JPH08101097A - 呼気採取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特にサンプリングバルブにおける呼気成分の
吸着や水分の凝縮を防止し、呼気分析の信頼性の向上を
図る。 【構成】 呼気吹込口２ｄを有する呼気採取管２と、呼
気採取管２の呼気貯留部２ｂに一端部が連通接続された
呼気導入管４と、呼気導入管４の他端部に接続されたサ
ンプリングバルブ１７と、呼気導入管４及びサンプリン
グバルブ１７の間に接続されたフィルタ１８と、サンプ
リングバルブ１７に接続され呼気導入管４を介して呼気
が導入されるサンプルループ１９と、呼気採取管２に吹
込まれた呼気を呼気導入管４を介してサンプルループ１
９へ導入するサンプリング用ポンプ９とを備え、恒温槽
１３の内部に、サンプリングバルブ１７，フィルタ１
８，サンプルループ１９を収納する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、呼気採取装置に係り、
例えば臨床検査における呼気の採取や飲酒運転取締まり
における呼気の採取等を行う場合に好適な呼気採取装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開平６−５８９１９号公
報に記載されている如く、被検者の呼気を採取して分析
を行う呼気採取分析装置が開発されている。当該装置
は、装置本体に付設され外周部がヒータで被覆された長
さ１．５［ｍ］程度の呼気採取管と、呼気採取管の端部
に四方電磁バルブを介して各々接続された２本のキャリ
アガス流路と、四方電磁バルブに接続された空気ボンベ
と、各キャリアガス流路の一部を区画して設けられたサ
ンプル計量部と、各サンプル計量部の下流側に三方電磁
バルブ及び排気管を介して接続された吸引ポンプと、各
三方電磁バルブに各々接続された２つの分離カラム等と
から構成されている。当該装置では、呼気採取管やキャ
リアガス流路をヒータ及び保温材により所定温度に保っ
ている。

【０００３】被検者から呼気を採取して分析を行う場合
には、被検者が呼気採取管の内部へ呼気を吐出すると、
呼気採取管へ吐出された呼気が吸引ポンプにより装置外
部へ排出される一方、呼気の一部が呼気試料として各サ
ンプル計量部に充満される。次いで、各計量部に空気ボ
ンベからキャリアガスを送り込むと、各サンプル計量部
に充満されている呼気試料が各分離カラムへ送り込まれ
た後、各呼気試料は、各成分ガスの保持時間の違いによ
り分離される。この後、所定の演算処理により呼気分析
が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に呼気
採取分析装置では、被検者から採取した呼気の正確な分
析を行うため（当該被検者の呼気成分に他の被検者の呼
気成分や水分が混入することを回避するため）、呼気採
取分析装置における被検者から採取した呼気が接触する
部分に対して，呼気に含有されている成分が吸着したり
水分が凝縮する現象を防止することが必要である。この
ような呼気成分の吸着や水分の凝縮を防止するために
は、被検者から採取した呼気が接触する部分を少なくと
も人間の体温以上の温度に保つ必要がある。

【０００５】しかしながら、上述したような従来の呼気
採取分析装置においては、呼気採取管や，一部がサンプ
ル計量部として区画されたキャリアガス流路を所定温度
に保つようにしてはいるが、呼気採取管とキャリアガス
流路との間に配設されたバルブを所定温度に保つ構造と
はなっていなかったため、バルブの内部で呼気成分の吸
着や水分の凝縮が発生し易いという問題があった。この
ようなバルブ内における呼気成分の吸着や水分の凝縮が
発生した状態で、呼気採取管に採取した呼気をバルブを
介してキャリアガス流路のサンプル計量部へ導入し、サ
ンプル計量部の呼気試料を分離カラムへ送り込んで分析
を行った場合、当該被検者の呼気成分に，バルブ内に残
留している前の被検者の呼気成分や水分が混入するた
め、正確な呼気分析を行うことができなくなる不都合が
あった。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、上記従来例の有する不都合を
改善し、特に、呼気採取管に採取した呼気の通路となる
バルブを所定温度に保つことにより、バルブ内における
呼気成分の吸着や水分の凝縮を防止し、呼気分析の信頼
性の向上を図った呼気採取装置を提供することを、その
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、呼気吹込口を
有する呼気採取管に一端部が接続された呼気導入管と、
呼気導入管の他端部に接続された塵埃補捉用のフィルタ
と、複数の接続ポートを有し呼気導入管がフィルタを介
して接続されたバルブと、バルブに接続され呼気採取管
に吹込まれた呼気を呼気導入管及びバルブを介して所定
の呼気試料充填部へ導入する呼気導入用ポンプとを備
え、各構成部材のうち少なくともバルブ及びフィルタ
を、内部温度が少なくとも人間の体温以上に保たれた恒
温槽の内部に収納する、という構成を採っている。これ
によって前述した目的を達成しようとするものである。

【０００８】

【作用】本発明によれば、呼気採取管の呼気吹込口から
呼気を吹込むと、吹込んだ呼気が呼気採取管に採取され
る。呼気導入用ポンプを駆動すると、呼気採取管に採取
された呼気は、呼気採取管に一端部が連通接続された呼
気導入管に導入され、呼気導入管及びフィルタを介して
バルブを通り、所定の呼気試料充填部へ導入される。従
って、呼気導入管を通る呼気の中に含有されている塵埃
はフィルタで補捉される。また、バルブは、内部温度が
少なくとも人間の体温以上に保たれた恒温槽の内部に収
納されている。従って、呼気採取管に採取された呼気が
呼気導入管及びバルブを介して所定の呼気試料充填部へ
導入される際、バルブの内部に呼気成分が吸着したり水
分が凝縮することはない。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を適用してなる実施例を図面に
基づいて説明する。

【００１０】先ず、本実施例における呼気採取分析装置
の全体の構成を図５に基づき説明する。本実施例におけ
る呼気分析装置は、例えば医療分野における臨床検査用
の呼気分析や患者の病態の監視，産業分野における作業
環境の測定や室内環境の測定，警察分野における飲酒運
転取締まりや麻薬取締まり，消防分野における火災原因
調査，健康産業分野における健康管理等，広範な分野に
使用可能となっている。

【００１１】呼気採取分析装置は、滅菌処理されたディ
スポーザブル・マウスピース１（以下マウスピース１と
略称）が着脱自在に装着された例えばガラスから成る呼
気採取管２と，呼気呼気採取管用ヒータ３と，例えばス
テンレスから成る呼気導入管４と，呼気導入管用ヒータ
５と，ヒータコントローラ６と，圧力センサ７と，分析
制御部８と，サンプリング用ポンプ９と，バルブコント
ローラ１０と，キャリアガスボンベ１１と，キャリアガ
スコントローラ１２と，恒温槽１３と，検出器１４と，
データ処理部１５とから大略構成されている。

【００１２】これを詳述すると、呼気採取管２は、被検
者Ｈからマウスピース１を介して吐出された呼気を採取
するためのものであり、マウスピース装着部分は呼気採
取管用ヒータ３の外部に突出した状態に配置されると共
に、本体部分は呼気採取管用ヒータ３の内部に配置され
ている。呼気採取管２は、円筒状の呼気流入部２ａと，
球状の呼気貯留部２ｂと，内径が先端部へ向けて徐々に
小さくなるようにテーパが形成された呼気排出部２ｃと
から一体に構成されている。呼気流入部２ａの端部はマ
ウスピース１が装着される呼気吹込口２ｄとして構成さ
れ、呼気排出部２ｃの端部は呼気採取管用ヒータ３の外
部に開口している。

【００１３】被検者Ｈから呼気採取管２へ吐出された呼
気は、呼気流入部２ａを通り呼気貯留部２ｂにその一部
が貯留されると共に、呼気排出部２ｃを介して呼気採取
管用ヒータ３の外部へ排出される。この場合、被検者Ｈ
により呼気採取管２へ吐出された呼気は、次の被検者の
呼気吐出動作により呼気採取管用ヒータ３の外部へ排出
されるため、呼気採取管２のパージは不要となってい
る。呼気採取管用ヒータ３は、呼気採取管２が係合する
溝を有する１対の上側ヒータ３ａ及び下側ヒータ３ｂ
（図１参照）から構成されており、ヒータコントローラ
６の制御に基づき呼気採取管２を加熱する。呼気採取管
２を加熱することにより、呼気採取管２の内壁面に対す
る呼気成分の吸着や水分の凝縮を防止している。

【００１４】呼気導入管４は、呼気採取管２に採取した
呼気の一部を恒温槽１３のサンプルループ１９へ導入す
るためのものであり、呼気採取管２の呼気貯留部２ｂと
恒温槽１３のサンプリングバルブ１７との間に連通接続
されている。呼気導入管用ヒータ５は、ヒータコントロ
ーラ６の制御に基づき呼気導入管４を加熱する。呼気導
入管４を加熱することにより、呼気導入管４の内壁面に
対する呼気成分の吸着や水分の凝縮を防止している。

【００１５】ヒータコントローラ６は、呼気採取管用ヒ
ータ３及び呼気導入管用ヒータ５に対する通電を制御す
る。また、圧力センサ７は、被検者Ｈによる呼気採取管
２に対する呼気の吐出圧力を検出すると共に，制御開始
信号を分析制御部８へ出力するものであり、呼気採取管
２の呼気貯留部２ｂに配管１６を介して連通接続されて
いる。圧力センサ７としては、被検者Ｈから呼気採取管
２内部に吐出された呼気の微少な吐出圧力も検出できる
ような高感度のものを使用している。

【００１６】分析制御部８は、所定のシーケンス制御プ
ログラムを内蔵しており、圧力センサ７から制御開始信
号が供給された場合にサンプリング用ポンプ９に駆動信
号を出力し、サンプリング用ポンプ９を所定時間だけ駆
動させる。サンプリング用ポンプ９の駆動により、呼気
採取管２の呼気貯留部２ｂの呼気が呼気導入管４を介し
て恒温槽１３のサンプルループ１９へ導入される。即
ち、圧力センサ７が被検者Ｈによる呼気採取管２内部へ
の呼気の吐出を検出すると、呼気採取管２から呼気導入
管４を介して恒温槽１３のサンプルループ１９へ呼気が
自動的に導入される。また、分析制御部８は、バルブコ
ントローラ１０に切換信号を出力すると共に、データ処
理部１５にデータ処理開始信号を出力する。

【００１７】サンプリング用ポンプ９は、呼気吸引管３
２を介してサンプリングバルブ１７に接続されている。
サンプリング用ポンプ９は、呼気吸引管３２を介して吸
引動作を行うことにより、呼気採取管２の呼気貯留部２
ｂに採取された呼気を呼気導入管４を介して恒温槽１３
内部のサンプルループ１９へ導入する。バルブコントロ
ーラ１０は、分析制御部８から供給される切換信号に基
づき、サンプリングバルブ１７のポジション（流路）を
呼気分析待機状態／呼気分析状態に適宜切換える。キャ
リアガスボンベ１１には、キャリアガスが貯蔵されてい
る。キャリアガスコントローラ１２は、キャリアガスボ
ンベ１１に貯蔵されたキャリアガスを配管３３，配管２
２，２３，サンプリングバルブ１７を介してサンプルル
ープ１９，プレカラム２０，分離カラム２１へ適宜流
す。

【００１８】恒温槽１３の内部には、サンプリングバル
ブ１７，フィルタ１８，サンプルループ１９，プレカラ
ム２０，分離カラム２１，カラムホルダ２９（図１参
照），ヒータ，温度コントローラ，電動ファン（以上図
示略）等が収納されている。恒温槽１３の内部は、温度
コントローラの制御に基づきヒータにより所定温度（例
えば８０〜１００［度Ｃ］程度）に保温されると共に、
電動ファンにより空気の循環が行われる。

【００１９】サンプリングバルブ１７は、図４に示す如
く、１０個のポートＰ１〜Ｐ１０を装備している。ポー
トＰ１には、呼気採取管２に接続された呼気導入管４が
フィルタ１８を介して接続され、ポートＰ２には、呼気
吸引管３２を介してサンプリング用ポンプ９が接続され
ている。ポートＰ３とポートＰ１０との間には、サンプ
ルループ１９が接続されている。ポートＰ４及びポート
Ｐ７には、配管２２及び配管２３を介してキャリアガス
コントローラ１２が接続されている。ポートＰ５とポー
トＰ９との間には、プレカラム２０が接続され、ポート
Ｐ６と検出器１４との間には、分離カラム２１が接続さ
れている。ポートＰ８には、排気用配管２４が接続され
ている。

【００２０】フィルタ１８は、呼気導入管４との接続部
分が例えばステンレス製のメッシュ（目の細かさが約２
〜１０［μｍ］程度）として構成されており、呼気導入
管４内を導入されてくる呼気に含有されたゴミ等を補捉
する。フィルタ１８でゴミ等を除去することにより、サ
ンプリングバルブ１７内部へのゴミ等の侵入を防止する
ようにしている。フィルタ１８は、目詰まりが発生した
場合や劣化した場合には交換可能となっている。サンプ
ルループ１９には、呼気採取管２から呼気導入管４を介
して導入された呼気が呼気試料として充填される。この
場合、呼気導入管４の内径及び呼気吸引管３２の内径
は、サンプルループ１９の内径よりも大きく設定されて
いる。

【００２１】また、プレカラム２０には、呼気試料中の
不要成分（本実施例では水分やアセトン等の極性成分）
は保持されるが、呼気試料中の分析対象の成分（本実施
例ではエタン等の炭化水素類）はほとんど保持されずに
分離カラム２１に流れる。この場合、水分やアセトン等
の極性成分が分離カラム２１へ流れる前に、バルブコン
トローラ１０でバルブのポジション（流路）を切換える
ことにより、プレカラム２０に保持されている水分やア
セトン等の極性成分をプレカラム外へ排出する。これに
伴い、分離カラム２１には、呼気試料中の分析対象の成
分（本実施例では炭化水素類）のみが流入する。検出器
１４は、分離カラム２１に流入した成分を検出し、検出
に基づく信号をデータ処理部１５へ出力する。データ処
理部１５は、検出器１４からの信号に基づき所定の呼気
分析データ処理を行う。

【００２２】ここで、呼気分析待機状態では、キャリア
ガスコントローラ１２の制御に基づきキャリアガスが配
管２２，２３を介して各々プレカラム２０，分離カラム
２１を流された後、排気用配管２４から排出される。呼
気試料導入状態では、サンプリング用ポンプ９が所定時
間駆動され、呼気採取管２の呼気が呼気導入管４を介し
てサンプルループ１９に呼気試料として導入され充填さ
れる。呼気分析状態では、キャリアガスコントローラ１
２の制御に基づきキャリアガスが配管２２を介してサン
プルループ１９へ供給される結果、サンプルループ１９
内の呼気試料がプレカラム２０，分離カラム２１へ押し
流される。

【００２３】次に、呼気採取分析装置の恒温槽１３を中
心とした各部の構成を図１乃至図３に基づき説明する。
図１は呼気採取分析装置の正面図、図２は呼気採取分析
装置の左側面図、図３は呼気採取分析装置の扉２６の一
部を省略すると共に外壁の一部を切欠いた説明図であ
る。

【００２４】恒温槽１３の前面側には、断熱材２５を備
えた扉２６が蝶番２７，２８を介して開閉自在に装着さ
れている。恒温槽１３の上側の角部には、呼気採取管用
ヒータ３が固定されると共に、呼気採取管用ヒータ３に
は、呼気採取管２が保持されている。また、恒温槽１３
の外壁部の上面には、サンプリング用ポンプ９及び検出
器１４が固定されている。また、恒温槽１３の外壁部の
側面には、バルブコントローラ１０及びキャリアガスコ
ントローラ１２が固定されている。更に、恒温槽１３の
外壁部の所定箇所には、ヒータコントローラ６，分析制
御部８，データ処理部１５が固定されている（図示は省
略する）。

【００２５】他方、恒温槽１３の内部における側壁部の
上方には、サンプリングバルブ１７が固定されている。
また、恒温槽１３の内部における中央部には、カラムホ
ルダ２９が基部に固定された取付軸３１に装着されてい
る。カラムホルダ２９は、取付軸３１に固定された先端
部分に爪を有する３本の棒状部材２９ａと，３本の棒状
部材２９ａに爪を介して支持された環状の分離カラム巻
回部材２９ｂと，取付軸３１に固定された先端部分に爪
を有する３本の棒状部材２９ｃと，３本の棒状部材２９
ｃに爪を介して支持された環状のプレカラム巻回部材２
９ｄとから構成されている。分離カラム巻回部材２９ｂ
には、分離カラム２１が所定以上の曲率で巻回されると
共に、プレカラム巻回部材２９ｄには、プレカラム２０
が所定以上の曲率で巻回されている。そして、分離カラ
ム２１の端部は、配管３４を介して検出器１４に接続さ
れている。

【００２６】更に、呼気採取管２の呼気貯留部２ｂとサ
ンプリングバルブ１７のポートＰ１との間には、Ｌ字状
の呼気導入管４がフィルタ１８を介して接続されてい
る。呼気導入管４及び呼気導入管４を被覆した呼気導入
管用ヒータ５は、呼気採取管用ヒータ３の側面部から恒
温槽１３の上方を通り、更に恒温槽１３の壁部分に形成
された穴部に配設されている。図１では呼気採取管２の
装着されるマウスピース１の図示は省略してある。

【００２７】次に、上記の如く構成した本実施例の作用
を説明する。

【００２８】被検者Ｈが呼気採取管２へ呼気を吐出する
と、呼気の一部は呼気貯留部２ｂに貯留され、呼気の残
りは呼気排出部２ｃを介して排出される。圧力センサ７
が呼気採取管２における呼気の吐出圧力を検出すると、
分析制御部８は、サンプリング用ポンプ９を所定時間だ
け駆動する。また、バルブコントローラ１０は、サンプ
リングバルブ１７のポジションをサンプルループ１９へ
の呼気導入が可能な状態に切換える。これにより、呼気
採取管２の呼気貯留部２ｂの呼気は呼気導入管４へ導入
された後、恒温槽１３内部のサンプルループ１９へ導入
される。

【００２９】次に、バルブコントローラ１０は、サンプ
リングバルブ１７のポジションをサンプルループ１９か
らプレカラム２０，分離カラム２１への呼気試料の流入
が可能な状態に切換える。キャリアガスコントローラ１
２により配管２２を介してサンプルループ１９へキャリ
アガスを流すと、サンプルループ１９内の呼気試料がプ
レカラム２０，分離カラム２１へ押し流される。プレカ
ラム２０には、呼気試料中の不要成分（本実施例では水
分やアセトン等の極性成分）が保持され、分離カラム２
１には、呼気試料中の分析対象の成分（本実施例では炭
化水素類）が流入する。検出器１４は、分離カラム２１
に流入した成分を検出し、検出に基づく信号をデータ処
理部１５へ出力する。データ処理部１５は、検出器１４
からの信号に基づき所定の呼気分析データ処理を行う。

【００３０】ところで、呼気採取分析装置では、所定温
度（例えば８０〜１００［度Ｃ］程度）に保温された恒
温槽１３の内部にサンプリングバルブ１７を収納してい
るため、被検者Ｈから呼気採取管２に採取した呼気を呼
気導入管４及びサンプリングバルブ１７を介してサンプ
ルループ１９へ導入する際、サンプリングバルブ１７内
部の呼気流路における呼気成分の吸着や水分の凝縮が防
止される。

【００３１】また、上述のように恒温槽１３の内部にサ
ンプリングバルブ１７を収納すると共にプレカラム２
０，分離カラム２１を収納しているため、サンプリング
バルブ１７専用の恒温槽が不要となると共に、サンプリ
ングバルブ１７とプレカラム２０，分離カラム２１との
接続が容易となる。また、サンプリングバルブ１７の内
部が被検者Ｈの呼気以外の物質で万が一汚染された場合
でも、恒温槽１３の温度を高温（例えば２００［度Ｃ］
程度）にすれば汚染物質の焼き出しが可能となる。

【００３２】また、恒温槽１３の内部にサンプルループ
１９も収納しているため、サンプルループ１９の温度を
一定温度に保つことができる。これにより、サンプルル
ープ１９の内壁面に対する呼気成分の吸着や水分の凝縮
が防止されると共に、サンプルループ１９内部に充填さ
れる呼気試料の量が変化することが防止される。

【００３３】また、呼気導入管４とサンプリングバルブ
１７との間に目の細かいフィルタ１８を配設しているた
め、呼気採取管２から呼気導入管４内を導入されてくる
呼気にゴミが含有されている場合には、フィルタ１８で
ゴミが的確に補捉される。これにより、サンプリングバ
ルブ１７内部へのゴミの侵入が防止される。また、恒温
槽１３の内部にフィルタ１８も収納しているため、フィ
ルタ１８内部における呼気成分の吸着や水分の凝縮が防
止される。

【００３４】上述したように、本実施例によれば、恒温
槽１３の内部にプレカラム２０，分離カラム２１と共に
サンプリングバルブ１７，サンプルループ１９を収納
し，恒温槽１３内部の呼気導入管４とサンプリングバル
ブ１７との間にフィルタ１８を配設したため、サンプリ
ングバルブ１７，フィルタ１８，サンプルループ１９内
部における呼気成分の吸着や水分の凝縮を防止すること
ができると共に、サンプリングバルブ１７内部へのゴミ
の侵入を防止することができる。これにより、呼気採取
管２で採取した被検者Ｈの呼気をそのままの状態に保っ
てサンプルループ１９に導入することができるため、呼
気分析の信頼性の向上を図ることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バルブ及びフィルタを内部温度が少なくとも人間の体温
以上に保たれた恒温槽の内部に収納したため、呼気採取
管に採取した呼気を呼気導入管及びバルブを介して所定
の呼気試料充填部へ導入する際、バルブの内部の呼気流
路における呼気成分の吸着や水分の凝縮を防止すること
ができる。また、呼気導入管とバルブとの間に塵埃除去
用のフィルタを接続しているため、呼気導入管内を導入
されてきた呼気に含有された塵埃をフィルタで補捉する
ことができ、バルブ内部に対する塵埃の侵入を防止する
ことができる。従って、上記のことから、呼気採取管で
採取した呼気をそのままの状態に保って所定の呼気試料
充填部へ導入することができるため、呼気分析の信頼性
の向上を図ることができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した本実施例における呼気採取分
析装置の正面図である。

【図２】本実施例における呼気採取分析装置の左側面図
である。

【図３】図２における呼気採取分析装置の扉の一部を省
略すると共に外壁の一部を切欠いた説明図である。

【図４】本実施例における呼気採取分析装置のサンプリ
ングバルブの各ポートに対する各部の接続状態を示す説
明図である。

【図５】本実施例における呼気採取分析装置のブロック
図である。

【符号の説明】

２ 呼気採取管 ２ｄ 呼気吹込口 ４ 呼気導入管 ９ 呼気導入用ポンプとしてのサンプリング用ポンプ １７ バルブとしてのサンプリングバルブ １８ フィルタ １９ 所定の呼気試料充填部としてのサンプルループ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 呼気吹込口を有する呼気採取管に一端部
   が接続された呼気導入管と、該呼気導入管の他端部に接
   続された塵埃補捉用のフィルタと、複数の接続ポートを
   有し前記呼気導入管が前記フィルタを介して接続された
   バルブと、該バルブに接続され前記呼気採取管に吹込ま
   れた呼気を前記呼気導入管及びバルブを介して所定の呼
   気試料充填部へ導入する呼気導入用ポンプとを備え、 前記各構成部材のうち少なくとも前記バルブ及びフィル
   タを、内部温度が少なくとも人間の体温以上に保たれた
   恒温槽の内部に収納したことを特徴とする呼気採取装
   置。