ガス測定装置
【課題】呼気中に少量含まれる特定のガス成分を精度高く測定する。
【解決手段】呼気測定装置１００は、治験者が呼気を吹込む脱着管路１０８と、脱着管路１０８に接続された測定装置内部に呼気を導入する導入管路１０６と、導入された呼気の特定成分を透過させる選択透過膜１１８と、呼気測定用のセンサ１２２と、外気に晒されたセンサ１２０とを含み、センサ１２２の出力をセンサ１２０の出力を用いて補正したものに基づき、体内から排出された呼気中の特定ガス成分の測定値を出力する。
【解決手段】呼気測定装置１００は、治験者が呼気を吹込む脱着管路１０８と、脱着管路１０８に接続された測定装置内部に呼気を導入する導入管路１０６と、導入された呼気の特定成分を透過させる選択透過膜１１８と、呼気測定用のセンサ１２２と、外気に晒されたセンサ１２０とを含み、センサ１２２の出力をセンサ１２０の出力を用いて補正したものに基づき、体内から排出された呼気中の特定ガス成分の測定値を出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人間の呼気中の特定ガス成分の濃度を測定するガス測定技術に関し、特に、呼気に含まれる特定の成分の濃度を精度高く測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間の呼吸動作では、主として、吸気中の酸素が二酸化炭素と交換される。同時に、体内の水蒸気が体外に排出される。この明細書では、呼吸動作において人体に吸込まれる空気を吸気と呼び、人体から排出される空気を呼気と呼ぶ。通常は、吸気とは外気のことであり、吸気と外気とは同じ成分を有する。
【０００３】
呼気中には、二酸化炭素及び水蒸気以外の、体内で産生するガス成分も含まれている。これらガス成分のうち、特定のガス成分の濃度は、体調によって特徴的に変動することが知られている。この呼気に含まれるこれら特定のガス成分を測定することにより、その人の体調（疾病又はストレス等）を診断することも可能である。このような呼気中の特定のガス成分の濃度を測定するセンサとして、カーボンナノチューブを用いたものが知られている。特許文献１は、特定の成分が二酸化炭素であって、ナノ構造体センサを用いたカプノメーター（呼気炭酸ガス濃度測定器）を開示する。このナノ構造体は、炭素、ホウ素、窒化ホウ素、窒化炭素ホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、窒化ガリウム、酸化亜鉛、リン化インジウム、二流化モリブデン及び銀のいずれかの元素を含み、それによって二酸化炭素濃度を選択的に測定する。
【特許文献１】特表２００７−５１５２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
疾病等を診断するためのガス成分として、たとえば、アセトン、メチルメルカプタン、アンモニア等が知られている。呼気中に含まれる二酸化炭素の濃度は比較的高いが、疾病等の診断に有効な、上記した成分の呼気中の濃度は低いことが多い。人間の呼気の大部分は窒素と二酸化炭素とで占められているため、疾病等の診断を行なう場合には、呼気中の濃度が低い特定のガス成分の濃度を正確に測定することが必要である。さらに、吸気は通常の場合には外気（人体外の空気）である。測定日時又は測定場所によってこの外気に含まれる特定のガス成分は異なる。そのため、呼気中のガス成分の濃度にも変動が生じ、その濃度の変化を正確に測定することはさらに困難になる。
【０００５】
特許文献１に開示された測定技術を二酸化炭素以外の特定のガス成分を検出することに適用することは可能かもしれない。しかし、特許文献１に開示された測定技術のみでは、二酸化炭素よりもはるかに濃度が低い特定のガス成分を、様々な組成の外気（吸気）に対応させて、正確に検出することは困難である。
【０００６】
一方、本願発明者は、上記したカーボンナノチューブの表面を特定の錯体（例えばフタロシアニン等）で修飾することにより、カーボンナノチューブが特定のガスを選択的に吸着することを見出した。錯体のような構造分子にガス分子が捕らえられると、半導体であるカーボンナノチューブから電子が錯体側に引抜かれ、カーボンナノチューブの電気抵抗が大きくなることも見出した。こうした結果を用いると、表面を特定の物質で修飾したカーボンナノチューブの電気抵抗の変化量を知ることにより、雰囲気中の特定ガスの濃度を測定することが可能になると思われる。
【０００７】
しかし、もともとこうしたガスの呼気中の成分の濃度が低いため、上記した表面修飾されたカーボンナノチューブを雰囲気中に置いただけでは良好な感度を確保することがむずかしい。上に述べたように、測定結果が大気の状態の影響を受けるため、そうした影響を排除する必要もある。さらに、カーボンナノチューブの修飾の度合いを均一にすることも難しいことが予想され、センサによる測定結果のばらつきが生ずる可能性もある。呼気中の特定ガス成分の濃度を正確に測定するためには、これらの困難を解決する必要がある。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、呼気中に少量含まれる特定のガス成分の濃度を精度高く測定することができるガス測定装置を提供することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、多くの種類のガス成分を含む呼気について、呼気中に少量含まれる特定のガス成分の濃度を精度高く測定することができるガス測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の局面に係るガス測定装置は、測定対象ガス中の共通の特定ガス成分の濃度を測定する第１及び第２のガスセンサと、第１及び第２のガスセンサに別々に測定対象ガスを接触させるための接触手段と、第２のガスセンサによる測定結果を、第１のガスセンサによる測定結果を用いて補正するための補正手段とを含む。
【００１１】
好ましくは、接触手段は、第１のガスセンサを外気に接触させ、第２のガスセンサを呼気に接触させるための導入手段とを含む。
【００１２】
補正手段は、第１のガスセンサによる測定値を第２のガスセンサによる測定値から差引くための手段を含んでもよい。
【００１３】
さらに好ましくは、ガス測定装置は、基準となる共通のガスを第１及び第２のガスセンサに同時に接触させるための手段と、第１及び第２のガスセンサに同時に共通のガスを接触させたときの、第１及び第２のガスセンサからの出力信号のレベルが所定の関係になるように第１及び第２のガスセンサの出力を校正するための校正手段をさらに含む。
【００１４】
ガス測定装置は、第１及び第２のガスセンサに吸着したガス成分を脱離させるための手段をさらに含んでもよい。
【００１５】
好ましくは、脱離させるための手段は、第１及び第２のガスセンサのいずれの測定結果にも影響しない基準ガスを第１及び第２のガスセンサに供給するための供給手段と、第２のガスセンサによる測定対象ガスの測定時には、基準ガスを第１のガスセンサに供給し、第２のガスセンサへは測定対象ガスを供給するように供給手段を切替えるための手段とを含む。
【００１６】
本発明の第２の局面に係るガス測定装置は、内部空間を有する筐体と、内部空間を、第１の隔室、第１の隔室と離れた第２の隔室、及び第１及び第２の隔室の間に形成された第３の隔室に分離する、内部空間に形成された第１及び第２の隔壁とを含む。第１の隔壁には、第１の隔室及び第２の隔室を連通させる開口が形成されており、第２の隔壁には、第３の隔室及び第２の隔室を連通させる開口が形成されている。このガス測定装置はさらに、第２の隔壁の開口に設けられた、特定のガス成分を透過する第１の機能膜と、第１の隔室内に設けられた第１のガスセンサと、第２の隔室内に設けられた第２のガスセンサと、第３の隔室内にガスを導入するように筐体に形成されたガス導入部と、第１及び第２の隔室内からそれぞれガスを排出するように筐体に形成されたガス排出部とを含む。
【００１７】
好ましくは、第１及び第２の隔室内に基準ガスを導入するように筐体に形成された基準ガス導入部をさらに含む。
【００１８】
より好ましくは、第１及び第２のガスセンサは、それぞれ第１及び第２の隔室内で、第１及び第２の隔壁の開口部に臨む位置に設けられている。
【００１９】
さらに好ましくは、ガス測定装置は、さらに、第３の隔室内に設けられ、第３の隔室内にガス導入部により導入されたガスを、第１及び第２の隔壁の方向に向ける反射板をさらに含む。
【００２０】
ガス測定装置はさらに、第１の隔壁の開口に設けられた、特定のガス成分と付加的なガス成分との双方を透過する第２の機能膜を含んでもよい。
【００２１】
本発明の第３の局面に係るガス測定装置は、測定対象ガス中の共通の特定ガス成分の濃度を測定する第１及び第２のガスセンサと、第１及び第２のガスセンサに同時に共通の測定対象ガスを接触させるための手段と、第１及び第２のガスセンサによる測定結果が所定の関係になるように、第２のガスセンサの出力を校正するための校正手段とを含む。
【００２２】
本発明の第３の局面に係るガス測定装置は、外気に接触する位置に設けられる第１のガスセンサと、第２のガスセンサと、第２のガスセンサ近傍に、生体の呼気を導入するための呼気導入手段と、第２のガスセンサによる測定値を、前記第２のガスセンサによる測定値を用いて補正するための補正手段とを含む。
【００２３】
本発明の第４の局面に係るガス測定装置は、第１及び第２のガスセンサと、第１及び第２のガスセンサ近傍に、生体の呼気を導入するための呼気導入手段と、呼気導入手段により導入された呼気のうち、特定ガス成分及び特定の付加的ガス成分のみを選択的に透過して第２のガスセンサに接触させるための手段と、呼気導入手段により導入された呼気のうち、付加的ガス成分のみを選択的に透過して第１のガスセンサに接触させるための手段と、第２のガスセンサによる測定値を、第１のガスセンサによる測定値を用いて補正するための補正手段とを含む。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ガス測定装置は第１及び第２のガスセンサを含み、これらに別々に測定対象ガスを接触させる。そして、その結果得られた第２のガスセンサによる測定結果を、第１のガスセンサによる測定結果を用いて補正する。そのため、単独のガスセンサで測定するときよりも測定値の精度が高くなる。
【００２５】
補正の際、外気に対する第１のガスセンサの測定結果を用いて第２のガスセンサの測定結果を補正すると、外気内のガス成分の変動による測定誤差をなくすことができる。第１及び第２のガスセンサで基準ガスを測定した結果を用いて、両者の出力が一定の関係となるように（例えば等しい値になるように）第２のガスセンサの出力を校正すると、ガスセンサの製造時の性能のばらつき、経年劣化などによる誤差をなくすことができる。第２のガスセンサに特定ガス成分と付加的ガス成分との合計濃度を測定させ、第１のガスセンサによって付加的ガス成分の濃度のみを測定させることもできる。この場合、第２のガスセンサの出力を第１のガスセンサの出力で補正することにより、特定ガス成分の濃度のみを算出できる。付加的ガス成分の影響をなくすことができ、特定ガス成分の測定精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。なお、以下の説明及び図面では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの機能及び名称も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２７】
＜第１の実施の形態＞
［構成］
以下、本発明の第１の実施の形態に係る呼気測定装置について、図１及び図２を参照して説明する。
【００２８】
図１は、本実施の形態に係る呼気測定装置１００の全体の概略構成を示す斜視図である。図１に示すように、この呼気測定装置１００は、一面を取外した中空の略直方体形状の中空な（内部空間を有する）筐体１０２と、図１における上部から筐体１０２に取付られる平板状の蓋部１０４と、筐体１０２の呼気上流側の一側面に設けられた、筐体１０２内部に測定対象ガスである人間の呼気を導入するための導入管路１０６と、筐体１０２の、導入管路１０６が設けられた面に対向する呼気下流側の面に設けられた排出管路１１０と、蓋部１０４に設けられた測定回路１２４とを含む。測定回路は、後述するように筐体１０２内に設けられるカーボンナノチューブからなるセンサの抵抗値変化から特定ガス成分の濃度を算出し、その結果を表示するためのものである。なお、以後の説明では、図を簡単にするために、この測定回路１２４は図には示さないこととする。
【００２９】
導入管路１０６の内部には、たとえば呼気中の水蒸気を吸着するシリカゲル等が装着される。この呼気測定装置１００は、呼気の導入方向に垂直な方向に筐体１０２に設けられた排出管路１１２をさらに含む。図２は、図１に示す蓋部１０４を取外して、図１の上方から呼気測定装置１００を見た上面図である。なお、筐体１０２は、直方体である必要はない。さらに、この呼気測定装置１００は、図示しない電気回路を備えている。センサの取付ステー及びセンサの電気配線は図示していない。
【００３０】
図１及び図２に示すように、導入管路１０６には脱着可能なマウスピース１０８がさらに設けられる。たとえば、このマウスピース１０８の開放端を利用者が口に咥える。このマウスピース１０８は、利用者ごとに取替える使い捨てのものとすることも好ましい。筐体１０２の内部には、２枚の隔壁１１４及び隔壁１１６が設けられる。隔壁１１４の外側の外気に接触する位置にセンサ１２０が設けられ、筐体１０２と隔壁１１６とで形成される隔室に、センサ１２０と同じ仕様のセンサ１２２が設けられる。なお、隔壁１１６には、穴部１１６Ａが設けられる。隔壁１１６の穴部１１６Ａのセンサ１２２側の開口部分及び筐体１０２内部の排出管路１１２側の開口部分には、選択透過膜１１８が設けられる。この選択透過膜１１８は、センサ１２２で検出したいターゲット分子（たとえばアセトン）のみを透過させる機能膜である。排出管路１１０及び排出管路１１２は、この呼気測定装置１００の外側から外気を進入させないように逆止弁を備える。なお、本実施の形態では、選択透過膜１１８は穴部１１６Ａの部分と、排出管路１１２の開口部分との両方に設けられているが、少なくとも隔壁１１６のセンサ１２２側に設けられていれさえすればよい。以下においては、選択透過膜１１８は、アセトンを透過する機能膜であって、センサ１２０及びセンサ１２２は、アセトンが吸着されると電気抵抗値が変化するセンサであるとして説明する。
【００３１】
センサ１２０及びセンサ１２２は、同じ仕様のセンサである。センサ１２０は吸気用（外気基準用）センサ、センサ１２２は呼気用（測定用）センサである。センサ１２０及びセンサ１２２は、錯体で表面修飾したカーボンナノチューブを用いたセンサであって、測定対象の呼気に含まれるガスの濃度に従ってその表面にそのガスの分子が付着することにより電気抵抗値が変化することを利用して、ガスの濃度を検出するものである。ここでは、選択透過膜１１８を設けていることにより、選択透過膜１１８により透過される特定成分のガス濃度が測定できる。センサ１２０は外気にさらされているため、各種のガス成分が付着する可能性があるが、ここではセンサ１２０及び１２２の双方とも、同じ特定成分については吸着能が高く、それ以外のものについては高くないことを想定している。
【００３２】
呼気測定装置１００は、定電圧電源を備え、センサ１２０及びセンサ１２２には、常に一定の電圧が印加されている。測定ガスに含まれる特定成分がセンサ１２０及びセンサ１２２に吸着されるとセンサ１２０及びセンサ１２２の電気抵抗値が変化する。電気抵抗値が変化するとセンサ１２０及びセンサ１２２のそれぞれに流れる電流値が変化するので、この電流値を測定して、電気抵抗値の変化を測定できる。
【００３３】
センサ１２２を用いて呼気中の特定ガスの濃度変化を測定するにあたり、センサ１２０の出力を吸気（外気）中のガスの濃度を表すものとして、センサ１２２による測定結果（呼気中の特定ガスの濃度）−センサ１２０による測定結果（吸気、すなわち基準となる外気中の特定ガスの濃度）を、人間の体内から排出された呼気に対応するものとしてとらえる。
【００３４】
［動作］
以上のような構造を有する呼気測定装置１００の動作について説明する。
【００３５】
利用者が息を吸込み、マウスピース１０８を口に咥えて口から吐出す。このとき、選択透過膜１１８により空気の円滑な流れが阻止されるので、ある程度の圧力を持って呼気を吐出す必要がある。この結果、矢印Ａ（０）で示されるように呼気が呼気測定装置１００の内部に導入される。導入管路１０６に設けられたシリカゲル等の吸湿剤及び中空糸膜等で水蒸気の一部及び測定対象外のガスがほぼ除去されて、矢印Ａ（１）で示されるように呼気が呼気測定装置１００内に流入する。呼気の一部は、隔壁１１６に設けられた穴部１１６Ａを通りさらに選択透過膜１１８を通って、矢印Ａ（２）及び矢印Ａ（３）で示されるようにセンサ１２２に到達する。このとき、選択透過膜１１８によりアセトンが透過されているので、センサ１２２に到達する呼気にはアセトン以外の余計な成分は含まれない。また、圧力をかけて呼気を吐出すので、センサ１２２に到達する呼気はある流速を持っている。その結果、効率よくセンサ１２２による特定ガス成分の濃度測定を行なうことが可能になる。呼気はこの後、矢印Ａ（４）及びＡ（５）のように流れ、排出管路１１２から外部に排出される。なお、選択透過膜１１８で透過されないガス成分及び呼気は、矢印Ａ（６）及び矢印Ａ（７）のように流れて外部に排出される。排出管路１１０及び排出管路１１２には、逆止弁が設けられているので、通常、外気が呼気測定装置１００の内部に侵入することはない。
【００３６】
一方、センサ１２０は、この呼気測定装置１００の筐体１０２に設けられた隔壁１１４のさらに外側に設けられているので、外気に曝されている状態である。このため、吸気における特定ガス成分（ここでは吸気中のアセトン）の濃度はセンサ１２０の電気抵抗値の変化量により表され、呼気における特定ガス成分（ここでは呼気中のアセトン）の濃度はセンサ１２２の電気抵抗値の変化量により表される。センサ１２２の電気抵抗値の変化量とセンサ１２０の電気抵抗値の変化量との差分が、この呼気に含まれる特定ガス成分であるアセトンに起因する差である。すなわち、この電気抵抗値の変化量の差分と、利用者の人体内で発生しているアセトンの量との間に相関関係が成立する。
【００３７】
選択透過膜１１８がアセトンを透過させる膜であって、アセトンがセンサに多く吸着するほど電気抵抗値が大きく変化する。したがって、電気抵抗値の変化量が大きくなるとアセトンが多く検出されていることを示す。
【００３８】
なお、この場合、測定場所又は測定日時が異なると、外気（吸気）自体に含まれるターゲット分子（ここではアセトン）の濃度が異なってくる。もし、センサ１２２のみであってセンサ１２０を備えない場合には、人体から排出されるターゲット分子の量が、外気中のそのガス成分の量によって変化してしまい、ターゲット分子の濃度の測定値が誤差を含むことになる。しかし、本実施の形態に係る呼気測定装置１００では、その場所におけるその測定日時の外気（吸気）をセンサ１２０で同時に測定してそれを基準にセンサ１２２による測定結果を補正するので、常に外気の変化の影響を考慮した形で、呼気中に含まれるターゲット分子の濃度を測定することができる。
【００３９】
なお、測定のための構成と、センサ１２０の測定結果によるセンサ１２２の測定結果の補正については、以下で説明する各実施の形態と共通である。その説明は第５の実施の形態に関連して説明するので、ここでは詳細については述べない。
【００４０】
以上のようにして、本実施の形態に係る呼気測定装置によると、呼気の測定時には、選択透過膜を用いてターゲット分子を選択して測定用センサに到達させ、測定用センサでその濃度を電気抵抗の変化量の形で測定する。同時に、吸気（外気）中のターゲット分子の濃度を同じ仕様の基準用センサで電気抵抗の変化量の形で測定する。これら測定用センサと基準用センサとの出力の差分を、人体から排出されるターゲット分子の濃度としてとらえるので、低濃度のターゲット分子を精度高く検出することができる。
【００４１】
なお、この第１の実施の形態では、外気を測定するためにセンサ１２０を用いている。このセンサは外気に対して露出するように設けられているが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば、図２においてセンサ１２０が収容されている部分に、開口部を有する蓋を設けるようにしてもよい。またこの蓋の開口部分に、選択透過膜１１８と同じく、特定のガス成分のみを透過する選択透過膜を設けるようにしてもよい。そのような構成とすることによって、センサ１２０の出力は外気中のアセトンの濃度をより忠実に反映することになり、特定のガス成分に関するセンサ１２２の測定結果の精度をさらに高めることができる。
【００４２】
＜第２の実施の形態＞
［構成］
以下、本発明の第２の実施の形態に係る呼気測定装置について、図３及び図４を参照して説明する。図３は上述の図１に対応し、図４は上述の図２に対応する。
【００４３】
図３は、本実施の形態に係る呼気測定装置２００の全体の概略構成を示す斜視図であり、図４は、図３に示す蓋部１０４を取外して、図３の上方から呼気測定装置２００を見た上面図である。
【００４４】
図３及び図４に示すように、本実施の形態に係る呼気測定装置２００は、２つの隔壁により内部に形成された３つの隔室を有する筐体２０２と、隔壁１１６と同様の穴部２１４Ａを備えた隔壁２１４とを含む。さらに、この呼気測定装置２００の中央の隔室には、導入管路１０６から筐体２０２内部に導入され、排出管路１１０に向けて流れる呼気を、センサ１２０及びセンサ１２２の方向に押戻すための反射板２０８が設けられている。乱流が生じて拡販されて、均一なガスがセンサに導入されやすくなる。センサ１２０及びセンサ１２２は、筐体２０２の内部であって、中央の隔室を挟んで向かい合う二つの隔室内にそれぞれ設けられている。
【００４５】
図４に示すように、この呼気測定装置２００は、図の導入管路１０６及び排出管路１１０を結ぶ線を中心として上下に線対称な構成を備える。反射板２０８は、矢印Ａ（１）で示されるように流れてきた呼気を矢印Ａ（２）及び矢印Ａ（８）の２方向に反射させて呼気を効率的にセンサ１２０及びセンサ１２２に到達させる。矢印Ａ（２）の方向には隔壁１１６の穴部１１６Ａ及び選択透過膜１１８が設けられ、矢印Ａ（８）の方向には隔壁２１４の穴部２１４Ａ及び選択透過膜２０６が設けられる。
【００４６】
選択透過膜１１８と選択透過膜２０６とでは、膜を透過するターゲット分子が異なる。たとえば、選択透過膜１１８は、アセトンと水蒸気を選択的に透過させ、選択透過膜２０６は水蒸気のみを選択的に透過させる。つまり、選択透過膜１１８は、選択透過膜２０６とは共通のガス（水蒸気）を透過させるが、選択透過膜はさらに付加的なガス（アセトン）をも透過させる。センサ１２２を用いて呼気中の特定ガス（ここではアセトンとする）の濃度変化を測定するにあたり、センサ１２０の出力を呼気に含まれる水蒸気として、呼気のアセトンと水蒸気とによるセンサ１２２の電気抵抗値の変化量と、呼気の水蒸気によるセンサ１２０の電気抵抗値の変化量との差分を、人間の体内から排出された特定成分のガス（ターゲット分子であるアセトン）によるものとして考える。つまり、センサ１２２の電気抵抗値の変化量からセンサ１２０の電気抵抗値の変化量を差引くと、アセトンの濃度が算出できる。
【００４７】
［動作］
以上のような構造を有する呼気測定装置２００は以下のように動作する。
【００４８】
利用者がマウスピース１０８を口に咥えて呼気を口から吐出すと、矢印Ａ（０）で示されるように呼気が呼気測定装置２００の内部に導入される。導入管路１０６内のシリカゲル等の吸湿剤により水蒸気の一部は除去されて、矢印Ａ（１）で示されるように呼気が呼気測定装置１００内を流れ、反射板２０８に当たる。
【００４９】
反射板２０８に当たって反射した呼気の一部は、隔壁１１６に設けられた穴部１１６Ａを通りさらに選択透過膜１１８を通って、矢印Ａ（２）及び矢印Ａ（３）で示されるようにセンサ１２２に到達する。選択透過膜１１８を透過したガスは、主としてアセトン、窒素及び水蒸気からなる。
【００５０】
反射板２０８に当たって反射した呼気の別の一部は、隔壁２１４に設けられた穴部２１４Ａを通り、さらに選択透過膜２０６を通って、矢印Ａ（９）及び矢印Ａ（１０）で示されるようにセンサ１２０に到達する。ここで、選択透過膜２０６を透過したガスは、主として窒素及び水蒸気からなる。
【００５１】
なお、選択透過膜１１８でも選択透過膜２０６でも透過されない呼気のガス成分は、残りの呼気とともに矢印Ａ（６）及び矢印Ａ（７）のように流れ、外部に排出される。
【００５２】
呼気における特定ガス成分であるアセトン及び水蒸気によるセンサ１２０の電気抵抗値の変化量と、呼気における水蒸気によるセンサ１２２の電気抵抗値の変化量との差分が、この呼気に含まれる特定ガス成分であるアセトンの濃度を示すものとなる。
【００５３】
本実施の形態では、選択透過膜１１８がアセトン及び水蒸気を透過させる膜であり、選択透過膜２０６が水蒸気を透過させる膜である。アセトンがセンサに多く吸着するほど電気抵抗値が大きく変化する。その結果、検出されるアセトン濃度が高くなる。
【００５４】
本実施の形態では、外気（吸気）自体に含まれる水蒸気の濃度に変動があってもその影響を排除することができる。
【００５５】
すなわち、本実施の形態に係る呼気測定装置２００では、呼気を２種類の選択透過膜を用いて透過させて、２個のセンサでそれぞれその電気抵抗値の変化量を測定している。そのため、リアルタイムに水蒸気の影響を補正しながら、呼気中に含まれるターゲット分子の濃度を測定することができる。
【００５６】
以上のようにして、本実施の形態に係る呼気測定装置によると、呼気の測定時には、透過するガスの種類が異なる選択透過膜を少なくとも２種類用いて２つのセンサに到達させてターゲットガス成分の濃度を測定する。それらのセンサの電気抵抗値の変化量の差分に基づいて、利用者の呼気中のターゲット分子の濃度を測定する。その結果、低濃度のターゲット分子でも精度高く検出することができる。さらに、選択透過膜を適切に選定することにより、検出対象の呼気に含まれるガス成分を考慮しながら、検出したいガスの選択性を高めることができる。
【００５７】
＜第３の実施の形態＞
［構成］
以下、本発明の第３の実施の形態に係る呼気測定装置について、図５を参照して説明する。図５は上述の図２又は図４に対応する。
【００５８】
図５は、本実施の形態に係る呼気測定装置３００の蓋部１０４を取外して、上方から呼気測定装置３００を見た上面図である。
【００５９】
本実施の形態に係る呼気測定装置３００は、前述の第２の実施の形態に係る呼気測定装置２００の筐体２０２とは異なり、導入管路１０６側の側面に形成され、筐体３０２と隔壁２１４とで形成される隔室と、筐体３０２と隔壁１１６とで形成される隔室とにそれぞれ連通した、外部から気体をこれら隔室内に導入するための導入管路３０４及び導入管路３０６とを有する。導入管路３０４及び導入管路３０６には逆止弁が設けられる。本実施の形態では、導入管路３０４及び導入管路３０６により隔室内に導入される気体は窒素である。
【００６０】
以上のような構造を有する呼気測定装置３００の動作について説明する。
【００６１】
最初に、導入管路３０４及び導入管路３０６から基準ガスである窒素ガスをこの呼気測定装置３００に導入する。なお、導入管路１０６が逆止弁を備えない場合には、導入管路３０４及び導入管路３０６に加えて導入管路１０６から基準ガスを導入することも好ましい。このとき、この基準ガスである窒素ガスの濃度は、センサ１２０及びセンサ１２２の分解能に鑑み以下に示す初期校正を十分に行なうことができるほど高い純度であるとする。
【００６２】
導入管路３０４から送込まれた基準ガスである窒素ガスは、矢印Ａ（１２）及び矢印Ａ（１３）に示すように流れて、センサ１２０に到達する。導入管路３０６から送込まれた基準ガスである窒素ガスは、矢印Ａ（１４）及び矢印Ａ（１５）に示すように流れて、センサ１２２に到達する。ここで、センサ１２０及びセンサ１２２は同じ仕様のセンサであって、定電圧電源により一定の電圧が印加されている。このため、同じ成分の基準ガスである窒素ガスに接触したセンサ１２０及びセンサ１２２が検出する値は、同じ濃度を示すものとなるはずである。
【００６３】
しかし、センサの個体差、経時変化又は後述する脱離状態によって、これらセンサの電気抵抗値は一般には異なる。基準ガスをこの呼気測定装置３００に導入した状態で、センサ１２０の電気抵抗値から得られる特定ガス成分の濃度及びセンサ１２２の電気抵抗値から得られる特定ガス成分の濃度が同じ値になるように、差動増幅器を備えた初期校正のための電気回路を用いてセンサ出力回路のゲインを調整する。
【００６４】
初期校正の後、導入管路３０４及び導入管路３０６からの基準ガスの導入を止めて、利用者がマウスピース１０８を口に咥えて呼気を吐出し、呼気内の特定ガス成分の濃度を測定する。導入管路３０４及び導入管路３０６に設けられた逆止弁により測定対象の呼気ガスがこれらの導入管路３０４及び導入管路３０６から漏れ出すことはない。
【００６５】
以上のようにして、本実施の形態に係る呼気測定装置によると、呼気の測定前の初期校正として、基準ガスを２つのセンサに到達させて同じ濃度値が得られるようにセンサ出力を校正する。それらのセンサの初期校正後に、利用者から排出される特定ガス成分の濃度を測定するので、センサの個体差があっても、検出したい特定ガス成分の濃度を精度高く測定することができる。
【００６６】
本実施の形態では、以下のようにしてセンサ１２０及び１２２から特定ガス成分の脱離処理を行なう。
【００６７】
脱離処理とは、センサ１２０及びセンサ１２２が吸着したターゲット分子をセンサから脱離させて、センサを測定前の初期状態に戻す処理である。本実施の形態では、脱離は、ターゲット分子を含まないガス、たとえば窒素ガスをセンサ周辺に流すことにより行なわれる。すなわち、利用者によるターゲットガスの測定が終了すると、次の測定前に（次の初期校正前に）、導入管路３０４及び導入管路３０６から脱離ガス（ここでは窒素ガス）をこの呼気測定装置３００に導入して、センサ１２０及びセンサ１２２から測定時に吸着したターゲット分子を脱離させる。
【００６８】
これにより、ある利用者の呼気の測定後に、センサを初期状態に戻すことができ、繰返して呼気濃度を精度高く測定することができる。
【００６９】
＜第４の実施の形態＞
以下、本発明の第４の実施の形態に係る呼気測定装置について、図６を参照して説明する。図６は上述の図５に対応する。
【００７０】
図６は、本実施の形態に係る呼気測定装置４００の蓋部１０４を取外して、上方から呼気測定装置４００を見た上面図である。
【００７１】
本実施の形態に係る呼気測定装置４００は、前述の第３の実施の形態に係る呼気測定装置３００の構成に加えて、センサ１２０及びセンサ１２２の近傍にそれぞれ設けられ、これらセンサからターゲットガス分子を脱離させるためのヒータ４０２及びヒータ４０４を含む。
【００７２】
ヒータ４０２及びヒータ４０４は、脱離処理時に通電されるとセンサ１２０及び１２２を加熱して、これらを活性化させる。その結果、脱離処理に必要な時間を短くできる。このため、利用者が多い場合の測定待ち時間を短くすることができる。
【００７３】
＜第５の実施の形態＞
以下、本発明の第５の実施の形態に係る呼気測定装置について、図７〜図９を参照して説明する。図７は上述の図２、図４、図５及び図６に対応する、本実施の形態に係る呼気測定装置５００の内部を上方から見た上面図である。図７（Ａ）が初期校正時の状態を、図７（Ｂ）が測定時の状態を示す。
【００７４】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、この呼気測定装置５００は、略直方体の筐体５０２と、筐体５０２の内部に２つの隔室を形成するための隔壁５０４とを含む。図の上方側の隔室には校正用センサ５２０が、図の下方側の隔室には測定用センサ５２２が、それぞれ設けられる。
【００７５】
筐体５０２には、図の上方側の隔室に連通した、基準ガス導入管路５０６及び排出管路５０８が設けられるとともに、図の下方側の隔室に連通した、導入管路５１０及び排出管路５１８が設けられる。これらの管路には逆止弁が設けられる。さらに、この呼気測定装置５００の導入管路５１０には、三方弁５１２を介して、基準ガス導入管路５１４と測定ガス導入管路５１６とが設けられる。この三方弁５１２は、図７（Ａ）に示すように基準ガスを呼気測定装置５００に導入する状態と、図７（Ｂ）に示すように測定ガスを呼気測定装置５００に導入する状態とを切替えるための弁である。なお、図７（Ａ）に示す状態と図７（Ｂ）に示す状態とを切替えることができる構造であれば、三方弁に限定されない。三方弁を図示した図７において、管路が接続されていない三方弁の接続口にはキャップが嵌められており、ガスが漏れることはない。
【００７６】
この呼気測定装置５００は、図７では示していない、以下のような補正用（初期校正用）の電気回路を備える。この電気回路は、図１に示す測定回路１２４に対応するもののうち、電気信号の測定に関する部分である。
【００７７】
図８に示すように、この電気回路は、定電圧電源１５０と、校正用センサ５２０の両端が入出力端子に接続された差動増幅器１５２と、測定用センサ５２２の両端が入出力端子に接続された差動増幅器１５４と、ゲイン調整用の差動増幅器１５６及び差動増幅器１５８と、差動増幅器１５６及び差動増幅器１５８からの出力を受けて入力信号の差を出力する差動増幅器１６０とから構成される。
【００７８】
校正用センサ５２０及び測定用センサ５２２は、定電圧電源１５０から供給される電源電圧を電気抵抗Ｒで除算した電流値が流れるように定電流駆動される。校正用センサ５２０及び測定用センサ５２２の抵抗値が変化するとその変化に応じた電圧が差動増幅器１５２及び差動増幅器１５４から出力される。
【００７９】
本実施の形態に係る呼気測定装置５００においては、校正用センサ５２０及び測定用センサ５２２についての初期状態において出力される電圧値が異なると測定されるガスの検出に誤差が生じる。このため、同じ基準ガス（ここでは窒素ガスとする）が校正用センサ５２０及び測定用センサ５２２に触れているとき差動増幅器１６０からの出力が０になるように、差動増幅器１５６及び差動増幅器１５８のゲインを調整する。なお、この呼気測定装置５００は、差動増幅器１６０からの出力を操作者に報知する出力部及び差動増幅器１５６及び差動増幅器１５８のゲイン調整を行なう入力部（調整つまみ等）を備えている。
【００８０】
以上のような構造を有する呼気測定装置５００の動作について説明する。利用者が呼気をこの呼気測定装置５００に吹込む前に、三方弁５１２を図７（Ａ）の状態に切替える。このとき、三方弁５１２により、基準ガス導入管路５１４と導入管路５１０とが連通している状態であって、測定ガス導入管路５１６はどの管路とも連通していない状態にされる。この状態で、基準ガス導入管路５０６及び基準ガス導入管路５１４から基準ガス（ここでは窒素ガス）をこの呼気測定装置５００に導入する。このとき、図７（Ａ）に示すように、黒く太い矢印で示されるように、呼気測定装置５００の上側の隔室に設けられた校正用センサ５２０にも下方側の隔室に設けられた測定用センサ５２２にも基準ガスが到達する。このとき、基準ガス導入管路５０６にも導入管路５１０にも同じ流量の基準ガスが流れるように基準ガスの流量が調整される。
【００８１】
この状態で、初期校正処理として、操作者は、図８に示す差動増幅器１６０からの出力が０になるように調整つまみを操作して差動増幅器１５６及び差動増幅器１５８のゲインを調整する。図９（Ａ）に校正用センサ５２０の電気抵抗値の時間変化を、図９（Ｂ）に測定用センサ５２２の電気抵抗値の時間変化を、図９（Ｃ）に測定用センサ５２２の電気抵抗値と校正用センサ５２０の電気抵抗値との差分の時間変化を、それぞれ示す。初期校正処理が完了したのは時間０であるとする。このときの縦軸切片が図９（Ａ）と図９（Ｂ）とで一致していることは、初期校正が正しく行なわれていることを示す。
【００８２】
予め、利用者の呼気をテドラーバッグに収集し、基準ガス（窒素）とともにこの呼気測定装置５００の三方弁５１２に供給可能に接続しておく。初期校正の後、時間Ｔ（Ｓ）を経過するまでは三方弁５１２を切替えないで図７（Ａ）の状態で校正用センサ５２０及び測定用センサ５２２に同流量の基準ガスを流す。時間Ｔ（Ｓ）において、三方弁５１２を図７（Ｂ）の状態に切替えるとともに、利用者の呼気と基準ガスとを、三方弁５１２を介して導入管路５１０へ送込む。三方弁５１２を図７（Ｂ）の状態に切替える。三方弁５１２により、基準ガス導入管路５１４はどの管路とも連通せず、測定ガス導入管路５１６と導入管路５１０とが連通した状態となる。
【００８３】
図７（Ｂ）の黒く太い矢印で示されるように、呼気測定装置５００の上側の隔室に設けられた校正用センサ５２０に基準ガスが到達し、白く太い矢印で示されるように、呼気測定装置５００の下側の隔室に設けられた測定用センサ５２２に測定ガスを含む基準ガスが到達する。このとき、基準ガス導入管路５０６にも導入管路５１０にも同じ流量のガスが流れるように基準ガスの流量及び測定ガスを含む基準ガスの流量が調整される。
【００８４】
呼気測定の開始時間である時間Ｔ（Ｓ）から終了時間である時間Ｔ（Ｅ）の間においては、図９（Ａ）に示すように、校正用センサ５２０の電気抵抗値は、基準ガス中の何らかの気体分子が付着するため、時間とともに緩やかに増加するように変化する。一方、図９（Ｂ）に示すように測定用センサ５２２の電気抵抗値は、校正用センサ５２０と同じように時間とともに緩やかに増加することに加え、測定ガスに含まれる特定ガス成分の存在に起因する増加を示す。その結果、図９（Ｃ）に示されるように、両者の差（（Ｂ）−（Ａ））に対応する信号が、補正後の信号として差動増幅器１６０から出力される。この信号のうち、図９（Ｃ）において、信号がおおよそ安定している時間Ｔ（２）〜Ｔ（３）の間の信号が測定値として決定される。
【００８５】
以上のように、本実施の形態に係る呼気測定装置５００によると、（１）同じ流量の基準ガス（窒素ガス）を２つのセンサに流して初期校正（差動出力値が０になるようにゲイン調整）することにより、センサ間の個体差の影響が測定値に現れないようにし、（２）測定時においては、同じ流量の基準ガスを校正用センサに流しながら測定ガスを含む基準ガスを測定用センサに流して、測定用センサの測定値と校正用センサの測定値の差分を最終測定値とした。この結果、センサ間の個体差の影響も、測定時の外乱（外気の変動）の影響も受けることなく、精度高く呼気に含まれる特定ガスを測定することができる。
【００８６】
なお、この第５の実施の形態でも脱離処理を行なう。この脱離処理においては、図７（Ｂ）に示す状態から、図７（Ａ）に示すように三方弁５１２を切替えて基準ガスを測定用センサ５２２に到達させる。これにより、測定用センサ５２２が吸着した特定ガスのターゲット分子がセンサから脱離し、センサを測定前の初期状態に戻すことができる。さらに、第４の実施の形態のように、センサ近傍にヒータを設けることも脱離処理を促進させる点で好ましい。
【００８７】
＜第６の実施の形態＞
以下、本発明の第６の実施の形態に係る呼気測定装置について、図１０を参照して説明する。図１０は上述の図７に対応し、本実施の形態に係る呼気測定装置６００の内部を上方から見た上面図である。図１０（Ａ）が初期校正時の状態を、図１０（Ｂ）が測定時の状態を示す。
【００８８】
図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示すように、この呼気測定装置６００は、上述の第５の実施の形態に係る呼気測定装置５００の構成に代えて、略直方体の筐体６０２を含む。この筐体６０２には、この呼気測定措置６００の内部に３つの隔室を形成するために、図７に示す隔壁５０４に加えて、隔壁５０４の両側にそれぞれ設けられた隔壁６２０及び隔壁６３０を含む。隔壁６２０は穴部６２０Ａを有し、さらにセンサ５２０側から穴部６２０Ａを覆うように選択透過膜６２２が設けられる。隔壁６３０は穴部６３０Ａを有し、さらにセンサ５２２側から穴部６３０Ａを覆うように選択透過膜６３２が設けられる。基準ガス導入管路５０６及び排出管路５０８は隔壁５０４及び６２０により形成される隔室内に開口する位置に設けられ、基準ガス導入管路５１０及び排出管路５１８は隔壁５０４及び６３０により形成される隔室内に開口する位置に設けられる。
【００８９】
この第６の実施の形態にかかる呼気測定装置６００の動作は、第５の実施の形態にかかるものと同様である。ただし、センサ５２０に到達するガスが選択透過膜６２２を透過したものであり、センサ５２２に到達するガスが選択透過膜６３２を透過したものである点が異なる。
【００９０】
本実施の形態に係る呼気測定装置６００は、第５の実施の形態に係る呼気測定装置５００の効果に加えて、第１の実施の形態に係る呼気測定装置１００、第２の実施の形態に係る呼気測定装置２００及び第３の実施の形態に係る呼気測定装置３００と同様に、選択透過膜の選定により検出したいガスの選択性を高めることができる。
【００９１】
＜第７の実施の形態＞
以下、本発明の第７の実施の形態に係る呼気測定装置について、図１１を参照して説明する。図１１は上述の図１０に対応する、本実施の形態に係る呼気測定装置７００の内部を上方から見た上面図である。図１１（Ａ）が初期校正時の状態を、図１１（Ｂ）が測定時の状態を、図１１（Ｃ）が脱離時の状態をそれぞれ示す。
【００９２】
この呼気測定装置７００は、上述の第６の実施の形態に係る呼気測定装置６００の構成に代えて、略直方体の筐体７０２を含む。この筐体７０２には、測定用センサ５２２が設置される隔室からガスを排出する排出管路７２４が設けられる。この排出管路７２４には逆止弁が設けられる。さらに、この呼気測定装置７００の導入管路７１０には、２個の三方弁７１２及び三方弁７１６を含む導入管路系が設けられる。
【００９３】
筐体７０２には、導入管路７１０及び導入管路７２０が、それぞれこの呼気測定装置７００の内部の隔壁５０４と隔壁６２０とにより形成される隔室内と、隔壁５０４と隔壁６３０とにより形成される隔室内とに連通可能に設けられる。三方弁７１２は、導入管路７１０と基準ガス導入管路７１４と測定ガス導入管路７２２とに接続されている。三方弁７１６は、導入管路７２０と基準ガス導入管路７１４と基準ガス導入管路７１８とに接続されている。
【００９４】
［初期校正動作］
以上のような構造を有する本実施の形態に係る呼気測定装置７００の動作（特に他の実施の形態と異なる三方弁の動作）について説明する。
【００９５】
図１１（Ａ）に示すように、三方弁７１２を切替え、導入管路７１０と基準ガス導入管路７１４とが連通し、測定ガス導入管路７２２がどの管路とも連通していない状態とする。三方弁７１６を切替え、基準ガス導入管路７１４と基準ガス導入管路７１８とが連通している状態し、導入管路７２０がどの管路とも連通していない状態にとする。この状態では、導入管路７２０にはガスは流れない。
【００９６】
この状態で、基準ガス導入管路５０６及び基準ガス導入管路７１８から基準ガスを流し、呼気測定装置７００に導入する。図１１（Ａ）を参照して、基準ガス導入管路５０６及び導入管路７１０から同じ流量の基準ガスが黒く太い矢印で示されるようにこの呼気測定装置７００に導入されて、第５の実施の形態において説明した初期校正処理が行なわれる。
【００９７】
［測定動作］
図１１（Ｂ）に示すように、三方弁７１２を切替え、基準ガス導入管路７１４がどの管路とも連通しておらず、導入管路７１０と測定ガス導入管路７２２とが連通している状態とする。三方弁７１６を切替え、基準ガス導入管路７１８がどの管路とも連通していない状態とする。導入管路７２０にはガスは流れない。
【００９８】
この状態で、基準ガス導入管路５０６から基準ガスを、測定ガス導入管路７２２から測定ガスを含む基準ガスを、それぞれこの呼気測定装置７００に導入する。このとき、図１１（Ｂ）を参照して、基準ガス導入管路５０６から基準ガスが黒く太い矢印で示されるように呼気測定装置７００に導入され、同じ流量の測定ガスを含む基準ガスが白く太い矢印で示されるように呼気測定装置７００に導入されて、第５の実施の形態において説明したものと同様の測定処理が行なわれる。
【００９９】
［脱離動作］
図１１（Ｃ）に示すように、三方弁７１２を切替え、導入管路７１０と基準ガス導入管路７１４とが連通し、測定ガス導入管路７２２がどの管路とも連通していない状態とする。三方弁７１６を切替え、基準ガス導入管路７１４と基準ガス導入管路７１８と導入管路７２０とが連通した状態とする。導入管路７１０にも導入管路７２０にも基準ガス導入管路７１８から導入されたガスが流れる。
【０１００】
この状態で、基準ガス導入管路５０６及び基準ガス導入管路７１８から基準ガスをこの呼気測定装置７００に導入する。図１１（Ｃ）を参照して、基準ガス導入管路５０６、導入管路７１０及び導入管路７２０から基準ガスが黒く太い矢印で示されるように呼気測定装置７００に導入される。基準ガスは、隔壁５０４及び６２０により形成された隔室と、隔壁５０４及び６３０により形成された隔室と、センサ５２２が設けられた隔室とに導入され、それぞれ排出管路５０８、排出管路５１８、排出管路７２４により排出される。
【０１０１】
この構成では、基準ガス（脱離ガス）を、効率よくセンサ５２２が設けられた隔室内に送込むことができるので、より早期に確実にセンサ５２２からターゲット分子を脱離することができる。
【０１０２】
＜第８の実施の形態＞
以下、本発明の第８の実施の形態に係る呼気測定装置について、図１２を参照して説明する。図１２は上述の図１１に対応する上面図であり、本実施の形態に係る呼気測定装置８００の内部を上方から見た上面図である。図１２（Ａ）が初期校正時の状態を、図１２（Ｂ）が測定時の状態を、図１２（Ｃ）が脱離時の状態をそれぞれ示す。
【０１０３】
この呼気測定装置８００は、上述の第７の実施の形態に係る呼気測定装置６００の構成に代えて、略直方体の筐体８０２を含む。この筐体８０２には、校正用センサ５２０が設置される隔室にガスを導入する導入管路８１０、及びこの隔室からガスを排出する排出管路８０４が設けられる。これらの管路には逆止弁が設けられる。
【０１０４】
筐体８０２には、導入管路８１０及び導入管路８１４が、それぞれこの呼気測定装置８００の内部の隔壁５０４及び６２０により形成される隔室と、センサ５２０が設けられた隔室とにそれぞれ連通可能に設けられる。導入管路８１０には、三方弁８１２を含む導入管路系が設けられる。三方弁８１２は、導入管路８１０と導入管路８１４と基準ガス導入管路８１６とに接続されている。
【０１０５】
［脱離動作］
以上のような構造を有する本実施の形態に係る呼気測定装置８００の動作（特に他の実施の形態と異なる三方弁の動作）について説明する。
【０１０６】
最初に、三方弁７１２，７１６、及び８１２を切替え、導入管路７１０，７１４，及び８１４がすべて基準ガス導入管路７１８または基準ガス導入管路８１６に接続されるように、かつ導入管路７２０及び８１０には基準ガスが導入されない状態とする。この状態で基準ガスを導入管路７１０、７１４及び８１４を介して呼気測定装置８００内部に流し、初期校正処理を行なう。
【０１０７】
続いて三方弁７１２を切替えて測定ガスを導入管路７１０に導入する。測定ガスは選択透過膜６３２を透過してセンサ５２２に到達し、測定ガス中の特定ガス成分の濃度測定が行なわれる。測定動作そのものは上記実施の形態と同様である。
【０１０８】
測定が終了すると、図１２（Ｃ）に示すように三方弁８１２を切替え、導入管路８１０及び８１４が基準ガス導入管路８１６と連通している状態とする。三方弁７１６を切替え、基準ガス導入管路７１４及び７２０がともに基準ガス導入管路７１８に連通した状態とする。
【０１０９】
この状態で、基準ガス導入管路８１６及び基準ガス導入管路７１８から基準ガスを呼気測定装置８００に導入する。このとき、図１２（Ｃ）を参照して、導入管路８１０及び導入管路８１４並びに導入管路７１０及び導入管路７２０から基準ガスが黒く太い矢印で示されるように呼気測定装置８００に導入される。基準ガスは、導入管路７１０及び７１４を介して隔壁５０４及び６３０により形成された隔室に導入され、導入管路８１４を介して隔壁５０４及び６２０により形成された隔室に導入される。さらに、基準ガスは、導入管路７２０を介してセンサ５２２が設けられた隔室に導入され、導入管路８１０を介してセンサ５２０が設けられた隔室に導入される。
【０１１０】
すなわち、多くの基準ガス（脱離ガス）を、２つのセンサ５２０及び５２２に効率的に送込むことができるので、より早く、確実にセンサ５２０及び５２２からターゲット分子を脱離することができる。
【０１１１】
上記実施の形態では、錯体等で表面修飾したカーボンナノチューブを用いたセンサと、特定のガス成分のみを透過する選択透過膜とを組合わせている。こうした構成によって、次のような効果が生じる。例えば表面修飾した物質が２種類以上のガス成分を吸着してしまうものである場合を想定する。選択透過膜がターゲットとなる特定のガス成分のみを透過するものであれば問題はないが、選択透過膜がターゲットとなるガス成分と、別の種類のガス成分との双方を透過してしまう場合には、そのままではターゲットとなるガス成分の測定が行えない。
【０１１２】
しかしそうした場合でも、選択透過膜が透過するガスの内でターゲット以外のガス成分と、表面修飾した物質が吸着する物質の内でターゲット以外のガス成分とに共通のものがなければ、結果としてセンサにはターゲットのガス成分のみが吸着されることになる。したがって、ターゲットのガス成分の測定を行なうことができる。
【０１１３】
逆に言うと、使用する選択透過膜がターゲットとなるガス成分のみを透過するもので、それ以外のガス成分を全く透過しないものであれば、特定のガス成分のみを選択的に吸着する物質でセンサ表面を修飾する必要はない。
【０１１４】
今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上述した実施の形態のみに限定されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含む。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る呼気測定装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す呼気測定装置の内部を上方から見た図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る呼気測定装置の全体構成を示す斜視図である。
【図４】図２に示す呼気測定装置の内部を上方から見た図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る呼気測定装置の内部を上方から見た図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る呼気測定装置の内部を上方から見た図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態に係る呼気測定装置の内部を上方から見た図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係る呼気測定装置が備える電気回路を示す図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態に係る呼気測定装置におけるセンサの電気抵抗値の時間変化を示す図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態に係る呼気測定装置の内部を上方から見た図である。
【図１１】本発明の第７の実施の形態に係る呼気測定装置の内部を上方から見た図である。
【図１２】本発明の第８の実施の形態に係る呼気測定装置の内部を上方から見た図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００，８００ 呼気測定装置
１２０、１２２ センサ
１１８、２０６ 選択透過膜
２０８ 反射板
１１４、１１６、２１４、５０４、６２０、６３０ 隔壁
４０２、４０４ ヒータ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人間の呼気中の特定ガス成分の濃度を測定するガス測定技術に関し、特に、呼気に含まれる特定の成分の濃度を精度高く測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間の呼吸動作では、主として、吸気中の酸素が二酸化炭素と交換される。同時に、体内の水蒸気が体外に排出される。この明細書では、呼吸動作において人体に吸込まれる空気を吸気と呼び、人体から排出される空気を呼気と呼ぶ。通常は、吸気とは外気のことであり、吸気と外気とは同じ成分を有する。
【０００３】
呼気中には、二酸化炭素及び水蒸気以外の、体内で産生するガス成分も含まれている。これらガス成分のうち、特定のガス成分の濃度は、体調によって特徴的に変動することが知られている。この呼気に含まれるこれら特定のガス成分を測定することにより、その人の体調（疾病又はストレス等）を診断することも可能である。このような呼気中の特定のガス成分の濃度を測定するセンサとして、カーボンナノチューブを用いたものが知られている。特許文献１は、特定の成分が二酸化炭素であって、ナノ構造体センサを用いたカプノメーター（呼気炭酸ガス濃度測定器）を開示する。このナノ構造体は、炭素、ホウ素、窒化ホウ素、窒化炭素ホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、窒化ガリウム、酸化亜鉛、リン化インジウム、二流化モリブデン及び銀のいずれかの元素を含み、それによって二酸化炭素濃度を選択的に測定する。
【特許文献１】特表２００７−５１５２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
疾病等を診断するためのガス成分として、たとえば、アセトン、メチルメルカプタン、アンモニア等が知られている。呼気中に含まれる二酸化炭素の濃度は比較的高いが、疾病等の診断に有効な、上記した成分の呼気中の濃度は低いことが多い。人間の呼気の大部分は窒素と二酸化炭素とで占められているため、疾病等の診断を行なう場合には、呼気中の濃度が低い特定のガス成分の濃度を正確に測定することが必要である。さらに、吸気は通常の場合には外気（人体外の空気）である。測定日時又は測定場所によってこの外気に含まれる特定のガス成分は異なる。そのため、呼気中のガス成分の濃度にも変動が生じ、その濃度の変化を正確に測定することはさらに困難になる。
【０００５】
特許文献１に開示された測定技術を二酸化炭素以外の特定のガス成分を検出することに適用することは可能かもしれない。しかし、特許文献１に開示された測定技術のみでは、二酸化炭素よりもはるかに濃度が低い特定のガス成分を、様々な組成の外気（吸気）に対応させて、正確に検出することは困難である。
【０００６】
一方、本願発明者は、上記したカーボンナノチューブの表面を特定の錯体（例えばフタロシアニン等）で修飾することにより、カーボンナノチューブが特定のガスを選択的に吸着することを見出した。錯体のような構造分子にガス分子が捕らえられると、半導体であるカーボンナノチューブから電子が錯体側に引抜かれ、カーボンナノチューブの電気抵抗が大きくなることも見出した。こうした結果を用いると、表面を特定の物質で修飾したカーボンナノチューブの電気抵抗の変化量を知ることにより、雰囲気中の特定ガスの濃度を測定することが可能になると思われる。
【０００７】
しかし、もともとこうしたガスの呼気中の成分の濃度が低いため、上記した表面修飾されたカーボンナノチューブを雰囲気中に置いただけでは良好な感度を確保することがむずかしい。上に述べたように、測定結果が大気の状態の影響を受けるため、そうした影響を排除する必要もある。さらに、カーボンナノチューブの修飾の度合いを均一にすることも難しいことが予想され、センサによる測定結果のばらつきが生ずる可能性もある。呼気中の特定ガス成分の濃度を正確に測定するためには、これらの困難を解決する必要がある。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、呼気中に少量含まれる特定のガス成分の濃度を精度高く測定することができるガス測定装置を提供することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、多くの種類のガス成分を含む呼気について、呼気中に少量含まれる特定のガス成分の濃度を精度高く測定することができるガス測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の局面に係るガス測定装置は、測定対象ガス中の共通の特定ガス成分の濃度を測定する第１及び第２のガスセンサと、第１及び第２のガスセンサに別々に測定対象ガスを接触させるための接触手段と、第２のガスセンサによる測定結果を、第１のガスセンサによる測定結果を用いて補正するための補正手段とを含む。
【００１１】
好ましくは、接触手段は、第１のガスセンサを外気に接触させ、第２のガスセンサを呼気に接触させるための導入手段とを含む。
【００１２】
補正手段は、第１のガスセンサによる測定値を第２のガスセンサによる測定値から差引くための手段を含んでもよい。
【００１３】
さらに好ましくは、ガス測定装置は、基準となる共通のガスを第１及び第２のガスセンサに同時に接触させるための手段と、第１及び第２のガスセンサに同時に共通のガスを接触させたときの、第１及び第２のガスセンサからの出力信号のレベルが所定の関係になるように第１及び第２のガスセンサの出力を校正するための校正手段をさらに含む。
【００１４】
ガス測定装置は、第１及び第２のガスセンサに吸着したガス成分を脱離させるための手段をさらに含んでもよい。
【００１５】
好ましくは、脱離させるための手段は、第１及び第２のガスセンサのいずれの測定結果にも影響しない基準ガスを第１及び第２のガスセンサに供給するための供給手段と、第２のガスセンサによる測定対象ガスの測定時には、基準ガスを第１のガスセンサに供給し、第２のガスセンサへは測定対象ガスを供給するように供給手段を切替えるための手段とを含む。
【００１６】
本発明の第２の局面に係るガス測定装置は、内部空間を有する筐体と、内部空間を、第１の隔室、第１の隔室と離れた第２の隔室、及び第１及び第２の隔室の間に形成された第３の隔室に分離する、内部空間に形成された第１及び第２の隔壁とを含む。第１の隔壁には、第１の隔室及び第２の隔室を連通させる開口が形成されており、第２の隔壁には、第３の隔室及び第２の隔室を連通させる開口が形成されている。このガス測定装置はさらに、第２の隔壁の開口に設けられた、特定のガス成分を透過する第１の機能膜と、第１の隔室内に設けられた第１のガスセンサと、第２の隔室内に設けられた第２のガスセンサと、第３の隔室内にガスを導入するように筐体に形成されたガス導入部と、第１及び第２の隔室内からそれぞれガスを排出するように筐体に形成されたガス排出部とを含む。
【００１７】
好ましくは、第１及び第２の隔室内に基準ガスを導入するように筐体に形成された基準ガス導入部をさらに含む。
【００１８】
より好ましくは、第１及び第２のガスセンサは、それぞれ第１及び第２の隔室内で、第１及び第２の隔壁の開口部に臨む位置に設けられている。
【００１９】
さらに好ましくは、ガス測定装置は、さらに、第３の隔室内に設けられ、第３の隔室内にガス導入部により導入されたガスを、第１及び第２の隔壁の方向に向ける反射板をさらに含む。
【００２０】
ガス測定装置はさらに、第１の隔壁の開口に設けられた、特定のガス成分と付加的なガス成分との双方を透過する第２の機能膜を含んでもよい。
【００２１】
本発明の第３の局面に係るガス測定装置は、測定対象ガス中の共通の特定ガス成分の濃度を測定する第１及び第２のガスセンサと、第１及び第２のガスセンサに同時に共通の測定対象ガスを接触させるための手段と、第１及び第２のガスセンサによる測定結果が所定の関係になるように、第２のガスセンサの出力を校正するための校正手段とを含む。
【００２２】
本発明の第３の局面に係るガス測定装置は、外気に接触する位置に設けられる第１のガスセンサと、第２のガスセンサと、第２のガスセンサ近傍に、生体の呼気を導入するための呼気導入手段と、第２のガスセンサによる測定値を、前記第２のガスセンサによる測定値を用いて補正するための補正手段とを含む。
【００２３】
本発明の第４の局面に係るガス測定装置は、第１及び第２のガスセンサと、第１及び第２のガスセンサ近傍に、生体の呼気を導入するための呼気導入手段と、呼気導入手段により導入された呼気のうち、特定ガス成分及び特定の付加的ガス成分のみを選択的に透過して第２のガスセンサに接触させるための手段と、呼気導入手段により導入された呼気のうち、付加的ガス成分のみを選択的に透過して第１のガスセンサに接触させるための手段と、第２のガスセンサによる測定値を、第１のガスセンサによる測定値を用いて補正するための補正手段とを含む。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ガス測定装置は第１及び第２のガスセンサを含み、これらに別々に測定対象ガスを接触させる。そして、その結果得られた第２のガスセンサによる測定結果を、第１のガスセンサによる測定結果を用いて補正する。そのため、単独のガスセンサで測定するときよりも測定値の精度が高くなる。
【００２５】
補正の際、外気に対する第１のガスセンサの測定結果を用いて第２のガスセンサの測定結果を補正すると、外気内のガス成分の変動による測定誤差をなくすことができる。第１及び第２のガスセンサで基準ガスを測定した結果を用いて、両者の出力が一定の関係となるように（例えば等しい値になるように）第２のガスセンサの出力を校正すると、ガスセンサの製造時の性能のばらつき、経年劣化などによる誤差をなくすことができる。第２のガスセンサに特定ガス成分と付加的ガス成分との合計濃度を測定させ、第１のガスセンサによって付加的ガス成分の濃度のみを測定させることもできる。この場合、第２のガスセンサの出力を第１のガスセンサの出力で補正することにより、特定ガス成分の濃度のみを算出できる。付加的ガス成分の影響をなくすことができ、特定ガス成分の測定精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。なお、以下の説明及び図面では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの機能及び名称も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２７】
＜第１の実施の形態＞
［構成］
以下、本発明の第１の実施の形態に係る呼気測定装置について、図１及び図２を参照して説明する。
【００２８】
図１は、本実施の形態に係る呼気測定装置１００の全体の概略構成を示す斜視図である。図１に示すように、この呼気測定装置１００は、一面を取外した中空の略直方体形状の中空な（内部空間を有する）筐体１０２と、図１における上部から筐体１０２に取付られる平板状の蓋部１０４と、筐体１０２の呼気上流側の一側面に設けられた、筐体１０２内部に測定対象ガスである人間の呼気を導入するための導入管路１０６と、筐体１０２の、導入管路１０６が設けられた面に対向する呼気下流側の面に設けられた排出管路１１０と、蓋部１０４に設けられた測定回路１２４とを含む。測定回路は、後述するように筐体１０２内に設けられるカーボンナノチューブからなるセンサの抵抗値変化から特定ガス成分の濃度を算出し、その結果を表示するためのものである。なお、以後の説明では、図を簡単にするために、この測定回路１２４は図には示さないこととする。
【００２９】
導入管路１０６の内部には、たとえば呼気中の水蒸気を吸着するシリカゲル等が装着される。この呼気測定装置１００は、呼気の導入方向に垂直な方向に筐体１０２に設けられた排出管路１１２をさらに含む。図２は、図１に示す蓋部１０４を取外して、図１の上方から呼気測定装置１００を見た上面図である。なお、筐体１０２は、直方体である必要はない。さらに、この呼気測定装置１００は、図示しない電気回路を備えている。センサの取付ステー及びセンサの電気配線は図示していない。
【００３０】
図１及び図２に示すように、導入管路１０６には脱着可能なマウスピース１０８がさらに設けられる。たとえば、このマウスピース１０８の開放端を利用者が口に咥える。このマウスピース１０８は、利用者ごとに取替える使い捨てのものとすることも好ましい。筐体１０２の内部には、２枚の隔壁１１４及び隔壁１１６が設けられる。隔壁１１４の外側の外気に接触する位置にセンサ１２０が設けられ、筐体１０２と隔壁１１６とで形成される隔室に、センサ１２０と同じ仕様のセンサ１２２が設けられる。なお、隔壁１１６には、穴部１１６Ａが設けられる。隔壁１１６の穴部１１６Ａのセンサ１２２側の開口部分及び筐体１０２内部の排出管路１１２側の開口部分には、選択透過膜１１８が設けられる。この選択透過膜１１８は、センサ１２２で検出したいターゲット分子（たとえばアセトン）のみを透過させる機能膜である。排出管路１１０及び排出管路１１２は、この呼気測定装置１００の外側から外気を進入させないように逆止弁を備える。なお、本実施の形態では、選択透過膜１１８は穴部１１６Ａの部分と、排出管路１１２の開口部分との両方に設けられているが、少なくとも隔壁１１６のセンサ１２２側に設けられていれさえすればよい。以下においては、選択透過膜１１８は、アセトンを透過する機能膜であって、センサ１２０及びセンサ１２２は、アセトンが吸着されると電気抵抗値が変化するセンサであるとして説明する。
【００３１】
センサ１２０及びセンサ１２２は、同じ仕様のセンサである。センサ１２０は吸気用（外気基準用）センサ、センサ１２２は呼気用（測定用）センサである。センサ１２０及びセンサ１２２は、錯体で表面修飾したカーボンナノチューブを用いたセンサであって、測定対象の呼気に含まれるガスの濃度に従ってその表面にそのガスの分子が付着することにより電気抵抗値が変化することを利用して、ガスの濃度を検出するものである。ここでは、選択透過膜１１８を設けていることにより、選択透過膜１１８により透過される特定成分のガス濃度が測定できる。センサ１２０は外気にさらされているため、各種のガス成分が付着する可能性があるが、ここではセンサ１２０及び１２２の双方とも、同じ特定成分については吸着能が高く、それ以外のものについては高くないことを想定している。
【００３２】
呼気測定装置１００は、定電圧電源を備え、センサ１２０及びセンサ１２２には、常に一定の電圧が印加されている。測定ガスに含まれる特定成分がセンサ１２０及びセンサ１２２に吸着されるとセンサ１２０及びセンサ１２２の電気抵抗値が変化する。電気抵抗値が変化するとセンサ１２０及びセンサ１２２のそれぞれに流れる電流値が変化するので、この電流値を測定して、電気抵抗値の変化を測定できる。
【００３３】
センサ１２２を用いて呼気中の特定ガスの濃度変化を測定するにあたり、センサ１２０の出力を吸気（外気）中のガスの濃度を表すものとして、センサ１２２による測定結果（呼気中の特定ガスの濃度）−センサ１２０による測定結果（吸気、すなわち基準となる外気中の特定ガスの濃度）を、人間の体内から排出された呼気に対応するものとしてとらえる。
【００３４】
［動作］
以上のような構造を有する呼気測定装置１００の動作について説明する。
【００３５】
利用者が息を吸込み、マウスピース１０８を口に咥えて口から吐出す。このとき、選択透過膜１１８により空気の円滑な流れが阻止されるので、ある程度の圧力を持って呼気を吐出す必要がある。この結果、矢印Ａ（０）で示されるように呼気が呼気測定装置１００の内部に導入される。導入管路１０６に設けられたシリカゲル等の吸湿剤及び中空糸膜等で水蒸気の一部及び測定対象外のガスがほぼ除去されて、矢印Ａ（１）で示されるように呼気が呼気測定装置１００内に流入する。呼気の一部は、隔壁１１６に設けられた穴部１１６Ａを通りさらに選択透過膜１１８を通って、矢印Ａ（２）及び矢印Ａ（３）で示されるようにセンサ１２２に到達する。このとき、選択透過膜１１８によりアセトンが透過されているので、センサ１２２に到達する呼気にはアセトン以外の余計な成分は含まれない。また、圧力をかけて呼気を吐出すので、センサ１２２に到達する呼気はある流速を持っている。その結果、効率よくセンサ１２２による特定ガス成分の濃度測定を行なうことが可能になる。呼気はこの後、矢印Ａ（４）及びＡ（５）のように流れ、排出管路１１２から外部に排出される。なお、選択透過膜１１８で透過されないガス成分及び呼気は、矢印Ａ（６）及び矢印Ａ（７）のように流れて外部に排出される。排出管路１１０及び排出管路１１２には、逆止弁が設けられているので、通常、外気が呼気測定装置１００の内部に侵入することはない。
【００３６】
一方、センサ１２０は、この呼気測定装置１００の筐体１０２に設けられた隔壁１１４のさらに外側に設けられているので、外気に曝されている状態である。このため、吸気における特定ガス成分（ここでは吸気中のアセトン）の濃度はセンサ１２０の電気抵抗値の変化量により表され、呼気における特定ガス成分（ここでは呼気中のアセトン）の濃度はセンサ１２２の電気抵抗値の変化量により表される。センサ１２２の電気抵抗値の変化量とセンサ１２０の電気抵抗値の変化量との差分が、この呼気に含まれる特定ガス成分であるアセトンに起因する差である。すなわち、この電気抵抗値の変化量の差分と、利用者の人体内で発生しているアセトンの量との間に相関関係が成立する。
【００３７】
選択透過膜１１８がアセトンを透過させる膜であって、アセトンがセンサに多く吸着するほど電気抵抗値が大きく変化する。したがって、電気抵抗値の変化量が大きくなるとアセトンが多く検出されていることを示す。
【００３８】
なお、この場合、測定場所又は測定日時が異なると、外気（吸気）自体に含まれるターゲット分子（ここではアセトン）の濃度が異なってくる。もし、センサ１２２のみであってセンサ１２０を備えない場合には、人体から排出されるターゲット分子の量が、外気中のそのガス成分の量によって変化してしまい、ターゲット分子の濃度の測定値が誤差を含むことになる。しかし、本実施の形態に係る呼気測定装置１００では、その場所におけるその測定日時の外気（吸気）をセンサ１２０で同時に測定してそれを基準にセンサ１２２による測定結果を補正するので、常に外気の変化の影響を考慮した形で、呼気中に含まれるターゲット分子の濃度を測定することができる。
【００３９】
なお、測定のための構成と、センサ１２０の測定結果によるセンサ１２２の測定結果の補正については、以下で説明する各実施の形態と共通である。その説明は第５の実施の形態に関連して説明するので、ここでは詳細については述べない。
【００４０】
以上のようにして、本実施の形態に係る呼気測定装置によると、呼気の測定時には、選択透過膜を用いてターゲット分子を選択して測定用センサに到達させ、測定用センサでその濃度を電気抵抗の変化量の形で測定する。同時に、吸気（外気）中のターゲット分子の濃度を同じ仕様の基準用センサで電気抵抗の変化量の形で測定する。これら測定用センサと基準用センサとの出力の差分を、人体から排出されるターゲット分子の濃度としてとらえるので、低濃度のターゲット分子を精度高く検出することができる。
【００４１】
なお、この第１の実施の形態では、外気を測定するためにセンサ１２０を用いている。このセンサは外気に対して露出するように設けられているが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば、図２においてセンサ１２０が収容されている部分に、開口部を有する蓋を設けるようにしてもよい。またこの蓋の開口部分に、選択透過膜１１８と同じく、特定のガス成分のみを透過する選択透過膜を設けるようにしてもよい。そのような構成とすることによって、センサ１２０の出力は外気中のアセトンの濃度をより忠実に反映することになり、特定のガス成分に関するセンサ１２２の測定結果の精度をさらに高めることができる。
【００４２】
＜第２の実施の形態＞
［構成］
以下、本発明の第２の実施の形態に係る呼気測定装置について、図３及び図４を参照して説明する。図３は上述の図１に対応し、図４は上述の図２に対応する。
【００４３】
図３は、本実施の形態に係る呼気測定装置２００の全体の概略構成を示す斜視図であり、図４は、図３に示す蓋部１０４を取外して、図３の上方から呼気測定装置２００を見た上面図である。
【００４４】
図３及び図４に示すように、本実施の形態に係る呼気測定装置２００は、２つの隔壁により内部に形成された３つの隔室を有する筐体２０２と、隔壁１１６と同様の穴部２１４Ａを備えた隔壁２１４とを含む。さらに、この呼気測定装置２００の中央の隔室には、導入管路１０６から筐体２０２内部に導入され、排出管路１１０に向けて流れる呼気を、センサ１２０及びセンサ１２２の方向に押戻すための反射板２０８が設けられている。乱流が生じて拡販されて、均一なガスがセンサに導入されやすくなる。センサ１２０及びセンサ１２２は、筐体２０２の内部であって、中央の隔室を挟んで向かい合う二つの隔室内にそれぞれ設けられている。
【００４５】
図４に示すように、この呼気測定装置２００は、図の導入管路１０６及び排出管路１１０を結ぶ線を中心として上下に線対称な構成を備える。反射板２０８は、矢印Ａ（１）で示されるように流れてきた呼気を矢印Ａ（２）及び矢印Ａ（８）の２方向に反射させて呼気を効率的にセンサ１２０及びセンサ１２２に到達させる。矢印Ａ（２）の方向には隔壁１１６の穴部１１６Ａ及び選択透過膜１１８が設けられ、矢印Ａ（８）の方向には隔壁２１４の穴部２１４Ａ及び選択透過膜２０６が設けられる。
【００４６】
選択透過膜１１８と選択透過膜２０６とでは、膜を透過するターゲット分子が異なる。たとえば、選択透過膜１１８は、アセトンと水蒸気を選択的に透過させ、選択透過膜２０６は水蒸気のみを選択的に透過させる。つまり、選択透過膜１１８は、選択透過膜２０６とは共通のガス（水蒸気）を透過させるが、選択透過膜はさらに付加的なガス（アセトン）をも透過させる。センサ１２２を用いて呼気中の特定ガス（ここではアセトンとする）の濃度変化を測定するにあたり、センサ１２０の出力を呼気に含まれる水蒸気として、呼気のアセトンと水蒸気とによるセンサ１２２の電気抵抗値の変化量と、呼気の水蒸気によるセンサ１２０の電気抵抗値の変化量との差分を、人間の体内から排出された特定成分のガス（ターゲット分子であるアセトン）によるものとして考える。つまり、センサ１２２の電気抵抗値の変化量からセンサ１２０の電気抵抗値の変化量を差引くと、アセトンの濃度が算出できる。
【００４７】
［動作］
以上のような構造を有する呼気測定装置２００は以下のように動作する。
【００４８】
利用者がマウスピース１０８を口に咥えて呼気を口から吐出すと、矢印Ａ（０）で示されるように呼気が呼気測定装置２００の内部に導入される。導入管路１０６内のシリカゲル等の吸湿剤により水蒸気の一部は除去されて、矢印Ａ（１）で示されるように呼気が呼気測定装置１００内を流れ、反射板２０８に当たる。
【００４９】
反射板２０８に当たって反射した呼気の一部は、隔壁１１６に設けられた穴部１１６Ａを通りさらに選択透過膜１１８を通って、矢印Ａ（２）及び矢印Ａ（３）で示されるようにセンサ１２２に到達する。選択透過膜１１８を透過したガスは、主としてアセトン、窒素及び水蒸気からなる。
【００５０】
反射板２０８に当たって反射した呼気の別の一部は、隔壁２１４に設けられた穴部２１４Ａを通り、さらに選択透過膜２０６を通って、矢印Ａ（９）及び矢印Ａ（１０）で示されるようにセンサ１２０に到達する。ここで、選択透過膜２０６を透過したガスは、主として窒素及び水蒸気からなる。
【００５１】
なお、選択透過膜１１８でも選択透過膜２０６でも透過されない呼気のガス成分は、残りの呼気とともに矢印Ａ（６）及び矢印Ａ（７）のように流れ、外部に排出される。
【００５２】
呼気における特定ガス成分であるアセトン及び水蒸気によるセンサ１２０の電気抵抗値の変化量と、呼気における水蒸気によるセンサ１２２の電気抵抗値の変化量との差分が、この呼気に含まれる特定ガス成分であるアセトンの濃度を示すものとなる。
【００５３】
本実施の形態では、選択透過膜１１８がアセトン及び水蒸気を透過させる膜であり、選択透過膜２０６が水蒸気を透過させる膜である。アセトンがセンサに多く吸着するほど電気抵抗値が大きく変化する。その結果、検出されるアセトン濃度が高くなる。
【００５４】
本実施の形態では、外気（吸気）自体に含まれる水蒸気の濃度に変動があってもその影響を排除することができる。
【００５５】
すなわち、本実施の形態に係る呼気測定装置２００では、呼気を２種類の選択透過膜を用いて透過させて、２個のセンサでそれぞれその電気抵抗値の変化量を測定している。そのため、リアルタイムに水蒸気の影響を補正しながら、呼気中に含まれるターゲット分子の濃度を測定することができる。
【００５６】
以上のようにして、本実施の形態に係る呼気測定装置によると、呼気の測定時には、透過するガスの種類が異なる選択透過膜を少なくとも２種類用いて２つのセンサに到達させてターゲットガス成分の濃度を測定する。それらのセンサの電気抵抗値の変化量の差分に基づいて、利用者の呼気中のターゲット分子の濃度を測定する。その結果、低濃度のターゲット分子でも精度高く検出することができる。さらに、選択透過膜を適切に選定することにより、検出対象の呼気に含まれるガス成分を考慮しながら、検出したいガスの選択性を高めることができる。
【００５７】
＜第３の実施の形態＞
［構成］
以下、本発明の第３の実施の形態に係る呼気測定装置について、図５を参照して説明する。図５は上述の図２又は図４に対応する。
【００５８】
図５は、本実施の形態に係る呼気測定装置３００の蓋部１０４を取外して、上方から呼気測定装置３００を見た上面図である。
【００５９】
本実施の形態に係る呼気測定装置３００は、前述の第２の実施の形態に係る呼気測定装置２００の筐体２０２とは異なり、導入管路１０６側の側面に形成され、筐体３０２と隔壁２１４とで形成される隔室と、筐体３０２と隔壁１１６とで形成される隔室とにそれぞれ連通した、外部から気体をこれら隔室内に導入するための導入管路３０４及び導入管路３０６とを有する。導入管路３０４及び導入管路３０６には逆止弁が設けられる。本実施の形態では、導入管路３０４及び導入管路３０６により隔室内に導入される気体は窒素である。
【００６０】
以上のような構造を有する呼気測定装置３００の動作について説明する。
【００６１】
最初に、導入管路３０４及び導入管路３０６から基準ガスである窒素ガスをこの呼気測定装置３００に導入する。なお、導入管路１０６が逆止弁を備えない場合には、導入管路３０４及び導入管路３０６に加えて導入管路１０６から基準ガスを導入することも好ましい。このとき、この基準ガスである窒素ガスの濃度は、センサ１２０及びセンサ１２２の分解能に鑑み以下に示す初期校正を十分に行なうことができるほど高い純度であるとする。
【００６２】
導入管路３０４から送込まれた基準ガスである窒素ガスは、矢印Ａ（１２）及び矢印Ａ（１３）に示すように流れて、センサ１２０に到達する。導入管路３０６から送込まれた基準ガスである窒素ガスは、矢印Ａ（１４）及び矢印Ａ（１５）に示すように流れて、センサ１２２に到達する。ここで、センサ１２０及びセンサ１２２は同じ仕様のセンサであって、定電圧電源により一定の電圧が印加されている。このため、同じ成分の基準ガスである窒素ガスに接触したセンサ１２０及びセンサ１２２が検出する値は、同じ濃度を示すものとなるはずである。
【００６３】
しかし、センサの個体差、経時変化又は後述する脱離状態によって、これらセンサの電気抵抗値は一般には異なる。基準ガスをこの呼気測定装置３００に導入した状態で、センサ１２０の電気抵抗値から得られる特定ガス成分の濃度及びセンサ１２２の電気抵抗値から得られる特定ガス成分の濃度が同じ値になるように、差動増幅器を備えた初期校正のための電気回路を用いてセンサ出力回路のゲインを調整する。
【００６４】
初期校正の後、導入管路３０４及び導入管路３０６からの基準ガスの導入を止めて、利用者がマウスピース１０８を口に咥えて呼気を吐出し、呼気内の特定ガス成分の濃度を測定する。導入管路３０４及び導入管路３０６に設けられた逆止弁により測定対象の呼気ガスがこれらの導入管路３０４及び導入管路３０６から漏れ出すことはない。
【００６５】
以上のようにして、本実施の形態に係る呼気測定装置によると、呼気の測定前の初期校正として、基準ガスを２つのセンサに到達させて同じ濃度値が得られるようにセンサ出力を校正する。それらのセンサの初期校正後に、利用者から排出される特定ガス成分の濃度を測定するので、センサの個体差があっても、検出したい特定ガス成分の濃度を精度高く測定することができる。
【００６６】
本実施の形態では、以下のようにしてセンサ１２０及び１２２から特定ガス成分の脱離処理を行なう。
【００６７】
脱離処理とは、センサ１２０及びセンサ１２２が吸着したターゲット分子をセンサから脱離させて、センサを測定前の初期状態に戻す処理である。本実施の形態では、脱離は、ターゲット分子を含まないガス、たとえば窒素ガスをセンサ周辺に流すことにより行なわれる。すなわち、利用者によるターゲットガスの測定が終了すると、次の測定前に（次の初期校正前に）、導入管路３０４及び導入管路３０６から脱離ガス（ここでは窒素ガス）をこの呼気測定装置３００に導入して、センサ１２０及びセンサ１２２から測定時に吸着したターゲット分子を脱離させる。
【００６８】
これにより、ある利用者の呼気の測定後に、センサを初期状態に戻すことができ、繰返して呼気濃度を精度高く測定することができる。
【００６９】
＜第４の実施の形態＞
以下、本発明の第４の実施の形態に係る呼気測定装置について、図６を参照して説明する。図６は上述の図５に対応する。
【００７０】
図６は、本実施の形態に係る呼気測定装置４００の蓋部１０４を取外して、上方から呼気測定装置４００を見た上面図である。
【００７１】
本実施の形態に係る呼気測定装置４００は、前述の第３の実施の形態に係る呼気測定装置３００の構成に加えて、センサ１２０及びセンサ１２２の近傍にそれぞれ設けられ、これらセンサからターゲットガス分子を脱離させるためのヒータ４０２及びヒータ４０４を含む。
【００７２】
ヒータ４０２及びヒータ４０４は、脱離処理時に通電されるとセンサ１２０及び１２２を加熱して、これらを活性化させる。その結果、脱離処理に必要な時間を短くできる。このため、利用者が多い場合の測定待ち時間を短くすることができる。
【００７３】
＜第５の実施の形態＞
以下、本発明の第５の実施の形態に係る呼気測定装置について、図７〜図９を参照して説明する。図７は上述の図２、図４、図５及び図６に対応する、本実施の形態に係る呼気測定装置５００の内部を上方から見た上面図である。図７（Ａ）が初期校正時の状態を、図７（Ｂ）が測定時の状態を示す。
【００７４】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、この呼気測定装置５００は、略直方体の筐体５０２と、筐体５０２の内部に２つの隔室を形成するための隔壁５０４とを含む。図の上方側の隔室には校正用センサ５２０が、図の下方側の隔室には測定用センサ５２２が、それぞれ設けられる。
【００７５】
筐体５０２には、図の上方側の隔室に連通した、基準ガス導入管路５０６及び排出管路５０８が設けられるとともに、図の下方側の隔室に連通した、導入管路５１０及び排出管路５１８が設けられる。これらの管路には逆止弁が設けられる。さらに、この呼気測定装置５００の導入管路５１０には、三方弁５１２を介して、基準ガス導入管路５１４と測定ガス導入管路５１６とが設けられる。この三方弁５１２は、図７（Ａ）に示すように基準ガスを呼気測定装置５００に導入する状態と、図７（Ｂ）に示すように測定ガスを呼気測定装置５００に導入する状態とを切替えるための弁である。なお、図７（Ａ）に示す状態と図７（Ｂ）に示す状態とを切替えることができる構造であれば、三方弁に限定されない。三方弁を図示した図７において、管路が接続されていない三方弁の接続口にはキャップが嵌められており、ガスが漏れることはない。
【００７６】
この呼気測定装置５００は、図７では示していない、以下のような補正用（初期校正用）の電気回路を備える。この電気回路は、図１に示す測定回路１２４に対応するもののうち、電気信号の測定に関する部分である。
【００７７】
図８に示すように、この電気回路は、定電圧電源１５０と、校正用センサ５２０の両端が入出力端子に接続された差動増幅器１５２と、測定用センサ５２２の両端が入出力端子に接続された差動増幅器１５４と、ゲイン調整用の差動増幅器１５６及び差動増幅器１５８と、差動増幅器１５６及び差動増幅器１５８からの出力を受けて入力信号の差を出力する差動増幅器１６０とから構成される。
【００７８】
校正用センサ５２０及び測定用センサ５２２は、定電圧電源１５０から供給される電源電圧を電気抵抗Ｒで除算した電流値が流れるように定電流駆動される。校正用センサ５２０及び測定用センサ５２２の抵抗値が変化するとその変化に応じた電圧が差動増幅器１５２及び差動増幅器１５４から出力される。
【００７９】
本実施の形態に係る呼気測定装置５００においては、校正用センサ５２０及び測定用センサ５２２についての初期状態において出力される電圧値が異なると測定されるガスの検出に誤差が生じる。このため、同じ基準ガス（ここでは窒素ガスとする）が校正用センサ５２０及び測定用センサ５２２に触れているとき差動増幅器１６０からの出力が０になるように、差動増幅器１５６及び差動増幅器１５８のゲインを調整する。なお、この呼気測定装置５００は、差動増幅器１６０からの出力を操作者に報知する出力部及び差動増幅器１５６及び差動増幅器１５８のゲイン調整を行なう入力部（調整つまみ等）を備えている。
【００８０】
以上のような構造を有する呼気測定装置５００の動作について説明する。利用者が呼気をこの呼気測定装置５００に吹込む前に、三方弁５１２を図７（Ａ）の状態に切替える。このとき、三方弁５１２により、基準ガス導入管路５１４と導入管路５１０とが連通している状態であって、測定ガス導入管路５１６はどの管路とも連通していない状態にされる。この状態で、基準ガス導入管路５０６及び基準ガス導入管路５１４から基準ガス（ここでは窒素ガス）をこの呼気測定装置５００に導入する。このとき、図７（Ａ）に示すように、黒く太い矢印で示されるように、呼気測定装置５００の上側の隔室に設けられた校正用センサ５２０にも下方側の隔室に設けられた測定用センサ５２２にも基準ガスが到達する。このとき、基準ガス導入管路５０６にも導入管路５１０にも同じ流量の基準ガスが流れるように基準ガスの流量が調整される。
【００８１】
この状態で、初期校正処理として、操作者は、図８に示す差動増幅器１６０からの出力が０になるように調整つまみを操作して差動増幅器１５６及び差動増幅器１５８のゲインを調整する。図９（Ａ）に校正用センサ５２０の電気抵抗値の時間変化を、図９（Ｂ）に測定用センサ５２２の電気抵抗値の時間変化を、図９（Ｃ）に測定用センサ５２２の電気抵抗値と校正用センサ５２０の電気抵抗値との差分の時間変化を、それぞれ示す。初期校正処理が完了したのは時間０であるとする。このときの縦軸切片が図９（Ａ）と図９（Ｂ）とで一致していることは、初期校正が正しく行なわれていることを示す。
【００８２】
予め、利用者の呼気をテドラーバッグに収集し、基準ガス（窒素）とともにこの呼気測定装置５００の三方弁５１２に供給可能に接続しておく。初期校正の後、時間Ｔ（Ｓ）を経過するまでは三方弁５１２を切替えないで図７（Ａ）の状態で校正用センサ５２０及び測定用センサ５２２に同流量の基準ガスを流す。時間Ｔ（Ｓ）において、三方弁５１２を図７（Ｂ）の状態に切替えるとともに、利用者の呼気と基準ガスとを、三方弁５１２を介して導入管路５１０へ送込む。三方弁５１２を図７（Ｂ）の状態に切替える。三方弁５１２により、基準ガス導入管路５１４はどの管路とも連通せず、測定ガス導入管路５１６と導入管路５１０とが連通した状態となる。
【００８３】
図７（Ｂ）の黒く太い矢印で示されるように、呼気測定装置５００の上側の隔室に設けられた校正用センサ５２０に基準ガスが到達し、白く太い矢印で示されるように、呼気測定装置５００の下側の隔室に設けられた測定用センサ５２２に測定ガスを含む基準ガスが到達する。このとき、基準ガス導入管路５０６にも導入管路５１０にも同じ流量のガスが流れるように基準ガスの流量及び測定ガスを含む基準ガスの流量が調整される。
【００８４】
呼気測定の開始時間である時間Ｔ（Ｓ）から終了時間である時間Ｔ（Ｅ）の間においては、図９（Ａ）に示すように、校正用センサ５２０の電気抵抗値は、基準ガス中の何らかの気体分子が付着するため、時間とともに緩やかに増加するように変化する。一方、図９（Ｂ）に示すように測定用センサ５２２の電気抵抗値は、校正用センサ５２０と同じように時間とともに緩やかに増加することに加え、測定ガスに含まれる特定ガス成分の存在に起因する増加を示す。その結果、図９（Ｃ）に示されるように、両者の差（（Ｂ）−（Ａ））に対応する信号が、補正後の信号として差動増幅器１６０から出力される。この信号のうち、図９（Ｃ）において、信号がおおよそ安定している時間Ｔ（２）〜Ｔ（３）の間の信号が測定値として決定される。
【００８５】
以上のように、本実施の形態に係る呼気測定装置５００によると、（１）同じ流量の基準ガス（窒素ガス）を２つのセンサに流して初期校正（差動出力値が０になるようにゲイン調整）することにより、センサ間の個体差の影響が測定値に現れないようにし、（２）測定時においては、同じ流量の基準ガスを校正用センサに流しながら測定ガスを含む基準ガスを測定用センサに流して、測定用センサの測定値と校正用センサの測定値の差分を最終測定値とした。この結果、センサ間の個体差の影響も、測定時の外乱（外気の変動）の影響も受けることなく、精度高く呼気に含まれる特定ガスを測定することができる。
【００８６】
なお、この第５の実施の形態でも脱離処理を行なう。この脱離処理においては、図７（Ｂ）に示す状態から、図７（Ａ）に示すように三方弁５１２を切替えて基準ガスを測定用センサ５２２に到達させる。これにより、測定用センサ５２２が吸着した特定ガスのターゲット分子がセンサから脱離し、センサを測定前の初期状態に戻すことができる。さらに、第４の実施の形態のように、センサ近傍にヒータを設けることも脱離処理を促進させる点で好ましい。
【００８７】
＜第６の実施の形態＞
以下、本発明の第６の実施の形態に係る呼気測定装置について、図１０を参照して説明する。図１０は上述の図７に対応し、本実施の形態に係る呼気測定装置６００の内部を上方から見た上面図である。図１０（Ａ）が初期校正時の状態を、図１０（Ｂ）が測定時の状態を示す。
【００８８】
図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示すように、この呼気測定装置６００は、上述の第５の実施の形態に係る呼気測定装置５００の構成に代えて、略直方体の筐体６０２を含む。この筐体６０２には、この呼気測定措置６００の内部に３つの隔室を形成するために、図７に示す隔壁５０４に加えて、隔壁５０４の両側にそれぞれ設けられた隔壁６２０及び隔壁６３０を含む。隔壁６２０は穴部６２０Ａを有し、さらにセンサ５２０側から穴部６２０Ａを覆うように選択透過膜６２２が設けられる。隔壁６３０は穴部６３０Ａを有し、さらにセンサ５２２側から穴部６３０Ａを覆うように選択透過膜６３２が設けられる。基準ガス導入管路５０６及び排出管路５０８は隔壁５０４及び６２０により形成される隔室内に開口する位置に設けられ、基準ガス導入管路５１０及び排出管路５１８は隔壁５０４及び６３０により形成される隔室内に開口する位置に設けられる。
【００８９】
この第６の実施の形態にかかる呼気測定装置６００の動作は、第５の実施の形態にかかるものと同様である。ただし、センサ５２０に到達するガスが選択透過膜６２２を透過したものであり、センサ５２２に到達するガスが選択透過膜６３２を透過したものである点が異なる。
【００９０】
本実施の形態に係る呼気測定装置６００は、第５の実施の形態に係る呼気測定装置５００の効果に加えて、第１の実施の形態に係る呼気測定装置１００、第２の実施の形態に係る呼気測定装置２００及び第３の実施の形態に係る呼気測定装置３００と同様に、選択透過膜の選定により検出したいガスの選択性を高めることができる。
【００９１】
＜第７の実施の形態＞
以下、本発明の第７の実施の形態に係る呼気測定装置について、図１１を参照して説明する。図１１は上述の図１０に対応する、本実施の形態に係る呼気測定装置７００の内部を上方から見た上面図である。図１１（Ａ）が初期校正時の状態を、図１１（Ｂ）が測定時の状態を、図１１（Ｃ）が脱離時の状態をそれぞれ示す。
【００９２】
この呼気測定装置７００は、上述の第６の実施の形態に係る呼気測定装置６００の構成に代えて、略直方体の筐体７０２を含む。この筐体７０２には、測定用センサ５２２が設置される隔室からガスを排出する排出管路７２４が設けられる。この排出管路７２４には逆止弁が設けられる。さらに、この呼気測定装置７００の導入管路７１０には、２個の三方弁７１２及び三方弁７１６を含む導入管路系が設けられる。
【００９３】
筐体７０２には、導入管路７１０及び導入管路７２０が、それぞれこの呼気測定装置７００の内部の隔壁５０４と隔壁６２０とにより形成される隔室内と、隔壁５０４と隔壁６３０とにより形成される隔室内とに連通可能に設けられる。三方弁７１２は、導入管路７１０と基準ガス導入管路７１４と測定ガス導入管路７２２とに接続されている。三方弁７１６は、導入管路７２０と基準ガス導入管路７１４と基準ガス導入管路７１８とに接続されている。
【００９４】
［初期校正動作］
以上のような構造を有する本実施の形態に係る呼気測定装置７００の動作（特に他の実施の形態と異なる三方弁の動作）について説明する。
【００９５】
図１１（Ａ）に示すように、三方弁７１２を切替え、導入管路７１０と基準ガス導入管路７１４とが連通し、測定ガス導入管路７２２がどの管路とも連通していない状態とする。三方弁７１６を切替え、基準ガス導入管路７１４と基準ガス導入管路７１８とが連通している状態し、導入管路７２０がどの管路とも連通していない状態にとする。この状態では、導入管路７２０にはガスは流れない。
【００９６】
この状態で、基準ガス導入管路５０６及び基準ガス導入管路７１８から基準ガスを流し、呼気測定装置７００に導入する。図１１（Ａ）を参照して、基準ガス導入管路５０６及び導入管路７１０から同じ流量の基準ガスが黒く太い矢印で示されるようにこの呼気測定装置７００に導入されて、第５の実施の形態において説明した初期校正処理が行なわれる。
【００９７】
［測定動作］
図１１（Ｂ）に示すように、三方弁７１２を切替え、基準ガス導入管路７１４がどの管路とも連通しておらず、導入管路７１０と測定ガス導入管路７２２とが連通している状態とする。三方弁７１６を切替え、基準ガス導入管路７１８がどの管路とも連通していない状態とする。導入管路７２０にはガスは流れない。
【００９８】
この状態で、基準ガス導入管路５０６から基準ガスを、測定ガス導入管路７２２から測定ガスを含む基準ガスを、それぞれこの呼気測定装置７００に導入する。このとき、図１１（Ｂ）を参照して、基準ガス導入管路５０６から基準ガスが黒く太い矢印で示されるように呼気測定装置７００に導入され、同じ流量の測定ガスを含む基準ガスが白く太い矢印で示されるように呼気測定装置７００に導入されて、第５の実施の形態において説明したものと同様の測定処理が行なわれる。
【００９９】
［脱離動作］
図１１（Ｃ）に示すように、三方弁７１２を切替え、導入管路７１０と基準ガス導入管路７１４とが連通し、測定ガス導入管路７２２がどの管路とも連通していない状態とする。三方弁７１６を切替え、基準ガス導入管路７１４と基準ガス導入管路７１８と導入管路７２０とが連通した状態とする。導入管路７１０にも導入管路７２０にも基準ガス導入管路７１８から導入されたガスが流れる。
【０１００】
この状態で、基準ガス導入管路５０６及び基準ガス導入管路７１８から基準ガスをこの呼気測定装置７００に導入する。図１１（Ｃ）を参照して、基準ガス導入管路５０６、導入管路７１０及び導入管路７２０から基準ガスが黒く太い矢印で示されるように呼気測定装置７００に導入される。基準ガスは、隔壁５０４及び６２０により形成された隔室と、隔壁５０４及び６３０により形成された隔室と、センサ５２２が設けられた隔室とに導入され、それぞれ排出管路５０８、排出管路５１８、排出管路７２４により排出される。
【０１０１】
この構成では、基準ガス（脱離ガス）を、効率よくセンサ５２２が設けられた隔室内に送込むことができるので、より早期に確実にセンサ５２２からターゲット分子を脱離することができる。
【０１０２】
＜第８の実施の形態＞
以下、本発明の第８の実施の形態に係る呼気測定装置について、図１２を参照して説明する。図１２は上述の図１１に対応する上面図であり、本実施の形態に係る呼気測定装置８００の内部を上方から見た上面図である。図１２（Ａ）が初期校正時の状態を、図１２（Ｂ）が測定時の状態を、図１２（Ｃ）が脱離時の状態をそれぞれ示す。
【０１０３】
この呼気測定装置８００は、上述の第７の実施の形態に係る呼気測定装置６００の構成に代えて、略直方体の筐体８０２を含む。この筐体８０２には、校正用センサ５２０が設置される隔室にガスを導入する導入管路８１０、及びこの隔室からガスを排出する排出管路８０４が設けられる。これらの管路には逆止弁が設けられる。
【０１０４】
筐体８０２には、導入管路８１０及び導入管路８１４が、それぞれこの呼気測定装置８００の内部の隔壁５０４及び６２０により形成される隔室と、センサ５２０が設けられた隔室とにそれぞれ連通可能に設けられる。導入管路８１０には、三方弁８１２を含む導入管路系が設けられる。三方弁８１２は、導入管路８１０と導入管路８１４と基準ガス導入管路８１６とに接続されている。
【０１０５】
［脱離動作］
以上のような構造を有する本実施の形態に係る呼気測定装置８００の動作（特に他の実施の形態と異なる三方弁の動作）について説明する。
【０１０６】
最初に、三方弁７１２，７１６、及び８１２を切替え、導入管路７１０，７１４，及び８１４がすべて基準ガス導入管路７１８または基準ガス導入管路８１６に接続されるように、かつ導入管路７２０及び８１０には基準ガスが導入されない状態とする。この状態で基準ガスを導入管路７１０、７１４及び８１４を介して呼気測定装置８００内部に流し、初期校正処理を行なう。
【０１０７】
続いて三方弁７１２を切替えて測定ガスを導入管路７１０に導入する。測定ガスは選択透過膜６３２を透過してセンサ５２２に到達し、測定ガス中の特定ガス成分の濃度測定が行なわれる。測定動作そのものは上記実施の形態と同様である。
【０１０８】
測定が終了すると、図１２（Ｃ）に示すように三方弁８１２を切替え、導入管路８１０及び８１４が基準ガス導入管路８１６と連通している状態とする。三方弁７１６を切替え、基準ガス導入管路７１４及び７２０がともに基準ガス導入管路７１８に連通した状態とする。
【０１０９】
この状態で、基準ガス導入管路８１６及び基準ガス導入管路７１８から基準ガスを呼気測定装置８００に導入する。このとき、図１２（Ｃ）を参照して、導入管路８１０及び導入管路８１４並びに導入管路７１０及び導入管路７２０から基準ガスが黒く太い矢印で示されるように呼気測定装置８００に導入される。基準ガスは、導入管路７１０及び７１４を介して隔壁５０４及び６３０により形成された隔室に導入され、導入管路８１４を介して隔壁５０４及び６２０により形成された隔室に導入される。さらに、基準ガスは、導入管路７２０を介してセンサ５２２が設けられた隔室に導入され、導入管路８１０を介してセンサ５２０が設けられた隔室に導入される。
【０１１０】
すなわち、多くの基準ガス（脱離ガス）を、２つのセンサ５２０及び５２２に効率的に送込むことができるので、より早く、確実にセンサ５２０及び５２２からターゲット分子を脱離することができる。
【０１１１】
上記実施の形態では、錯体等で表面修飾したカーボンナノチューブを用いたセンサと、特定のガス成分のみを透過する選択透過膜とを組合わせている。こうした構成によって、次のような効果が生じる。例えば表面修飾した物質が２種類以上のガス成分を吸着してしまうものである場合を想定する。選択透過膜がターゲットとなる特定のガス成分のみを透過するものであれば問題はないが、選択透過膜がターゲットとなるガス成分と、別の種類のガス成分との双方を透過してしまう場合には、そのままではターゲットとなるガス成分の測定が行えない。
【０１１２】
しかしそうした場合でも、選択透過膜が透過するガスの内でターゲット以外のガス成分と、表面修飾した物質が吸着する物質の内でターゲット以外のガス成分とに共通のものがなければ、結果としてセンサにはターゲットのガス成分のみが吸着されることになる。したがって、ターゲットのガス成分の測定を行なうことができる。
【０１１３】
逆に言うと、使用する選択透過膜がターゲットとなるガス成分のみを透過するもので、それ以外のガス成分を全く透過しないものであれば、特定のガス成分のみを選択的に吸着する物質でセンサ表面を修飾する必要はない。
【０１１４】
今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上述した実施の形態のみに限定されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含む。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る呼気測定装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す呼気測定装置の内部を上方から見た図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る呼気測定装置の全体構成を示す斜視図である。
【図４】図２に示す呼気測定装置の内部を上方から見た図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る呼気測定装置の内部を上方から見た図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る呼気測定装置の内部を上方から見た図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態に係る呼気測定装置の内部を上方から見た図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係る呼気測定装置が備える電気回路を示す図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態に係る呼気測定装置におけるセンサの電気抵抗値の時間変化を示す図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態に係る呼気測定装置の内部を上方から見た図である。
【図１１】本発明の第７の実施の形態に係る呼気測定装置の内部を上方から見た図である。
【図１２】本発明の第８の実施の形態に係る呼気測定装置の内部を上方から見た図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００，８００ 呼気測定装置
１２０、１２２ センサ
１１８、２０６ 選択透過膜
２０８ 反射板
１１４、１１６、２１４、５０４、６２０、６３０ 隔壁
４０２、４０４ ヒータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象ガス中の共通の特定ガス成分の濃度を測定する第１及び第２のガスセンサと、
前記第１及び第２のガスセンサに別々に測定対象ガスを接触させるための接触手段と、
前記第２のガスセンサによる測定結果を、前記第１のガスセンサによる測定結果を用いて補正するための補正手段とを含む、ガス測定装置。
【請求項２】
前記接触手段は、
前記第１のガスセンサを外気に接触させ、かつ前記第２のガスセンサを呼気に接触させるための導入手段とを含む、請求項１に記載のガス測定装置。
【請求項３】
前記補正手段は、前記第１のガスセンサによる測定値を前記第２のガスセンサによる測定値から差引くための手段を含む、請求項１又は請求項２に記載のガス測定装置。
【請求項４】
基準となる共通のガスを前記第１及び第２のガスセンサに同時に接触させるための手段と、
前記第１及び第２のガスセンサに同時に前記共通のガスを接触させたときの、前記第１及び第２のガスセンサからの出力信号のレベルが所定の関係になるように前記第１及び第２のガスセンサの出力を校正するための校正手段をさらに含む、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のガス測定装置。
【請求項５】
前記第１及び第２のガスセンサに吸着したガス成分を脱離させるための手段をさらに含む、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のガス測定装置。
【請求項６】
前記脱離させるための手段は、
前記第１及び第２のガスセンサのいずれの測定結果にも影響しない基準ガスを前記第１及び第２のガスセンサに供給するための供給手段と、
前記第２のガスセンサによる前記測定対象ガスの測定時には、前記基準ガスを前記第１のガスセンサに供給し、前記第２のガスセンサへは前記測定対象ガスを供給するように前記供給手段を切替えるための手段とを含む、請求項５に記載のガス測定装置。
【請求項７】
内部空間を有する筐体と、
前記内部空間を、第１の隔室、前記第１の隔室と離れた第２の隔室、及び前記第１及び第２の隔室の間に形成された第３の隔室に分離する、前記内部空間に形成された第１及び第２の隔壁とを含み、
前記第１の隔壁には、前記第１の隔室及び前記第２の隔室を連通させる開口が形成されており、
前記第２の隔壁には、前記第３の隔室及び前記第２の隔室を連通させる開口が形成されており、
さらに、前記第２の隔壁の前記開口に設けられた、特定のガス成分を透過する第１の機能膜と、
前記第１の隔室内に設けられた第１のガスセンサと、
前記第２の隔室内に設けられた第２のガスセンサと、
前記第３の隔室内にガスを導入するように前記筐体に形成されたガス導入部と、
前記第１及び第２の隔室内からそれぞれガスを排出するように前記筐体に形成されたガス排出部とを含む、ガス測定装置。
【請求項８】
前記第１及び第２の隔室内に基準ガスを導入するように前記筐体に形成された基準ガス導入部をさらに含む、請求項７に記載のガス測定装置。
【請求項９】
前記第１及び第２のガスセンサは、それぞれ前記第１及び第２の隔室内で、前記第１及び第２の隔壁の開口部に臨む位置に設けられている、請求項７又は請求項８に記載のガス測定装置。
【請求項１０】
前記ガス測定装置は、さらに、前記第３の隔室内に設けられ、前記第３の隔室内に前記ガス導入部により導入されたガスを、前記第１及び第２の隔壁の方向に向ける反射板をさらに含む、請求項７〜請求項９のいずれかに記載のガス測定装置。
【請求項１１】
さらに、前記第１の隔壁の前記開口に設けられた、前記特定のガス成分と付加的なガス成分との双方を透過する第２の機能膜を含む、請求項７〜請求項１０のいずれかに記載のガス測定装置。
【請求項１２】
測定対象ガス中の共通の特定ガス成分の濃度を測定する第１及び第２のガスセンサと、
前記第１及び第２のガスセンサに同時に共通の測定対象ガスを接触させるための手段と、
前記第１及び第２のガスセンサによる測定結果が所定の関係になるように、前記第２のガスセンサの出力を校正するための校正手段とを含む、ガス測定装置。
【請求項１３】
外気に接触する位置に設けられる第１のガスセンサと、
第２のガスセンサと、
前記第２のガスセンサ近傍に、生体の呼気を導入するための呼気導入手段と、
前記第２のガスセンサによる測定値を、前記第１のガスセンサによる測定値を用いて補正するための補正手段とを含む、ガス測定装置。
【請求項１４】
第１及び第２のガスセンサと、
前記第１及び第２のガスセンサ近傍に、生体の呼気を導入するための呼気導入手段と、
前記呼気導入手段により導入された呼気のうち、特定ガス成分及び特定の付加的ガス成分のみを選択的に透過して前記第２のガスセンサに接触させるための手段と、
前記呼気導入手段により導入された呼気のうち、前記付加的ガス成分のみを選択的に透過して前記第１のガスセンサに接触させるための手段と、
前記第２のガスセンサによる測定値を、前記第１のガスセンサによる測定値を用いて補正するための補正手段とを含む、ガス測定装置。
【請求項１】
測定対象ガス中の共通の特定ガス成分の濃度を測定する第１及び第２のガスセンサと、
前記第１及び第２のガスセンサに別々に測定対象ガスを接触させるための接触手段と、
前記第２のガスセンサによる測定結果を、前記第１のガスセンサによる測定結果を用いて補正するための補正手段とを含む、ガス測定装置。
【請求項２】
前記接触手段は、
前記第１のガスセンサを外気に接触させ、かつ前記第２のガスセンサを呼気に接触させるための導入手段とを含む、請求項１に記載のガス測定装置。
【請求項３】
前記補正手段は、前記第１のガスセンサによる測定値を前記第２のガスセンサによる測定値から差引くための手段を含む、請求項１又は請求項２に記載のガス測定装置。
【請求項４】
基準となる共通のガスを前記第１及び第２のガスセンサに同時に接触させるための手段と、
前記第１及び第２のガスセンサに同時に前記共通のガスを接触させたときの、前記第１及び第２のガスセンサからの出力信号のレベルが所定の関係になるように前記第１及び第２のガスセンサの出力を校正するための校正手段をさらに含む、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のガス測定装置。
【請求項５】
前記第１及び第２のガスセンサに吸着したガス成分を脱離させるための手段をさらに含む、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のガス測定装置。
【請求項６】
前記脱離させるための手段は、
前記第１及び第２のガスセンサのいずれの測定結果にも影響しない基準ガスを前記第１及び第２のガスセンサに供給するための供給手段と、
前記第２のガスセンサによる前記測定対象ガスの測定時には、前記基準ガスを前記第１のガスセンサに供給し、前記第２のガスセンサへは前記測定対象ガスを供給するように前記供給手段を切替えるための手段とを含む、請求項５に記載のガス測定装置。
【請求項７】
内部空間を有する筐体と、
前記内部空間を、第１の隔室、前記第１の隔室と離れた第２の隔室、及び前記第１及び第２の隔室の間に形成された第３の隔室に分離する、前記内部空間に形成された第１及び第２の隔壁とを含み、
前記第１の隔壁には、前記第１の隔室及び前記第２の隔室を連通させる開口が形成されており、
前記第２の隔壁には、前記第３の隔室及び前記第２の隔室を連通させる開口が形成されており、
さらに、前記第２の隔壁の前記開口に設けられた、特定のガス成分を透過する第１の機能膜と、
前記第１の隔室内に設けられた第１のガスセンサと、
前記第２の隔室内に設けられた第２のガスセンサと、
前記第３の隔室内にガスを導入するように前記筐体に形成されたガス導入部と、
前記第１及び第２の隔室内からそれぞれガスを排出するように前記筐体に形成されたガス排出部とを含む、ガス測定装置。
【請求項８】
前記第１及び第２の隔室内に基準ガスを導入するように前記筐体に形成された基準ガス導入部をさらに含む、請求項７に記載のガス測定装置。
【請求項９】
前記第１及び第２のガスセンサは、それぞれ前記第１及び第２の隔室内で、前記第１及び第２の隔壁の開口部に臨む位置に設けられている、請求項７又は請求項８に記載のガス測定装置。
【請求項１０】
前記ガス測定装置は、さらに、前記第３の隔室内に設けられ、前記第３の隔室内に前記ガス導入部により導入されたガスを、前記第１及び第２の隔壁の方向に向ける反射板をさらに含む、請求項７〜請求項９のいずれかに記載のガス測定装置。
【請求項１１】
さらに、前記第１の隔壁の前記開口に設けられた、前記特定のガス成分と付加的なガス成分との双方を透過する第２の機能膜を含む、請求項７〜請求項１０のいずれかに記載のガス測定装置。
【請求項１２】
測定対象ガス中の共通の特定ガス成分の濃度を測定する第１及び第２のガスセンサと、
前記第１及び第２のガスセンサに同時に共通の測定対象ガスを接触させるための手段と、
前記第１及び第２のガスセンサによる測定結果が所定の関係になるように、前記第２のガスセンサの出力を校正するための校正手段とを含む、ガス測定装置。
【請求項１３】
外気に接触する位置に設けられる第１のガスセンサと、
第２のガスセンサと、
前記第２のガスセンサ近傍に、生体の呼気を導入するための呼気導入手段と、
前記第２のガスセンサによる測定値を、前記第１のガスセンサによる測定値を用いて補正するための補正手段とを含む、ガス測定装置。
【請求項１４】
第１及び第２のガスセンサと、
前記第１及び第２のガスセンサ近傍に、生体の呼気を導入するための呼気導入手段と、
前記呼気導入手段により導入された呼気のうち、特定ガス成分及び特定の付加的ガス成分のみを選択的に透過して前記第２のガスセンサに接触させるための手段と、
前記呼気導入手段により導入された呼気のうち、前記付加的ガス成分のみを選択的に透過して前記第１のガスセンサに接触させるための手段と、
前記第２のガスセンサによる測定値を、前記第１のガスセンサによる測定値を用いて補正するための補正手段とを含む、ガス測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２５７１８（Ｐ２０１０−２５７１８Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８６７２３（Ｐ２００８−１８６７２３）
【出願日】平成２０年７月１８日（２００８．７．１８）
【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２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１８日（２００８．７．１８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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