JP2000002679A - におい測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 以前に測定した試料ガスの残滓を流路中から
除去して、正確な測定を行う。 【解決手段】 バルブ１７のａ−ｂ間を接続し、試料ガ
スを捕集管１９に流して吸着剤に試料成分を吸着させ
る。次に、バルブ１７のｂ−ｃ間を接続して捕集管１９
にＮ2を流し、バルブ１７以降の流路に残留している試
料ガスを追い出す。続いて、六方バルブ１８を実線で示
す位置に切り替えて捕集管１９に逆方向からＮ2を流し
つつ捕集管１９を加熱して、吸着剤から離脱させた試料
成分をフローセル２６に導入する。その後、バルブ１７
のａ−ｃ間を接続し、Ｎ2を試料ガス導入口１６から排
出することにより、バルブ１７手前の流路に残留してい
る試料ガスも追い出す。その結果、試料ガス導入口１６
からバルブ２１までの間の試料ガス流路中の試料ガスが
一掃される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスセンサの一種
であるにおいセンサを使用して試料ガスに含まれるにお
い成分を測定するにおい測定装置に関する。本発明のに
おい測定装置は、食品や香料の品質検査、悪臭公害の定
量検知、焦げ臭検知による火災警報機、更には、人物の
追跡、識別、認証や薬物検査等の犯罪捜査等の幅広い分
野に利用可能である。

【０００２】

【従来の技術】においセンサは、空気（又は供給された
試料ガス）中に含まれるにおい成分がセンサの感応面に
付着することにより生ずる該センサの物理的変化を電気
的（又は光学的）に測定するものである。においセンサ
としては、酸化物半導体を用いたものや導電性高分子を
用いたものが知られている。

【０００３】このようなにおいセンサを利用したにおい
測定装置にて比較的低濃度の試料ガス中のにおい成分を
測定する場合、被測定成分の濃度を高めるために加熱脱
着法（サーマルデソープション）によるガス濃縮処理が
行なわれることが多い。加熱脱着法では、まず、被測定
成分を吸着する吸着剤を装填した濃縮管に試料ガスを流
通させて、該試料ガスに含まれる被測定成分を吸着剤に
吸着させる。そして、充分に被測定成分が吸着された後
に、該濃縮管にキャリアガスを流しつつ吸着剤の温度を
急速に上昇させる。これにより、吸着されていた被測定
成分が短時間の間に吸着剤から離脱し、キャリアガスに
乗って高い濃度でにおいセンサに運ばれる。キャリアガ
スとしては、においセンサに応答しないことは勿論のこ
と、においセンサの感応膜や電極に損傷を与えないよう
に、例えば窒素ガスのような化学的に不活性なガスが利
用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような濃縮管を用
いた構成では、通常、バルブの切替等により試料ガスと
キャリアガスとが択一的に濃縮管に導入されるようにな
っているが、複数種類の試料ガスを連続的に測定する場
合、前に測定した試料ガス中の試料成分が流路中に僅か
でも残留していると測定の正確性が損なわれる。

【０００５】本発明はこのような点に鑑みて成されたも
のであり、その目的とするところは、試料ガスを濃縮管
にて濃縮した後ににおいセンサに導入するにおい測定装
置において、以前に測定した試料ガス中の成分を完全に
除去して次の測定を行うことができるにおい測定装置を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、試料ガスに含まれる試料成分を吸
着するとともに加熱により該試料成分を離脱する吸着剤
を装填した捕集管を含むガス濃縮手段と、該ガス濃縮手
段によって濃縮された試料成分を検出するにおい検出手
段とを具備するにおい測定装置において、 a)試料ガス供給源が着脱自在に接続される試料ガス供給
口と、 b)キャリアガスを供給するためのキャリアガス供給源
と、 c)前記試料ガス供給口と前記キャリアガス供給源と前記
捕集管とを互いに接続する流路切替手段であって、ガス
濃縮時には試料ガス供給口と捕集管とを接続して該捕集
管に試料ガスを流して吸着剤に試料成分を吸着させ、そ
の後に、キャリアガス供給源と捕集管とを接続してキャ
リアガスを捕集管に流して残留試料ガスを追い出し、ま
た試料ガス供給口とキャリアガス供給源を接続してキャ
リアガスを試料ガス供給口から排出する流路切替手段
と、を備えることを特徴としている。

【０００７】

【発明の実施の形態】この構成では、キャリアガスは、
ガス濃縮時に流路内に導入された試料ガスの残留分を外
部へ追い出すために利用されるほかに、捕集管内の吸着
剤に吸着された試料成分が加熱により離脱した際に該試
料成分をにおい検出手段にまで運ぶために利用すること
ができる。

【０００８】すなわち、まず、試料ガス供給口に試料ガ
ス供給源が接続された状態で流路切替手段により試料ガ
ス供給口と捕集管とを接続すると、試料ガス供給口に導
入された試料ガスが捕集管に流れ、吸着剤に試料成分が
吸着される。充分に試料成分が吸着された後に、流路切
替手段を切り替えて捕集管にキャリアガス供給源からキ
ャリアガスを流す。これにより、捕集管やその前後の流
路（特に流路切替手段から捕集管に至るまでの流路）に
残留していた試料ガスは押し出されてキャリアガスに置
換される。このとき、吸着剤に吸着されている試料成分
はそのまま残る。それと同時又はその後に、試料ガス供
給口から試料ガス供給源を取り外し、流路切替手段によ
り試料ガス供給口とキャリアガス供給源とを接続する。
これにより、キャリアガスは流路切替手段を介して試料
ガス供給口から排出される。これにより、試料ガス供給
口から流路切替手段までの間の流路に残留していた試料
ガスも追い出される。流路切替手段を挟んで試料ガス供
給口側と捕集管側の両方の流路に残る試料ガスを同時に
追い出すためには、試料ガス供給口とキャリアガス供給
源と捕集管との三者ともが同時に接続される構成として
おけばよい。

【０００９】なお、におい検出手段に試料成分を導入す
るには、捕集管にキャリアガスを流しつつ吸着剤を加熱
し、吸着剤に吸着されていた試料成分を脱離させてキャ
リアガスに乗せてにおい検出手段まで運ぶとよい。ま
た、そのためには、捕集管を通過したガスがそのまま外
部に排出される流路と、該ガスがにおい検出手段に導入
される流路とを選択的に切り替えるための流路切替手段
を設けておくことが好ましい。

【００１０】

【発明の効果】本発明に係るにおい測定装置では、試料
成分の吸着のために捕集管を含む流路内に導入され、吸
着終了時点でその流路内に残留している試料ガスは、そ
の後の、上流方向及び下流方向への試料ガスの追い出し
によって上記流路内から一掃される。したがって、次に
別の試料ガスのにおい測定を行う場合に、前に測定した
試料ガスの成分の影響を受けることなく、正確で再現性
の高い測定が行える。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に係るにおい測定装置の一実施
例を図１を参照して説明する。図１は、本実施例のにお
い測定装置のガス流路を中心とする要部の構成図であ
る。

【００１２】純粋な窒素ガス（Ｎ2）を充填した窒素ガ
ス容器１０のガス出口に設けられた定圧バルブ１１の出
口側の流路は、それぞれニードルバルブ１３、１５を備
える二本の第１及び第２なる窒素ガス流路１２、１４に
分岐される。試料ガス導入口１６に接続される流路と第
１窒素ガス流路１２とは、それぞれ三方バルブ（３ポー
ト３ポジションバルブ）１７のポートａ、ｃに接続され
ており、残りのポートｂは六方バルブ（６ポート２ポジ
ションバルブ）１８のポートａに接続されている。ま
た、第２窒素ガス流路１４は六方バルブ１８のポートｄ
に接続されている。六方バルブ１８のポートｃとポート
ｆとの間には、加熱用のヒータ２０が付設された捕集管
１９が接続されており、この捕集管１９には、測定対象
の試料成分に応じて、例えば、カーボン系吸着剤やその
他の適宜の吸着剤が充填されている。

【００１３】六方バルブ１８のポートｂは、三方バルブ
（３ポート２ポジションバルブ）２１により、排出口２
４に直接連なっている流路とニードルバルブ２２及びポ
ンプ２３を介して排出口２４に連なる流路とに選択的に
接続される。六方バルブ１８のポートｅはにおいセンサ
２５を備えるフローセル２６に接続され、その下流側出
口はバルブ３０と逆止弁３１とを介して排出口３２に接
続されている。六方バルブ１８とフローセル２６とは、
温度調整部２８により所定温度に制御される恒温槽２７
内に設置されている。また、においセンサ２５の電極間
の抵抗変化は測定部２９により測定され、その測定結果
に基づいてにおいの識別が行われる。

【００１４】制御部３３には操作部３４が付設されてお
り、所定のプログラムに従って後述のように、三方バル
ブ１７、２１、六方バルブ１８、ポンプ２３、ヒータ２
０、温度調整部２８等の各部の動作を制御する。なお、
各流路の配管材料としては、試料成分の吸着が少ないＰ
ＴＦＥチューブを利用することが望ましい。

【００１５】図２は、３ポート３ポジションの三方バル
ブ１７の構成の一例を示す図である。この三方バルブ１
７は、三個の二方バルブ１７１、１７２、１７３から成
り、各二方バルブ１７１、１７２、１７３の一方のポー
トが共通に接続され、他方のポートがそれぞれ外部の流
路と接続されるようになっている。この構成では、三個
の二方バルブ１７１、１７２、１７３の内の適宜の二個
のバルブが流通するように制御されることにより、三個
のポートａ、ｂ、ｃの内の任意の２個のポートが接続さ
れるようになっている。

【００１６】次に、このにおい測定装置の動作を測定手
順に沿って詳述する。 （ｉ）試料成分の捕集 まず、制御部３３は、試料ガス導入口１６が六方バルブ
１８のポートａに接続されるように三方バルブ１７を切
り替える（ポートａ、ｂを連通させる）とともに、六方
バルブ１８のポートｂがニードルバルブ２２側に接続さ
れるように三方バルブ２１を切り替える。また、図１に
破線で示す接続状態に六方バルブ１８を切り替えてポン
プ２３を作動させる。すると、ポンプ２３の吸引力によ
り、試料ガス導入口１６に導入された試料ガスは三方バ
ルブ１７（図２中の矢印Ａの方向に流れる）及び六方バ
ルブ１８を介して捕集管１９を通り（図１中の左から右
方向）、更に六方バルブ１８、三方バルブ２１、ニード
ルバルブ２２を通って排出口２４から排出される。試料
ガスは、例えば清浄空気に測定対象の試料成分（におい
成分）を含むものである。このときヒータ２０には通電
を行わなず、試料ガスが捕集管１９を通過する際に試料
ガスに含まれる試料成分が吸着剤に吸着される。

【００１７】一方、窒素ガス容器１０のガス出口のガス
圧は排出口３２のガス圧よりも高くなっているため、第
２窒素ガス流路１４を通して供給される窒素ガスは六方
バルブ１８を介してフローセル２６に流通し、排出口３
２から排出される。この窒素ガスの流量は、ニードルバ
ルブ１５の開度により適宜に調節される。これにより、
においセンサ２５は窒素ガス雰囲気中に保持される。

【００１８】（ii）捕集管内の試料ガスの置換 所定時間、捕集管１９に試料ガスを流通させた後、制御
部３３は、三方バルブ１７を切り替えて（ポートｂ、ｃ
を連通させて）第１窒素ガス流路１２を六方バルブ１８
のポートａに接続するとともに、三方バルブ２１を切り
替えて六方バルブ１８のポートｂを排出口２４に直接的
に接続する。すると、窒素ガス容器１０のガス出口のガ
ス圧は排出口２４のガス圧よりも高くなっているため、
試料ガスに代わって窒素ガス容器１０より供給された窒
素ガスが、第１窒素ガス流路１２−三方バルブ１７（図
２中の矢印Ｂの方向に流れる）−六方バルブ１８−捕集
管１９−六方バルブ１８−三方バルブ２１を通り、排出
口２４から排出される。これにより、捕集管１９を含ん
で三方バルブ１７の共通接続点から三方バルブ２１まで
の流路内部に残っている試料ガスは、窒素ガスにより外
部へ押し出される。このときもヒータ２０による加熱は
行われず、先に捕集管１９内の吸着剤に吸着された試料
成分はそのまま残る。一方、フローセル２６には引き続
き窒素ガスが流れるので、においセンサ２５は窒素ガス
雰囲気中に保たれる。

【００１９】（iii）フローセルへの試料成分の導入 所定時間、捕集管１９に窒素ガスを流通させた後、制御
部３３は、六方バルブ１８を図１に実線で示す接続状態
に切り替える。すると、第２窒素ガス流路１４−六方バ
ルブ１８−捕集管１９−六方バルブ１８−フローセル２
６−排出口３２という流路が形成される。この状態でヒ
ータ２０に通電を開始し、捕集管１９を急速に（例えば
１０℃／秒程度の昇温速度で２５０〜３００℃程度ま
で）加熱する。これにより、捕集管１９内の吸着剤に吸
着していた試料成分は吸着剤から離脱し、それ以前とは
逆方向（図１中で右から左方向）に流通する窒素ガスに
乗ってフローセル２６まで運ばれる。試料成分を含む窒
素ガスがフローセル２６を通ると、においセンサ２５の
感応膜に試料成分が吸着され、においセンサ２５の電極
間の電気抵抗が変化する。測定部２９はこの抵抗変化を
検出することにより、試料成分を検出する。なお、少な
くとも試料成分の導入の期間中、恒温槽２７は温度調整
部２８により約４０℃に保たれる。これにより、におい
センサ２５による検出の温度依存性の影響を回避できる
とともに、高沸点の試料成分に対してもスムーズに流通
させることができる。

【００２０】（iv）流路内及びにおいセンサの清浄化 上述のようなにおい成分の検出動作が終了すると、制御
部３３はヒータ２０による加熱を停止する。これによ
り、捕集管１９は空冷により徐々に冷却される。勿論、
冷却を迅速に行うためにファンを設ける、或いは、水冷
による冷却を行うようにしてもよい。制御部３３は捕集
管１９の温度が４０℃程度まで降下したことを検知した
ならば、或いは、４０℃程度まで温度が降下するに十分
な時間が経過したならば、三方バルブ１７のポートａ、
ｃを連通させるように切り替え、試料ガス導入口１６と
第１窒素ガス流路１２とを接続する。このとき、試料ガ
ス導入口１６には試料ガスを送り込まず、例えば大気に
対して開放した状態としておく。すると、窒素ガス容器
１０のガス出口のガス圧は試料ガス導入口１６のガス圧
よりも高いので、窒素ガスは第１窒素ガス流路１２から
三方バルブ１７を介して（図２中の矢印Ｃの方向に）試
料ガス導入口１６側へ流れ、外部へと排出される。これ
により、試料ガス導入口１６と三方バルブ１７の共通接
続点との間の流路に残留していた試料ガスも窒素ガスに
より追い出される。

【００２１】また、制御部３３は、温度調整部２８によ
り恒温槽２７の温度を所定温度まで上昇させる。これに
より、においセンサ２５の雰囲気温度が上昇すると、感
応膜に吸着されていた試料成分やその他の不純物は離脱
し、流通する窒素ガスにより排出口３２から外部に運び
去られる。その結果、においセンサ２５の感応膜は回復
し、再び試料成分を検出可能な状態に戻る。

【００２２】以上のように、捕集管１９内の試料ガスの
置換及び流路内の清浄化の行程により、試料成分導入時
に試料ガスが流通する経路の中で、試料ガス導入口１６
から三方バルブ２１に至るまでの流路から完全に試料ガ
スが除去される。したがって、次に他の試料ガスの測定
を実行する際に、それ以前に測定した試料ガスの影響を
受けることなく濃縮を行うことができる。

【００２３】なお、上述のような測定に関する一連の処
理は、制御部３３に予め設定したプログラムに従って自
動的に行なうようにすることができるが、例えば、各バ
ルブを切り替える時間やヒータ２０の加熱温度等のパラ
メータは、試料成分の種類に応じて適宜、操作部３４か
ら設定できるようにしておくとよい。また、自動的な測
定のみならず、操作部３４より測定者が逐次指示を与え
ることにより、手動で測定の各処理を進める構成として
もよい。

【００２４】なお、上記実施例は一例であって、本発明
の趣旨の範囲で適宜変形や修正を行なえることは明らか
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例であるにおい測定装置の構
成図。

【図２】 本実施例中の三方バルブの一例を示す構成
図。

【符号の説明】

１０…窒素ガス容器 １１…定圧バルブ １２、１４…窒素ガス流路 １３、１５、２２…ニードルバルブ １６…試料ガス導入口 １７…三方バルブ（３ポート３ポジション） １７１、１７２、１７３…二方バルブ １８…六方バルブ（６ポート２ポジション） １９…捕集管 ２０…ヒータ ２１…三方バルブ（３ポート２ポジション） ２３…ポンプ ２４、３２…排出口 ２５…においセンサ ２６…フローセル ３３…制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木下 太生 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会 社島津製作所三条工場内 (72)発明者 中野 博司 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会 社島津製作所三条工場内 Ｆターム(参考） 2G046 AA01 BG02 BG07 CA09 EB01

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料ガスに含まれる試料成分を吸着する
   とともに加熱により該試料成分を離脱する吸着剤を装填
   した捕集管を含むガス濃縮手段と、該ガス濃縮手段によ
   って濃縮された試料成分を検出するにおい検出手段とを
   具備するにおい測定装置において、 a)試料ガス供給源が着脱自在に接続される試料ガス供給
   口と、 b)キャリアガスを供給するためのキャリアガス供給源
   と、 c)前記試料ガス供給口と前記キャリアガス供給源と前記
   捕集管とを互いに接続する流路切替手段であって、ガス
   濃縮時には試料ガス供給口と捕集管とを接続して該捕集
   管に試料ガスを流して吸着剤に試料成分を吸着させ、そ
   の後に、キャリアガス供給源と捕集管とを接続してキャ
   リアガスを捕集管に流して残留試料ガスを追い出し、ま
   た試料ガス供給口とキャリアガス供給源を接続してキャ
   リアガスを試料ガス供給口から排出する流路切替手段
   と、 を備えることを特徴とするにおい測定装置。