におい測定装置
【課題】測定対象においと測定対象外においとが混じった試料中の測定対象においのにおい濃度を求める際に、検量線作成のための混合においの測定を不要にすることで測定作業の効率化を図る。
【解決手段】測定対象におい単独及び測定対象外におい単独のにおいの予備測定をそれぞれ行って得られた結果から、ｍ個のにおいセンサの検出出力により形成されるｍ次元空間に２本の基準線Ｔａ、Ｔｂを作成する。２本の基準線Ｔａ、Ｔｂ上でそれぞれ原点から等距離である点Ｓ１、Ｓ２を繋ぐ曲線Ｃ上で、点Ｓ１からＮ／（Ｎ＋Ｍ）の位置に測定点Ｐ１がある場合、測定対象においについての点Ｓ１に対応したにおい濃度をＡ、測定対象外においについての点Ｓ２に対応したにおい濃度をＢとしたときに、測定対象においと測定対象外においとをＡ×Ｍ：Ｂ×Ｎのにおい濃度の比で混合したものであるとみなし、測定対象においのにおい濃度を求める。
【解決手段】測定対象におい単独及び測定対象外におい単独のにおいの予備測定をそれぞれ行って得られた結果から、ｍ個のにおいセンサの検出出力により形成されるｍ次元空間に２本の基準線Ｔａ、Ｔｂを作成する。２本の基準線Ｔａ、Ｔｂ上でそれぞれ原点から等距離である点Ｓ１、Ｓ２を繋ぐ曲線Ｃ上で、点Ｓ１からＮ／（Ｎ＋Ｍ）の位置に測定点Ｐ１がある場合、測定対象においについての点Ｓ１に対応したにおい濃度をＡ、測定対象外においについての点Ｓ２に対応したにおい濃度をＢとしたときに、測定対象においと測定対象外においとをＡ×Ｍ：Ｂ×Ｎのにおい濃度の比で混合したものであるとみなし、測定対象においのにおい濃度を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲食品類の製造、各種工業製品の製造、環境測定などの各種分野に利用される、におい（香気、臭気など全て含む）を測定して定量化するにおい測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、におい物質に対して応答するにおいセンサを利用したにおい測定装置が開発されている（例えば特許文献１など参照）。このようなにおい測定装置では、複数のにおいセンサで取得された検出信号を基に所定のアルゴリズムによる演算処理を実行することにより、においの質やにおいの強度を数値化して表現することができるようになっている。
【０００３】
即ち、上記におい測定装置では、既知のにおいを有する基準においガスを測定した結果に基づき、ｍ個のにおいセンサの検出出力で形成されるｍ次元のにおい空間内に基準軸を位置付け、その基準軸と未知におい（評価対象におい）の測定結果である測定点との位置関係、具体的には測定点と基準軸との近さ／遠さの度合いにより求めた類似度でにおいの質を表現する。また、複数の基準においガス相当のにおいの強さを計算し、各基準においの寄与を総合することで臭気指数相当値を求め、これによりにおい強度を表現する。
【０００４】
いま、或る測定対象のにおい成分に対しそれとは異なる測定対象外のにおい成分が混合した混合においを測定する場合を考える。測定対象外のにおいとは、何らかの添加物のにおい、誤って混合された物質のにおい、或いは、測定対象においの母材のにおい、測定対象においが保存されていた容器のにおい、など、様々なものが考えられる。意図的に混合されたものでなければ、測定対象外においは一種のバックグラウンドであると考えることができる。こうした混合においの未知のサンプルのにおい濃度を測定する場合、従来、におい濃度が既知である混合においの希釈度を段階的に変えた標準サンプルを調製しそれらサンプルの測定を行うことにより、混合においの検量線を作成しておく。そして、その検量線を参照して、におい濃度が未知である混合においの測定結果から定量値を求めるようにしている（特許文献２など参照）。
【０００５】
上述のように測定対象外においとして様々なものが想定される場合、測定対象においと各測定対象外においとを混合した標準サンプルをそれぞれ用意し、その標準サンプルを測定して検量線を求める作業が必要である。しかしながら、一般に、複数のにおい成分を混合させた混合においを有する標準サンプルの調製は単独のにおいのサンプルの調製に比べて面倒で時間が掛かる作業である。そのため、上記のように測定対象外においとして様々な種類のものが想定される場合に、その１つ１つについて混合においの検量線を予め作成することは非常に面倒であり、実用的に困難であった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３１５２９８号公報
【特許文献２】特許第３８７３４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その主な目的とするところは、測定対象においと測定対象外においとの混合においの測定において検量線の作成に要する作業を軽減することにより、簡便に定量分析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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために成された本発明に係るにおい測定装置は、測定対象においと既知の測定対象外においとを含む試料ガス中の測定対象においを定量分析するにおい測定装置であって、
a)互いに異なる応答特性を有するｍ（ｍは２以上の整数）個のにおいセンサと、
b)前記ｍ個のにおいセンサによる検出出力で形成されるｍ次元空間において、前記測定対象においについてそれぞれにおい濃度を変えて得られる測定結果により第１基準線を作成し、これを表現するデータを記憶しておく第１基準線作成手段と、
c)前記ｍ次元空間において、前記測定対象外においについてそれぞれ濃度を変えて得られる測定結果により第２基準線を作成し、これを表現するデータを記憶しておく第２基準線作成手段と、
d)前記ｍ次元空間において第１基準線と第２基準線との間に、第１のにおい濃度の測定対象においと第２のにおい濃度の測定対象外においとが含まれる試料ガスの測定結果が測定点として位置付けられたときに、その測定点の位置と前記第１基準線及び第２基準線との位置関係に基づいて、第１のにおい濃度と第２のにおい濃度とを推算するにおい濃度推算手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００９】
本発明に係るにおい測定装置では、測定対象においと測定対象外においとが混合された混合におい中の測定対象においのにおい濃度を求める際に、測定対象におい単独の予備測定に基づいて作成される第１基準線と、測定対象外におい単独の予備測定に基づいて作成される第２基準線とを利用し、それら基準線を表現するデータに基づく演算処理によってにおい濃度の定量値を推算する。測定対象においと測定対象外においとが混合された混合においをｍ個のにおいセンサにより測定した結果がｍ次元空間に位置付けられた測定点は、第１基準線と第２基準線の間に存在する筈である。また、その測定点と２本の基準線との近さ／遠さの程度は、その混合においに含まれる測定対象においのにおい濃度と測定対象外においのにおい濃度との比に依存すると考えることができる。
【００１０】
そこで、本発明に係るにおい測定装置の一実施態様として、前記におい濃度推算手段は、前記ｍ次元空間において、第１基準線上及び第２基準線上でそれぞれ原点から等距離である第１基準点及び第２基準点を仮定し、測定対象においについての第１基準点に対応したにおい濃度をＡ、測定対象外においについての第２基準点に対応したにおい濃度をＢとしたときに、第１基準点と第２基準点とを繋ぐ線上で該第１基準点からＮ／（Ｎ＋Ｍ）の位置にある測定点は、測定対象においと測定対象外においとをＡ×Ｍ：Ｂ×Ｎのにおい濃度の比で混合したものであるとみなす処理を実行する構成とすることができる。
【００１１】
例えば、測定対象外においのにおい濃度が一定であり、測定対象においのにおい濃度のみが段階的に変化するものと考え、上記のようなにおい濃度比に応じてｍ次元空間に位置付けられる点を繋ぐと１本の仮想的な検量線を描くことができる。異なるにおい濃度の測定対象外においに対してそれぞれ同様に仮想的な検量線を描くことができ、いずれかの検量線上の或る１点は、混合におい中の測定対象においのにおい濃度（第１のにおい濃度）と測定対象外においのにおい濃度（第２のにおい濃度）とを特定する点となる。
【００１２】
実際に上記のような仮想的な検量線を予め多数、計算により求めておいて、未知の試料ガスを測定した結果の測定点がｍ次元空間に位置付けられたときに、多数の検量線に照らして測定点に対応する第１及び第２のにおい濃度を求めることができる。また、仮想的な検量線を予め求めておくことなく、未知の試料ガスを測定した結果の測定点がｍ次元空間に位置付けられたときに、その測定点と第１基準線及び第２基準線とから上記仮想的な検量線の作成時と同様の考え方に基づいて、第１及び第２のにおい濃度を求めるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るにおい測定装置によれば、測定対象においと測定対象外においとの混合におい中の各においの濃度を求める際に、混合においの標準サンプルを調製して測定する必要がなくなり、測定対象におい単独と測定対象外におい単独の測定さえ行っておけばよい。こうした単独においの測定は混合においの測定に比べて手間が掛からず時間も短くて済むので、測定作業が省力化でき、作業者の負担も軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の一実施例であるにおい測定装置について、添付図面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概略ブロック構成図である。
【００１５】
このにおい測定装置は、試料ガスを吸引するための吸入口１、吸引した試料ガスに対し各種の前処理を施す前処理部２、各種のにおい成分を含む試料ガスを測定するための、応答特性が互いに異なる複数のにおいセンサ４を内装するセンサセル３、試料ガスをセンサセル３に引き込むためのポンプ５、においセンサ４による検出信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部６、デジタル化された検出データを解析処理するデータ処理部７、測定対象においの標準サンプルの測定結果に基づいて作成される基準線を表現するデータを記憶しておく測定対象においデータ記憶部８、測定対象外においの標準サンプルの測定結果に基づいて作成される基準線を表現するデータを記憶しておく測定対象外においデータ記憶部９、本装置全体の動作を制御する制御部１０、制御部１０に接続された入力部１１、解析処理の結果などを表示する表示部１２、などから成る。
【００１６】
前処理部２では、試料ガスに含まれる水分の除去、試料ガス中の目的成分の濃縮／希釈、妨害成分の除去等が行われる。においセンサ４は、におい成分に応じて抵抗値が変化する金属酸化物半導体センサが一般的であるが、それ以外に、導電性高分子センサや、水晶振動子又はＳＡＷデバイスの表面にガス吸着膜を形成したセンサなど、他の検出メカニズムによるセンサでもよい。
【００１７】
なお、においセンサ４の数は特に限定しないが、一般に、におい種類に対して十分な分解能を得るには１０個又はそれに近い数（種類）のにおいセンサ４が必要である。例えば、においセンサ４の数を１０（つまり本発明におけるｍ＝１０）とすれば、１０個のにおいセンサ４による検出信号が並列にＡ／Ｄ変換部６に入力され、Ａ／Ｄ変換部６では各検出信号をデジタルデータに変換してパラレルのままで又はシリアルに変換してデータ処理部７に送る。データ処理部７及び制御部１０はパーソナルコンピュータを中心に構成され、該コンピュータにインストールした所定の処理／制御プログラムを実行することによりそれぞれの機能が達成されるものとすることができる。
【００１８】
本実施例のにおい測定装置では予め、測定対象においのにおい濃度を変えた複数の標準サンプルと、測定対象外においのにおい濃度を変えた複数の標準サンプルとをそれぞれ測定してその結果を保存しておき、それを利用して、上記測定対象においと上記測定対象外においとの混合物であることは既知である混合においの、未知であるそれぞれのにおい濃度を求める。この求め方について次に説明する。
【００１９】
上述したようににおいセンサ４はそれぞれ異なる応答特性を有するから、１０個のにおいセンサ４からそれぞれ得られる検出出力をそれぞれ異なる方向（互いに直交する方向）の軸として形成される１０次元空間を考えると、１０個のにおいセンサ４から得られる検出信号に基づいて１０次元空間内に或る１つの測定点を位置付けることができる。においの質が同じでにおい濃度が相違する複数のガスの測定結果は、上記１０次元空間でそれぞれ異なる測定点として位置付けられ、濃度が高くなるに従い１０次元空間の原点から遠ざかるように位置する。したがって、原点を始点としてにおい成分のにおい濃度の増加に伴う各測定点を繋ぐ１本の線を引くことができる。
【００２０】
１０次元空間を図示するのは難しく且つ理解も容易でないため、ここでは、２個のにおいセンサの検出出力（ＣＨ１、ＣＨ２）で形成される２次元空間に簡略化して説明する。図２に示す２次元空間において、測定対象においのにおい濃度を、１、１０、１００と変化させた複数のガスを測定した結果である測定点は例えばＷ１、Ｗ２、Ｗ３と位置付けられる。これら各測定点Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３を繋ぐ線Ｔａを引くことができる。これが、測定対象においの基準線（第１基準線）に相当する。一方、測定対象外のにおいについても同様ににおい濃度を１、１０、１００と変えた試料ガスに対して測定を行えば、測定点は例えばＵ１、Ｕ２、Ｕ３と位置付けられる。これにより、線Ｔａとは一致しない線Ｔｂを引くことができ、これが、測定対象外においの基準線（第２基準線）に相当する。なお、図２では線Ｔａ、Ｔｂを直線で示しているが、においセンサ４の出力が非線形性を有している場合には必ずしも直線となるとは限らず曲線になる場合もあるが、その場合でもその曲線を基準線として用いることができる。
【００２１】
測定対象においと測定対象外においとを混合させた混合におい中の各におい濃度を変化させたときに作成できる線は、２本の基準線Ｔａ、Ｔｂの間に存在する筈である。いま、図３に示すように、２本の基準線Ｔａ、Ｔｂ上で原点から等距離に位置する第１基準点Ｓ１、第２基準点Ｓ２を考える。基準線Ｔａ、Ｔｂ上の各点はそれぞれ測定対象におい及び測定対象外においの濃度に対応付けられるから、第１基準点Ｓ１は測定対象においの濃度Ａに対応し、第２基準点Ｓ２は測定対象外においの濃度Ｂに対応する。もちろん、Ａ＝Ｂとなる場合もある。
【００２２】
上記２つの基準点Ｓ１、Ｓ２を繋ぐ曲線Ｃを考える。この曲線Ｃは、例えば原点を中心として２つの基準点を通る円弧又は楕円弧とすることができる。測定対象においと測定対象外においとを混合した或るにおいを測定した結果である測定点が上記曲線Ｃ上に位置する場合、その位置、におい濃度Ａ及びおい濃度Ｂとに基づいて、その測定点に対応したにおいのにおい濃度比を求める。具体的には、図３に示すように、測定点Ｐ１が曲線Ｃ上で第１基準点Ｓ１からＮ／（Ｎ＋Ｍ）の位置にある場合、この測定点Ｐ１に対応したにおいは、におい濃度が［Ｍ／（Ｎ＋Ｍ）］・Ａである測定対象においとにおい濃度が［Ｎ／（Ｎ＋Ｍ）］・Ｂである測定対象外においとを混合したものであるとみなす。
【００２３】
例えば測定点Ｐ１が曲線Ｃの中間点、つまりＮ＝Ｍ＝１である箇所に位置している場合、この測定点Ｐ１に対応したにおいは、におい濃度がＡ／２である測定対象においとにおい濃度がＢ／２である測定対象外においとを混合したものであるとみなす。また、測定点Ｐ１が曲線Ｃ上で第１基準点Ｓ１から３／４の位置、つまりＮ＝３、Ｍ＝１である箇所に位置している場合、この測定点Ｐ１に対応したにおいは、におい濃度が（１／４）・Ａである測定対象においとにおい濃度が（３／４）・Ｂである測定対象外においとを混合したものであるとみなす。
【００２４】
説明を簡単にするために上記ＡとＢとが等しい場合を考えると、図４に示すように、２本の基準線Ｔａ、Ｔｂ上の同一におい濃度の点を繋ぐ曲線を描くことができる。におい濃度が１である測定対象外においとにおい濃度が１である測定対象においとを混合して得られる混合においの測定点Ｐ１は、それぞれの基準線Ｔａ、Ｔｂ上でにおい濃度の加算値であるにおい濃度２同士の点を繋ぐ曲線Ｃ１上の中間点（つまり両点に対し１：１の点）に位置する。次に、におい濃度が１である測定対象外においとにおい濃度が９である測定対象においとを混合して得られる混合においの測定点Ｐ２は、それぞれの基準線Ｔａ、Ｔｂ上でにおい濃度の加算値であるにおい濃度１０同士の点を繋ぐ曲線Ｃ２上でにおい濃度の比に応じた９：１のところに位置する。さらに、におい濃度が１である測定対象外においとにおい濃度が９９である測定対象においとを混合して得られる混合においの測定点Ｐ３は、それぞれの基準線Ｔａ、Ｔｂ上でにおい濃度の加算値であるにおい濃度１００同士の点を繋ぐ曲線Ｃ３上でにおい濃度の比に応じた９９：１のところに位置する。
【００２５】
このようにして各基準線Ｔａ、Ｔｂ上の各におい濃度に対応した点から計算に求まる、同一の測定対象外においの複数の測定点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を測定対象においのにおい濃度の増加に従って繋ぐことにより１本の線Ｓを引く。この線Ｓが、におい濃度が１である測定対象外においと未知におい濃度の測定対象においとを含む試料（混合におい）の検量線である。図４ではこの検量線Ｓは直線であるが、実際には直線であるとは限らない。
【００２６】
同様にして、測定対象外においのにおい濃度が１以上の、例えば２、３、…の検量線をそれぞれ作成することができる。原理的には、におい濃度に上限を設けずに検量線を引くことが可能であるが、実際には、測定対象外のにおい濃度には適度な上限を設けることができるし、例えば測定対象外においのにおい濃度は測定対象においのにおい濃度よりも低いといった制約を設けることもできる。いずれにしても、検量線を構成する各点は２本の基準線の間に描かれる曲線をにおい濃度の比で分割する点であるから、全ての検量線は２本の基準線Ｔａ、Ｔｂの間に存在する。
【００２７】
上述したように多数の検量線が用意された状態で、未知のにおい濃度の測定対象においと未知のにおい濃度の測定対象外においとを混合した未知試料の測定結果が、検量線Ｓ上の点Ｑに位置付けられたものとする。この場合、この検量線Ｓに照らして、試料中の測定対象においのにおい濃度は８であると求めることができる。未知試料の測定結果がいずれかの検量線の上に乗らない場合には、最も距離的に近い検量線を用いるか、或いは、その測定点を挟む２本の検量線を用いた補間処理等により、測定結果に対応したにおい濃度を求めることができる。
【００２８】
上記説明は２次元空間に簡略化したものであるが１０次元空間に拡張した場合でも基本的には全く同じであり、その１０次元空間に、におい対象外のにおい濃度を一定とし、におい対象のにおい濃度を変化させたときの検量線を多数描くことができ、それに基づいて未知試料のにおい濃度を求めることができる。また、図３はＡとＢとが等しいことを仮定したものであるが、ＡとＢとが等しくなくても同様の計算により、検量線を引くことができることは明らかである。
【００２９】
本実施例のにおい測定装置における未知試料中の測定対象においのにおい濃度の算出原理は上述の通りであるが、検量線は仮想的に引くだけで十分であり、そうした仮想的な検量線が存在するとみなして、２本の基準線を表現するデータと、未知試料を測定した結果である測定点を表現するデータとから、計算により、その測定点に対応した測定対象においのにおい濃度を求めることができる。
【００３０】
そのためには、まず、図１に示したにおい測定装置において吸入口１に測定対象においのみを有するガスを導入し、前処理部２でにおい濃度を段階的に変えるように濃縮を行いながら、各におい濃度に対応する測定を実行し、第１基準線を表現するデータを測定対象においデータ記憶部８に格納する。次に、吸入口１に測定対象外においのみを有するガスを導入し、前処理部２でにおい濃度を段階的に変えるように濃縮を行いながら、各におい濃度に対応する測定を実行し、第２基準線を表現するデータを測定対象外においデータ記憶部９に格納する。測定対象外においが複数ある場合には、それぞれ同様に測定を実行して、基準線を表現するデータを測定対象外においデータ記憶部９に格納する。
【００３１】
未知試料が吸入口１より導入され、それに対するにおいセンサ４による検出データがデータ処理部７に与えられると、データ処理部７は、測定対象においデータ記憶部８及び測定対象外においデータ記憶部９からそれぞれ基準線を表現するデータを読み出して、上記のような検量線に基づく定量計算と同様の演算処理を実行して、測定対象においのにおい濃度を算出する。もちろん、同時に測定対象外においのにおい濃度も求まる。こうして得られた解析結果を表示部１２により表示し、分析者に知らせればよい。
【００３２】
なお、上記実施例は、未知試料中に、測定対象においのほかに測定対象外においが１種類のみ含まれる場合の例であるが、本発明に係るにおい測定装置は、１つの測定対象においに対し２以上の測定対象外においが混じった混合においにおける、測定対象においのにおい濃度、及び各測定対象外においのにおい濃度を算出するように拡張が可能である。
【００３３】
また、上記実施例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加等を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施例であるにおい測定装置の概略ブロック構成図。
【図２】本実施例のにおい測定装置におけるにおい濃度推算方法の説明図。
【図３】本実施例のにおい測定装置におけるにおい濃度推算方法の説明図。
【図４】本実施例のにおい測定装置におけるにおい濃度推算方法の説明図。
【符号の説明】
【００３５】
１…吸入口
２…前処理部
３…センサセル
４…においセンサ
５…ポンプ
６…Ａ／Ｄ変換部
７…データ処理部
８…測定対象においデータ記憶部
９…測定対象外においデータ記憶部
１０…制御部
１１…入力部
１２…表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲食品類の製造、各種工業製品の製造、環境測定などの各種分野に利用される、におい（香気、臭気など全て含む）を測定して定量化するにおい測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、におい物質に対して応答するにおいセンサを利用したにおい測定装置が開発されている（例えば特許文献１など参照）。このようなにおい測定装置では、複数のにおいセンサで取得された検出信号を基に所定のアルゴリズムによる演算処理を実行することにより、においの質やにおいの強度を数値化して表現することができるようになっている。
【０００３】
即ち、上記におい測定装置では、既知のにおいを有する基準においガスを測定した結果に基づき、ｍ個のにおいセンサの検出出力で形成されるｍ次元のにおい空間内に基準軸を位置付け、その基準軸と未知におい（評価対象におい）の測定結果である測定点との位置関係、具体的には測定点と基準軸との近さ／遠さの度合いにより求めた類似度でにおいの質を表現する。また、複数の基準においガス相当のにおいの強さを計算し、各基準においの寄与を総合することで臭気指数相当値を求め、これによりにおい強度を表現する。
【０００４】
いま、或る測定対象のにおい成分に対しそれとは異なる測定対象外のにおい成分が混合した混合においを測定する場合を考える。測定対象外のにおいとは、何らかの添加物のにおい、誤って混合された物質のにおい、或いは、測定対象においの母材のにおい、測定対象においが保存されていた容器のにおい、など、様々なものが考えられる。意図的に混合されたものでなければ、測定対象外においは一種のバックグラウンドであると考えることができる。こうした混合においの未知のサンプルのにおい濃度を測定する場合、従来、におい濃度が既知である混合においの希釈度を段階的に変えた標準サンプルを調製しそれらサンプルの測定を行うことにより、混合においの検量線を作成しておく。そして、その検量線を参照して、におい濃度が未知である混合においの測定結果から定量値を求めるようにしている（特許文献２など参照）。
【０００５】
上述のように測定対象外においとして様々なものが想定される場合、測定対象においと各測定対象外においとを混合した標準サンプルをそれぞれ用意し、その標準サンプルを測定して検量線を求める作業が必要である。しかしながら、一般に、複数のにおい成分を混合させた混合においを有する標準サンプルの調製は単独のにおいのサンプルの調製に比べて面倒で時間が掛かる作業である。そのため、上記のように測定対象外においとして様々な種類のものが想定される場合に、その１つ１つについて混合においの検量線を予め作成することは非常に面倒であり、実用的に困難であった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３１５２９８号公報
【特許文献２】特許第３８７３４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その主な目的とするところは、測定対象においと測定対象外においとの混合においの測定において検量線の作成に要する作業を軽減することにより、簡便に定量分析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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために成された本発明に係るにおい測定装置は、測定対象においと既知の測定対象外においとを含む試料ガス中の測定対象においを定量分析するにおい測定装置であって、
a)互いに異なる応答特性を有するｍ（ｍは２以上の整数）個のにおいセンサと、
b)前記ｍ個のにおいセンサによる検出出力で形成されるｍ次元空間において、前記測定対象においについてそれぞれにおい濃度を変えて得られる測定結果により第１基準線を作成し、これを表現するデータを記憶しておく第１基準線作成手段と、
c)前記ｍ次元空間において、前記測定対象外においについてそれぞれ濃度を変えて得られる測定結果により第２基準線を作成し、これを表現するデータを記憶しておく第２基準線作成手段と、
d)前記ｍ次元空間において第１基準線と第２基準線との間に、第１のにおい濃度の測定対象においと第２のにおい濃度の測定対象外においとが含まれる試料ガスの測定結果が測定点として位置付けられたときに、その測定点の位置と前記第１基準線及び第２基準線との位置関係に基づいて、第１のにおい濃度と第２のにおい濃度とを推算するにおい濃度推算手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００９】
本発明に係るにおい測定装置では、測定対象においと測定対象外においとが混合された混合におい中の測定対象においのにおい濃度を求める際に、測定対象におい単独の予備測定に基づいて作成される第１基準線と、測定対象外におい単独の予備測定に基づいて作成される第２基準線とを利用し、それら基準線を表現するデータに基づく演算処理によってにおい濃度の定量値を推算する。測定対象においと測定対象外においとが混合された混合においをｍ個のにおいセンサにより測定した結果がｍ次元空間に位置付けられた測定点は、第１基準線と第２基準線の間に存在する筈である。また、その測定点と２本の基準線との近さ／遠さの程度は、その混合においに含まれる測定対象においのにおい濃度と測定対象外においのにおい濃度との比に依存すると考えることができる。
【００１０】
そこで、本発明に係るにおい測定装置の一実施態様として、前記におい濃度推算手段は、前記ｍ次元空間において、第１基準線上及び第２基準線上でそれぞれ原点から等距離である第１基準点及び第２基準点を仮定し、測定対象においについての第１基準点に対応したにおい濃度をＡ、測定対象外においについての第２基準点に対応したにおい濃度をＢとしたときに、第１基準点と第２基準点とを繋ぐ線上で該第１基準点からＮ／（Ｎ＋Ｍ）の位置にある測定点は、測定対象においと測定対象外においとをＡ×Ｍ：Ｂ×Ｎのにおい濃度の比で混合したものであるとみなす処理を実行する構成とすることができる。
【００１１】
例えば、測定対象外においのにおい濃度が一定であり、測定対象においのにおい濃度のみが段階的に変化するものと考え、上記のようなにおい濃度比に応じてｍ次元空間に位置付けられる点を繋ぐと１本の仮想的な検量線を描くことができる。異なるにおい濃度の測定対象外においに対してそれぞれ同様に仮想的な検量線を描くことができ、いずれかの検量線上の或る１点は、混合におい中の測定対象においのにおい濃度（第１のにおい濃度）と測定対象外においのにおい濃度（第２のにおい濃度）とを特定する点となる。
【００１２】
実際に上記のような仮想的な検量線を予め多数、計算により求めておいて、未知の試料ガスを測定した結果の測定点がｍ次元空間に位置付けられたときに、多数の検量線に照らして測定点に対応する第１及び第２のにおい濃度を求めることができる。また、仮想的な検量線を予め求めておくことなく、未知の試料ガスを測定した結果の測定点がｍ次元空間に位置付けられたときに、その測定点と第１基準線及び第２基準線とから上記仮想的な検量線の作成時と同様の考え方に基づいて、第１及び第２のにおい濃度を求めるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るにおい測定装置によれば、測定対象においと測定対象外においとの混合におい中の各においの濃度を求める際に、混合においの標準サンプルを調製して測定する必要がなくなり、測定対象におい単独と測定対象外におい単独の測定さえ行っておけばよい。こうした単独においの測定は混合においの測定に比べて手間が掛からず時間も短くて済むので、測定作業が省力化でき、作業者の負担も軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の一実施例であるにおい測定装置について、添付図面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概略ブロック構成図である。
【００１５】
このにおい測定装置は、試料ガスを吸引するための吸入口１、吸引した試料ガスに対し各種の前処理を施す前処理部２、各種のにおい成分を含む試料ガスを測定するための、応答特性が互いに異なる複数のにおいセンサ４を内装するセンサセル３、試料ガスをセンサセル３に引き込むためのポンプ５、においセンサ４による検出信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部６、デジタル化された検出データを解析処理するデータ処理部７、測定対象においの標準サンプルの測定結果に基づいて作成される基準線を表現するデータを記憶しておく測定対象においデータ記憶部８、測定対象外においの標準サンプルの測定結果に基づいて作成される基準線を表現するデータを記憶しておく測定対象外においデータ記憶部９、本装置全体の動作を制御する制御部１０、制御部１０に接続された入力部１１、解析処理の結果などを表示する表示部１２、などから成る。
【００１６】
前処理部２では、試料ガスに含まれる水分の除去、試料ガス中の目的成分の濃縮／希釈、妨害成分の除去等が行われる。においセンサ４は、におい成分に応じて抵抗値が変化する金属酸化物半導体センサが一般的であるが、それ以外に、導電性高分子センサや、水晶振動子又はＳＡＷデバイスの表面にガス吸着膜を形成したセンサなど、他の検出メカニズムによるセンサでもよい。
【００１７】
なお、においセンサ４の数は特に限定しないが、一般に、におい種類に対して十分な分解能を得るには１０個又はそれに近い数（種類）のにおいセンサ４が必要である。例えば、においセンサ４の数を１０（つまり本発明におけるｍ＝１０）とすれば、１０個のにおいセンサ４による検出信号が並列にＡ／Ｄ変換部６に入力され、Ａ／Ｄ変換部６では各検出信号をデジタルデータに変換してパラレルのままで又はシリアルに変換してデータ処理部７に送る。データ処理部７及び制御部１０はパーソナルコンピュータを中心に構成され、該コンピュータにインストールした所定の処理／制御プログラムを実行することによりそれぞれの機能が達成されるものとすることができる。
【００１８】
本実施例のにおい測定装置では予め、測定対象においのにおい濃度を変えた複数の標準サンプルと、測定対象外においのにおい濃度を変えた複数の標準サンプルとをそれぞれ測定してその結果を保存しておき、それを利用して、上記測定対象においと上記測定対象外においとの混合物であることは既知である混合においの、未知であるそれぞれのにおい濃度を求める。この求め方について次に説明する。
【００１９】
上述したようににおいセンサ４はそれぞれ異なる応答特性を有するから、１０個のにおいセンサ４からそれぞれ得られる検出出力をそれぞれ異なる方向（互いに直交する方向）の軸として形成される１０次元空間を考えると、１０個のにおいセンサ４から得られる検出信号に基づいて１０次元空間内に或る１つの測定点を位置付けることができる。においの質が同じでにおい濃度が相違する複数のガスの測定結果は、上記１０次元空間でそれぞれ異なる測定点として位置付けられ、濃度が高くなるに従い１０次元空間の原点から遠ざかるように位置する。したがって、原点を始点としてにおい成分のにおい濃度の増加に伴う各測定点を繋ぐ１本の線を引くことができる。
【００２０】
１０次元空間を図示するのは難しく且つ理解も容易でないため、ここでは、２個のにおいセンサの検出出力（ＣＨ１、ＣＨ２）で形成される２次元空間に簡略化して説明する。図２に示す２次元空間において、測定対象においのにおい濃度を、１、１０、１００と変化させた複数のガスを測定した結果である測定点は例えばＷ１、Ｗ２、Ｗ３と位置付けられる。これら各測定点Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３を繋ぐ線Ｔａを引くことができる。これが、測定対象においの基準線（第１基準線）に相当する。一方、測定対象外のにおいについても同様ににおい濃度を１、１０、１００と変えた試料ガスに対して測定を行えば、測定点は例えばＵ１、Ｕ２、Ｕ３と位置付けられる。これにより、線Ｔａとは一致しない線Ｔｂを引くことができ、これが、測定対象外においの基準線（第２基準線）に相当する。なお、図２では線Ｔａ、Ｔｂを直線で示しているが、においセンサ４の出力が非線形性を有している場合には必ずしも直線となるとは限らず曲線になる場合もあるが、その場合でもその曲線を基準線として用いることができる。
【００２１】
測定対象においと測定対象外においとを混合させた混合におい中の各におい濃度を変化させたときに作成できる線は、２本の基準線Ｔａ、Ｔｂの間に存在する筈である。いま、図３に示すように、２本の基準線Ｔａ、Ｔｂ上で原点から等距離に位置する第１基準点Ｓ１、第２基準点Ｓ２を考える。基準線Ｔａ、Ｔｂ上の各点はそれぞれ測定対象におい及び測定対象外においの濃度に対応付けられるから、第１基準点Ｓ１は測定対象においの濃度Ａに対応し、第２基準点Ｓ２は測定対象外においの濃度Ｂに対応する。もちろん、Ａ＝Ｂとなる場合もある。
【００２２】
上記２つの基準点Ｓ１、Ｓ２を繋ぐ曲線Ｃを考える。この曲線Ｃは、例えば原点を中心として２つの基準点を通る円弧又は楕円弧とすることができる。測定対象においと測定対象外においとを混合した或るにおいを測定した結果である測定点が上記曲線Ｃ上に位置する場合、その位置、におい濃度Ａ及びおい濃度Ｂとに基づいて、その測定点に対応したにおいのにおい濃度比を求める。具体的には、図３に示すように、測定点Ｐ１が曲線Ｃ上で第１基準点Ｓ１からＮ／（Ｎ＋Ｍ）の位置にある場合、この測定点Ｐ１に対応したにおいは、におい濃度が［Ｍ／（Ｎ＋Ｍ）］・Ａである測定対象においとにおい濃度が［Ｎ／（Ｎ＋Ｍ）］・Ｂである測定対象外においとを混合したものであるとみなす。
【００２３】
例えば測定点Ｐ１が曲線Ｃの中間点、つまりＮ＝Ｍ＝１である箇所に位置している場合、この測定点Ｐ１に対応したにおいは、におい濃度がＡ／２である測定対象においとにおい濃度がＢ／２である測定対象外においとを混合したものであるとみなす。また、測定点Ｐ１が曲線Ｃ上で第１基準点Ｓ１から３／４の位置、つまりＮ＝３、Ｍ＝１である箇所に位置している場合、この測定点Ｐ１に対応したにおいは、におい濃度が（１／４）・Ａである測定対象においとにおい濃度が（３／４）・Ｂである測定対象外においとを混合したものであるとみなす。
【００２４】
説明を簡単にするために上記ＡとＢとが等しい場合を考えると、図４に示すように、２本の基準線Ｔａ、Ｔｂ上の同一におい濃度の点を繋ぐ曲線を描くことができる。におい濃度が１である測定対象外においとにおい濃度が１である測定対象においとを混合して得られる混合においの測定点Ｐ１は、それぞれの基準線Ｔａ、Ｔｂ上でにおい濃度の加算値であるにおい濃度２同士の点を繋ぐ曲線Ｃ１上の中間点（つまり両点に対し１：１の点）に位置する。次に、におい濃度が１である測定対象外においとにおい濃度が９である測定対象においとを混合して得られる混合においの測定点Ｐ２は、それぞれの基準線Ｔａ、Ｔｂ上でにおい濃度の加算値であるにおい濃度１０同士の点を繋ぐ曲線Ｃ２上でにおい濃度の比に応じた９：１のところに位置する。さらに、におい濃度が１である測定対象外においとにおい濃度が９９である測定対象においとを混合して得られる混合においの測定点Ｐ３は、それぞれの基準線Ｔａ、Ｔｂ上でにおい濃度の加算値であるにおい濃度１００同士の点を繋ぐ曲線Ｃ３上でにおい濃度の比に応じた９９：１のところに位置する。
【００２５】
このようにして各基準線Ｔａ、Ｔｂ上の各におい濃度に対応した点から計算に求まる、同一の測定対象外においの複数の測定点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を測定対象においのにおい濃度の増加に従って繋ぐことにより１本の線Ｓを引く。この線Ｓが、におい濃度が１である測定対象外においと未知におい濃度の測定対象においとを含む試料（混合におい）の検量線である。図４ではこの検量線Ｓは直線であるが、実際には直線であるとは限らない。
【００２６】
同様にして、測定対象外においのにおい濃度が１以上の、例えば２、３、…の検量線をそれぞれ作成することができる。原理的には、におい濃度に上限を設けずに検量線を引くことが可能であるが、実際には、測定対象外のにおい濃度には適度な上限を設けることができるし、例えば測定対象外においのにおい濃度は測定対象においのにおい濃度よりも低いといった制約を設けることもできる。いずれにしても、検量線を構成する各点は２本の基準線の間に描かれる曲線をにおい濃度の比で分割する点であるから、全ての検量線は２本の基準線Ｔａ、Ｔｂの間に存在する。
【００２７】
上述したように多数の検量線が用意された状態で、未知のにおい濃度の測定対象においと未知のにおい濃度の測定対象外においとを混合した未知試料の測定結果が、検量線Ｓ上の点Ｑに位置付けられたものとする。この場合、この検量線Ｓに照らして、試料中の測定対象においのにおい濃度は８であると求めることができる。未知試料の測定結果がいずれかの検量線の上に乗らない場合には、最も距離的に近い検量線を用いるか、或いは、その測定点を挟む２本の検量線を用いた補間処理等により、測定結果に対応したにおい濃度を求めることができる。
【００２８】
上記説明は２次元空間に簡略化したものであるが１０次元空間に拡張した場合でも基本的には全く同じであり、その１０次元空間に、におい対象外のにおい濃度を一定とし、におい対象のにおい濃度を変化させたときの検量線を多数描くことができ、それに基づいて未知試料のにおい濃度を求めることができる。また、図３はＡとＢとが等しいことを仮定したものであるが、ＡとＢとが等しくなくても同様の計算により、検量線を引くことができることは明らかである。
【００２９】
本実施例のにおい測定装置における未知試料中の測定対象においのにおい濃度の算出原理は上述の通りであるが、検量線は仮想的に引くだけで十分であり、そうした仮想的な検量線が存在するとみなして、２本の基準線を表現するデータと、未知試料を測定した結果である測定点を表現するデータとから、計算により、その測定点に対応した測定対象においのにおい濃度を求めることができる。
【００３０】
そのためには、まず、図１に示したにおい測定装置において吸入口１に測定対象においのみを有するガスを導入し、前処理部２でにおい濃度を段階的に変えるように濃縮を行いながら、各におい濃度に対応する測定を実行し、第１基準線を表現するデータを測定対象においデータ記憶部８に格納する。次に、吸入口１に測定対象外においのみを有するガスを導入し、前処理部２でにおい濃度を段階的に変えるように濃縮を行いながら、各におい濃度に対応する測定を実行し、第２基準線を表現するデータを測定対象外においデータ記憶部９に格納する。測定対象外においが複数ある場合には、それぞれ同様に測定を実行して、基準線を表現するデータを測定対象外においデータ記憶部９に格納する。
【００３１】
未知試料が吸入口１より導入され、それに対するにおいセンサ４による検出データがデータ処理部７に与えられると、データ処理部７は、測定対象においデータ記憶部８及び測定対象外においデータ記憶部９からそれぞれ基準線を表現するデータを読み出して、上記のような検量線に基づく定量計算と同様の演算処理を実行して、測定対象においのにおい濃度を算出する。もちろん、同時に測定対象外においのにおい濃度も求まる。こうして得られた解析結果を表示部１２により表示し、分析者に知らせればよい。
【００３２】
なお、上記実施例は、未知試料中に、測定対象においのほかに測定対象外においが１種類のみ含まれる場合の例であるが、本発明に係るにおい測定装置は、１つの測定対象においに対し２以上の測定対象外においが混じった混合においにおける、測定対象においのにおい濃度、及び各測定対象外においのにおい濃度を算出するように拡張が可能である。
【００３３】
また、上記実施例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加等を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施例であるにおい測定装置の概略ブロック構成図。
【図２】本実施例のにおい測定装置におけるにおい濃度推算方法の説明図。
【図３】本実施例のにおい測定装置におけるにおい濃度推算方法の説明図。
【図４】本実施例のにおい測定装置におけるにおい濃度推算方法の説明図。
【符号の説明】
【００３５】
１…吸入口
２…前処理部
３…センサセル
４…においセンサ
５…ポンプ
６…Ａ／Ｄ変換部
７…データ処理部
８…測定対象においデータ記憶部
９…測定対象外においデータ記憶部
１０…制御部
１１…入力部
１２…表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象においと既知の測定対象外においとを含む試料ガス中の測定対象においを定量分析するにおい測定装置であって、
a)互いに異なる応答特性を有するｍ（ｍは２以上の整数）個のにおいセンサと、
b)前記ｍ個のにおいセンサによる検出出力で形成されるｍ次元空間において、前記測定対象においについてそれぞれにおい濃度を変えて得られる測定結果により第１基準線を作成し、これを表現するデータを記憶しておく第１基準線作成手段と、
c)前記ｍ次元空間において、前記測定対象外においについてそれぞれ濃度を変えて得られる測定結果により第２基準線を作成し、これを表現するデータを記憶しておく第２基準線作成手段と、
d)前記ｍ次元空間において第１基準線と第２基準線との間に、第１のにおい濃度の測定対象においと第２のにおい濃度の測定対象外においとが含まれる試料ガスの測定結果が測定点として位置付けられたときに、その測定点の位置と前記第１基準線及び第２基準線との位置関係に基づいて、第１のにおい濃度と第２のにおい濃度とを推算するにおい濃度推算手段と、
を備えることを特徴とするにおい測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のにおい測定装置であって、
前記におい濃度推算手段は、前記ｍ次元空間において、第１基準線上及び第２基準線上でそれぞれ原点から等距離である第１基準点及び第２基準点を仮定し、測定対象においについての第１基準点に対応したにおい濃度をＡ、測定対象外においについての第２基準点に対応したにおい濃度をＢとしたときに、第１基準点と第２基準点とを繋ぐ線上で該第１基準点からＮ／（Ｎ＋Ｍ）の位置にある測定点は、測定対象においと測定対象外においとをＡ×Ｍ：Ｂ×Ｎのにおい濃度の比で混合したものであるとみなす処理を実行することを特徴とするにおい測定装置。
【請求項１】
測定対象においと既知の測定対象外においとを含む試料ガス中の測定対象においを定量分析するにおい測定装置であって、
a)互いに異なる応答特性を有するｍ（ｍは２以上の整数）個のにおいセンサと、
b)前記ｍ個のにおいセンサによる検出出力で形成されるｍ次元空間において、前記測定対象においについてそれぞれにおい濃度を変えて得られる測定結果により第１基準線を作成し、これを表現するデータを記憶しておく第１基準線作成手段と、
c)前記ｍ次元空間において、前記測定対象外においについてそれぞれ濃度を変えて得られる測定結果により第２基準線を作成し、これを表現するデータを記憶しておく第２基準線作成手段と、
d)前記ｍ次元空間において第１基準線と第２基準線との間に、第１のにおい濃度の測定対象においと第２のにおい濃度の測定対象外においとが含まれる試料ガスの測定結果が測定点として位置付けられたときに、その測定点の位置と前記第１基準線及び第２基準線との位置関係に基づいて、第１のにおい濃度と第２のにおい濃度とを推算するにおい濃度推算手段と、
を備えることを特徴とするにおい測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のにおい測定装置であって、
前記におい濃度推算手段は、前記ｍ次元空間において、第１基準線上及び第２基準線上でそれぞれ原点から等距離である第１基準点及び第２基準点を仮定し、測定対象においについての第１基準点に対応したにおい濃度をＡ、測定対象外においについての第２基準点に対応したにおい濃度をＢとしたときに、第１基準点と第２基準点とを繋ぐ線上で該第１基準点からＮ／（Ｎ＋Ｍ）の位置にある測定点は、測定対象においと測定対象外においとをＡ×Ｍ：Ｂ×Ｎのにおい濃度の比で混合したものであるとみなす処理を実行することを特徴とするにおい測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１０７４７４（Ｐ２０１０−１０７４７４Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８２２４３（Ｐ２００８−２８２２４３）
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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