ガス分析装置
【課題】小型で簡易な構造であって、検出に必要な検体ガスのみをガス検出部に取り込んで検出を行なうガス分析装置を提供する。
【解決手段】本発明のガス分析装置は、検体ガスを導入するためのガス導入口を備えるガス導入部と、該ガス導入部から供給される検体ガスを成分分離するためのマイクロカラムを備えるガス分離部と、該ガス分離部により分離されたガス成分を検出するためのガス検出部とを備え、ガス導入部は、検体ガスを保持するためのガス収容部と、ガス導入口からガス収容部に検体ガスを導入するための第１の接続手段と、ガス収容部からガス分離部に検体ガスを供給するための第２の接続手段と、ガス導入口から導入された検体ガスの一部をガス収容部からガス排出口に排出するための第３の接続手段と、第１状態から第２状態、または第２状態から第１状態に切り替える切替手段とを有することを特徴とする。
【解決手段】本発明のガス分析装置は、検体ガスを導入するためのガス導入口を備えるガス導入部と、該ガス導入部から供給される検体ガスを成分分離するためのマイクロカラムを備えるガス分離部と、該ガス分離部により分離されたガス成分を検出するためのガス検出部とを備え、ガス導入部は、検体ガスを保持するためのガス収容部と、ガス導入口からガス収容部に検体ガスを導入するための第１の接続手段と、ガス収容部からガス分離部に検体ガスを供給するための第２の接続手段と、ガス導入口から導入された検体ガスの一部をガス収容部からガス排出口に排出するための第３の接続手段と、第１状態から第２状態、または第２状態から第１状態に切り替える切替手段とを有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分析装置に関し、特に、検体ガスに微量に含まれるガス成分を高精度に検出するガス分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
わが国では人口減少・少子高齢化が進展しており、総人口に対する６５歳以上の高齢者が占める割合が急速に増加しつつある。具体的には、２０１３年になると総人口に対し約２５．２％のほぼ４人に１人が高齢者となり、２０３５年になると総人口に対し約３３．７％のほぼ３人に１人が高齢者となると言われている。高齢者ほど医療機関を利用する割合は大きいことから、今後医療の負担が大きくなることが予想される。
【０００３】
加えて、若年層においては、生活環境が著しく改善されたこと、ＩＴ技術の進展により体を動かす機会が減少したこと等の理由により、メタボリックシンドロームが問題となっており、生活習慣病等の疾病を患う若年層の人口は年々増えてきている。このように若年層においても医療を利用する機会が増えているというのが現状である。
【０００４】
このような時代の趨勢から、医療が抱える負担はここ数年で限界に達するとも言われており、医療の負担を少しでも軽減することが望まれている。近年では特に医療機関を利用する機会を未然に防ぐことができる予防医療が注目されている。
【０００５】
予防医療を充実させることにより、疾病を患うことを予防することができ、もって疾病を患う人口を減少させることができる。このような手段を用いて疾病を患う人口が減少すれば、医療の負担を軽減することができるばかりか、医療保険制度の崩壊が叫ばれている現代において、医療費を軽減することができるというメリットもある。
【０００６】
そこで、予防医療を充実させるためには、身近な機器で個人が手軽に健康管理を行なうための健康情報を得るシステムを各家庭に普及させたいところである。健康情報を得るための指標としては、血圧、血液、尿、汗、唾液、呼気等の生体試料がある。かかる生体試料には、血液における血糖値のように、疾病またはその兆候に起因して数値が変化する物質が複数含まれている。
【０００７】
このような生体試料に含まれる物質の含有率を個々に測定することにより、健康情報を得ることをもって、自己の健康状態を的確に把握することができる。このように自己の健康状態を客観的に把握することにより、疾病を早期に発見することができ、疾病を患う前に事前にそれを回避するように生活を見直すことができる。
【０００８】
上記で挙げた生体試料の中でも、特に、呼気は、疾病またはその兆候に起因して数値が変化する物質を複数含む点、迅速かつ簡便にサンプリングおよび測定ができる点、ならびに、測定対象がガスであり非侵襲で測定でき、肉体的なダメージが小さい点等から、日々測定しても苦になりにくい、まさに日々の健康管理に最も適した生体試料の一つということもできる。
【０００９】
このような利点を有するため、呼気に含まれる成分に基づいて疾病を特定するという研究が活発化している。これまでの研究で呼気と疾病との相関が見られるものとしては、たとえば肺がん患者の呼気の成分は、健常者のそれと比べて呼気の成分が一部異なっていることが明らかとなっている。
【００１０】
より具体的には、呼気中に一酸化窒素および一酸化炭素を多く含む場合、肺疾患を患っている可能性が高いことがわかっており、喘息および慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ：Chronic Obstructive Pulmonary Diseases）の患者の呼気は、一酸化窒素および一酸化炭素が高い濃度で検出される。
【００１１】
呼気の成分と疾病との相関性が見られる別の例を挙げると、たとえば消化不良、十二指腸潰瘍等の胃腸疾患の患者の呼気は、水素が高い濃度で検出される傾向があり、脂質酸化、喘息、気管支炎等の患者の呼気は、酸化ストレスとの相関が高く、エタン、ペンタン等が高い濃度で検出される傾向がある。このように呼気に含まれる各成分の濃度を測定することにより、疾病情報の取得や健康指導を行なうことができる。
【００１２】
上記の中でも、特に呼気中のアセトンは、脂肪（脂肪酸）、タンパク質（アミノ酸）を分解したときに産出されることから、従来から糖代謝の活性度の指標として位置づけられている。断食中であって摂食していない状態のように極度に空腹であるとき、および重度の糖尿病を患っているときには、呼気中にアセトンを多く含むことが知られている。ともすれば、呼気中に含まれるアセトンの量を把握することにより、体脂肪の減少量を明確にすることができるとも考えられる。
【００１３】
体脂肪がアセトンとなって、体外に排出される詳細のメカニズムを説明すると、まず、脂肪が代謝される過程で血中にアセト酢酸、ヒドロキシ酪酸、アセトン等のケトン体が生成される。そして、生成されたケトン体のうち、アセト酢酸およびヒドロキシ酪酸は肝臓以外の臓器で再利用され、アセトンは肺を介して呼気として外部に排出される。ちなみに、脂肪の代謝は、食事制限や運動により血中グルコースが消費されて不足したときに、体内に蓄えられた体脂肪をエネルギーとして利用することにより行なわれる。
【００１４】
このようにアセトンは、体脂肪を燃焼する過程で生成され、しかも呼気中に含まれて排出されるため、呼気中のアセトンの濃度を測定することにより、体脂肪の燃焼状況を直接的に知ることができる。呼気に含まれるアセトンの濃度を検出する方法としては、従来、ガスクロマトグラフィを利用して各成分を分離した後に、熱伝導率型、水素炎イオン化、電子捕獲型、質量分析等の検出器により検出する方法が知られている。
【００１５】
しかし、呼気中に含まれるアセトンを精確に分析するためには、呼気中に大量に含まれる水蒸気を除去する必要がある。従来の呼気を分析する機器には、呼気中の水分を除去するための前処理を行なう部位を備えていないため、呼気中に微量に含まれる成分の一部を精確に検出しにくかった。
【００１６】
このような課題を解決するための試みとして、たとえば特許文献１および特許文献２には、試料の前処理を行ない水分の除去を行なう装置が開示されている。このようなガス分析装置を用いて呼気を検出することにより、ｐｐｂ−ｐｐｔレベルで高感度に各成分を検出することができるという利点を有する。しかし、特許文献１および特許文献２の装置は、分析装置の他に水分除去ユニットを設置する必要があるため、その構造が複雑化し、結果として装置全体が大型化する傾向があった。
【００１７】
ところで、人が一回の呼吸で排出する呼気の体積は、約５００ｍｌ程度と言われるが、その全てが生体試料として有用というわけではなく、呼気のうちでも肺（特に肺胞）を経由して排出されるもののみが生体試料として特に有用であることがわかっている。すなわち、標準体型の人が一回の呼気で排出する約５００ｍｌの呼気のうちの前半に排出する約１５０ｍｌの呼気は、口から肺までの気管中のものであって、肺を経由していないものであるため、体内の健康状態を理解するための生体試料として用いる上で有効とはいえない。
【００１８】
よって、ガス分析装置を用いて呼気を検出する上では、一回の呼吸で排出する呼気のうちの前半に排出するものを予め除去し、肺を経由した呼気のみを検出部に導入して、検出することが不可欠である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００２−１８１６７４号公報
【特許文献２】特表２００５−５１２０６７号公報
【特許文献３】特開平０７−２８４４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
検出に必要な呼気のみの検出を行なうための装置として、たとえば特許文献３には、検出に必要な呼気のみを取り入れ、検出に不要な呼気を排出する構造の呼気採取装置が開示されている。特許文献３の呼気採取装置の構造を具体的に説明すると、マウスピースから取り込まれた呼気を一度は試料採取用シリンジの中に確保し、不要な呼気は試料採取用シリンジから開閉弁を開けて外部に排出する。そして、開閉弁を閉じるとともに三方電磁弁を動作させて、検出に必要な呼気のみを試料採取用シリンジから計量採取部に導入する。次に、計量採取部で導入された呼気は、六方コックによりさらに呼気を導入するタイミングが計られた上で、適当な量の呼気をガスクロマトグラムのカラム中に導入するという仕組みである（たとえば特許文献３の段落［００２７］〜［００２９］、図１、および図３参照）。
【００２１】
このような構造を用いることにより、検出に必要な呼気のみをガスクロマトグラフのカラムに導入できることから、呼気を検出する上で非常に有効な構造である。
【００２２】
しかしながら、特許文献３の呼気採取装置は、ガスクロマトグラフのカラムに必要な呼気のみを導入するために、開閉弁と三方電磁弁とを同時にＯＮ、ＯＦＦを切替える必要があり、しかも検量採取部でも呼気の流路を順次切り替える必要がある。このように１つの呼気採取装置内で３度の切替が行なわれるため、装置内の切替構造が複雑であり、その構造も大型化していた。また、この呼気採取装置には、体温以上の温度に加熱するための加熱装置も組み込まれている。
【００２３】
本発明は、上記のような現状に鑑みてなされたものであり、小型で簡易な構造であって、検出に必要な検体ガスのみをガス検出部に取り込んで検出を行なうことができるガス分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明のガス分析装置は、検体ガスを導入するためのガス導入口を備えるガス導入部と、該ガス導入部から供給される検体ガスを成分分離するためのマイクロカラムを備えるガス分離部と、該ガス分離部により分離されたガス成分を検出するためのガス検出部とを備え、ガス導入部は、検体ガスを保持するためのガス収容部と、ガス導入口からガス収容部に検体ガスを導入するための第１の接続手段と、ガス収容部からガス分離部に検体ガスを供給するための第２の接続手段と、ガス導入口から導入された検体ガスの一部をガス収容部からガス排出口に排出するための第３の接続手段と、ガス収容部が第１の接続手段および第３の接続手段に接続されている状態を第１状態とし、ガス収容部が第２の接続手段に接続されている状態を第２状態とすると、第１状態から第２状態、または第２状態から第１状態に切り替える切替手段とを有することを特徴とする。
【００２５】
第２状態において、ガス収容部にキャリアガスを供給するための供給手段を有することが好ましい。
【００２６】
ガス収容部と供給手段とを接続するための第４の接続手段を有し、第２状態は、ガス収容部が第２の接続手段および第４の接続手段に接続されている状態であることが好ましい。
【００２７】
切替手段は、第１状態から第２状態、または第２状態から第１状態に切り替えるタイミングを自動で制御する制御部を有することが好ましい。
【００２８】
制御部は、第１状態および第２状態に交互に一定時間ごとに切替手段を自動で切り替えることが好ましい。
【００２９】
ガス導入部は、第１の接続手段、ガス収容部、または第３の接続手段のいずれかに検体ガスを感知する感知センサを備え、該感知センサに基づいて、制御部は第１状態から第２状態になるように切替手段を切り替えることが好ましい。
【００３０】
ガス収容部の容積を変更することにより、ガス分離部に供給する検体ガスの流量を制御することが好ましい。
【００３１】
ガス導入部は、第４の接続手段を流れるキャリアガスの流速を制御する調圧手段を備えることが好ましい。
【００３２】
調圧手段は、バルブ、またはレギュレータであることが好ましい。
ガス導入部は、第１の接続手段を流れる検体ガスの流速を制御する気流発生手段を備えることが好ましい。
【００３３】
ガス導入口およびガス排出口には、検体ガスの入口および出口を有するガス採取部が接続され、検体ガスの入口および出口は、逆止弁を備えることが好ましい。
【００３４】
検体ガスは、アセトンを含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明のガス分析装置は、上記の構成を有することにより、小型で簡易な構造であって、検出に不要な検体ガスを外部に排出し、検出に必要な検体ガスをガス検出部に取り込んで検出を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（ａ）は、本発明のガス分析装置の一例のある状態を示す模式図であり、（ｂ）は、本発明のガス分析装置の別の一状態を示す模式図である。
【図２】（ａ）は、本発明のガス分析装置に用いられるマイクロカラムの内部流路の構造の一例を示す図であり、（ｂ）は、本発明のガス分析装置に用いられるマイクロカラムの内部流路の構造の別の一例を示す図である。
【図３】本発明のガス分析装置に用いられるガス検出部の一例を示す模式的な断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明のガス分析装置の一例のある状態を示す模式図であり、（ｂ）は、本発明のガス分析装置の別の一状態を示す模式図である。
【図５】（ａ）は、本発明のガス分析装置の一例のある状態を示す模式図であり、（ｂ）は、本発明のガス分析装置の別の一状態を示す模式図である。
【図６】切替手段の動作を制御する制御部のフローチャートである。
【図７】ガス分析装置に呼気を導入してからのガスセンサの抵抗の経時変化を示すグラフである。
【図８】ガス分析装置が検出した検体ガス中のアセトン濃度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、本願の図面において、長さ、幅、厚さ等の寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。
【００３８】
（実施の形態１）
＜ガス分析装置＞
図１（ａ）は、本実施の形態のガス分析装置の一例のある状態を示す模式図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のガス分析装置の別の一状態を示す模式図である。本実施の形態のガス分析装置は、図１（ａ）に示されるように、検体ガスを導入するためのガス導入口１１を備えるガス導入部１０と、該ガス導入部１０から供給される検体ガスを成分分離するためのマイクロカラム２１を備えるガス分離部２０と、該ガス分離部２０により成分分離されたガス成分を検出するためのガス検出部３０とを備え、ガス導入部１０は、検体ガスを保持するためのガス収容部１９と、ガス導入口１１からガス収容部１９に検体ガスを導入するための第１の接続手段１２と、ガス収容部１９からガス分離部２０に検体ガスを供給するための第２の接続手段１３と、ガス導入口１１から導入された検体ガスの一部をガス収容部１９からガス排出口に排出するための第３の接続手段１４とを備えるものである。
【００３９】
そして、本実施の形態において、ガス収容部１９が第１の接続手段１２および第３の接続手段１４に接続されている状態を第１状態（図１（ａ）に相当）とし、ガス収容部１９が第２の接続手段１３に接続されている状態を第２状態（図１（ｂ）に相当）とすると、第１状態から第２状態、または第２状態から第１状態に切り替える切替手段１８を備えることを特徴とする。
【００４０】
このように切替手段１８を備えることにより、検体ガスの中でも不要なサンプルは第３の接続手段１４を通じてガス排出口から外部に排出する一方、検体ガスの中でも必要なサンプルは第２の接続手段１３を通じてガス分離部２０に導入させることができる。本実施の形態のガス分析装置は、１つの切替手段１８によりガス分離部２０に検体ガスを導入する量およびタイミングを制御できる。このため、ガス分析装置の構造が極めて簡易となり、その小型化に寄与することになる。以下においては、検体ガスとして呼気を導入した場合の本実施の形態のガス分析装置の動作の一例を図１（ａ）および図１（ｂ）を参照して説明する。
【００４１】
＜ガス分析装置の動作＞
本実施の形態のガス分析装置の図１（ａ）に示される状態（以下においてこの状態のことを「第１状態」とも記す）において、呼気は、ガス導入口１１から第１の接続手段１２を通じてガス収容部１９に供給される一方、ガス収容部１９から第３の接続手段１４を通じてガス排出口に排出される。ここで、第１の接続手段１２および第３の接続手段１４を流れる呼気の流速は、気流発生手段２５により制御される。
【００４２】
一方、図１（ａ）に示されるように、第１状態において、ガス分離部２０に検体ガスを供給するための第２の接続手段１３は、ガス収容部１９には接続されておらず、キャリアガスを供給するための供給手段１７と接続されている。このため、供給手段１７から供給されるキャリアガスが第２の接続手段１３を通じ、ガス分離部２０のマイクロカラム２１に供給される。
【００４３】
次に、切替手段１８を動作させることにより、ガス収容部１９の接続先を、第１の接続手段１２および第３の接続手段１４が接続されている状態（第１状態）から、第２の接続手段１３が接続されている状態（第２状態）に切り替える。このように第１状態から第２状態に切り替えることにより、第１の接続手段１２から導入されたガス収容部１９内の呼気が、供給手段１７から供給されるキャリアガスとともに、第２の接続手段１３を通じてガス分離部２０のマイクロカラム２１に供給される。
【００４４】
ガス分離部２０に供給された呼気は、マイクロカラム２１の内部流路２２の壁面の固定相と吸脱着が繰り返されるが、呼気の成分ごとに吸脱着のし易さが異なる。このため固定相に吸着しやすい成分ほど移動速度が遅くなり、固定相に吸着しにくい成分ほど移動速度が早くなるというように、呼気を成分分離することができる。
【００４５】
ここで、マイクロカラム２１の壁面には、呼気の成分のうちの水を成分分離するための固定相が修飾されている。従来から呼気に含まれる各成分を検出する上で、呼気中の水分は、アセトン等のガス成分の検出を阻害する最有力の成分であった。しかし、このようにマイクロカラム２１の内部流路２２に水を成分分離するための固定相を修飾することにより、呼気に含まれる水を効率的に成分分離することができる。なお、固定相を構成する材料の詳細は後述する。
【００４６】
上記で成分分離した呼気の各ガス成分がガス検出部３０に導入され、ガス検出部３０のガスセンサ３１により感知される。呼気がガス分析装置に導入されてから、ガスセンサ３１がガス成分を感知するまでの時間を保持時間といい、かかる保持時間は呼気の成分により固有の値を示す。この保持時間に基づいて、ガス成分の同定を行ない、呼気中に含まれるガス成分を検出する。以下において、本実施の形態のガス分析装置を構成する各部を説明する。
【００４７】
＜ガス導入部＞
本実施の形態において、ガス導入部１０は、検体ガスの一部をガス分離部２０に供給するために設けられるものである。このようなガス導入部１０は、図１に示されるような構造のみに限られるものではなく、ガス分離部２０に供給する検体ガスの流速およびタイミングを調整することができるものであれば、いかなる構造のものであっても良い。
【００４８】
ガス導入部１０が、上記のような構造を有することにより、検出に不要な検体ガスを外部に排出しつつ、検出に必要な検体ガスのみをガス分離部２０に供給することができる。本実施の形態のガス導入部１０の動作を、以下に図１（ａ）および図１（ｂ）を用いて説明する。
【００４９】
ガス導入部１０は、検体ガスを保持するためのガス収容部１９と、ガス導入口１１からガス収容部１９に検体ガスを導入するための第１の接続手段１２と、ガス導入口１１から導入された検体ガスの一部をガス収容部１９からガス排出口に排出するための第３の接続手段１４とを有する。そして、図１（ａ）に示される第１状態において、ガス収容部１９は、第１の接続手段１２および第３の接続手段１４と接続されている。
【００５０】
一方、ガス導入部１０は、第１の接続手段１２および第３の接続手段１４とは別の接続手段として、第２の接続手段１３を有することを特徴とする。ここで、第２の接続手段１３は、ガス収容部１９からガス分離部２０に検体ガスを供給するために設けられるものである。ただし、第２の接続手段１３がガス収容部１９からガス分離部２０に検体ガスを供給する機能を果たすのは、図１（ｂ）に示される第２状態のときである。すなわち、図１（ａ）に示される第１状態では、第２の接続手段１３は、ガス収容部１９に接続されることなく、ガス分離部２０のマイクロカラム２１に接続されているため、ガス分離部２０に検体ガスが供給されることはない。
【００５１】
したがって、第１状態では、検体ガスがガス分離部２０に供給されることはなく、第１の接続手段１２から導入された検体ガスは、ガス収容部１９を通過して、その一部がガス収容部１９に保持されるとともに、残部は第３の接続手段１４を通じてガス排出口から排出される。
【００５２】
（切替手段）
本実施の形態において、切替手段１８は、ガス収容部１９が第１の接続手段１２および第３の接続手段１４に接続されている第１状態から、ガス収容部１９が第２の接続手段１３に接続されている第２状態に切り替えるために設けられるものである。切替手段１８により、図１（ａ）に示される第１状態から図１（ｂ）に示される第２状態に切り替えることができる。第２状態では、上記の第１状態でガス収容部１９に保持された検体ガスが、第２の接続手段１３からガス分離部２０に供給される。
【００５３】
そして、第２状態において、ガス収容部１９に検体ガスがなくなったとき、またはガス分離部２０に検体ガスが十分に供給されたとき、切替手段１８が第２状態から第１状態に切り替える。第２状態から第１状態に切り替わると、第１の接続手段１２からガス収容部１９に再び検体ガスが導入される。このように第１状態と第２状態とを交互に切り替えることにより、適切な流量の検体ガスを適切なタイミングでガス分離部２０に導入することができる。
【００５４】
なお、図１（ｂ）に示される第２状態においては、ガス収容部１９が第１の接続手段１２と第３の接続手段１３と接続されていない。このため、第２状態において第１の接続手段１２に導入される検体ガスは、第３の接続手段１４を通じてガス排出口から外部に排出されることになる。したがって、ガス導入口１１から第１の接続手段１２を通じて検出に不要な検体ガスを導入する場合、ガス収容部１９と第２の接続手段１３とを接続する第２状態とすることにより、ガス収容部１９に検体ガスを導入することなく、それを外部に排出することができる。
【００５５】
（供給手段）
本実施の形態のガス分析装置のように、第２状態のときにガス収容部１９にキャリアガスを供給するための供給手段１７を有することが好ましい。このような供給手段１７を備えることにより、ガス収容部１９に保持されている検体ガスを、キャリアガスとともに第２の接続手段１３を通じてガス分離部２０に供給することができる。このような供給手段１７は、ガス導入部１０に内蔵されているものであってもよいし、図１に示されるように、ガス分析装置とは別の装置としてガス収容部１９に接続されるものであってもよい。供給手段１７としては、たとえばコンプレッサー、ガスボンベ、ポンプ等を挙げることができる。なお、キャリアガスとしては、たとえばヘリウム等の不活性ガスあるいは空気等を用いることが好ましい。
【００５６】
（制御部）
上記の切替手段１８は、第１状態から第２状態、または第２状態から第１状態に切り替えるタイミングを自動で制御する制御部（図示せず）を有することが好ましい。制御部を有することにより、切替手段１８が第１状態から第２状態、または第２状態から第１状態に切り替えるタイミングを自動的に制御することができる。このように切替手段１８を動作させることにより、ガス導入部１０からガス分離部２０に検体ガスを供給するタイミングを制御することができる。
【００５７】
上記の制御部は、第１状態および第２状態に交互にそれぞれ一定の時間間隔で切替手段１８を切り替えることが好ましい。ここで、「それぞれ一定の時間間隔」とは、第１状態を保持する時間と第２状態を保持する時間とが異なるものであってもよいことを意味する。すなわちたとえば第１状態を３分間保持した後に第１状態から第２状態に切り替え、さらに第２状態を２秒保持した後に、第２状態から第１状態に切り替えるという一連の動作を切替手段１８が繰り返すように制御部を設定してもよい。
【００５８】
このように一定の時間間隔で切替手段１８を動作させることにより、一定の時間間隔で検体ガスの検出を行なうことができ、もって検体ガスの成分の時間変化を把握することができる。一定の時間間隔で検体ガスを検出するのに有効な一例としては、たとえばランニング、ウォーキング等の運動中において、呼気中のアセトン含有量の時間変化を把握する場合を挙げることができる。すなわちたとえば、２０分間のウォーキングにおいて、ウォーキングの開始から３分ごとに合計６回呼気を検出し、それぞれの呼気中のアセトン濃度を測定することにより、アセトンの濃度変化を把握することができ、もって体脂肪の燃焼効率の時間変化を把握することができる。
【００５９】
この場合、ウォーキングを開始してから３分後に第１状態から第２状態に切り替え、第２状態を２秒保持し、第２状態から第１状態に切り替えるという一連の動作を切替手段１８が繰り返すように制御部を設定することが好ましい。このような制御部の設定は、たとえばコンピュータのプログラミングにより行なうことができる。
【００６０】
ガス導入部１０は、第１の接続手段１２、ガス収容部１９、または第３の接続手段１４のいずれかに検体ガスを感知する感知センサ（図示せず）を備えることが好ましい。そして、当該感知センサが感知した情報に基づいて、切替手段１８が第１状態から第２状態に切り替えるように制御部を設定することが好ましい。このように第１の接続手段１２、ガス収容部１９、または第３の接続手段１４のいずれかに感知センサを備えることにより、ガス導入口１１に検体ガスを導入してから、第１状態から第２状態に切り替えるまでの時間を制御することができる。
【００６１】
ここで、第１状態から第２状態に切り替えるタイミングについて、第３の接続手段１４に感知センサを設けた上で呼気を導入したときの切替手段の動作を例に説明する。検体ガスをガス導入口１１から導入すると、その呼気は第１の接続手段１２、ガス収容部１９、および第３の接続手段１４の順に導入される。呼気が第３の接続手段１４を通過すると、感知センサがその信号を制御部に伝え、呼気が第３の接続手段１４に導入されてから、たとえば５秒後に第１状態から第２状態に切り替わるというように制御部を設定することができる。
【００６２】
このように制御部を設定することにより、たとえば成人の一回の呼吸で排出される５００ｍｌの呼気のうちの初めの１５０ｍｌ程度の呼気を外部に排出し、残りの３５０ｍｌの呼気のみをガス検出部３０に供給するというように切替手段を動作させることが可能となる。
【００６３】
（ガス収容部）
ガス収容部１９は、その容積を変更することができることが好ましい。このようにガス収容部１９の容積を変更することにより、ガス分離部２０に供給する検体ガスの流量を制御することができる。すなわちたとえば、ガス収容部１９の容積が小さい場合、ガス収容部１９の検体ガスの保持量が少なくなり、第１状態から第２状態への１回あたりの切替で、ガス分離部２０に供給する検体ガスの流量を減少させることができる。
【００６４】
このようなガス収容部１９の容積は、１０ｍｍ3以上１００ｍｍ3以下であることが好ましい。１０ｍｍ3未満であると、ガス分離部２０に供給する検体ガスの流量が不十分であることにより検出精度が低下する傾向にあり、１００ｍｍ3を超えると、過剰量の検体ガスがガス分離部２０に供給され、完全な成分分離がされにくくなり、ガスセンサ３１が精確な検出を行ないにくくなる。
【００６５】
（調圧手段）
ガス導入部１０は、供給手段１７により供給されるキャリアガスの圧力を調整するための調圧手段（図示せず）を備えることが好ましい。調圧手段を用いてキャリアガスの導入の圧力を調整することにより、ガス分離部２０に供給する検体ガス（キャリアガスも含む）の流量を制御することができる。
【００６６】
このような調圧手段により制御される検体ガスの流速は、特に限定されずいかなる速度であってもよいが、１０ｃｍ／ｓｅｃ以上１００ｃｍ／ｓｅｃ以下であることが好ましい。検体ガスの流速が１０ｃｍ／ｓｅｃ未満であると、ガス検出までに要する時間が長くなり、装置のスペック上好ましくない。検体ガスの流速が１００ｃｍ／ｓｅｃを超えると、流速が早すぎることにより、後のガス分離部で検体ガスを成分分離しにくい傾向がある。このような調圧手段としては、たとえばバルブ、レギュレータ等を用いることができる。
【００６７】
（気流発生手段）
ガス導入部は、第１の接続手段１２を流れる検体ガスの流速を制御する気流発生手段２５を設けることが好ましい。このように気流発生手段２５を備えることにより、第１の接続手段１２、ガス収容部１９、および第３の接続手段１４を流れる検体ガスの流速を所望の速度にすることができ、もってその流れの逆流を防ぐことができる。なお、気流発生手段２５により制御される検体ガスの流速は、特に限定されずいかなる速度であってもよいが、１ｍＬ／ｓｅｃ以上１０ｍＬ／ｓｅｃ以下であることが好ましい。
【００６８】
＜ガス分離部＞
本実施の形態において、ガス分離部２０は、ガス導入部１０から導入された検体ガスに含まれる各種ガス成分を成分分離するために設けられるものであり、具体的には、ガス分離部２０に備えられるマイクロカラム２１より検体ガスの成分分離を行なうことができる。
【００６９】
ここで、「マイクロカラム」とは、マイクロオーダーの幅および深さを有する微細な流路を備えるチップ状のクロマトグラフィカラムを意味するものである。このようなマイクロカラムの外形は、特に限定されるものではなく、たとえばＳｉウェハー等の基板を用いて、その外形が縦横数ｍｍ〜数十ｃｍで、その厚みを数ｍｍ〜数ｃｍ程度とすることができる。
【００７０】
なお、検出ガスの「成分分離」とは、検体ガスを構成する全ての成分を各成分ごとに分離する場合はもちろん、検体ガスを構成する成分のうちのいずれか１の成分を、他の少なくとも１の成分から分離する場合も含まれるものとする。すなわち、検体ガスが３以上の成分を含む場合、３以上の成分のうちの少なくとも１の成分が他の２以上の成分から分離されている限り、検体ガスの成分分離は達成されており、本発明の範囲に含まれる。
【００７１】
ガス分離部２０には、マイクロカラム以外のクロマトグラフィカラムとして、固定相をコーティングした担体を充填したパックドカラム、内壁に固定相が塗布されたキャピラリーカラム等を用いることも考えられるが、これらのクロマトグラフィカラムは、温度を制御するために大きな恒温槽を備える必要があり、ガス分析装置自体が大型化することになりかねず、所期の目的に反することになるため好ましくない。
【００７２】
また、マイクロカラムの内部流路の幅および深さ（高さ）はそれぞれ、たとえば１００〜３００μｍ程度とすることができる。マイクロカラムの内部流路の幅および深さは、目的成分の種類やマイクロカラムに導入される検体ガスの流量などを考慮して決定されることが好ましい。
【００７３】
また、内部流路２２は、その長さが３ｍ以上３０ｍ以下であることが好ましく、５ｍ以上２５ｍ以下であることがより好ましく、さらに好ましくは１０ｍ以上２０ｍ以下である。内部流路２２の長さが３ｍ未満であると、検体ガスの成分分離を十分に行なうことができず、内部流路２２の長さが３０ｍを超えると、測定に要する時間が長時間となるため好ましくない。
【００７４】
図２（ａ）は、本実施の形態のマイクロカラムにおける内部流路の構造の一形態を示した図であり、図２（ｂ）は、本実施の形態のマイクロカラムにおける内部流路の構造の別の一形態を示した図である。マイクロカラムの内部流路の構造は、図１（ａ）に示されるような蛇形流路の構造のみに限られるものではなく、たとえば図２（ａ）に示されるような円のスパイラル状の内部流路の構造であってもよく、図２（ｂ）に示されるように四角のスパイラル状の内部流路の構造であってもよい。
【００７５】
本実施の形態において、マイクロカラム２１は、その内部流路２２の壁面に固定相が修飾されており、該固定相は、３０℃での比誘電率が１０以上の極性材料からなることが好ましい。このような１０以上の比誘電率を有する極性材料は、強極性であることにより、特に水のような極性物質の流速を顕著に遅らすことをもって、検体ガスに含まれる成分のうちの水を効率的に成分分離することができる。
【００７６】
このような１０以上の比誘電率を有する極性材料としては、たとえば平均分子量が１０００以下のポリエチレングリコールの他、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール等を挙げることができる。なお、固定相を構成する材料の比誘電率は、誘電率測定装置を用いて算出された値を採用するものとする。
【００７７】
固定相が有する極性が強いほど、検体ガスの各成分ごとの極性差がマイクロカラム中を流れる検体ガスの移動速度に差をもたらし、検体ガスを成分分離しやすいものと考えられる。そして、固定相の極性の強弱は、その材料の比誘電率の高低により決定されるという関係から、固定相を構成する材料は、１１以上の比誘電率を有することがより好ましく、さらに好ましくは１３以上の比誘電率を有することである。固定相を構成する材料の比誘電率が１０未満であると、検体ガス中の水を成分分離することができないため好ましくない。
【００７８】
ここで、検体ガス中の水を成分分離するのに有効な固定相の材料としては、２００以上１０００以下の平均分子量を有するポリエチレングリコール（以下においては「ＰＥＧ」とも記する）を用いることがより好ましい。ＰＥＧは、その平均分子量が多いほど粘度が上昇するとともに、その極性が小さくなる傾向にあり、平均分子量が小さいほど粘度が低下するとともに、その極性が強くなる傾向がある。このため、ＰＥＧの粘度と極性とのバランスの観点からは、２５℃での比誘電率が１２．７である平均分子量が６００程度のＰＥＧ（ＰＥＧ６００）を用いることがさらに好ましい。
【００７９】
ポリエチレングリコールの平均分子量が２００未満であると、その粘度が低いことによりマイクロカラム２１の内部流路２２の壁面に保持されにくく、ポリエチレングリコールの平均分子量が１０００を超えると、十分な極性を有しないことから、検体ガスの分離能が低下する傾向がある。また、マイクロカラム２１は、温度制御手段を備えていてもよい。温度制御手段を備えることにより、マイクロカラム２１の温度を一定に保つことができ、もってより精確に成分分離を行なうことができる。
【００８０】
また、検体ガスを成分分離する性能を高めるという観点から、マイクロカラムの内部流路の壁面に修飾される固定相の厚みは、１μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。
【００８１】
ここで、固定相の厚みは、内部流路の壁面に固定相を修飾したマイクロカラムの断面を、レーザー顕微鏡を用いて観察したときの画像に基づいて直接測定することにより算出されたものを採用する。
【００８２】
＜マイクロカラムの作製＞
本実施の形態における、マイクロカラムの作製方法を具体的な一例を挙げて説明する。まず、Ｓｉウェハー等の基板表面にフォトリソグラフィ技術を用いて、エッチング加工、ブラスト加工等の微細加工を行なうことにより連続した溝を形成する。
【００８３】
ついで、連続した溝を形成した基板とガラス板とを、基板の溝形成面側がガラス板に対向するように陽極接合などの手法により気密に接合する。次に、形成された内部流路の一端に未修飾のキャピラリーガラスを取り付け、マイクロカラムの内部流路内に固定相を溶解させた溶液を充填する。その後、その溶媒を除去することによりマイクロカラムの内部流路の内壁に固定相を修飾する。
【００８４】
＜ガス検出部＞
ガス検出部３０は、ガス分離部２０で分離されたガス成分を順次検出するための部位であり、ガスセンサを用いることが好ましい。本実施の形態において、ガス検出部３０は、化学物質を検出するためのガスセンサ３１を有する。このガスセンサ３１としては、半導体センサ、電気化学式ガスセンサ、水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ：Flame Ionization Detector）、ＧＣＭ等を用いることができる。本実施の形態においては、ＳｎＯ2、ＺｎＯ等から構成される非選択的な半導体センサを用いる。
【００８５】
図３は、本実施の形態のガス分析装置に用いられるガス検出部の一例を示す模式的な断面図である。本実施の形態において、半導体センサ３１は、図３に示されるように、ガス分離部により分離されたガス成分の出口の近傍に設置することが好ましい。このようにガス成分の出口の近傍に半導体センサ３１を設置することにより、検体ガス中の目的成分の検出感度を高めることができる。なお、ガス分離部２０のマイクロカラムの内部流路と、ガス検出部３０とはキャピラリーガラスチューブ５５により接続されている。
【００８６】
上記で説明したように、ガス分離部２０とガス検出部３０とは、キャピラリーガラスチューブ５５を用いて接続するが、キャピラリーガラスチューブの管径が小さいため、キャピラリーガラスチューブ５５のガス成分の出口と半導体センサ３１とが離れていると、半導体センサ３１が検体ガスを感知しにくい傾向にあるため好ましくない。
【００８７】
半導体センサ３１は、導線等を介してデジタルマルチメータなどの信号受信機構（図示せず）に接続されることが好ましい。このような信号受信機構は、半導体センサ３１がガス成分を検出すると、半導体センサ３１の定抵抗の電圧値の変化を信号変化として受信する必要がある。
【００８８】
さらに、信号受信機構はコンピュータに接続されていることが好ましい。ここでのコンピュータとは、信号受信機構が検出した信号データの蓄積し、該信号データをクロマトグラムに変換し、かつその変換したデータの表示を行なうもののことをいう。なお、コンピュータが切替手段の機能を有しており、第１状態と第２状態とを切り替える制御部を兼ねていてもよい。
【００８９】
＜検体ガス＞
本実施の形態のガス分析装置を用いて成分分離される検体ガスは、アセトンを含むことが好ましい。従来のガス分析装置では、水中に微量に含まれるアセトンを効率的に成分分離することが困難であり、たとえ成分分離できたとしても、その成分分離の精度が十分なものではなかった。しかし、本実施の形態のガス分析装置ではかかる従来の課題を一掃し、短時間で検体ガス中の水を成分分離することができる。このような検体ガスとして、たとえば検体ガスを用いることができる。
【００９０】
（実施の形態２）
図４（ａ）は、本実施の形態のガス分析装置の一例のある状態を示す模式図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のガス分析装置の別の一状態を示す模式図である。本実施の形態のガス分析装置は、図４（ａ）および（ｂ）に示されるように、実施の形態１のガス分析装置に対し、ガス導入口１１およびガス排出口１６にガス採取部４０を設置したこと、および供給手段１７とガス収容部１９とを接続するための第４の接続手段１５を有することを特徴とし、これ以外は実施の形態１のガス分析装置と同一のものである。以下において、実施の形態１と重複する部分についてはその説明を省略する。
【００９１】
（第４の接続手段）
本実施の形態のガス分析装置のように、ガス収容部１９と供給手段１７とを接続するための第４の接続手段１５を有することが好ましい。このように供給手段１７とガス収容部１９とを第４の接続手段１５を用いて接続することにより、ガス収容部１９に効率的にキャリアガスを供給することができる。この場合、第２状態は、ガス収容部１９が第２の接続手段１３および第４の接続手段１５に接続されている状態になる。
【００９２】
（ガス採取部）
本実施の形態のガス分析装置において、図４（ａ）に示されるように、ガス導入口１１およびガス排出口１６にガス採取部４０を接続することが好ましい。ガス採取部４０を接続することにより、ガス導入口１１に検体ガスを効率的に導入することができるとともに、検体ガスを収容するスペースを設けることができる。
【００９３】
しかも、このようなガス採取部４０は、検体ガスがガス採取部４０、第１の接続手段１２、ガス収容部１９、および第３の接続手段１４を循環する循環経路としての役割も果たす。
【００９４】
ガス採取部４０の導入口にはマウスピース、マスク等のように口をあて検体ガスを直接導入することができるようなものを有していることが好ましい。このようにマウスピース、マスク等を有することにより、ガス採取部４０に検体ガスを導入しやすい。
【００９５】
そして、ガス採取部４０は、検体ガスの入口および出口に逆止弁４１を備えることが好ましい。このようにガス採取部４０が逆止弁４１を備えることにより、検体ガスの一部はガス採取部４０から排出されるが、その残部は、ガス採取部４０、第１の接続手段１２、ガス収容部１９、および第３の接続手段１４内を循環される。
【００９６】
なお、図４（ａ）および図４（ｂ）においては、ガス採取部４０を用いてガス導入部１０に検体ガスを導入する場合を例示しているが、ガス導入部１０に検体ガスを導入する方法は、ガス採取部４０のみに限られるものではなく、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、ガス導入口１１にバッグを直接接続してガス導入部１０に検体ガスを導入してもよい。
【００９７】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例１】
【００９８】
図５は、本発明のガス分析装置の一例のある状態を示す模式図である。本実施例では、以下の手順により図５に示されるガス分析装置を作製した。まず、ガス分離部１２０として、幅が２００μｍであって深さが２００μｍの内部流路１２２を２００μｍの間隔で蛇行状に形成したマイクロカラム１２１を作製した。以下においては、マイクロカラム１２１の作製の手順を具体的に述べる。
【００９９】
まず、６インチのシリコンウエハに対し、フォトリソグラフィ加工をした後にエッチングを行なうことにより、幅が２００μｍであって、深さが２００μｍの蛇行状の溝を２００μｍの間隔で形成した。このようにして形成された内部流路１２２の全長は約１６ｍであった。そして、シリコン基板の溝を形成した側に対し、６インチのガラス板を陽極接合を用いて密着させた。その後、ダイシングすることにより、８ｃｍ四方のマイクロカラムを作製した。
【０１００】
このようにして得られた内部流路１２２の導入口および排出口に、外径が０．３５ｍｍであり、内径が０．２５ｍｍであって、その内径の表面が未修飾のキャピラリーガラスを取り付けた。
【０１０１】
一方、平均分子量が６００であって、３０℃での比誘電率が１３．７４のポリエチレングリコール（ＰＥＧ６００：ジーエルサイエンス株式会社製）をアセトンに溶解させた０．５％アセトン溶液を準備した。かかる０．５％アセトン溶液をガス分離部１２０のマイクロカラム１２１の導入口から導入し、その内部流路１２２内にアセトン溶液を充填した。
【０１０２】
そして、ホットプレートを用いてガス分離部１２０を８０℃に昇温した後に１０分間保持することにより、内部流路１２２内のアセトンをほとんど蒸発させた。このようにしてアセトンをほぼ蒸発させた後に、溶媒トラップを有するダイヤフラム型ドライ真空ポンプＤＡ−１５Ｄ（アルバック機工株式会社製）を内部流路１２２の導入口側に接続した。
【０１０３】
この真空ポンプを数十分間稼動させて、内部流路１２２内の溶媒を完全に除去することにより、マイクロカラム１２１の内部流路１２２の壁面に、ＰＥＧ６００からなる固定相を備えるガス分離部１２０を形成した。このようにして作製したガス分離部１２０の断面をレーザー顕微鏡で観察し、その固定相の厚みを実測したところ、固定相の厚みは１μｍであることが明らかとなった。
【０１０４】
次に、ガス導入部１１０として、ガスクロマトグラフ用手動ガスサンプラー（ジーエルサイエンス株式会社製）を準備した。ここで、ガスクロマトグラフ用手動ガスサンプラー（以下、「ガスサンプラー」とも記する）は、検体ガスを導入するための第１流路１１２と、ガス分離部１２０に検体ガスを供給するための第２流路１１３と、検体ガスの一部をガス排出口から排出するための第３流路１１４と、キャリアガスを導入するための第４流路１１５と、検体ガスを保持するためのガス収容部１１９とを有するものである。ここで、第１流路１１２、第２流路１１３、第３流路１１４、および第４流路１１５の内径はいずれも、０．８ｍｍであった。
【０１０５】
このようなガスサンプラーは、ガス収容部１１９が第１流路１１２および第３流路１１４に接続される第１状態と、ガス収容部１１９が第２流路１１３および第４流路１１５に接続される第２状態とを交互に切り替えるための切替手段１１８を有しており、この切替手段１１８は、切り替えるタイミングを制御するための制御部（図示せず）に接続されている。
【０１０６】
また、第４流路１１５には調圧手段１１７を備え、かかる調圧手段１１７により第４流路１１５からガス収容部１１９に供給されるキャリアガスの流速を制御した。一方、第３流路１１４には感知センサを備えており、検体ガスが感知センサを通過したときの情報を制御部に伝達したときに、その情報に基づいて制御部が切替手段１１８の動作をコントロールした。
【０１０７】
図６は、切替手段の動作を制御する制御部のプログラムのフローチャートである。図６のフローチャートに示されるように、まず、切替手段１８を自動で切り替えるか手動で切り替えるかを設定する。ここで、手動で切り替える場合は制御部はなんら起動せず、適切なタイミングに手動で第１状態から第２状態に切替手段１８を切り替える必要がある。
【０１０８】
一方、自動で切り替えることを選択した場合、一定の時間間隔で切替手段１８を切り替えるか、それともガス収容部１９に検体ガスがなくなった時点で切り替えるかを選択する。一定の時間間隔で切替手段１８を切り替える場合には、その切り替える時間間隔を設定するとともに、その測定回数を設定する。このようにして設定時間ごとに切替が行なわれて、ガス検出部で検出される。１回の測定が終わった後に、ガス収容部１９に検体ガスが残存する場合には、再度設定時間の経過後に切替が行なわれて測定されることもある。
【０１０９】
ガスサンプラーの第１流路１１２および第３流路１１４をガス採取部１４０にそれぞれ接続した。ガス採取部１４０の出口および入口には、それぞれ逆止弁１４１を設け、検体ガスが逆流するのを防ぐようにした。第３流路１１４とガス採取部１４０との接続部には気流発生手段１２５として小型ポンプを取り付けた。この小型ポンプにより、検体ガスが第１流路１１２、ガス収容部１１９、第３流路１１４、およびガス採取部１４０を循環するようにした。
【０１１０】
一方、ガスサンプラーの第２流路１１３とマイクロカラム１２１の内部流路１２２とを１／１６×０．２５ レデューシングユニオンを用いて接続した。これによりガスサンプラーの第４流路１１５から導入されたキャリアガスを、第２流路１１３を通じてマイクロカラム１２１の内部流路１２２に導入した。
【０１１１】
次に、ガス分離部１２０のマイクロカラム１２１に対し、キャピラリーチューブの一端を挿入することにより接続した。一方、キャピラリーチューブの他端を、ガス検出部１３０の半導体センサ１３１から１．５ｍｍの位置となるように接続した。このようにして実施例１のガス分析装置を作製した。実施例１で作製されたガス分析装置は、小型で簡易な構造であるため、持ち運びも可能なものであった。
【実施例２】
【０１１２】
実施例１のガス分析装置に対し、ガス採取部１４０を接続することなくサンプルバックを用いて呼気を導入することにしたことを除いては実施例１と同様の方法により、実施例２のガス分析装置を作製した。実施例２で作製されたガス分析装置は、小型で簡易な構造であるため、持ち運びも可能なものであった。
【０１１３】
＜ガス分析装置の性能評価＞
実施例１および２のガス分析装置を用いて、体重６５ｋｇの男性が３０分間ウォーキングを行なったときに排出される呼気中のアセトンの含有率の時間変化を測定した。
【０１１４】
具体的には、ウォーキングを開始してから５分後に、実施例１のガス分析装置のガス採取部に呼気を吹き込んだ。呼気を導入してから２秒後に、第３流路１１４に設置された感知センサが反応して制御部を駆動し、切替手段１１８が第１状態から第２状態に切り替えた。かかる第２状態において、ガス収容部１１９から５０ｃｍ／ｓｅｃの流速でガス分離部１２１に導入し、２秒間保持した後に、再度第２状態から第１状態に切り替えた。そして、導入してから５３秒後にガス検出部１３０のガスセンサ１３１により、ガス成分を検出しそのピークを確認した。このようにして検体ガスのガス成分を検出した。
【０１１５】
一方、ウォーキングを開始してから５分後に、呼気をサンプルバックに取り込んだ。当該サンプルバックに取り込んだ呼気をガス導入部１１０のガス導入口１１１から導入した。このように呼気を導入したことを除いては実施例１のガス分析装置と同様の方法により呼気のガス成分を検出した。
【０１１６】
図７は、ガス分析装置に呼気を導入してからのガスセンサの抵抗の経時変化を示すグラフであり、横軸は、呼気を導入してからの時間（秒）を示し、縦軸は、その時間での抵抗比変化を示している。図７からも明らかなように、実施例１のガス分析装置は、実施例２のガス分析装置に比べて、抵抗変化が顕著に見られることから、検体ガスの検出精度が高いことが明らかである。
【０１１７】
図８は、ガス分析装置が検出した検体ガス中のアセトン濃度を示すグラフである。上記の図７の抵抗比変化に基づいて、検体ガス中のアセトン濃度を算出したところ、図８の棒グラフに示される結果となった。図８のグラフの結果から、実施例１のガス分析装置は、実施例２のガス分析装置に比して、アセトン濃度を高く検出していることがわかる。このように実施例１のガス分析装置が、アセトン濃度を高く検出しているのは、呼気のうちの不要成分を外部に排出していることによるものと考えられる。
【０１１８】
すなわち、実施例１のガス分析装置は、排出する呼気のうちの最初に排出される検出に不要な約１５０ｍｌを外部に排出した後に検出に有効な約３５０ｍｌの呼気のみを検体ガスとして検出している。一方、実施例２のガス分析装置は、呼気のうちの検出に不要な約１５０ｍｌと必要な約３５０ｍｌとがサンプルバック中で混合された上で、その混合ガスを検体ガスとして検出している。このような違いが図８のようなアセトン濃度の検出量に差異をもたらしているものと推察される。
【０１１９】
なお、検出に不要な１５０ｍｌの呼気、および検出に必要な３５０ｍｌの呼気は、説明の便宜のために上記においては仮の値を用いたものであって、厳密には各個人により不要な呼気および必要な呼気の容量は異なったものとなる。
【０１２０】
以上の説明からも明らかなように、実施例１のようにガス採取部を備えたガス分析装置は、実施例２のようにガス採取部を有しないガス分析装置に比して、呼気の検出精度を高めることができることは明らかである。
【０１２１】
このように動作する本発明のガス分析装置は、呼気のうちの検出に必要な検体ガスのみをガス検出部に取り込んで検出を行なうことが明らかである。
【０１２２】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
【０１２３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明によれば、予防医療の促進に有効であって、小型でかつパーソナルユースに適したガス分析装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１２５】
１０，１１０ ガス導入部、１１ ガス導入口、１２ 第１の接続手段、１３ 第２の接続手段、１４ 第３の接続手段、１５ 第４の接続手段、１６ ガス排出口、１７ 供給手段、１８，１１８ 切替手段、１９，１１９ ガス収容部、２０，１２０ ガス分離部、２１，１２１ マイクロカラム、２２，１２２ 内部流路、２５，１２５ 気流発生手段、３０，１３０ ガス検出部、３１，１３１ 半導体センサ、４０，１４０ ガス採取部、４１，１４１ 逆止弁、５５ キャピラリーガラスチューブ、１１２ 第１流路、１１３ 第２流路、１１４ 第３流路、１１５ 第４流路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分析装置に関し、特に、検体ガスに微量に含まれるガス成分を高精度に検出するガス分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
わが国では人口減少・少子高齢化が進展しており、総人口に対する６５歳以上の高齢者が占める割合が急速に増加しつつある。具体的には、２０１３年になると総人口に対し約２５．２％のほぼ４人に１人が高齢者となり、２０３５年になると総人口に対し約３３．７％のほぼ３人に１人が高齢者となると言われている。高齢者ほど医療機関を利用する割合は大きいことから、今後医療の負担が大きくなることが予想される。
【０００３】
加えて、若年層においては、生活環境が著しく改善されたこと、ＩＴ技術の進展により体を動かす機会が減少したこと等の理由により、メタボリックシンドロームが問題となっており、生活習慣病等の疾病を患う若年層の人口は年々増えてきている。このように若年層においても医療を利用する機会が増えているというのが現状である。
【０００４】
このような時代の趨勢から、医療が抱える負担はここ数年で限界に達するとも言われており、医療の負担を少しでも軽減することが望まれている。近年では特に医療機関を利用する機会を未然に防ぐことができる予防医療が注目されている。
【０００５】
予防医療を充実させることにより、疾病を患うことを予防することができ、もって疾病を患う人口を減少させることができる。このような手段を用いて疾病を患う人口が減少すれば、医療の負担を軽減することができるばかりか、医療保険制度の崩壊が叫ばれている現代において、医療費を軽減することができるというメリットもある。
【０００６】
そこで、予防医療を充実させるためには、身近な機器で個人が手軽に健康管理を行なうための健康情報を得るシステムを各家庭に普及させたいところである。健康情報を得るための指標としては、血圧、血液、尿、汗、唾液、呼気等の生体試料がある。かかる生体試料には、血液における血糖値のように、疾病またはその兆候に起因して数値が変化する物質が複数含まれている。
【０００７】
このような生体試料に含まれる物質の含有率を個々に測定することにより、健康情報を得ることをもって、自己の健康状態を的確に把握することができる。このように自己の健康状態を客観的に把握することにより、疾病を早期に発見することができ、疾病を患う前に事前にそれを回避するように生活を見直すことができる。
【０００８】
上記で挙げた生体試料の中でも、特に、呼気は、疾病またはその兆候に起因して数値が変化する物質を複数含む点、迅速かつ簡便にサンプリングおよび測定ができる点、ならびに、測定対象がガスであり非侵襲で測定でき、肉体的なダメージが小さい点等から、日々測定しても苦になりにくい、まさに日々の健康管理に最も適した生体試料の一つということもできる。
【０００９】
このような利点を有するため、呼気に含まれる成分に基づいて疾病を特定するという研究が活発化している。これまでの研究で呼気と疾病との相関が見られるものとしては、たとえば肺がん患者の呼気の成分は、健常者のそれと比べて呼気の成分が一部異なっていることが明らかとなっている。
【００１０】
より具体的には、呼気中に一酸化窒素および一酸化炭素を多く含む場合、肺疾患を患っている可能性が高いことがわかっており、喘息および慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ：Chronic Obstructive Pulmonary Diseases）の患者の呼気は、一酸化窒素および一酸化炭素が高い濃度で検出される。
【００１１】
呼気の成分と疾病との相関性が見られる別の例を挙げると、たとえば消化不良、十二指腸潰瘍等の胃腸疾患の患者の呼気は、水素が高い濃度で検出される傾向があり、脂質酸化、喘息、気管支炎等の患者の呼気は、酸化ストレスとの相関が高く、エタン、ペンタン等が高い濃度で検出される傾向がある。このように呼気に含まれる各成分の濃度を測定することにより、疾病情報の取得や健康指導を行なうことができる。
【００１２】
上記の中でも、特に呼気中のアセトンは、脂肪（脂肪酸）、タンパク質（アミノ酸）を分解したときに産出されることから、従来から糖代謝の活性度の指標として位置づけられている。断食中であって摂食していない状態のように極度に空腹であるとき、および重度の糖尿病を患っているときには、呼気中にアセトンを多く含むことが知られている。ともすれば、呼気中に含まれるアセトンの量を把握することにより、体脂肪の減少量を明確にすることができるとも考えられる。
【００１３】
体脂肪がアセトンとなって、体外に排出される詳細のメカニズムを説明すると、まず、脂肪が代謝される過程で血中にアセト酢酸、ヒドロキシ酪酸、アセトン等のケトン体が生成される。そして、生成されたケトン体のうち、アセト酢酸およびヒドロキシ酪酸は肝臓以外の臓器で再利用され、アセトンは肺を介して呼気として外部に排出される。ちなみに、脂肪の代謝は、食事制限や運動により血中グルコースが消費されて不足したときに、体内に蓄えられた体脂肪をエネルギーとして利用することにより行なわれる。
【００１４】
このようにアセトンは、体脂肪を燃焼する過程で生成され、しかも呼気中に含まれて排出されるため、呼気中のアセトンの濃度を測定することにより、体脂肪の燃焼状況を直接的に知ることができる。呼気に含まれるアセトンの濃度を検出する方法としては、従来、ガスクロマトグラフィを利用して各成分を分離した後に、熱伝導率型、水素炎イオン化、電子捕獲型、質量分析等の検出器により検出する方法が知られている。
【００１５】
しかし、呼気中に含まれるアセトンを精確に分析するためには、呼気中に大量に含まれる水蒸気を除去する必要がある。従来の呼気を分析する機器には、呼気中の水分を除去するための前処理を行なう部位を備えていないため、呼気中に微量に含まれる成分の一部を精確に検出しにくかった。
【００１６】
このような課題を解決するための試みとして、たとえば特許文献１および特許文献２には、試料の前処理を行ない水分の除去を行なう装置が開示されている。このようなガス分析装置を用いて呼気を検出することにより、ｐｐｂ−ｐｐｔレベルで高感度に各成分を検出することができるという利点を有する。しかし、特許文献１および特許文献２の装置は、分析装置の他に水分除去ユニットを設置する必要があるため、その構造が複雑化し、結果として装置全体が大型化する傾向があった。
【００１７】
ところで、人が一回の呼吸で排出する呼気の体積は、約５００ｍｌ程度と言われるが、その全てが生体試料として有用というわけではなく、呼気のうちでも肺（特に肺胞）を経由して排出されるもののみが生体試料として特に有用であることがわかっている。すなわち、標準体型の人が一回の呼気で排出する約５００ｍｌの呼気のうちの前半に排出する約１５０ｍｌの呼気は、口から肺までの気管中のものであって、肺を経由していないものであるため、体内の健康状態を理解するための生体試料として用いる上で有効とはいえない。
【００１８】
よって、ガス分析装置を用いて呼気を検出する上では、一回の呼吸で排出する呼気のうちの前半に排出するものを予め除去し、肺を経由した呼気のみを検出部に導入して、検出することが不可欠である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００２−１８１６７４号公報
【特許文献２】特表２００５−５１２０６７号公報
【特許文献３】特開平０７−２８４４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
検出に必要な呼気のみの検出を行なうための装置として、たとえば特許文献３には、検出に必要な呼気のみを取り入れ、検出に不要な呼気を排出する構造の呼気採取装置が開示されている。特許文献３の呼気採取装置の構造を具体的に説明すると、マウスピースから取り込まれた呼気を一度は試料採取用シリンジの中に確保し、不要な呼気は試料採取用シリンジから開閉弁を開けて外部に排出する。そして、開閉弁を閉じるとともに三方電磁弁を動作させて、検出に必要な呼気のみを試料採取用シリンジから計量採取部に導入する。次に、計量採取部で導入された呼気は、六方コックによりさらに呼気を導入するタイミングが計られた上で、適当な量の呼気をガスクロマトグラムのカラム中に導入するという仕組みである（たとえば特許文献３の段落［００２７］〜［００２９］、図１、および図３参照）。
【００２１】
このような構造を用いることにより、検出に必要な呼気のみをガスクロマトグラフのカラムに導入できることから、呼気を検出する上で非常に有効な構造である。
【００２２】
しかしながら、特許文献３の呼気採取装置は、ガスクロマトグラフのカラムに必要な呼気のみを導入するために、開閉弁と三方電磁弁とを同時にＯＮ、ＯＦＦを切替える必要があり、しかも検量採取部でも呼気の流路を順次切り替える必要がある。このように１つの呼気採取装置内で３度の切替が行なわれるため、装置内の切替構造が複雑であり、その構造も大型化していた。また、この呼気採取装置には、体温以上の温度に加熱するための加熱装置も組み込まれている。
【００２３】
本発明は、上記のような現状に鑑みてなされたものであり、小型で簡易な構造であって、検出に必要な検体ガスのみをガス検出部に取り込んで検出を行なうことができるガス分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明のガス分析装置は、検体ガスを導入するためのガス導入口を備えるガス導入部と、該ガス導入部から供給される検体ガスを成分分離するためのマイクロカラムを備えるガス分離部と、該ガス分離部により分離されたガス成分を検出するためのガス検出部とを備え、ガス導入部は、検体ガスを保持するためのガス収容部と、ガス導入口からガス収容部に検体ガスを導入するための第１の接続手段と、ガス収容部からガス分離部に検体ガスを供給するための第２の接続手段と、ガス導入口から導入された検体ガスの一部をガス収容部からガス排出口に排出するための第３の接続手段と、ガス収容部が第１の接続手段および第３の接続手段に接続されている状態を第１状態とし、ガス収容部が第２の接続手段に接続されている状態を第２状態とすると、第１状態から第２状態、または第２状態から第１状態に切り替える切替手段とを有することを特徴とする。
【００２５】
第２状態において、ガス収容部にキャリアガスを供給するための供給手段を有することが好ましい。
【００２６】
ガス収容部と供給手段とを接続するための第４の接続手段を有し、第２状態は、ガス収容部が第２の接続手段および第４の接続手段に接続されている状態であることが好ましい。
【００２７】
切替手段は、第１状態から第２状態、または第２状態から第１状態に切り替えるタイミングを自動で制御する制御部を有することが好ましい。
【００２８】
制御部は、第１状態および第２状態に交互に一定時間ごとに切替手段を自動で切り替えることが好ましい。
【００２９】
ガス導入部は、第１の接続手段、ガス収容部、または第３の接続手段のいずれかに検体ガスを感知する感知センサを備え、該感知センサに基づいて、制御部は第１状態から第２状態になるように切替手段を切り替えることが好ましい。
【００３０】
ガス収容部の容積を変更することにより、ガス分離部に供給する検体ガスの流量を制御することが好ましい。
【００３１】
ガス導入部は、第４の接続手段を流れるキャリアガスの流速を制御する調圧手段を備えることが好ましい。
【００３２】
調圧手段は、バルブ、またはレギュレータであることが好ましい。
ガス導入部は、第１の接続手段を流れる検体ガスの流速を制御する気流発生手段を備えることが好ましい。
【００３３】
ガス導入口およびガス排出口には、検体ガスの入口および出口を有するガス採取部が接続され、検体ガスの入口および出口は、逆止弁を備えることが好ましい。
【００３４】
検体ガスは、アセトンを含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明のガス分析装置は、上記の構成を有することにより、小型で簡易な構造であって、検出に不要な検体ガスを外部に排出し、検出に必要な検体ガスをガス検出部に取り込んで検出を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（ａ）は、本発明のガス分析装置の一例のある状態を示す模式図であり、（ｂ）は、本発明のガス分析装置の別の一状態を示す模式図である。
【図２】（ａ）は、本発明のガス分析装置に用いられるマイクロカラムの内部流路の構造の一例を示す図であり、（ｂ）は、本発明のガス分析装置に用いられるマイクロカラムの内部流路の構造の別の一例を示す図である。
【図３】本発明のガス分析装置に用いられるガス検出部の一例を示す模式的な断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明のガス分析装置の一例のある状態を示す模式図であり、（ｂ）は、本発明のガス分析装置の別の一状態を示す模式図である。
【図５】（ａ）は、本発明のガス分析装置の一例のある状態を示す模式図であり、（ｂ）は、本発明のガス分析装置の別の一状態を示す模式図である。
【図６】切替手段の動作を制御する制御部のフローチャートである。
【図７】ガス分析装置に呼気を導入してからのガスセンサの抵抗の経時変化を示すグラフである。
【図８】ガス分析装置が検出した検体ガス中のアセトン濃度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、本願の図面において、長さ、幅、厚さ等の寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。
【００３８】
（実施の形態１）
＜ガス分析装置＞
図１（ａ）は、本実施の形態のガス分析装置の一例のある状態を示す模式図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のガス分析装置の別の一状態を示す模式図である。本実施の形態のガス分析装置は、図１（ａ）に示されるように、検体ガスを導入するためのガス導入口１１を備えるガス導入部１０と、該ガス導入部１０から供給される検体ガスを成分分離するためのマイクロカラム２１を備えるガス分離部２０と、該ガス分離部２０により成分分離されたガス成分を検出するためのガス検出部３０とを備え、ガス導入部１０は、検体ガスを保持するためのガス収容部１９と、ガス導入口１１からガス収容部１９に検体ガスを導入するための第１の接続手段１２と、ガス収容部１９からガス分離部２０に検体ガスを供給するための第２の接続手段１３と、ガス導入口１１から導入された検体ガスの一部をガス収容部１９からガス排出口に排出するための第３の接続手段１４とを備えるものである。
【００３９】
そして、本実施の形態において、ガス収容部１９が第１の接続手段１２および第３の接続手段１４に接続されている状態を第１状態（図１（ａ）に相当）とし、ガス収容部１９が第２の接続手段１３に接続されている状態を第２状態（図１（ｂ）に相当）とすると、第１状態から第２状態、または第２状態から第１状態に切り替える切替手段１８を備えることを特徴とする。
【００４０】
このように切替手段１８を備えることにより、検体ガスの中でも不要なサンプルは第３の接続手段１４を通じてガス排出口から外部に排出する一方、検体ガスの中でも必要なサンプルは第２の接続手段１３を通じてガス分離部２０に導入させることができる。本実施の形態のガス分析装置は、１つの切替手段１８によりガス分離部２０に検体ガスを導入する量およびタイミングを制御できる。このため、ガス分析装置の構造が極めて簡易となり、その小型化に寄与することになる。以下においては、検体ガスとして呼気を導入した場合の本実施の形態のガス分析装置の動作の一例を図１（ａ）および図１（ｂ）を参照して説明する。
【００４１】
＜ガス分析装置の動作＞
本実施の形態のガス分析装置の図１（ａ）に示される状態（以下においてこの状態のことを「第１状態」とも記す）において、呼気は、ガス導入口１１から第１の接続手段１２を通じてガス収容部１９に供給される一方、ガス収容部１９から第３の接続手段１４を通じてガス排出口に排出される。ここで、第１の接続手段１２および第３の接続手段１４を流れる呼気の流速は、気流発生手段２５により制御される。
【００４２】
一方、図１（ａ）に示されるように、第１状態において、ガス分離部２０に検体ガスを供給するための第２の接続手段１３は、ガス収容部１９には接続されておらず、キャリアガスを供給するための供給手段１７と接続されている。このため、供給手段１７から供給されるキャリアガスが第２の接続手段１３を通じ、ガス分離部２０のマイクロカラム２１に供給される。
【００４３】
次に、切替手段１８を動作させることにより、ガス収容部１９の接続先を、第１の接続手段１２および第３の接続手段１４が接続されている状態（第１状態）から、第２の接続手段１３が接続されている状態（第２状態）に切り替える。このように第１状態から第２状態に切り替えることにより、第１の接続手段１２から導入されたガス収容部１９内の呼気が、供給手段１７から供給されるキャリアガスとともに、第２の接続手段１３を通じてガス分離部２０のマイクロカラム２１に供給される。
【００４４】
ガス分離部２０に供給された呼気は、マイクロカラム２１の内部流路２２の壁面の固定相と吸脱着が繰り返されるが、呼気の成分ごとに吸脱着のし易さが異なる。このため固定相に吸着しやすい成分ほど移動速度が遅くなり、固定相に吸着しにくい成分ほど移動速度が早くなるというように、呼気を成分分離することができる。
【００４５】
ここで、マイクロカラム２１の壁面には、呼気の成分のうちの水を成分分離するための固定相が修飾されている。従来から呼気に含まれる各成分を検出する上で、呼気中の水分は、アセトン等のガス成分の検出を阻害する最有力の成分であった。しかし、このようにマイクロカラム２１の内部流路２２に水を成分分離するための固定相を修飾することにより、呼気に含まれる水を効率的に成分分離することができる。なお、固定相を構成する材料の詳細は後述する。
【００４６】
上記で成分分離した呼気の各ガス成分がガス検出部３０に導入され、ガス検出部３０のガスセンサ３１により感知される。呼気がガス分析装置に導入されてから、ガスセンサ３１がガス成分を感知するまでの時間を保持時間といい、かかる保持時間は呼気の成分により固有の値を示す。この保持時間に基づいて、ガス成分の同定を行ない、呼気中に含まれるガス成分を検出する。以下において、本実施の形態のガス分析装置を構成する各部を説明する。
【００４７】
＜ガス導入部＞
本実施の形態において、ガス導入部１０は、検体ガスの一部をガス分離部２０に供給するために設けられるものである。このようなガス導入部１０は、図１に示されるような構造のみに限られるものではなく、ガス分離部２０に供給する検体ガスの流速およびタイミングを調整することができるものであれば、いかなる構造のものであっても良い。
【００４８】
ガス導入部１０が、上記のような構造を有することにより、検出に不要な検体ガスを外部に排出しつつ、検出に必要な検体ガスのみをガス分離部２０に供給することができる。本実施の形態のガス導入部１０の動作を、以下に図１（ａ）および図１（ｂ）を用いて説明する。
【００４９】
ガス導入部１０は、検体ガスを保持するためのガス収容部１９と、ガス導入口１１からガス収容部１９に検体ガスを導入するための第１の接続手段１２と、ガス導入口１１から導入された検体ガスの一部をガス収容部１９からガス排出口に排出するための第３の接続手段１４とを有する。そして、図１（ａ）に示される第１状態において、ガス収容部１９は、第１の接続手段１２および第３の接続手段１４と接続されている。
【００５０】
一方、ガス導入部１０は、第１の接続手段１２および第３の接続手段１４とは別の接続手段として、第２の接続手段１３を有することを特徴とする。ここで、第２の接続手段１３は、ガス収容部１９からガス分離部２０に検体ガスを供給するために設けられるものである。ただし、第２の接続手段１３がガス収容部１９からガス分離部２０に検体ガスを供給する機能を果たすのは、図１（ｂ）に示される第２状態のときである。すなわち、図１（ａ）に示される第１状態では、第２の接続手段１３は、ガス収容部１９に接続されることなく、ガス分離部２０のマイクロカラム２１に接続されているため、ガス分離部２０に検体ガスが供給されることはない。
【００５１】
したがって、第１状態では、検体ガスがガス分離部２０に供給されることはなく、第１の接続手段１２から導入された検体ガスは、ガス収容部１９を通過して、その一部がガス収容部１９に保持されるとともに、残部は第３の接続手段１４を通じてガス排出口から排出される。
【００５２】
（切替手段）
本実施の形態において、切替手段１８は、ガス収容部１９が第１の接続手段１２および第３の接続手段１４に接続されている第１状態から、ガス収容部１９が第２の接続手段１３に接続されている第２状態に切り替えるために設けられるものである。切替手段１８により、図１（ａ）に示される第１状態から図１（ｂ）に示される第２状態に切り替えることができる。第２状態では、上記の第１状態でガス収容部１９に保持された検体ガスが、第２の接続手段１３からガス分離部２０に供給される。
【００５３】
そして、第２状態において、ガス収容部１９に検体ガスがなくなったとき、またはガス分離部２０に検体ガスが十分に供給されたとき、切替手段１８が第２状態から第１状態に切り替える。第２状態から第１状態に切り替わると、第１の接続手段１２からガス収容部１９に再び検体ガスが導入される。このように第１状態と第２状態とを交互に切り替えることにより、適切な流量の検体ガスを適切なタイミングでガス分離部２０に導入することができる。
【００５４】
なお、図１（ｂ）に示される第２状態においては、ガス収容部１９が第１の接続手段１２と第３の接続手段１３と接続されていない。このため、第２状態において第１の接続手段１２に導入される検体ガスは、第３の接続手段１４を通じてガス排出口から外部に排出されることになる。したがって、ガス導入口１１から第１の接続手段１２を通じて検出に不要な検体ガスを導入する場合、ガス収容部１９と第２の接続手段１３とを接続する第２状態とすることにより、ガス収容部１９に検体ガスを導入することなく、それを外部に排出することができる。
【００５５】
（供給手段）
本実施の形態のガス分析装置のように、第２状態のときにガス収容部１９にキャリアガスを供給するための供給手段１７を有することが好ましい。このような供給手段１７を備えることにより、ガス収容部１９に保持されている検体ガスを、キャリアガスとともに第２の接続手段１３を通じてガス分離部２０に供給することができる。このような供給手段１７は、ガス導入部１０に内蔵されているものであってもよいし、図１に示されるように、ガス分析装置とは別の装置としてガス収容部１９に接続されるものであってもよい。供給手段１７としては、たとえばコンプレッサー、ガスボンベ、ポンプ等を挙げることができる。なお、キャリアガスとしては、たとえばヘリウム等の不活性ガスあるいは空気等を用いることが好ましい。
【００５６】
（制御部）
上記の切替手段１８は、第１状態から第２状態、または第２状態から第１状態に切り替えるタイミングを自動で制御する制御部（図示せず）を有することが好ましい。制御部を有することにより、切替手段１８が第１状態から第２状態、または第２状態から第１状態に切り替えるタイミングを自動的に制御することができる。このように切替手段１８を動作させることにより、ガス導入部１０からガス分離部２０に検体ガスを供給するタイミングを制御することができる。
【００５７】
上記の制御部は、第１状態および第２状態に交互にそれぞれ一定の時間間隔で切替手段１８を切り替えることが好ましい。ここで、「それぞれ一定の時間間隔」とは、第１状態を保持する時間と第２状態を保持する時間とが異なるものであってもよいことを意味する。すなわちたとえば第１状態を３分間保持した後に第１状態から第２状態に切り替え、さらに第２状態を２秒保持した後に、第２状態から第１状態に切り替えるという一連の動作を切替手段１８が繰り返すように制御部を設定してもよい。
【００５８】
このように一定の時間間隔で切替手段１８を動作させることにより、一定の時間間隔で検体ガスの検出を行なうことができ、もって検体ガスの成分の時間変化を把握することができる。一定の時間間隔で検体ガスを検出するのに有効な一例としては、たとえばランニング、ウォーキング等の運動中において、呼気中のアセトン含有量の時間変化を把握する場合を挙げることができる。すなわちたとえば、２０分間のウォーキングにおいて、ウォーキングの開始から３分ごとに合計６回呼気を検出し、それぞれの呼気中のアセトン濃度を測定することにより、アセトンの濃度変化を把握することができ、もって体脂肪の燃焼効率の時間変化を把握することができる。
【００５９】
この場合、ウォーキングを開始してから３分後に第１状態から第２状態に切り替え、第２状態を２秒保持し、第２状態から第１状態に切り替えるという一連の動作を切替手段１８が繰り返すように制御部を設定することが好ましい。このような制御部の設定は、たとえばコンピュータのプログラミングにより行なうことができる。
【００６０】
ガス導入部１０は、第１の接続手段１２、ガス収容部１９、または第３の接続手段１４のいずれかに検体ガスを感知する感知センサ（図示せず）を備えることが好ましい。そして、当該感知センサが感知した情報に基づいて、切替手段１８が第１状態から第２状態に切り替えるように制御部を設定することが好ましい。このように第１の接続手段１２、ガス収容部１９、または第３の接続手段１４のいずれかに感知センサを備えることにより、ガス導入口１１に検体ガスを導入してから、第１状態から第２状態に切り替えるまでの時間を制御することができる。
【００６１】
ここで、第１状態から第２状態に切り替えるタイミングについて、第３の接続手段１４に感知センサを設けた上で呼気を導入したときの切替手段の動作を例に説明する。検体ガスをガス導入口１１から導入すると、その呼気は第１の接続手段１２、ガス収容部１９、および第３の接続手段１４の順に導入される。呼気が第３の接続手段１４を通過すると、感知センサがその信号を制御部に伝え、呼気が第３の接続手段１４に導入されてから、たとえば５秒後に第１状態から第２状態に切り替わるというように制御部を設定することができる。
【００６２】
このように制御部を設定することにより、たとえば成人の一回の呼吸で排出される５００ｍｌの呼気のうちの初めの１５０ｍｌ程度の呼気を外部に排出し、残りの３５０ｍｌの呼気のみをガス検出部３０に供給するというように切替手段を動作させることが可能となる。
【００６３】
（ガス収容部）
ガス収容部１９は、その容積を変更することができることが好ましい。このようにガス収容部１９の容積を変更することにより、ガス分離部２０に供給する検体ガスの流量を制御することができる。すなわちたとえば、ガス収容部１９の容積が小さい場合、ガス収容部１９の検体ガスの保持量が少なくなり、第１状態から第２状態への１回あたりの切替で、ガス分離部２０に供給する検体ガスの流量を減少させることができる。
【００６４】
このようなガス収容部１９の容積は、１０ｍｍ3以上１００ｍｍ3以下であることが好ましい。１０ｍｍ3未満であると、ガス分離部２０に供給する検体ガスの流量が不十分であることにより検出精度が低下する傾向にあり、１００ｍｍ3を超えると、過剰量の検体ガスがガス分離部２０に供給され、完全な成分分離がされにくくなり、ガスセンサ３１が精確な検出を行ないにくくなる。
【００６５】
（調圧手段）
ガス導入部１０は、供給手段１７により供給されるキャリアガスの圧力を調整するための調圧手段（図示せず）を備えることが好ましい。調圧手段を用いてキャリアガスの導入の圧力を調整することにより、ガス分離部２０に供給する検体ガス（キャリアガスも含む）の流量を制御することができる。
【００６６】
このような調圧手段により制御される検体ガスの流速は、特に限定されずいかなる速度であってもよいが、１０ｃｍ／ｓｅｃ以上１００ｃｍ／ｓｅｃ以下であることが好ましい。検体ガスの流速が１０ｃｍ／ｓｅｃ未満であると、ガス検出までに要する時間が長くなり、装置のスペック上好ましくない。検体ガスの流速が１００ｃｍ／ｓｅｃを超えると、流速が早すぎることにより、後のガス分離部で検体ガスを成分分離しにくい傾向がある。このような調圧手段としては、たとえばバルブ、レギュレータ等を用いることができる。
【００６７】
（気流発生手段）
ガス導入部は、第１の接続手段１２を流れる検体ガスの流速を制御する気流発生手段２５を設けることが好ましい。このように気流発生手段２５を備えることにより、第１の接続手段１２、ガス収容部１９、および第３の接続手段１４を流れる検体ガスの流速を所望の速度にすることができ、もってその流れの逆流を防ぐことができる。なお、気流発生手段２５により制御される検体ガスの流速は、特に限定されずいかなる速度であってもよいが、１ｍＬ／ｓｅｃ以上１０ｍＬ／ｓｅｃ以下であることが好ましい。
【００６８】
＜ガス分離部＞
本実施の形態において、ガス分離部２０は、ガス導入部１０から導入された検体ガスに含まれる各種ガス成分を成分分離するために設けられるものであり、具体的には、ガス分離部２０に備えられるマイクロカラム２１より検体ガスの成分分離を行なうことができる。
【００６９】
ここで、「マイクロカラム」とは、マイクロオーダーの幅および深さを有する微細な流路を備えるチップ状のクロマトグラフィカラムを意味するものである。このようなマイクロカラムの外形は、特に限定されるものではなく、たとえばＳｉウェハー等の基板を用いて、その外形が縦横数ｍｍ〜数十ｃｍで、その厚みを数ｍｍ〜数ｃｍ程度とすることができる。
【００７０】
なお、検出ガスの「成分分離」とは、検体ガスを構成する全ての成分を各成分ごとに分離する場合はもちろん、検体ガスを構成する成分のうちのいずれか１の成分を、他の少なくとも１の成分から分離する場合も含まれるものとする。すなわち、検体ガスが３以上の成分を含む場合、３以上の成分のうちの少なくとも１の成分が他の２以上の成分から分離されている限り、検体ガスの成分分離は達成されており、本発明の範囲に含まれる。
【００７１】
ガス分離部２０には、マイクロカラム以外のクロマトグラフィカラムとして、固定相をコーティングした担体を充填したパックドカラム、内壁に固定相が塗布されたキャピラリーカラム等を用いることも考えられるが、これらのクロマトグラフィカラムは、温度を制御するために大きな恒温槽を備える必要があり、ガス分析装置自体が大型化することになりかねず、所期の目的に反することになるため好ましくない。
【００７２】
また、マイクロカラムの内部流路の幅および深さ（高さ）はそれぞれ、たとえば１００〜３００μｍ程度とすることができる。マイクロカラムの内部流路の幅および深さは、目的成分の種類やマイクロカラムに導入される検体ガスの流量などを考慮して決定されることが好ましい。
【００７３】
また、内部流路２２は、その長さが３ｍ以上３０ｍ以下であることが好ましく、５ｍ以上２５ｍ以下であることがより好ましく、さらに好ましくは１０ｍ以上２０ｍ以下である。内部流路２２の長さが３ｍ未満であると、検体ガスの成分分離を十分に行なうことができず、内部流路２２の長さが３０ｍを超えると、測定に要する時間が長時間となるため好ましくない。
【００７４】
図２（ａ）は、本実施の形態のマイクロカラムにおける内部流路の構造の一形態を示した図であり、図２（ｂ）は、本実施の形態のマイクロカラムにおける内部流路の構造の別の一形態を示した図である。マイクロカラムの内部流路の構造は、図１（ａ）に示されるような蛇形流路の構造のみに限られるものではなく、たとえば図２（ａ）に示されるような円のスパイラル状の内部流路の構造であってもよく、図２（ｂ）に示されるように四角のスパイラル状の内部流路の構造であってもよい。
【００７５】
本実施の形態において、マイクロカラム２１は、その内部流路２２の壁面に固定相が修飾されており、該固定相は、３０℃での比誘電率が１０以上の極性材料からなることが好ましい。このような１０以上の比誘電率を有する極性材料は、強極性であることにより、特に水のような極性物質の流速を顕著に遅らすことをもって、検体ガスに含まれる成分のうちの水を効率的に成分分離することができる。
【００７６】
このような１０以上の比誘電率を有する極性材料としては、たとえば平均分子量が１０００以下のポリエチレングリコールの他、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール等を挙げることができる。なお、固定相を構成する材料の比誘電率は、誘電率測定装置を用いて算出された値を採用するものとする。
【００７７】
固定相が有する極性が強いほど、検体ガスの各成分ごとの極性差がマイクロカラム中を流れる検体ガスの移動速度に差をもたらし、検体ガスを成分分離しやすいものと考えられる。そして、固定相の極性の強弱は、その材料の比誘電率の高低により決定されるという関係から、固定相を構成する材料は、１１以上の比誘電率を有することがより好ましく、さらに好ましくは１３以上の比誘電率を有することである。固定相を構成する材料の比誘電率が１０未満であると、検体ガス中の水を成分分離することができないため好ましくない。
【００７８】
ここで、検体ガス中の水を成分分離するのに有効な固定相の材料としては、２００以上１０００以下の平均分子量を有するポリエチレングリコール（以下においては「ＰＥＧ」とも記する）を用いることがより好ましい。ＰＥＧは、その平均分子量が多いほど粘度が上昇するとともに、その極性が小さくなる傾向にあり、平均分子量が小さいほど粘度が低下するとともに、その極性が強くなる傾向がある。このため、ＰＥＧの粘度と極性とのバランスの観点からは、２５℃での比誘電率が１２．７である平均分子量が６００程度のＰＥＧ（ＰＥＧ６００）を用いることがさらに好ましい。
【００７９】
ポリエチレングリコールの平均分子量が２００未満であると、その粘度が低いことによりマイクロカラム２１の内部流路２２の壁面に保持されにくく、ポリエチレングリコールの平均分子量が１０００を超えると、十分な極性を有しないことから、検体ガスの分離能が低下する傾向がある。また、マイクロカラム２１は、温度制御手段を備えていてもよい。温度制御手段を備えることにより、マイクロカラム２１の温度を一定に保つことができ、もってより精確に成分分離を行なうことができる。
【００８０】
また、検体ガスを成分分離する性能を高めるという観点から、マイクロカラムの内部流路の壁面に修飾される固定相の厚みは、１μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。
【００８１】
ここで、固定相の厚みは、内部流路の壁面に固定相を修飾したマイクロカラムの断面を、レーザー顕微鏡を用いて観察したときの画像に基づいて直接測定することにより算出されたものを採用する。
【００８２】
＜マイクロカラムの作製＞
本実施の形態における、マイクロカラムの作製方法を具体的な一例を挙げて説明する。まず、Ｓｉウェハー等の基板表面にフォトリソグラフィ技術を用いて、エッチング加工、ブラスト加工等の微細加工を行なうことにより連続した溝を形成する。
【００８３】
ついで、連続した溝を形成した基板とガラス板とを、基板の溝形成面側がガラス板に対向するように陽極接合などの手法により気密に接合する。次に、形成された内部流路の一端に未修飾のキャピラリーガラスを取り付け、マイクロカラムの内部流路内に固定相を溶解させた溶液を充填する。その後、その溶媒を除去することによりマイクロカラムの内部流路の内壁に固定相を修飾する。
【００８４】
＜ガス検出部＞
ガス検出部３０は、ガス分離部２０で分離されたガス成分を順次検出するための部位であり、ガスセンサを用いることが好ましい。本実施の形態において、ガス検出部３０は、化学物質を検出するためのガスセンサ３１を有する。このガスセンサ３１としては、半導体センサ、電気化学式ガスセンサ、水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ：Flame Ionization Detector）、ＧＣＭ等を用いることができる。本実施の形態においては、ＳｎＯ2、ＺｎＯ等から構成される非選択的な半導体センサを用いる。
【００８５】
図３は、本実施の形態のガス分析装置に用いられるガス検出部の一例を示す模式的な断面図である。本実施の形態において、半導体センサ３１は、図３に示されるように、ガス分離部により分離されたガス成分の出口の近傍に設置することが好ましい。このようにガス成分の出口の近傍に半導体センサ３１を設置することにより、検体ガス中の目的成分の検出感度を高めることができる。なお、ガス分離部２０のマイクロカラムの内部流路と、ガス検出部３０とはキャピラリーガラスチューブ５５により接続されている。
【００８６】
上記で説明したように、ガス分離部２０とガス検出部３０とは、キャピラリーガラスチューブ５５を用いて接続するが、キャピラリーガラスチューブの管径が小さいため、キャピラリーガラスチューブ５５のガス成分の出口と半導体センサ３１とが離れていると、半導体センサ３１が検体ガスを感知しにくい傾向にあるため好ましくない。
【００８７】
半導体センサ３１は、導線等を介してデジタルマルチメータなどの信号受信機構（図示せず）に接続されることが好ましい。このような信号受信機構は、半導体センサ３１がガス成分を検出すると、半導体センサ３１の定抵抗の電圧値の変化を信号変化として受信する必要がある。
【００８８】
さらに、信号受信機構はコンピュータに接続されていることが好ましい。ここでのコンピュータとは、信号受信機構が検出した信号データの蓄積し、該信号データをクロマトグラムに変換し、かつその変換したデータの表示を行なうもののことをいう。なお、コンピュータが切替手段の機能を有しており、第１状態と第２状態とを切り替える制御部を兼ねていてもよい。
【００８９】
＜検体ガス＞
本実施の形態のガス分析装置を用いて成分分離される検体ガスは、アセトンを含むことが好ましい。従来のガス分析装置では、水中に微量に含まれるアセトンを効率的に成分分離することが困難であり、たとえ成分分離できたとしても、その成分分離の精度が十分なものではなかった。しかし、本実施の形態のガス分析装置ではかかる従来の課題を一掃し、短時間で検体ガス中の水を成分分離することができる。このような検体ガスとして、たとえば検体ガスを用いることができる。
【００９０】
（実施の形態２）
図４（ａ）は、本実施の形態のガス分析装置の一例のある状態を示す模式図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のガス分析装置の別の一状態を示す模式図である。本実施の形態のガス分析装置は、図４（ａ）および（ｂ）に示されるように、実施の形態１のガス分析装置に対し、ガス導入口１１およびガス排出口１６にガス採取部４０を設置したこと、および供給手段１７とガス収容部１９とを接続するための第４の接続手段１５を有することを特徴とし、これ以外は実施の形態１のガス分析装置と同一のものである。以下において、実施の形態１と重複する部分についてはその説明を省略する。
【００９１】
（第４の接続手段）
本実施の形態のガス分析装置のように、ガス収容部１９と供給手段１７とを接続するための第４の接続手段１５を有することが好ましい。このように供給手段１７とガス収容部１９とを第４の接続手段１５を用いて接続することにより、ガス収容部１９に効率的にキャリアガスを供給することができる。この場合、第２状態は、ガス収容部１９が第２の接続手段１３および第４の接続手段１５に接続されている状態になる。
【００９２】
（ガス採取部）
本実施の形態のガス分析装置において、図４（ａ）に示されるように、ガス導入口１１およびガス排出口１６にガス採取部４０を接続することが好ましい。ガス採取部４０を接続することにより、ガス導入口１１に検体ガスを効率的に導入することができるとともに、検体ガスを収容するスペースを設けることができる。
【００９３】
しかも、このようなガス採取部４０は、検体ガスがガス採取部４０、第１の接続手段１２、ガス収容部１９、および第３の接続手段１４を循環する循環経路としての役割も果たす。
【００９４】
ガス採取部４０の導入口にはマウスピース、マスク等のように口をあて検体ガスを直接導入することができるようなものを有していることが好ましい。このようにマウスピース、マスク等を有することにより、ガス採取部４０に検体ガスを導入しやすい。
【００９５】
そして、ガス採取部４０は、検体ガスの入口および出口に逆止弁４１を備えることが好ましい。このようにガス採取部４０が逆止弁４１を備えることにより、検体ガスの一部はガス採取部４０から排出されるが、その残部は、ガス採取部４０、第１の接続手段１２、ガス収容部１９、および第３の接続手段１４内を循環される。
【００９６】
なお、図４（ａ）および図４（ｂ）においては、ガス採取部４０を用いてガス導入部１０に検体ガスを導入する場合を例示しているが、ガス導入部１０に検体ガスを導入する方法は、ガス採取部４０のみに限られるものではなく、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、ガス導入口１１にバッグを直接接続してガス導入部１０に検体ガスを導入してもよい。
【００９７】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例１】
【００９８】
図５は、本発明のガス分析装置の一例のある状態を示す模式図である。本実施例では、以下の手順により図５に示されるガス分析装置を作製した。まず、ガス分離部１２０として、幅が２００μｍであって深さが２００μｍの内部流路１２２を２００μｍの間隔で蛇行状に形成したマイクロカラム１２１を作製した。以下においては、マイクロカラム１２１の作製の手順を具体的に述べる。
【００９９】
まず、６インチのシリコンウエハに対し、フォトリソグラフィ加工をした後にエッチングを行なうことにより、幅が２００μｍであって、深さが２００μｍの蛇行状の溝を２００μｍの間隔で形成した。このようにして形成された内部流路１２２の全長は約１６ｍであった。そして、シリコン基板の溝を形成した側に対し、６インチのガラス板を陽極接合を用いて密着させた。その後、ダイシングすることにより、８ｃｍ四方のマイクロカラムを作製した。
【０１００】
このようにして得られた内部流路１２２の導入口および排出口に、外径が０．３５ｍｍであり、内径が０．２５ｍｍであって、その内径の表面が未修飾のキャピラリーガラスを取り付けた。
【０１０１】
一方、平均分子量が６００であって、３０℃での比誘電率が１３．７４のポリエチレングリコール（ＰＥＧ６００：ジーエルサイエンス株式会社製）をアセトンに溶解させた０．５％アセトン溶液を準備した。かかる０．５％アセトン溶液をガス分離部１２０のマイクロカラム１２１の導入口から導入し、その内部流路１２２内にアセトン溶液を充填した。
【０１０２】
そして、ホットプレートを用いてガス分離部１２０を８０℃に昇温した後に１０分間保持することにより、内部流路１２２内のアセトンをほとんど蒸発させた。このようにしてアセトンをほぼ蒸発させた後に、溶媒トラップを有するダイヤフラム型ドライ真空ポンプＤＡ−１５Ｄ（アルバック機工株式会社製）を内部流路１２２の導入口側に接続した。
【０１０３】
この真空ポンプを数十分間稼動させて、内部流路１２２内の溶媒を完全に除去することにより、マイクロカラム１２１の内部流路１２２の壁面に、ＰＥＧ６００からなる固定相を備えるガス分離部１２０を形成した。このようにして作製したガス分離部１２０の断面をレーザー顕微鏡で観察し、その固定相の厚みを実測したところ、固定相の厚みは１μｍであることが明らかとなった。
【０１０４】
次に、ガス導入部１１０として、ガスクロマトグラフ用手動ガスサンプラー（ジーエルサイエンス株式会社製）を準備した。ここで、ガスクロマトグラフ用手動ガスサンプラー（以下、「ガスサンプラー」とも記する）は、検体ガスを導入するための第１流路１１２と、ガス分離部１２０に検体ガスを供給するための第２流路１１３と、検体ガスの一部をガス排出口から排出するための第３流路１１４と、キャリアガスを導入するための第４流路１１５と、検体ガスを保持するためのガス収容部１１９とを有するものである。ここで、第１流路１１２、第２流路１１３、第３流路１１４、および第４流路１１５の内径はいずれも、０．８ｍｍであった。
【０１０５】
このようなガスサンプラーは、ガス収容部１１９が第１流路１１２および第３流路１１４に接続される第１状態と、ガス収容部１１９が第２流路１１３および第４流路１１５に接続される第２状態とを交互に切り替えるための切替手段１１８を有しており、この切替手段１１８は、切り替えるタイミングを制御するための制御部（図示せず）に接続されている。
【０１０６】
また、第４流路１１５には調圧手段１１７を備え、かかる調圧手段１１７により第４流路１１５からガス収容部１１９に供給されるキャリアガスの流速を制御した。一方、第３流路１１４には感知センサを備えており、検体ガスが感知センサを通過したときの情報を制御部に伝達したときに、その情報に基づいて制御部が切替手段１１８の動作をコントロールした。
【０１０７】
図６は、切替手段の動作を制御する制御部のプログラムのフローチャートである。図６のフローチャートに示されるように、まず、切替手段１８を自動で切り替えるか手動で切り替えるかを設定する。ここで、手動で切り替える場合は制御部はなんら起動せず、適切なタイミングに手動で第１状態から第２状態に切替手段１８を切り替える必要がある。
【０１０８】
一方、自動で切り替えることを選択した場合、一定の時間間隔で切替手段１８を切り替えるか、それともガス収容部１９に検体ガスがなくなった時点で切り替えるかを選択する。一定の時間間隔で切替手段１８を切り替える場合には、その切り替える時間間隔を設定するとともに、その測定回数を設定する。このようにして設定時間ごとに切替が行なわれて、ガス検出部で検出される。１回の測定が終わった後に、ガス収容部１９に検体ガスが残存する場合には、再度設定時間の経過後に切替が行なわれて測定されることもある。
【０１０９】
ガスサンプラーの第１流路１１２および第３流路１１４をガス採取部１４０にそれぞれ接続した。ガス採取部１４０の出口および入口には、それぞれ逆止弁１４１を設け、検体ガスが逆流するのを防ぐようにした。第３流路１１４とガス採取部１４０との接続部には気流発生手段１２５として小型ポンプを取り付けた。この小型ポンプにより、検体ガスが第１流路１１２、ガス収容部１１９、第３流路１１４、およびガス採取部１４０を循環するようにした。
【０１１０】
一方、ガスサンプラーの第２流路１１３とマイクロカラム１２１の内部流路１２２とを１／１６×０．２５ レデューシングユニオンを用いて接続した。これによりガスサンプラーの第４流路１１５から導入されたキャリアガスを、第２流路１１３を通じてマイクロカラム１２１の内部流路１２２に導入した。
【０１１１】
次に、ガス分離部１２０のマイクロカラム１２１に対し、キャピラリーチューブの一端を挿入することにより接続した。一方、キャピラリーチューブの他端を、ガス検出部１３０の半導体センサ１３１から１．５ｍｍの位置となるように接続した。このようにして実施例１のガス分析装置を作製した。実施例１で作製されたガス分析装置は、小型で簡易な構造であるため、持ち運びも可能なものであった。
【実施例２】
【０１１２】
実施例１のガス分析装置に対し、ガス採取部１４０を接続することなくサンプルバックを用いて呼気を導入することにしたことを除いては実施例１と同様の方法により、実施例２のガス分析装置を作製した。実施例２で作製されたガス分析装置は、小型で簡易な構造であるため、持ち運びも可能なものであった。
【０１１３】
＜ガス分析装置の性能評価＞
実施例１および２のガス分析装置を用いて、体重６５ｋｇの男性が３０分間ウォーキングを行なったときに排出される呼気中のアセトンの含有率の時間変化を測定した。
【０１１４】
具体的には、ウォーキングを開始してから５分後に、実施例１のガス分析装置のガス採取部に呼気を吹き込んだ。呼気を導入してから２秒後に、第３流路１１４に設置された感知センサが反応して制御部を駆動し、切替手段１１８が第１状態から第２状態に切り替えた。かかる第２状態において、ガス収容部１１９から５０ｃｍ／ｓｅｃの流速でガス分離部１２１に導入し、２秒間保持した後に、再度第２状態から第１状態に切り替えた。そして、導入してから５３秒後にガス検出部１３０のガスセンサ１３１により、ガス成分を検出しそのピークを確認した。このようにして検体ガスのガス成分を検出した。
【０１１５】
一方、ウォーキングを開始してから５分後に、呼気をサンプルバックに取り込んだ。当該サンプルバックに取り込んだ呼気をガス導入部１１０のガス導入口１１１から導入した。このように呼気を導入したことを除いては実施例１のガス分析装置と同様の方法により呼気のガス成分を検出した。
【０１１６】
図７は、ガス分析装置に呼気を導入してからのガスセンサの抵抗の経時変化を示すグラフであり、横軸は、呼気を導入してからの時間（秒）を示し、縦軸は、その時間での抵抗比変化を示している。図７からも明らかなように、実施例１のガス分析装置は、実施例２のガス分析装置に比べて、抵抗変化が顕著に見られることから、検体ガスの検出精度が高いことが明らかである。
【０１１７】
図８は、ガス分析装置が検出した検体ガス中のアセトン濃度を示すグラフである。上記の図７の抵抗比変化に基づいて、検体ガス中のアセトン濃度を算出したところ、図８の棒グラフに示される結果となった。図８のグラフの結果から、実施例１のガス分析装置は、実施例２のガス分析装置に比して、アセトン濃度を高く検出していることがわかる。このように実施例１のガス分析装置が、アセトン濃度を高く検出しているのは、呼気のうちの不要成分を外部に排出していることによるものと考えられる。
【０１１８】
すなわち、実施例１のガス分析装置は、排出する呼気のうちの最初に排出される検出に不要な約１５０ｍｌを外部に排出した後に検出に有効な約３５０ｍｌの呼気のみを検体ガスとして検出している。一方、実施例２のガス分析装置は、呼気のうちの検出に不要な約１５０ｍｌと必要な約３５０ｍｌとがサンプルバック中で混合された上で、その混合ガスを検体ガスとして検出している。このような違いが図８のようなアセトン濃度の検出量に差異をもたらしているものと推察される。
【０１１９】
なお、検出に不要な１５０ｍｌの呼気、および検出に必要な３５０ｍｌの呼気は、説明の便宜のために上記においては仮の値を用いたものであって、厳密には各個人により不要な呼気および必要な呼気の容量は異なったものとなる。
【０１２０】
以上の説明からも明らかなように、実施例１のようにガス採取部を備えたガス分析装置は、実施例２のようにガス採取部を有しないガス分析装置に比して、呼気の検出精度を高めることができることは明らかである。
【０１２１】
このように動作する本発明のガス分析装置は、呼気のうちの検出に必要な検体ガスのみをガス検出部に取り込んで検出を行なうことが明らかである。
【０１２２】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
【０１２３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明によれば、予防医療の促進に有効であって、小型でかつパーソナルユースに適したガス分析装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１２５】
１０，１１０ ガス導入部、１１ ガス導入口、１２ 第１の接続手段、１３ 第２の接続手段、１４ 第３の接続手段、１５ 第４の接続手段、１６ ガス排出口、１７ 供給手段、１８，１１８ 切替手段、１９，１１９ ガス収容部、２０，１２０ ガス分離部、２１，１２１ マイクロカラム、２２，１２２ 内部流路、２５，１２５ 気流発生手段、３０，１３０ ガス検出部、３１，１３１ 半導体センサ、４０，１４０ ガス採取部、４１，１４１ 逆止弁、５５ キャピラリーガラスチューブ、１１２ 第１流路、１１３ 第２流路、１１４ 第３流路、１１５ 第４流路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検体ガスを導入するためのガス導入口を備えるガス導入部と、
前記ガス導入部から供給される検体ガスを成分分離するためのマイクロカラムを備えるガス分離部と、
前記ガス分離部により分離されたガス成分を検出するためのガス検出部とを備え、
前記ガス導入部は、検体ガスを保持するためのガス収容部と、前記ガス導入口から前記ガス収容部に検体ガスを導入するための第１の接続手段と、前記ガス収容部から前記ガス分離部に検体ガスを供給するための第２の接続手段と、前記ガス導入口から導入された検体ガスの一部を前記ガス収容部からガス排出口に排出するための第３の接続手段と、前記ガス収容部が前記第１の接続手段および前記第３の接続手段に接続されている状態を第１状態とし、前記ガス収容部が前記第２の接続手段に接続されている状態を第２状態とすると、前記第１状態から前記第２状態、または前記第２状態から前記第１状態に切り替える切替手段とを有する、ガス分析装置。
【請求項２】
前記第２状態において、前記ガス収容部にキャリアガスを供給するための供給手段を有する、請求項１に記載のガス分析装置。
【請求項３】
前記ガス収容部と前記供給手段とを接続するための第４の接続手段を有し、
前記第２状態は、前記ガス収容部が前記第２の接続手段および前記第４の接続手段に接続されている状態である、請求項１または２に記載のガス分析装置。
【請求項４】
前記切替手段は、前記第１状態から前記第２状態、または前記第２状態から前記第１状態に切り替えるタイミングを自動で制御する制御部を有する、請求項１〜３のいずれかに記載のガス分析装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１状態および前記第２状態に交互にそれぞれ一定時間ごとに前記切替手段を自動で切り替える、請求項４に記載のガス分析装置。
【請求項６】
前記ガス導入部は、前記第１の接続手段、前記ガス収容部、または第３の接続手段のいずれかに検体ガスを感知する感知センサを備え、
前記感知センサに基づいて、前記制御部は前記第１状態から前記第２状態になるように前記切替手段を切り替える、請求項４または５に記載のガス分析装置。
【請求項７】
前記ガス収容部の容積を変更することにより、前記ガス分離部に供給する検体ガスの流量を制御する、請求項１〜６のいずれかに記載のガス分析装置。
【請求項８】
前記ガス導入部は、前記第４の接続手段を流れるキャリアガスの流速を制御する調圧手段を備える、請求項３〜７のいずれかに記載のガス分析装置。
【請求項９】
前記調圧手段は、バルブ、またはレギュレータである、請求項８に記載のガス分析装置。
【請求項１０】
前記ガス導入部は、前記第１の接続手段を流れる検体ガスの流速を制御する気流発生手段を備える、請求項１〜９のいずれかに記載のガス分析装置。
【請求項１１】
前記ガス導入口および前記ガス排出口には、検体ガスの入口および出口を有するガス採取部が接続され、
前記検体ガスの入口および出口は、逆止弁を備える、請求項１〜１０のいずれかに記載のガス分析装置。
【請求項１２】
前記検体ガスは、アセトンを含む、請求項１〜１１のいずれかに記載のガス分析装置。
【請求項１】
検体ガスを導入するためのガス導入口を備えるガス導入部と、
前記ガス導入部から供給される検体ガスを成分分離するためのマイクロカラムを備えるガス分離部と、
前記ガス分離部により分離されたガス成分を検出するためのガス検出部とを備え、
前記ガス導入部は、検体ガスを保持するためのガス収容部と、前記ガス導入口から前記ガス収容部に検体ガスを導入するための第１の接続手段と、前記ガス収容部から前記ガス分離部に検体ガスを供給するための第２の接続手段と、前記ガス導入口から導入された検体ガスの一部を前記ガス収容部からガス排出口に排出するための第３の接続手段と、前記ガス収容部が前記第１の接続手段および前記第３の接続手段に接続されている状態を第１状態とし、前記ガス収容部が前記第２の接続手段に接続されている状態を第２状態とすると、前記第１状態から前記第２状態、または前記第２状態から前記第１状態に切り替える切替手段とを有する、ガス分析装置。
【請求項２】
前記第２状態において、前記ガス収容部にキャリアガスを供給するための供給手段を有する、請求項１に記載のガス分析装置。
【請求項３】
前記ガス収容部と前記供給手段とを接続するための第４の接続手段を有し、
前記第２状態は、前記ガス収容部が前記第２の接続手段および前記第４の接続手段に接続されている状態である、請求項１または２に記載のガス分析装置。
【請求項４】
前記切替手段は、前記第１状態から前記第２状態、または前記第２状態から前記第１状態に切り替えるタイミングを自動で制御する制御部を有する、請求項１〜３のいずれかに記載のガス分析装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１状態および前記第２状態に交互にそれぞれ一定時間ごとに前記切替手段を自動で切り替える、請求項４に記載のガス分析装置。
【請求項６】
前記ガス導入部は、前記第１の接続手段、前記ガス収容部、または第３の接続手段のいずれかに検体ガスを感知する感知センサを備え、
前記感知センサに基づいて、前記制御部は前記第１状態から前記第２状態になるように前記切替手段を切り替える、請求項４または５に記載のガス分析装置。
【請求項７】
前記ガス収容部の容積を変更することにより、前記ガス分離部に供給する検体ガスの流量を制御する、請求項１〜６のいずれかに記載のガス分析装置。
【請求項８】
前記ガス導入部は、前記第４の接続手段を流れるキャリアガスの流速を制御する調圧手段を備える、請求項３〜７のいずれかに記載のガス分析装置。
【請求項９】
前記調圧手段は、バルブ、またはレギュレータである、請求項８に記載のガス分析装置。
【請求項１０】
前記ガス導入部は、前記第１の接続手段を流れる検体ガスの流速を制御する気流発生手段を備える、請求項１〜９のいずれかに記載のガス分析装置。
【請求項１１】
前記ガス導入口および前記ガス排出口には、検体ガスの入口および出口を有するガス採取部が接続され、
前記検体ガスの入口および出口は、逆止弁を備える、請求項１〜１０のいずれかに記載のガス分析装置。
【請求項１２】
前記検体ガスは、アセトンを含む、請求項１〜１１のいずれかに記載のガス分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１６３８１９（Ｐ２０１１−１６３８１９Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４４６０（Ｐ２０１０−２４４６０）
【出願日】平成２２年２月５日（２０１０．２．５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月５日（２０１０．２．５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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