JPH09166587A

JPH09166587A - 呼気分析装置

Info

Publication number: JPH09166587A
Application number: JP34804295A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Sato; 勝彦佐藤
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1995-12-15
Filing date: 1995-12-15
Publication date: 1997-06-24

Abstract

(57)【要約】【課題】呼気中にわずかしか含まれていない低濃度成分
でも分析でき、なおかつ、従来の非濃縮型としても使用
可能とする。【解決手段】呼気分析装置２０は、呼気試料Ａに含まれ
る成分を分離するプレカラム２２１，２２２及びメイン
カラム２２３と、分離された成分を検出する検出器２４
と、呼気試料Ａを脱離させる濃縮試料導入部２８と、呼
気Ａ’を呼気試料Ａとして内部に吸着させるサンプルル
ープ３２と、サンプルループ３２内に呼気試料Ａを充填
するポンプ３４と、濃縮試料導入部２８で脱離した呼気
試料ＡをキャリアガスＣ₁によってプレカラム２２１等
に通過させるキャリアガス流路３６１と、サンプルルー
プ３２内に充填された呼気試料ＡをキャリアガスＣ₂に
よってプレカラム２２２等に通過させるキャリアガス流
路３６２とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医療分野、健康産
業、飲酒運転取締り、麻薬捜査等において、ガスクロマ
トグラフィーを用いて呼気中に含まれる成分を分析する
呼気分析装置に関する。

【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ように、被検者の呼気を採取して分
析を行う呼気分析装置が開発されている。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、広範な分野にて使用される
ものである。

【０００３】この呼気分析装置は、ガスクロマトグラフ
ィーを用いたものであり、装置本体に付設され外周部が
ヒータで被覆された長さ1.5m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それぞれ接続さ
れた二本のキャリアガス流路と、この四方電磁バルブに
接続された空気ボンベと、各キャリアガス流路の一部に
設けられたサンプル計量部とを備えている。

【０００４】この各サンプル計量部の下流側には、三方
電磁バルブ及び排気管を介して接続された呼気導入用ポ
ンプ（吸引ポンプ）が装備されている。また、前述した
各三方電磁バルブに各々並列に且つ相互に独立して接続
された、二つの分離カラム等を備えている。

【０００５】そして、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呼気導入用ポン
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する。次いで、各サ
ンプル計量部に空気ボンベからキャリアガスを送り込む
と、各計量部に充満し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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】例えば、糖尿病や動脈
硬化などでは脂質過酸化によりペンタンの呼気中濃度が
増加するが、その濃度値は高々pg/mL オーダである。と
ころが、従来の呼気分析装置では、例えば、分析できる
成分の限界がng/mL オーダであるので、ペンタン等のpg
/mL オーダの低濃度成分は分析することができないとい
う問題があった。

【０００７】この問題を解決するために、本発明者は、
呼気試料を濃縮するという新しい呼気分析装置（以下、
「濃縮型」という。）を考え出した。しかしながら、こ
の新らしい呼気分析装置では、従来の直接注入型（以
下、「非濃縮型」という。）としては、構造上使用でき
ない。そのため、二種類の呼気分析装置が必要となるの
で、全体として大型化及び高価格化を招くという、新た
な問題が生じた。

【０００８】

【発明の目的】そこで、本発明の目的は、呼気中にわず
かしか含まれていない低濃度成分でも分析でき、なおか
つ、従来の非濃縮型としても使用できる、呼気分析装置
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の呼気分析
装置は、呼気試料を通過させて当該呼気試料に含まれる
成分を分離する第一及び第二のプレカラム並びにメイン
カラムと、これらの第一及び第二のプレカラム並びにメ
インカラムによって分離された成分を検出する検出器
と、呼気試料を内部に吸着させた捕集管と、この捕集管
内に吸着している呼気試料を脱離させる濃縮試料導入部
と、呼気を内部に吹き込ませた呼気採取管と、呼気を呼
気試料として内部に吸着させるサンプルループと、前記
呼気採取管内の呼気を前記サンプルループを通して吸引
することにより当該サンプルループ内に前記呼気試料を
充填するポンプと、前記濃縮試料導入部で脱離した呼気
試料をキャリアガスによって前記第一のプレカラム及び
前記メインカラムに通過させる第一のキャリアガス流路
と、前記サンプルループ内に充填された呼気試料をキャ
リアガスによって前記第二のプレカラム及び前記メイン
カラムに通過させる第二のキャリアガス流路と、前記第
一のプレカラムに残留した前記呼気試料をキャリアガス
によってパージする第三のキャリアガス流路と、前記第
二のプレカラムに残留した前記呼気試料をキャリアガス
によってパージする第四のキャリアガス流路と、前記第
一及び第四のキャリアガス流路又は前記第二及び第三の
キャリアガス流路のどちらか一方に切換え可能な流路切
換え部とを備えたものである。

【００１０】濃縮型として使用する場合には、流路切換
え部により第一のキャリアガス流路を選択する。捕集管
内に濃縮捕集された呼気試料は、濃縮試料導入部で脱離
し、キャリアガスとともに第一のプレカラム及びメイン
カラムを通過する。この呼気試料のキャリアガスに対す
る濃度は、濃縮されていない呼気成分をキャリアガスと
ともに流す場合に比べて、はるかに高くなっている。つ
まり、検出器では、ピークの高い検出値が得られる。し
たがって、呼気中にわずかしか含まれていない低濃度成
分でも、十分に分析可能となる。

【００１１】非濃縮型として使用する場合には、呼気採
取管内の呼気をサンプルループを通してポンプで吸引す
ることにより、サンプルループに呼気試料を充填する。
そして、流路切換え部により第二のキャリアガス流路を
選択する。サンプルループに充填された呼気試料は、キ
ャリアガスとともに第二のプレカラム及びメインカラム
を通過する。

【００１２】メインカラム、検出器及びこれらの周囲の
配管等は、濃縮型及び非濃縮型のどちらでも使用する共
通部分となっている。

【００１３】請求項２記載の呼気分析装置は、請求項１
記載の呼気分析装置において、前記呼気採取管内の呼気
を前記サンプルループを通して前記ポンプで吸引する呼
気吸引流路が付設され、前記流路切換え部は、当該呼気
吸引流路並びに前記第一及び第四のキャリアガス流路
と、前記第二及び第三のキャリアガス流路とのどちらか
一方に切換え可能としたものである。

【００１４】呼気吸引流路並びに第一及び第四のキャリ
アガス流路と、第二及び第三のキャリアガス流路との切
換えのみで、濃縮型及び非濃縮型のすべての工程を実行
することが可能となる。

【００１５】請求項３記載の呼気分析装置は、請求項１
記載の呼気分析装置おいて、前記濃縮試料導入部には、
前記捕集管を加熱して当該捕集管内に吸着している呼気
試料を脱離させる第一の加熱手段と、呼気試料を内部に
吸着させる二次濃縮管と、前記捕集管を脱離した呼気試
料を前記二次濃縮管内に吸着させる冷却手段と、この二
次濃縮管を加熱して当該二次濃縮管内に吸着している呼
気試料を脱離させる第二の加熱手段とが設けられている
ものである。

【００１６】捕集管内に濃縮捕集された呼気試料は、さ
らに濃縮されて、二次濃縮管に吸着する。したがって、
この呼気試料をキャリアガスによってメインカラムに通
過させることにより、より低濃度の成分の分析が可能と
なる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１及び図２は本発明に係る呼気
分析装置の一実施形態を示す構成図であり、図１は呼気
吸引流路並びに第一及び第四のキャリアガス流路に切換
えた状態を示し、図２は第二及び第三のキャリアガス流
路に切換えた状態を示している。以下、これらの図面を
中心に説明する。

【００１８】本発明に係る呼気分析装置２０は、呼気試
料Ａを通過させて呼気試料Ａに含まれる成分を分離する
第一のプレカラム２２１、第二のプレカラム２２２及び
メインカラム２２３と、プレカラム２２１，２２２及び
メインカラム２２３によって分離された成分を検出する
検出器２４と、呼気試料Ａを内部に吸着させた捕集管２
６と、捕集管２６内に吸着している呼気試料Ａを脱離さ
せる濃縮試料導入部２８と、呼気Ａ’を内部に吹き込ま
せた呼気採取管３０と、呼気Ａ’を呼気試料Ａとして内
部に吸着させるサンプルループ３２と、呼気採取管３０
内の呼気Ａ’をサンプルループ３２を通して吸引するこ
とによりサンプルループ３２内に呼気試料Ａを充填する
ポンプ３４と、呼気採取管３０内の呼気Ａ’をサンプル
ループ３２を通してポンプ３４で吸引する呼気吸引流路
３６０と、濃縮試料導入部２８で脱離した呼気試料Ａを
キャリアガスＣ₁によってプレカラム２２１及びメイン
カラム２２３に通過させる第一のキャリアガス流路３６
１と、サンプルループ３２内に充填された呼気試料Ａを
キャリアガスＣ₂によってプレカラム２２２及びメイン
カラム２２３に通過させる第二のキャリアガス流路３６
２と、プレカラム２２１に残留した呼気試料Ａをキャリ
アガスＣ₃によってパージする第三のキャリアガス流路
２８３と、プレカラム２２２に残留した呼気試料Ａをキ
ャリアガスＣ₄によってパージする第四のキャリアガス
流路３６４と、呼気吸引流路３６０及びキャリアガス流
路３６１，３６４とキャリアガス流路３６２，３６３と
のどちらか一方に切換え可能な流路切換え部３８とを備
えている。

【００１９】プレカラム２２１，２２２は、分析対象と
なる成分を保持しにくく、分析対象とならない不要成分
を保持しやすい特性を備えている。プレカラム２２１，
２２２の長さは、成分の保持力や溶出時間等に基づき決
定される。また、プレカラム２２１，２２２でその特性
を異なるものとすることにより、濃縮型・非濃縮型で別
目的の分析を行うことができる。

【００２０】濃縮試料導入部２８は、捕集管２６を支持
する捕集管支持体２８１と、呼気試料Ａを内部に吸着さ
せる二次濃縮管２８２と、二次濃縮管２８２を支持する
二次濃縮管支持体２８３とから構成されている。捕集管
支持体２８１には、捕集管２６内に吸着している呼気試
料Ａを脱離させる第一の加熱手段（図示せず）が内蔵さ
れている。二次濃縮管支持体２８３には、捕集管２６を
脱離した呼気試料Ａを二次濃縮管内２８２に吸着させる
冷却手段（図示せず）と、二次濃縮管２８２を加熱して
二次濃縮管２８２内に吸着している呼気試料Ａを脱離さ
せる第二の加熱手段（図示せず）とが内蔵されている。
例示すれば、第一及び第二の加熱手段は電熱ヒータであ
り、冷却手段は液体窒素を収容した容器である。

【００２１】二次濃縮管２８２は、内径0.5 〜1.0mm の
キャピラリィ管を使用するが、メインカラム２２３と同
材質かつ同特性のものが望ましい。また、二次濃縮管２
８２は、吸着剤の液相をコーティングしたものを用いて
いるので、コーティング等のなされていない素管に比べ
て、二次濃縮の効率が良い。なお、捕集管２６の濃縮率
が高い場合等は、二次濃縮管２８２及び二次濃縮管支持
体２８３を省略してもよい。

【００２２】呼気採取管３０は、呼気吐出口３０１及び
呼気吹込口３０２を有している。被検者は、呼気吹込口
３０２に使い捨てマウスピース３０３を取付け、マウス
ピース３０３に口を当てて、呼気Ａ’を呼気採取管３０
内に吹き込む。また、呼気採取管３０は、呼気採取管支
持体３１によって固定されている。呼気採取管支持体３
１には、呼気Ａ’等を加熱する第三の加熱手段（図示せ
ず）等が内蔵されている。

【００２３】流路切換え部３８は、サンプリングバルブ
３８１と、電磁弁３８２，３８３，３８４，３８５と、
サンプリングバルブ３８１及び電磁弁３８２〜３８５の
ソレノイド等を通電制御する制御手段３８６とから構成
されている。制御手段３８６は、手動スイッチからなる
もの、リレー及びタイマーからなるもの、マイクロコン
ピュータ及びそのプログラムからなるもの等、どのよう
なものでもよい。また、流路切換え部３８には、キャリ
アガスＣを充填したガスボンベ４０１が、減圧弁４０２
を介して接続されている。キャリアガスＣとしては、空
気、水素、窒素、ヘリウム、アルゴン等が一般的に用い
られる。

【００２４】サンプリングバルブ３８１は、十六個のポ
ート１〜１６を有する、例えばロータリバルブである。
図３は、サンプリングバルブ３８１の一例を示す概略断
面図である。図３において、サンプリングバルブ３８１
は、ポート１〜１６を有する固定体３８１Ａと、連通管
ａ〜ｈを有する回転体３８１Ｂと、回転体３８１Ｂを回
転させるソレノイド等のアクチュエータ（図示せず）と
から構成されている。図３〔１〕が呼気吸引流路３６０
及びキャリアガス流路３６１，３６４に切換えた状態を
示し、図３〔２〕がキャリアガス流路３６２，３６３に
切換えた状態を示している。

【００２５】ポート１には、キャリアガスＣ₂を電磁弁
３８３を介して導入する配管４２１が接続されている。
ポート２には、濃縮試料導入部２８を通過したキャリア
ガスＣ₅を排出する配管４２２が接続されている。ポー
ト３には、濃縮試料導入部２８を通過したキャリアガス
Ｃ₁をフィルタ２８４を介して導入する配管４２３が接
続されている。ポート４には、プレカラム２２１の一端
に接続された配管４２４が接続されている。ポート５に
は、プレカラム２２１を通過したキャリアガスＣ₃を排
出する配管４２５が接続されている。ポート６には、キ
ャリアガスＣ₃を電磁弁３８５を介して導入する配管４
２６が接続されている。ポート７には、プレカラム２２
１の他端に接続された配管４２７が接続されている。ポ
ート８には、メインカラム２２３に接続された配管４２
８が接続されている。ポート９には、プレカラム２２２
の一端に接続された配管４２９が接続されている。ポー
ト１０には、キャリアガスＣ₄を電磁弁３８２を介して
導入する配管４３０が接続されている。ポート１１に
は、プレカラム２２２を通過したキャリアガスＣ₄を排
出する配管４３１が接続されている。ポート１２には、
プレカラム２２２の他端に接続された配管４３２が接続
されている。ポート１３には、サンプルループ３２の一
端に接続された配管４３３が接続されている。ポート１
４には、ポンプ３４に接続された配管４３４が接続され
ている。ポート１５には、呼気採取管３０に接続された
配管４３５が接続されている。ポート１６には、サンプ
ルループ３２の他端に接続された配管４３６が接続され
ている。なお、プレカラム２２１，２２２、メインカラ
ム２２３、サンプリングバルブ３８１及びこれらの周囲
の配管４２１，…等は、例えば100 ℃一定に保った恒温
槽（図示せず）に収容されている。

【００２６】検出器２４は、質量、熱伝導、イオン電流
等、いずれを検出するものでもよい。

【００２７】次に、呼気分析装置２０の動作を説明す
る。

【００２８】〔濃縮型の動作１（呼気試料吸着）〕

【００２９】まず、図４に示す呼気濃縮捕集装置８０を
用いて、捕集管２６に呼気試料Ａを吸着させておく。呼
気濃縮捕集装置８０は、呼気Ａ’が満たされたテドラー
バッグ８２と、テドラーバッグ８２内に連通する捕集管
２６と、テドラーバッグ８２内の呼気Ａ’を捕集管２６
を通して吸引するポンプ８４と、捕集管２６を通過する
呼気Ａ’の積算流量ｆを測定する積算流量計８６と、テ
ドラーバッグ８２内の呼気Ａ’の圧力ｐを測定する圧力
計８８と、圧力計８８で測定された呼気Ａ’の圧力ｐが
一定値ｐ_F以下となった場合にポンプ８４を停止させる
主制御部９０と、捕集管２６の温度Ｔを一定にする恒温
器９２と、捕集管２６とポンプ８４との間の呼気Ａ’の
流路に設けられた水分吸収フィルタ９４とを備えてい
る。テドラーバッグ８２、圧力計８８のＴ字管８８１、
捕集管２６、水分吸収フィルタ９４、ポンプ８４及び積
算流量計８６は、可撓性チューブ９５ａ〜９５ｅによっ
てそれぞれ連結されている。

【００３０】捕集管２６内には、呼気試料Ａを吸着する
吸着剤１８１が充填されている。テドラーバッグ８２
は、呼気吐出口８２１及び呼気吹込口８２２を有してい
る。呼気吐出口８２１及び呼気吹込口８２２には、特に
図示しないが、手動により開閉自在のストップバルブが
設けられている。予め被検者は、呼気吹込口８２２に使
い捨てマウスピース８２３を取付け、マウスピース８２
３に口を当てて、呼気Ａ’をテドラーバッグ８２内に吹
き込んでおく。積算流量計８６は、マスフローメータ等
の一般的な気体用流量計である。圧力計８８は、例え
ば、圧電素子に圧力を加えると電圧が生じる圧電効果を
利用したものであり、呼気Ａ’の圧力ｐに対応する電気
信号を主制御部９０へ出力する。主制御部９０は、例え
ば、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，入出力インタフェース等
からなるマイクロコンピュータと、ＲＯＭ等に格納され
たコンピュータプログラムとから構成される。主制御部
９０の動作は、圧力計８８から出力された呼気Ａ’の圧
力ｐが一定値ｐ_F以下となった場合にポンプ８４を停止
させるとともに、図示しない報知用のブザー、ランプ等
を駆動するように、プログラムされている。実験によれ
ば、吸引中の圧力ｐは例えば400mmHg であり、吸引終了
時の圧力ｐ（すなわち一定値ｐ_F）は例えば420mmHg で
ある。恒温器９２は、加熱冷却部９６と、温度制御部９
７とから構成されている。加熱冷却部９６は、上側９８
と下側９９とに分割でき、上側９８と下側９９とで捕集
管２６を挟持するようになっている。したがって、加熱
冷却部９６に対して捕集管２６を容易に着脱できる。上
側９８は、断熱材９８１、伝熱材９８２等から構成され
ている。下側９９は、断熱材９９１、伝熱材９９２、ペ
ルチェ素子９９３、放熱フィン９９４等から構成されて
いる。伝熱材９８２，９９２及び放熱フィン９９４は、
アルミニウム製である。伝熱材９９２の内部には、熱電
対９７１が埋設されている。熱電対９７１は、伝熱材９
９２すなわち捕集管２６の温度Ｔに対応する電圧を温度
制御部９７へ出力する。温度制御部９７は、例えば、Ｃ
ＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，入出力インタフェース等からな
るマイクロコンピュータと、ＲＯＭ等に格納された温度
制御用コンピュータプログラムと、直流電圧電源とから
構成される。温度制御部９７の動作は、熱電対９７１か
ら出力された捕集管２６の温度Ｔが一定値Ｔ_Cになるよ
うに、ペルチェ素子９９３を通電制御するものである。
また、一定値Ｔ_Cが室温以上である場合は、ペルチェ素
子９９３の代わりに、単なる電熱ヒータ等を用いてもよ
い。水分吸収フィルタ９４の内部には、シリカゲル、炭
酸カルシウム等の吸湿材９４１が充填されている。

【００３１】ポンプ８６が作動すると、呼気Ａ’がテド
ラーバック８２から捕集管２６を通って吸引される。こ
れにより、呼気成分Ａが、捕集管２６の吸着剤１８１に
濃縮捕集される。このとき、圧力計８８では吸引時の圧
力ｐが測定され、積算流量計８６では積算流量ｆが測定
されている。テドラーバック８２内が空になれば、圧力
ｐが一定値ｐ_Fに達するため、主制御部９０がポンプ８
４を停止させる。吸引終了時の積算流量ｆは、積算流量
計８６から主制御部９０へ出力されるので、捕集管２６
に濃縮した呼気Ａ’の量もわかる。

【００３２】続いて、捕集管２６を濃縮試料導入部２８
に装着し、捕集管２６を例えば250℃に加熱するととも
に、二次濃縮管２８２を例えば-130〜-180℃に冷却し、
かつ、流路切換え部３８によってキャリアガス流路３６
１（図１）を選択して、キャリアガスＣを捕集管２６か
ら二次濃縮管２８２へ通過させる。すると、呼気試料Ａ
は、捕集管２６を脱離して、さらに濃縮されて二次濃縮
管２８２に吸着する。

【００３３】〔濃縮型の動作２（分析）〕

【００３４】二次濃縮管２８２への呼気試料Ａの吸着が
完了すると、二次濃縮管２８２を例えば190 ℃に加熱す
る。このとき、キャリアガスＣの節約のため電磁弁３８
５は閉となっているので、キャリアガスＣ₁は、電磁弁
３８４→濃縮試料導入部２８→フィルタ２８４→ポート
３→ポート４→プレカラム２２１→ポート７→ポート８
→メインカラム２２３→検出器２４→排出と流れる。呼
気試料ＡもキャリアガスＣ₁とともに流れ、プレカラム
２２１、メインカラム２２３及び検出器２４を通過す
る。呼気試料Ａに含まれる各成分は、プレカラム２２１
及びメインカラム２２３で分離されることにより、時間
的な差をもって検出器２４で検出される。検出器２４で
は、呼気試料Ａを注入してから各成分の分別帯が出るま
でのキャリアガスＣ₁の容積（保持容量）又はその時間
（保持時間）により定性分析が行なわれ、ピーク面積又
はピーク高さから定量分析が行われる。

【００３５】呼気分析装置１２によれば、濃縮試料導入
部２８によって濃縮された呼気試料Ａを用いているの
で、呼気中にpg/mL オーダしか含まれていないペンタン
等の低濃度成分でも十分に分析することができる。

【００３６】〔濃縮型の動作３（バックフラッシュ及び
分析）〕

【００３７】続いて、流路切換え部３８によってキャリ
アガス流路３６３（図２）を選択してキャリアガスＣ₃
を流す。このとき、電磁弁３８５が開となるので、キャ
リアガスＣ₃は、電磁弁３８５→ポート６→ポート７→
プレカラム２２１→ポート４→ポート５→排出と流れる
ことにより、プレカラム２２１をパージすることができ
る。また、電磁弁３８４を開とすれば、キャリアガスＣ
₅は、電磁弁３８４→濃縮試料導入部２８→フィルタ２
８４→ポート３→ポート２→排出と流れることにより、
捕集管２６及び二次濃縮管２８２をパージすることがで
きる。

【００３８】このとき、電磁弁３８３を開とすることに
より、キャリアガス流路３６２（図２）を選択してもよ
い。この場合は、キャリアガスＣ₂は、電磁弁３８３→
ポート１→ポート１６→サンプルループ３２→ポート１
３→ポート１２→プレカラム２２２→ポート９→ポート
８→メインカラム２２３→検出器２４→排出と流れる。
したがって、メインカラム２２３に残留している呼気試
料ＡもキャリアガスＣ₂とともに流れるので、必要に応
じ分析を続行できるとともに、メインカラム２２３等を
パージすることができる。なお、この場合、サンプルル
ープ３２及びプレカラム２２２には呼気試料Ａが充填さ
れていないことが前提となる。

【００３９】〔非濃縮型の動作１（呼気吸引）〕

【００４０】まず、呼気採取管３０を例えば40℃に加熱
し、流路切換え部３８によって呼気吸引流路３６０（図
１）を選択する。被検者が呼気採取管３０へ呼気Ａ’を
吹き込むと、これに対応してポンプ３４が所定時間だけ
作動する。このとき、呼気Ａ’は、呼気採取管３０→ポ
ート１５→ポート１６→サンプルループ３２→ポート１
３→ポート１４→ポンプ３４→排出と流れる。これによ
り、呼気Ａ’が呼気試料Ａとしてサンプルループ３２に
充填される。

【００４１】〔非濃縮型の動作２（分析）〕

【００４２】続いて、流路切換え部３８によってキャリ
アガス流路３６２（図２）を選択してキャリアガスＣを
流す。このとき、電磁弁３８３が開となるので、キャリ
アガスＣ₂は、電磁弁３８３→ポート１→ポート１６→
サンプルループ３２→ポート１３→ポート１２→プレカ
ラム２２２→ポート９→ポート８→メインカラム２２３
→検出器２４→排出と流れる。サンプルループ３２に充
填された呼気試料ＡもキャリアガスＣ₂とともに流れ、
プレカラム２２２、メインカラム２２３及び検出器２４
を通過する。この呼気試料Ａに含まれる各成分は、プレ
カラム２２２及びメインカラム２２３で分離されること
により、時間的な差をもって検出器２４で検出される。
検出器２４では、前述したとおり、所定の分析が行われ
る。

【００４３】〔非濃縮型の動作３（バックフラッシュ及
び分析）〕

【００４４】続いて、流路切換え部３８によってキャリ
アガス流路３６４（図１）を選択してキャリアガスＣ₄
を流す。このとき、電磁弁３８２が開となるので、キャ
リアガスＣ₄は、電磁弁３８２→ポート１０→ポート９
→プレカラム２２２→ポート１２→ポート１１→排出と
流れることにより、プレカラム２２２をパージすること
ができる。

【００４５】このとき、電磁弁３８４を開とすることに
より、キャリアガス流路３６１（図１）を選択してもよ
い。この場合は、キャリアガスＣ₁は、電磁弁３８４→
濃縮試料導入部２８→フィルタ２８４→ポート３→ポー
ト４→プレカラム２２１→ポート７→ポート８→メイン
カラム２２３→検出器２４→排出と流れる。したがっ
て、メインカラム２２３に残留している呼気試料Ａもキ
ャリアガスＣ₁とともに流れるので、必要に応じ分析を
続行できるとともに、メインカラム２２３等をパージす
ることができる。なお、この場合、捕集管２６、二次濃
縮管２８２及びプレカラム２２１には呼気試料Ａが充填
されていないことが前提となる。

【００４６】図５は、呼気分析装置１２の濃縮型の分析
結果の一例を示す波形図である。図６は、バックフラッ
シュの一例を示す説明図である。以下、図１乃至図６に
基づき説明する。

【００４７】例えばヘキサン等の高沸点成分は、プレカ
ラム２２１，２２２及びメインカラム２２３内での滞留
時間が長い（リテンションタイムが遅い）。図５の例で
は、分析を始めてから、６分程度でペンタンＰが検出さ
れ、30分程度でヘキサンＨが検出されている。そのた
め、ペンタンＰのみを検出すればよい場合でも、ヘキサ
ンＨを排出するために、長時間にわたり分析を続ける必
要が生じる。また、メインカラム２２３及び検出器１６
にヘキサンＨ等の高沸点成分を通過させることは、これ
らの汚染や劣化を招くことにもなる。

【００４８】そこで、分析時間の短縮及び汚染・劣化の
防止を図るために、プレカラム２２１，２２２に対して
バックフラッシュが行われる。まず、プレカラム２２１
について説明する。キャリアガスＣ₁がプレカラム２２
１及びメインカラム２２３を流れ始めると、呼気試料Ａ
の成分であるペンタンＰ及びヘキサンＨがプレカラム２
２１に入る（図６〔１〕）。ペンタンＰは、ヘキサンＨ
よりもプレカラム２２１に保持されにくいので、先にプ
レカラム２２１を通過する（図６〔２〕）。時間が経過
し、ペンタンＰがメインカラム２２３をかなり進んで
も、ヘキサンＨはまだプレカラム２２１の中である（図
６〔３〕）。このまま、キャリアガスＣ₁を流し続ける
と、ヘキサンＨがメインカラム２２３を出るまでに長時
間を要する。そこで、プレカラム２２１とメインカラム
２２３とを分離し、プレカラム２２１にはキャリアガス
Ｃ₁と逆方向のキャリアガスＣ₃を流し、メインカラム
２２３にはキャリアガスＣ₁と同方向のキャリアガスＣ
₂を流す。これにより、ペンタンＰはメインカラム２２
３を出て検出され、ヘキサンＨもプレカラム２２２から
パージされる（図６〔４〕）。したがって、分析時間が
大幅に短縮される。図５の例で言えば、約８分で分析を
終了できる。また、ヘキサンＨはメインカラム２２３及
び検出器２４へ流れないので、これらの汚染・劣化も防
止される。プレカラム２２２については、プレカラム２
２１の場合と同様であるので、図６においてプレカラム
２２１→２２２、キャリアガスＣ₁→Ｃ₂、キャリアガ
スＣ₃→Ｃ₄、キャリアガスＣ₂→Ｃ₁と置き換えて考
えればよい。

【００４９】なお、上記実施形態は、いうまでもなく一
例にすぎず、本発明を限定するものではない。例えば、
サンプリングバルブ３８１は、電磁弁の切換えにより流
路を切換えるものとしてもよい。検出器２４、濃縮試料
導入部２８、呼気採取管支持体３１、ポンプ３４等を制
御する機能を制御手段３８６に付与することにより、呼
気分析装置２０の完全自動化を図るようにしてもよい。
各ポート１〜１６と、プレカラム２２１，２２２、メイ
ンカラム２２３、呼気採取管３０、サンプルループ３
２、ポンプ３４及び電磁弁３８２〜３８５との接続は、
呼気吸引流路３６０及びキャリアガス流路３６１〜３６
４の前述した機能が実現できれば、どのような組み合わ
せにしてもよい。

【００５０】

【発明の効果】請求項１乃至３記載の呼気分析装置によ
れば、捕集管内に濃縮捕集された呼気試料を濃縮試料導
入部で脱離させ、この呼気試料をキャリアガスによって
第一のプレカラム及びメインカラムに通過させるように
したので、呼気中にわずかしか含まれていないペンタン
等の低濃度成分でも十分に分析することができる。しか
も、濃縮試料導入部で脱離した呼気試料をキャリアガス
によって第一のプレカラム及びメインカラムに通過させ
る第一のキャリアガス流路と、サンプルループ内に充填
された呼気試料をキャリアガスによって第二のプレカラ
ム及びメインカラムに通過させる第二のキャリアガス流
路と、第一のプレカラムに残留した呼気試料をキャリア
ガスによってパージする第三のキャリアガス流路と、第
二のプレカラムに残留した呼気試料をキャリアガスによ
ってパージする第四のキャリアガス流路と、第一及び第
四のキャリアガス流路又は第二及び第三のキャリアガス
流路のどちらか一方に切換え可能な流路切換え部とを備
えたことにより、メインカラム、検出器等を共用した状
態で、濃縮型及び非濃縮型として使用できる。したがっ
て、装置全体としての小型化及び低価格化を達成でき
る。さらに、第三及び第四のキャリアガス流路によっ
て、不要な高沸点成分をメインカラム及び検出器を通過
させることなく速やかに排出できるので、分析時間を大
幅に短縮できるとともに、メインカラム及び検出器の汚
染・劣化も防止できる。

【００５１】請求項２記載の呼気分析装置によれば、呼
気採取管内の呼気をサンプルループを通してポンプで吸
引する呼気吸引流路を付設し、この呼気吸引流路、第一
及び第四のキャリアガス流路と、第二及び第三のキャリ
アガス流路とのどちらか一方に切換え可能な流路切換え
部としたことにより、呼気吸引流路、第一及び第四のキ
ャリアガス流路と、第二及び第三のキャリアガス流路と
の切換えのみで、濃縮型及び非濃縮型のすべての工程を
実行することができるので、操作性及び利便性を向上で
きる。

【００５２】請求項３記載の呼気分析装置によれば、捕
集管内に濃縮捕集された呼気試料をさらに濃縮して二次
濃縮管に吸着させ、この呼気試料をキャリアガスによっ
てプレカラム及びメインカラムに通過させるようにした
ので、より低濃度の成分でも十分に分析することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る呼気分析装置の一実施形態を示す
構成図であり、呼気吸引流路、第一及び第四のキャリア
ガス流路に切換えた状態を示している。

【図２】本発明に係る呼気分析装置の一実施形態を示す
構成図であり、第二及び第三のキャリアガス流路に切換
えた状態を示している。

【図３】図１及び図２の呼気分析装置におけるサンプリ
ングバルブの一例を示す概略断面図であり、図３〔１〕
が呼気吸引流路、第一及び第四のキャリアガス流路に切
換えた状態を示し、図３〔２〕が第二及び第三のキャリ
アガス流路に切換えた状態を示している。

【図４】呼気濃縮捕集装置の一例を示す断面構成図であ
る。

【図５】図１の呼気分析装置において濃縮型として使用
した場合の分析結果の一例を示す波形図である。

【図６】図１の呼気分析装置におけるバックフラッシュ
の一例を示す説明図であり、図６〔１〕〜〔４〕の順に
時間が経過する。

【符号の説明】

２０呼気分析装置２２１第一のプレカラム２２２第二のプレカラム２２３メインカラム２４検出器２６捕集管２８濃縮試料導入部２８２二次濃縮管３０呼気採取管３２サンプルループ３４ポンプ３６０呼気吸引流路３６１第一のキャリアガス流路３６２第二のキャリアガス流路３６３第三のキャリアガス流路３６４第四のキャリアガス流路３８流路切換え部Ａ’ 呼気Ａ呼気試料ＣキャリアガスＣ₁ 第一のキャリアガス流路を流れるキャリアガスＣ₂ 第二のキャリアガス流路を流れるキャリアガスＣ₃ 第三のキャリアガス流路を流れるキャリアガスＣ₄ 第四のキャリアガス流路を流れるキャリアガス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】呼気試料を通過させて当該呼気試料に含
まれる成分を分離する第一及び第二のプレカラム並びに
メインカラムと、これらの第一及び第二のプレカラム並
びにメインカラムによって分離された成分を検出する検
出器と、呼気試料を内部に吸着させた捕集管と、この捕
集管内に吸着している呼気試料を脱離させる濃縮試料導
入部と、呼気を内部に吹き込ませた呼気採取管と、呼気
を呼気試料として内部に吸着させるサンプルループと、
前記呼気採取管内の呼気を前記サンプルループを通して
吸引することにより当該サンプルループ内に前記呼気試
料を充填するポンプと、前記濃縮試料導入部で脱離した
呼気試料をキャリアガスによって前記第一のプレカラム
及び前記メインカラムに通過させる第一のキャリアガス
流路と、前記サンプルループ内に充填された呼気試料を
キャリアガスによって前記第二のプレカラム及び前記メ
インカラムに通過させる第二のキャリアガス流路と、前
記第一のプレカラムに残留した前記呼気試料をキャリア
ガスによってパージする第三のキャリアガス流路と、前
記第二のプレカラムに残留した前記呼気試料をキャリア
ガスによってパージする第四のキャリアガス流路と、前
記第一及び第四のキャリアガス流路又は前記第二及び第
三のキャリアガス流路のどちらか一方に切換え可能な流
路切換え部とを備えた呼気分析装置。
【請求項２】前記呼気採取管内の呼気を前記サンプル
ループを通して前記ポンプで吸引する呼気吸引流路が付
設され、前記流路切換え部は、当該呼気吸引流路並びに
前記第一及び第四のキャリアガス流路と、前記第二及び
第三のキャリアガス流路とのどちらか一方に切換え可能
である、請求項１記載の呼気分析装置。
【請求項３】前記濃縮試料導入部には、前記捕集管を
加熱して当該捕集管内に吸着している呼気試料を脱離さ
せる第一の加熱手段と、呼気試料を内部に吸着させる二
次濃縮管と、前記捕集管を脱離した呼気試料を前記二次
濃縮管内に吸着させる冷却手段と、この二次濃縮管を加
熱して当該二次濃縮管内に吸着している呼気試料を脱離
させる第二の加熱手段とが設けられた、請求項１記載の
呼気分析装置。