的本发明微流路芯片的1个具体例的模式截面图。[图2]为模式地表示流过微流路内的二相流的图。[图3]为模式地表示用于测定可溶于液体的气体待测物质的本发明的微流路芯片的图。[图4]为作为本发明实施例的微流路芯片的模式平面图。符号说明 10基板
12微流路
14气液相分离微流路 16多孔性膜 18气相流 20液相流
22用于测定可溶于液体的气体待测物质的微流路芯片
24试样气体导入微流路
26捕集液导入微流路
28待测物质
30待测物质测定微流路
34氧化液导入微流路
36发色液导入微流路。
具体实施例方式在基板内设有微流路的微流路芯片本身可高效地进行各种化学反应，已经被广泛使用。微流路多数情况下以沟状设置于玻璃、塑料、金属等基板上，且用玻璃板等平板将其上部被覆，其截面形状通常为大致半圆形或半椭圆形。当然，微流路的截面形状并非限定于半圆形或半椭圆形，也可以是矩形、圆形、椭圆形等其它任意形状。微流路的宽度通常为 ΙΟμ 600μπ 左右、优选为ΙΟΟμ 500μπ 左右，深度通常为5μπ 300μπ 左右、优选为 50 μ m ~ 200 μ m ^ “。本发明的微流路芯片中的气液相分离微流路为连接于这种设于基板内的微流路的下游端、深度为10 μ m 100 μ m、优选为40 μ m 90 μ m，上部被多孔性膜被覆的微流路。以下根据
本发明微流路芯片的优选具体例。将具备气液相分离微流路的本发明微流路芯片的1个具体例的模式截面图示于图1。图1为从侧面观察形成有微流路的基板的截面图。在基板10内形成有微流路12。在图示的具体例中，微流路12的深度为 dl。在微流路12的下游端连接有气液相分离微流路14。微流路的深度为d2、如图所示， d2小于dl。微流路的宽度(垂直于图1的纸面的方向的宽度)可以与微流路12和气液相分离微流路14相同、也可不同。另外，气液相分离微流路14的长度并无特别限定，通常为 0. 5cm 5cm左右、优选为Icm 2cm左右。气液相分离微流路14的上部被多孔性膜16被覆。多孔性膜16只要是气体可流通则无特别限定，其平均孔径通常为0. 1 μ m 2. 0 μ m左右、优选平均孔径为0. 4 μ m 1 μ m左右，孔隙率(空孔率)为50% 90%左右、优选为70% 80%左右。另外，多孔性膜的厚度并无特别限定，通常为10 μ m 200 μ m、优选为50 μ m 100 μ m左右。作为多孔性膜16的材质，只要是气体可流通则无特别限定，优选为包含疏水性材料的材质。这里，包含疏水性材料的多孔性膜是指具有即便与水相接触、水也不会浸润至另一侧程度的疏水性的多孔性膜。作为形成多孔性膜的优选的疏水性材料，可举出聚四氟乙烯(商品名f 7 口 > (注册商标))、全氟烷氧基乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、尼龙等。可作为多孔性膜16优选使用的于7 口 > (注册商标)由于在市场上有售(型号T080A025A、r γ K、乂 r ”社制)，因而可优选使用市售品。予以说明，图1所示具体例的微流路芯片由2块基板、即下部基板IOa和上部基板 IOb构成，在下部基板IOa的上面以沟状形成有微流路12、在上部基板IOb的上面以沟状形成有气液相分离微流路14。通过在上部基板IOb内形成垂直方向的孔将微流路12连接于气液相分离微流路14的上游端，从而将微流路12的下游端与气液相分离微流路14的上游端连接。另外，利用上部基板IOb的底面将微流路12的上部被覆，将微流路12封闭。通过这种构成，可以容易地制作本发明的微流路芯片。最好的是可以在同一基板内形成微流路 12和气液相分离微流路14、微流路12的上部被玻璃板等平板被覆、仅气液相分离微流路14 的上部被上述多孔性膜16被覆。使用本发明的微流路芯片，可以进行在微流路内流通的由气相和液相构成的二相流的气液分离。即，可以从微流路内将气相排出、形成液相流。首先，在微流路12的上游部分，使用泵将气相流和液相流导入至微流路12 (后述)。这样，则如图2模式地所示，液相流 20因表面张力而沿着微流路12的内面呈膜状流动(液膜流)、气相流18在其内侧(中心侧) 流动。图1中，气相流18用空白表示、液相流20用深灰色表示。含有这种液相流20和在其内侧流动的气相流18的二相流在微流路12内流通。当该二相流到达气液相分离微流路 14时，气相流18通过多孔性膜16而被排出至外部(图1中用空白向上的箭头表示)、二相流成为液相流20 (图1的气液相分离微流路14的右半部分仅图示了液相流20)。此时，气液相分离微流路14的深度d2浅于微流路12的深度dl时，气相更易被排出，故优选。液相流 20在下游中被供于利用了任意化学反应的测定。通过上述本发明的气液相分离方法，可以连续M小时以上稳定地进行气液相分离。而通过从直径2mm的孔穴排出气相的非专利文献1所记载的方法，到目前为止气液相分离最多仅能连续进行8小时。另外，非专利文献1所记载的方法中，由于液体滞留的体积增大，因而无法顺畅地将分离过的液体送液至下游。而通过使用多孔性膜、优选通过减小气液相分离微流路的深度来降低液体滞留的体积、送液变得顺畅。进而，非专利文献1所记载的方法中，用于进行相分离的压力条件狭窄，由于泵的不稳定或湿度温度变化，有相分离失败的情况。通过本发明的方法，可进行相分离的微流路内的压力条件宽、成为耐受外部不稳定或周边环境变化的相分离法。上述的本发明的气液相分离方法可以用于测定如氨那样可溶于液体的气体待测物质。以下根据
优选的具体例。用于测定可溶于液体的气体待测物质的微流路芯片22 (图3)含有导入含有可溶于捕集液的气体待测物质的试样气体的试样气体导入微流路M、和导入所述捕集液的捕集液导入微流路26。试样气体导入微流路M和捕集液导入微流路沈合流、成为上述微流路12。微流路12在其内部如图2模式地所示，气相流18中的气体的待测物质观被抽提至由捕集液而成的液相流20中(图2的箭头)，因而作为气体抽提微流路发挥功能。如上所述， 形成液相流20沿着微流路的内面流动、气相流18流过其内侧的二相流。在该二相流状态下，气相流18中的待测物质观被有效地抽提至由捕集液形成的液相流20中。气体抽提微流路12的长度并无特别限定，通常为1 cm 60cm左右、优选为30cm 40cm左右。气体抽提微流路12的下游端如上所述连接于气液相分离微流路14，在气相分离微流路14内如上所述进行气液相分离，二相流变成液相流。在气液相分离微流路14的下游连接有待测物质测定微流路30 (图1)，其流通有由通过气液相分离微流路14而将气相流18从多孔性膜16排出后剩余的液相流20，且对液相流20中所含待测物质观(图2)进行测定。待测物质测定微流路30的大小可以是如对微流路12进行叙述的通常大小，可以与微流路12的大小相同，但也可不同。待测物质测定微流路30的长度根据在其中进行的化学反应适当选择，通常为Icm 80cm左右、优选为 35cm 55cm左右。待测物质测定微流路30上还可连接导入对待测物质的测定为必要的试剂的1个或2个以上的微流路。待测物质为氨时，例如可通过使如次氯酸钠的次氯酸盐等氧化液与苯酚等发色液作用、产生蓝色色素的靛酚法进行测定。靛酚法的化学反应式如下所示。
权利要求
1.一种微流路芯片，其具备设于基板内的微流路；和连接于该微流路的下游端、深度为10 μ m 100 μ m、上部被多孔性膜被覆的气液相分离微流路。
2.根据权利要求1所述的微流路芯片，其中，所述气液相分离微流路的深度比所述微流路的深度浅。
3.根据权利要求1或2所述的微流路芯片，其中所述多孔性膜的平均孔径为0.Ιμπι 2. 0 μ m0
4.根据权利要求广3中任一项所述的微流路芯片，其中所述多孔性膜包含疏水性材料。
5.根据权利要求4所述的微流路芯片，其中，所述多孔性膜为聚四氟乙烯膜。
6.根据权利要求广5中任一项所述的微流路芯片，其中，所述微流路的宽度为10μ m 600 μ 5 μ m 300 μ m。
7.根据权利要求广6中任一项所述的微流路芯片，其中，所述气液相分离微流路的长度为0. 5cm 5cm0
8.一种气液相分离方法，其为从下述二相流中将气相排除而形成液相流的气液相分离方法，所述二相流是在微流路内流通的由气相和液相构成的二相流，且液相流在所述微流路的周缘部流通、气相流在其内侧流通，该气液相分离方法包括使所述二相流在权利要求 Γ7中任一项所述的微流路芯片内的所述微流路内流通，导入至所述气液相分离微流路内， 并在该区域流通，由此通过所述多孔性膜将所述气相流从所述气液相分离微流路排出至外部。
9.一种气体待测物质测定用微流路芯片，其具备试样气体导入微流路，导入含有可溶于捕集液的气体待测物质的试样气体；捕集液导入微流路，导入所述捕集液；气体抽提微流路，其是位于所述试样气体导入微流路和所述捕集液导入微流路的合流部下游的气体抽提微流路，且流通有二相流，该二相流中，液相流在所述气体抽提微流路的周缘部流通、气相流在其内侧流通；气液相分离微流路，连接于该气体抽提微流路的下游端、其深度为10μπι 100μπι、1 部被多孔性膜被覆；和待测物质测定微流路，连接于该气液相分离微流路的下游、且流通有由通过该气液相分离微流路而将气相流从所述多孔性膜排出后剩余的液相流，并对该液相流中所含的所述待测物质进行测定。
10.根据权利要求9所述的微流路芯片，其还具备试剂导入微流路，该试剂导入微流路为合流于所述任一个微流路的至少一个微流路，供给测定所述待测物质所需的试剂。
11.一种气体待测物质的测定方法，其包含以下工序将所述试样气体导入至权利要求9或10所述的微流路芯片的所述试样气体导入微流路的工序；将所述捕集液导入所述捕集液导入微流路的工序；使由所述试样气体和所述捕集液形成的所述二相流在所述气体抽提微流路中流通，由此将所述试样气体中的所述待测物质捕集到所述捕集液中的工序；使所述二相流在所述气液相分离微流路中流通，由此将气相流从所述多孔性膜排出至外部、形成液相流的工序；和对所得液相流中所含的所述待测物质进行测定的工序。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述气体待测物质为氨。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述微流路芯片为进一步具有2个所述试剂导入微流路的权利要求9所述的微流路芯片，从一个试剂导入微流路导入发色液、从另一个试剂导入微流路导入氧化液。
14.根据权利要求13所述的方法，使用热透镜显微镜进行氨的测定。
全文摘要
本发明公开了重现性良好、高敏感度地测定氨等对液体为可溶性的气体的方法及该方法所使用的气液相分离方法以及用于其的微流路芯片。微流路芯片具备设于基板内的微流路；连接于该微流路下游端、深度为10μm～100μm、上部被多孔性膜被覆的气液相分离微流路。从下述二相流中将气相排除而形成液相流的气液相分离方法包括使下述二相流在微流路芯片内的微流路中流通、导入气液相分离微流路、并在该区域流通，由此通过多孔性膜将气相流从气液相分离微流路排出至外部，所述二相流是在微流路内流通的由气相和液相构成的二相流，且液相流流通微流路的周缘部、气相流流通其内侧。
文档编号B01D61/00GK102448602SQ20108002400
公开日2012年5月9日 申请日期2010年3月31日 优先权日2009年3月31日
发明者木平 Y., 佐佐木真理, 北森武彦, 青田新, 马渡和真 申请人:国立大学法人东京大学, 微化学技研株式会社, 财团法人神奈川科学技术研究院