JPH0347855B2 - - Google Patents

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JPH0347855B2
JPH0347855B2 JP57197514A JP19751482A JPH0347855B2 JP H0347855 B2 JPH0347855 B2 JP H0347855B2 JP 57197514 A JP57197514 A JP 57197514A JP 19751482 A JP19751482 A JP 19751482A JP H0347855 B2 JPH0347855 B2 JP H0347855B2
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JP
Japan
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sample gas
skin
sampling
gas sampling
sample
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Yasuhiro Mitsui
Osami Okada
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は大気圧イオン化質量分析計等の試料ガ
ス採取装置の改良に係り、特に、この種装置にお
いて人間の生体皮膚から発生する微量の揮発性有
機物質からなる試料ガスを効率的に採取するのに
好適な試料ガス採取装置に関する。
〔従来技術〕
人体において血液中に含まれる揮発性物質は種
種の人体の機能との関連をもつており、それらを
計測することは人体機能の解明、さらには病気の
診断において重要である。この揮発性物質を血液
を試料とせず、皮膚を透過することによつて揮発
してくるガスを試料とすることは血液を試料とし
た場合の問題点を解決できるので極めて有効であ
る。すなわち、血液の分析では血液を採取するた
めに検体に負担がかかり、同一検体に対する連続
測定ができないこと、また、血液を採取し、測定
器に導入するまでの間に生体外反応が起こり、生
体内におけると同様の測定ができないことの大き
な二つの問題点がある。皮膚から発生するガスを
試料とするならばこの二つの問題は解決される。
しかしながら、血液中に含まれる代謝による揮発
性有機物は極めて微量であり、これが皮膚を透過
してくるので、更に微量となる。この微量の揮発
性有機物ガスを少しでも多く採取することは測定
上重要である。
そのために、従来の皮膚から血液ガスを採取す
る装置はガス採取容器の皮膚に接する面に多数の
穴のあいた金属板をとりつけ、この穴のあいた金
属板にヒータを接しさせて電気的に皮膚を加熱す
るようにしたものである。
1) P.Rolfe;“Fetal and Neonatal
Physiological Measuremtnts”,Pitman
Medical Limited,London,1980,pp.385〜
449. 2) P.Rolfe;“Non−Invasive Physiolgical
Measurements”,Academic Press,London,
New York,San Francisco,1979,pp.333〜
344. しかしながら、このような構成ではガス採取容
器の皮膚に接する面積のうちで実際にガスを採取
している有効面積が少なく、単位時間当りのガス
採取量が極めて少ないと言う欠点があつた。この
装置の本来の目的は血液ガスのうちの主成分であ
る酸素、炭酸ガス、麻酔ガス(N2O)を採取す
ることにあり、したがつて、発生ガス量が多いた
め有効面積が少なくとも問題とはならなかつた。
しかし、採取目的物質が生体代謝による揮発性有
機物ガスになると極めて微量となるために、この
ような試料ガスを採取するための有効面積を大き
くすることが重要になる。
〔発明の目的〕
したがつて、本発明の目的は生体皮膚から発生
する微量の揮発性有機物からなる試料ガスを効率
的に採取できる試料ガス採取装置を提供すること
にある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するために本発明においては、
キヤリアガスを導入するための導入口と、生体皮
膚に密着させてこの生体皮膚から発生する揮発性
有機物からなる試料ガスを採取するための開口
と、採取された試料ガスをキヤリアガスと共に導
出するための導出口とからなる試料ガス採取手段
と、生体皮膚を加熱することによつて揮発性有機
物ガスの発生を促進するための生体皮膚から離間
して設けられた加熱手段とによつて試料ガス採取
装置を構成したことを特徴としている。
かかる本発明の特徴的な構成によつて、試料ガ
ス採取手段の開口によつて覆われる生体皮膚の全
表面積が試料ガスの採取に対する有効面積とする
ことができるために生体皮膚から発生する微量な
揮発性有機物からなる試料ガスを効率的に採取で
きるようになる。その採取効率は従来装置に比較
して5〜10倍であつた。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を図を用いて詳細に説明する。
第1図は本発明による試料ガス採取装置を大気
圧イオン質量分析計と結合した時の基本構成を示
したものである。
同図において、キヤリアガスとしての純窒素は
ボンベ(図示せず)より供給されるが、この窒素
ガスは保護弁1、流量調整ニードルバルブ3、モ
レキユラーシーブトラツプ4、試料ガス採取容器
6を経由して、生体皮膚5より発生した揮発性有
機物からなる試料ガスとともに大気圧イオン化質
量分析計のイオン源9に導入される。このキヤリ
アガスは大気圧イオン化質量分析計の一次イオン
として必要なものである。すなわち、大気圧イオ
ン化質量分析計では1気圧のイオン源9にキヤリ
アガスと微量の試料ガスが導入されるが、この時
まずコロナ放電または放射線による一次イオ化が
起こる。この時生ずる一次イオンの組成は試料ガ
スが微量(ppm〜ppt)のためにほとんどがキヤ
リアガスイオンである。次に二次イオン化として
このキヤリアガスイオンは大気圧イオン化質量分
析計の分析部10へ導入されるあいだに中性分子
と衝突し、キヤリアガスよりもイオン化ポテンシ
アルの低い物質をイオン化する。1気圧のイオン
源9では平均自由行程が短かく通常イオン源9の
内部で1個のイオン105〜106回の衝突をくり返
す。したがつて微量の試料ガスでもほぼ100%が
この衝突に関与し、イオン化される。通常、キヤ
リアガスとしては窒素、アルゴン、ヘリウム、酸
素、空気が用いられこれらは目的物質である有機
物よりもイオン化がポテンシアルが高いために電
荷交換反応は速やかに進行し、逆反応は起こられ
ない。また、通常は試料ガスに多量の水が含まれ
ている場合が多いが、この時はキヤリアガスイオ
ンから水または水のクラスタイオンが生成され、
これらのイオンがリアクタントイオンとなつてプ
ロトン移動反応を起こし、目的有機物をイオン化
する。生体皮膚5は鐘型をしたガラス製試料ガス
採取容器6と密着され、光の方向及び広がりを制
御するシエード8を備えた赤外線ランプ7で42〜
43℃に加熱される。試料ガス採取容器6は内径が
約30mm、内容積が約25mlであり、赤外線ランプ8
としては200〜300Wのものが用いられ、生体皮膚
5から20〜40cmの距離に設置されている。大気圧
イオン化質量分析計のイオン源9はロータリポン
プ12とイオン源9に隣接して設けられた分析部
10(10paおよび10-3paの真空室部よりなる)
とへのガス流入により、1気圧よりわずかに圧力
が低く維持されており、試料ガス採取容器6の内
部もイオン源9の圧力とほぼ同じため、生体皮膚
5は破線で示されるようにわずかに内方へ吸引さ
れて、揮発性有機物ガスをより発生しやすいよう
になつている。試料ガス採取容器6の内部圧力は
ニードルバルブ3,11、流量計2、および保護
弁1で制御される。ニードルバルブ3,11をと
もに閉じた状態で流量計2が示す値V1とニード
ルバルブ3,11ともに開けた時に流量計2が示
す値V2との差(V1−V2)が試料ガス採取容器6
に送られるキヤリアガスの流量である。生体皮膚
5が適度に吸引されるようにニードルバルブ3,,
11で試料ガス採取容器6内の圧力を調整する。
試料ガス採取容器6内の圧力は0.8気圧以上、キ
ヤリアガスの流量は100ml/分〜1/分が良い。
保護弁1は保護弁1の前後の圧力差が大きくなつ
た時にその弁が開き、キヤリアガスが流れる。通
常の試料ガスの採取時は数回/秒の開閉を行なつ
ているが、イオン源9側の吸引の操作ミスなどで
試料ガス採取容器6内の圧力が下がりすぎた場合
には保護弁1は開いたままの状態となる。これに
より、生体皮膚5が吸引されすぎるのを保護す
る。なお、窒素ガスからなるキヤリアガス中に含
まれる微量の不純物はモレキユラーシーブトラツ
プ4で除去される。
本実施例では次の効果が得られる。従来装置で
は採取容器の生体皮膚との接触部に皮膚加熱用の
多数の穴のあいた金属板が設置されているため揮
発性有機物ガスの発生のための有効面積が少な
く、生体皮膚との全接触面積に対し、穴面積は10
〜20%程度であつた。これに対して、本実施例で
は試料ガス採取容器6で覆われる生体皮膚5の全
表面が有効面積であるので従来装置の数倍以上の
効率で試料ガスが採取できる。また、従来装置で
有効面積を大きくするために穴面積を大きくする
と加熱による生体皮膚の表面温度が均一でなくな
り、穴の中央部付近は温度が低くなつて結果的に
有効面積が小さくなる。そこで、穴の中央部の温
度を上げるために金属板の温度を上げると生体皮
膚を火傷させる。これに対して、本実施例では試
料ガス採取容器6で覆われている生体皮膚5は離
間して設けられた赤外線ランプ7によつて容器6
を通して赤外線が均一に照射されているため生体
皮膚5の全表面が均一に加熱される。そのため、
生体皮膚5に火傷させることは生じない。
さらに本実施例では試料ガス採取装置が大気圧
イオン化質量分析計と直接に結合されているため
に、オンライン測定が可能であり、検体の大量処
理および連続測定が可能である。
第2図は本発明による試料ガス採取装置を試料
ガス採取ボンベと結合した時の基本構成を示した
ものである。第1図の実施例と異なるところは試
料ガス採取装置が直接、大気圧イオン化質量分析
計に結合されずに、試料ガス採取ボンベ15を介
在させて、オフライン的に大気圧イオン化質量分
析計に結合されることである。この試料ガス採取
ボンベ15は内容積が2〜3のガラス製のもの
でニードルバルブ14,16が具備されている。
試料ガス採取ボンベ15はあらかじめ1pa以下の
圧力に減圧されており、結合器13で鐘型試料ガ
ス採取容器6と結合される。生体皮膚5からの試
料ガスの採取操作は第1図の実施例と同様であ
り、第2図のニードルバルブ14が第1図のニー
ドルバルブ11に相当している。試料ガス採取ボ
ンベ15へのキヤリアガスと生体皮膚5からの試
料ガスとの採取完了時点は流量計2で検出する。
すなわち、あらかじめキヤリアガスを流し、ニー
ドルバルブ3を閉じた状態で流量計2が示す値f1
にニードルバルブ3,14を開けて試料ガスの採
取を行なつている時の流量計2が示す値f2が一致
した時が試料ガスの採取完了時点である。試料ガ
スの採取時のキヤリアガスの流量は一定(200〜
500ml/分)となるようにニードルバルブ14で
調整する。試料ガスの採取完了時点に近づくと2
〜3秒で値f2は値f1に復帰するので試料ガスの採
取時のキヤリアガスの流量はほとんど一定とみな
せる。試料ガスの採取完了した試料ガス採取ボン
ベ15は第1図で示した大気圧イオン化質量分析
計のイオン源9に結合されるがニードルバルブ1
6側がイオン源9に、そしてニードルバルブ14
側が高純度窒素ガスボンベに結合され、バルブ1
4,16が開けられて窒素ガスを200ml/分程度
流すことにより試料ガス採取ボンベ15の中の試
料ガスをイオン源9に送出する。
本実施例における効果は試料ガスの採取効率に
関しては第1図の実施例と同じであるが、オフラ
イン的な試料採取方法であるので、さらに次の効
果が得られる。検体が大気圧イオン化質量分析計
が設置されている場所に来ることができない時、
すなわち、各地の病院、診療所で試料ガスの採取
を行なう場合は試料ガス採取装置のみを試料ガス
の採取場所に設置することで試料ガスの採取が行
なえる。したがつて、本実施例によれば大型の大
気圧イオン化質量分析計を試料ガスの採取場所に
設置しなくても試料ガスを採取できるので病人等
を遠隔地から移動させる必要が全くない。
第3図は本発明による試料ガス採取装置によつ
て人間の腕から採取された微量の揮発性有機物か
らなる試料ガスの測定結果を示したものである。
同図から明らかなように、質量数が18(アンモニ
ア),45(アセトアルデヒド),47(エタノール),
59(アセトン)の揮発性有機物が観測されている。
これらの揮発性有機物は生体代謝物として種々の
病気と因果関係があり、その測定は重要である。
なお、質量数が19,37,55,73の物質は水のクラ
スタイオンH3O+,H+(H2O)2,H+(H2O)3,H+
(H2O)4である。このように本実施例によれば生
体学上重要な生体代謝による微量の揮発性有機物
ガスを非観血的に検出できる効果が得られる。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、試料ガス採
取容器で覆われる生体皮膚の全表面積が試料ガス
の採取に対する有効な表面積とすることができる
ので、生体学上重要な生体代謝による微量の揮発
性有機物ガスを有効に採取できる効果が得られ
る。従来装置では血液中の主揮発性成分である
CO2,N2,O2を採取するためのものであるため、
試料ガスの採取のための有効面積は少なくても問
題とはならなかつた。しかし、生体皮膚から発生
する代謝による揮発性有機物ガスは極めてその量
が少なく、少しでも効率的に採取することは重要
な課題である。本発明では従来装置に比較して5
〜10倍の試料ガスの採取効率を有している。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による試料ガス採取装置を大気
圧イオン化質量分析計に結合した時の基本構成
図、第2図は本発明による試料ガス採取装置を試
料ガス採取ボンベに結合した時の基本構成図、第
3図は本発明による試料ガス採取装置を用いて採
取した試料ガスを大気圧イオン化質量分析計によ
つて測定したマススペクトル図である。 1……保護弁、2……流量計、3,11,1
4,16……ニードルバルブ、4……モレキユラ
ーシーブトラツプ、5……生体皮膚、6……試料
ガス採取容器、7……赤外線ランプ、8……赤外
線の方向、広がりを制御するシエード、9……大
気圧イオン化質量分析計のイオン源、10……大
気圧イオン化質量分析計の分析部、12……ロー
タリポンプ、13……結合器、15……試料ボン
ベ採取ボンベ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 キヤリアガスを導入するための導入口と、生
    体皮膚に密着させて上記生体皮膚から発生する揮
    発性有機物からなる試料ガスを採取するための開
    口と、上記採取された試料ガスを上記キヤリアガ
    スと共に導出するための導出口とからなる試料ガ
    ス採取手段と、上記生体皮膚から離間して設けら
    れた加熱手段とを有し、上記試料ガス採取手段が
    上記導出口を介して大気圧イオン化質量分析計の
    イオン源に接続されていることを特徴とする試料
    ガス採取測定装置。 2 上記試料ガス採取手段が鐘形ガラス容器から
    なることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の試料ガス採取測定装置。 3 上記加熱手段が赤外線ランプからなることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の試料ガス
    採取測定装置。 4 上記試料ガス採取手段が上記試料ガスを採取
    中、負圧に維持されていることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の試料ガス採取測定装置。
JP57197514A 1982-11-12 1982-11-12 試料ガス採取測定装置 Granted JPS5988141A (ja)

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JPS5988141A JPS5988141A (ja) 1984-05-22
JPH0347855B2 true JPH0347855B2 (ja) 1991-07-22

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