呼気捕集フィルタ、呼気収集装置、呼気分析システムおよび呼気分析方法
【課題】 サンプリング時の被験者の負担が少なく、同時に成分の回収率が高い呼気の収集が可能な呼気捕集フィルタ、呼気収集装置、呼気分析システム、呼気分析方法を提供する。
【解決手段】 メタルシート２１２における吸着剤２１１の全体積をＶ、孔部２１３の全断面積をＡ、孔部２１３の長さをＬとしたとき、（ＡＬ−Ｖ）2／Ｌ3≧０．００３ｍｍ3かつＶ／ＡＬ≧０．３を満たしていることを特徴とする吸着部２、もしくはメタルシート２１２が、網状のメッシュ２２に挟持されていることを特徴とする吸着部２を提供する。また、これらの吸着部２を、使用した呼気収集装置、呼気分析システム、呼気分析方法を提供する。
【解決手段】 メタルシート２１２における吸着剤２１１の全体積をＶ、孔部２１３の全断面積をＡ、孔部２１３の長さをＬとしたとき、（ＡＬ−Ｖ）2／Ｌ3≧０．００３ｍｍ3かつＶ／ＡＬ≧０．３を満たしていることを特徴とする吸着部２、もしくはメタルシート２１２が、網状のメッシュ２２に挟持されていることを特徴とする吸着部２を提供する。また、これらの吸着部２を、使用した呼気収集装置、呼気分析システム、呼気分析方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動物の呼気試料中の微量成分を分析する呼気捕集フィルタ、呼気収集装置、呼気分析システムおよび呼気分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
呼気中の成分には被験者体内で生成された代謝物が微量に含まれており、疾患の有無により、その微量代謝物の濃度や微量代謝物そのものが変化することが知られている。このことを病気の診断に役立てるために、呼気中の微量代謝物の分析に関する基礎的な研究が進められている。
【０００３】
呼気中成分の分析装置として、特許文献１では、内径２〜３ｍｍのガラス管内に、吸着剤を充填し、呼気を通過させることにより、吸着剤に呼気中の測定対象成分である呼気成分を吸着させる呼気成分捕集管が提示されている。この呼気成分捕集管を用いた分析方法では、呼気成分の脱離時に吸着剤中に発熱体を分散させ、ガラス管にマイクロ波を照射する。その結果、発熱体が放熱し、その放熱により吸着剤を加熱することによって吸着した成分を脱離させる。そして、脱離した成分を分析カラムに導入し分析している。
【０００４】
図５は、吸着剤をガラス管に充填した呼気収集装置の構成の従来例を示す図である。
図５に示すように、呼気収集装置５は、被験者５１の呼気を導入するための呼気導入部５２と、呼気成分を捕集する呼気収集部５３と、呼気収集部５３の下流側の圧力を下げ、被験者の負担を軽減するための吸引ポンプ５４とを含んで構成される。呼気収集部５３は、ガラス管５５と、このガラス管５５に充填された吸着剤５６とによって構成される。ここで、吸着剤５６が充填されている領域を吸着部５７とする。
【０００５】
なお、本明細書では呼気収集装置における所定の場所を基準としたとき、その場所から、被験者に近い側を上流側、被験者から遠い側を下流側と表現することとする。
【０００６】
特許文献２では、プラスチックフィルムおよびアルミホイルから形成された積層シートからなる袋部分にキャップを設け、バッグ内に呼気成分を採取する呼気検査用バッグが提示されている。このバッグを赤外分析計またはＧＣ（Ｇａｓ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ：ガスクロマトログラフ分析計）を備えた質量分析計に接続し、成分を分析している。
特許文献３では、呼気収集装置にバルブを設け、肺胞呼気のみを収集する装置が示されている。
【特許文献１】特開平１０−２０６２９３号公報（請求項１、段落００２０）
【特許文献２】特開２００３−１７１３１７号公報（請求項５、段落００４７から００５３）
【特許文献３】特表平８−５１０９８号公報（請求項２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
呼気中のガス成分を分析する場合において、特許文献１で開示されている呼気成分捕集管による方法は、固体の吸着剤表面に、成分を吸着した後、熱脱離し分析することにより、揮発性の低い成分も比較的良く回収できる。しかし、呼気成分を収集する際に、吸着剤による圧力損失が生じ、被験者の負担が増大してしまう。
一方、特許文献２で開示されている呼気検査用バッグによる方法は、呼気収集時に必要な圧力が小さいので、被験者が感じる負担は殆ど無いが、低揮発性物質の十分な回収が出来なくなるということが起きる。
また、吸着剤による圧力損失を小さくし、被験者の負担を軽減する方法として、図５に示されているような、吸引ポンプ５４の吸引力を大きくする方法が考えられる。しかし、吸引ポンプの吸引力が過度に大きくなると、被験者の口部の周囲の空気も呼気収集装置に送られてしまい、正確な呼気成分の測定が不可能となってしまう。
【０００８】
このような背景に鑑みて、本発明の目的は、呼気を収集するサンプリング時の圧力損失を小さくすることによって、被験者の負担を軽減し、同時に呼気成分の回収率が高い呼気捕集フィルタを提供し、さらにこの捕集フィルタを使用した呼気収集装置を用いた呼気収集装置、呼気分析システムおよび呼気分析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
捕集部における吸着剤の全体積をＶ、孔部の全断面積をＡ、孔部の長さをＬとしたとき、（ＡＬ−Ｖ）2／Ｌ3≧０．００３ｍｍ3かつＶ／ＡＬ≧０．３を満たしていることを特徴とする呼気捕集フィルタ、もしくは捕集部が、網状のメッシュに挟持されていることを特徴とする呼気捕集フィルタを提供する。また、これらの呼気捕集フィルタを使用した呼気収集装置、呼気分析システムおよび呼気分析方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、サンプリング時の圧力損失が小さくなることによって、被験者の負担を軽減し、同時に呼気成分の回収率が高い呼気捕集フィルタを提供し、さらにこの捕集フィルタを用いた呼気収集装置、呼気分析システムおよび呼気分析方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態に係る呼気捕集フィルタ、呼気収集装置、呼気分析システムおよび呼気分析方法について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る呼気収集装置の構成を示す概略図である。
図１に示すように、呼気収集装置１は、被験者１１の呼気を導入するための呼気導入部１２と、呼気導入部１２と接続され、呼気成分を捕集するための吸着部（呼気捕集フィルタ）２を内部に設置してなる呼気収集部１３とを含んで構成される。さらに、呼気収集装置１は、呼気収集部１３の下流側に設置され、配管１６ａを介して、呼気収集部１３と接続され、呼気収集部１３の下流側、および配管１６ａの圧力を下げる吸引ポンプ１４と、吸引ポンプ１４の下流に設けられ、配管１６ｂを介して吸引ポンプ１４と接続される、捕集した呼気量を計測するための流量計１５とを含んで構成される。ここで、呼気量とは、単位時間あたりに流れる呼気の量である。なお、流量計１５は、吸引ポンプ１４の上流側の配管１６ａ上に設けてもよい。さらに、呼気収集装置１は、配管１６ａ上に存在し、配管１６ａ内を流れる呼気量を調節するための弁１７を含んで構成されてもよい。
なお、呼気導入部１２は、口を覆うマスクの形状をしたものが好ましいが、口に咥えて呼気を導入するパイプ形状のものでもよい。
【００１２】
被験者１１は、呼気導入部１２を口部に装着し、呼気を吐出する。吐出された呼気は、呼気収集部１３へ送られる。呼気収集部１３に送られた呼気に含まれる呼気成分は、呼気収集部１３内に備えられている吸着部２内の吸着剤２１１（図２参照）に吸着されることによって捕集される。吸着剤２１１によって吸着されなかった成分は、配管１６ａ、弁１７、吸引ポンプ１４および配管１６ｂを介して、系外に排出される。呼気収集部１３の下流には、吸引ポンプ１４を設け、呼気収集部１３の下流側、および配管１６ａの圧力を下げ、被験者１１の負担を少なくするのが好ましい。また、配管１６ａ上に弁１７を設け、配管１６ａ内を流れる呼気量を調節することも可能である。さらに、吸引ポンプ１４の上流あるいは下流に流量計１５を設け（本実施形態では、吸引ポンプ１４の下流側に設けた場合のみを図示）、呼気収集装置１に吐出された呼気量を確認することが好ましい。吸着剤２１１に捕集された呼気成分の量は、呼気量に依存するため、サンプリング条件をそろえる為に、流量計１５によって、呼気量を測定することは重要である。
【００１３】
図２は、本実施形態に係る吸着部の構成を示す図であり、（ａ）は、吸着部の側断面を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
以下、図２を参照して吸着部２の構成を説明する。
図２（ａ）に示すように、吸着部２は、吸着フィルタ２１の両面をメッシュ２２で密接に挟んで構成されている。メッシュ２２は、吸着フィルタ２１に接着されていてもよいし、されていなくてもよい。吸着フィルタ２１は、呼気成分を吸着する吸着剤２１１と、吸着剤２１１を保持するためのメタルシート（捕集部）２１２とから構成されている。メタルシート２１２には、所定（上流）の面から、他（下流）の面に貫通してなる複数の孔部２１３が形成されている。そして、図２（ｂ）に示すように、孔部２１３には、粒状の吸着剤２１１が充填されている。ここで、メッシュ２２の網目のサイズは、吸着剤２１１の粒径より細かいものを用いる。このようにすることで、吸着剤２１１が、孔部２１３から流出するのを防ぐことができる。また、呼気が、吸着部２の周囲から逃げないように、吸着部２、または吸着フィルタ２１の周囲をシール（図示せず）すれば、吸着剤２１１が充填された孔部２１３を、呼気が通る率を高めることができ、呼気の吸着率をさらに大きくすることができる。メタルシート２１２およびメッシュ２２の材質は、加熱した際に、ガスを発生しないもの、例えばステンレススチールなどの金属が好ましい。吸着剤２１１は、測定したい成分に合わせて適宜選択すればよいが、例えばカーボン系吸着剤からなることが好ましい。具体的には、例えばＢｕｃｈｅｍ ＢＶ社のＴＥＮＡＸ ＴＡ（登録商標）や、同じくＢｕｃｈｅｍ ＢＶ社のＴＥＮＡＸ ＧＲ（登録商標）を用いるのが一般的である。
【００１４】
次に、図１および図２を参照して、吸着フィルタ２１の構成および作用を詳細に説明する。
被験者１１によって、マスクなどの呼気導入部１２が装着され、被験者１１の呼気が呼気収集部１３内の吸着部２に吐出される。炭化水素系物質などの呼気成分は、選択的に吸着剤２１１に吸着され、窒素などの不活性ガスは、吸着されずに吸着部２の下流側へ排出される。吸着部２の下流側を大気圧とした場合、吸着部２を呼気が通過する際の圧力損失分だけ吸着部２の上流側は、下流側に比べ、圧力が高くなり、被験者１１が呼気を吐き出すときの抵抗となる。つまり、この圧力損失が小さければ吸着部２の上流側の圧力は小さくなり、被験者１１が楽に呼気を吐き出すことができる。吸着部２を流れる呼気量と、それにより生じる圧力損失の関係は以下に記述する通りである。
【００１５】
孔部２１３の断面積の総和（以下、断面積と記載する）をＡ、孔部２１３の長さをＬとする。また孔部２１３に存在する吸着剤２１１の総体積をＶとすると、吸着フィルタ２１において、呼気が通過できる部分の体積は、ＡＬ−Ｖとなる。従って、呼気が通過できる見かけの断面積は、
（ＡＬ−Ｖ）／Ｌ …（数式１）
となる。
【００１６】
また、吸着部２の上流／下流の圧力損失Ｐは、
Ｐ＝Ｑ／Ｃ …（数式２）
と表せる。
ただし、Ｑ：呼気量、Ｃ：コンダクタンスである。
コンダクタンスＣは、円管のコンダクタンス（２０℃の空気の場合）を仮定すると、
Ｃ＝｛１３４９・ｄ4／Ｌ｝・｛（Ｐ1＋Ｐ2）／２｝［ｍ3／ｓ］ …（数式３）
である。ここで、ｄ：円管のみかけの内径＝２・（（ＡＬ−Ｖ）／πＬ）1/2、Ｐ1：吸着部２の上流側圧力、Ｐ2：吸着部２の下流側圧力である。
【００１７】
このようにして、用いた吸着剤２１１の総体積Ｖ、呼気量Ｑなどから、圧力損失Ｐを算出することができる。ここで、通常の呼吸における呼気量の最大値は、約４［ｌ／ｍｉｎ］であり、このときの吸着部２の上流側と下流側の間の圧力損失Ｐが１０［ｋＰａ］以下、すなわち
Ｐ＝Ｑ／Ｃ≦１０×１０3 …（数式４）
であれば、発明者らが実験した結果では、呼気をサンプリングする際の負担を感じない。すなわちＰ1＝１１０×１０3［Ｐａ］，Ｐ2＝１００×１０3［Ｐａ］，Ｑ＝４×１０-3×１０5／６０［Ｐａ・ｍ3／ｓ］を（数式３）および（数式４）に代入し、さらに（数式３）を（数式４）に代入すると、
（ＡＬ−Ｖ）2／Ｌ3≧２．９×１０-12［ｍ3］＝２．９×１０-3［ｍｍ3］となり、（ＡＬ−Ｖ）2／Ｌ3≧０．００３［ｍｍ3］を満たせば、被験者１１が呼気量４［ｌ／ｍｉｎ］で吐き出したときも、１０［ｋＰａ］以下の圧力損失になり、被験者１１は負担を感じない。
【００１８】
一方、呼気成分の分析面から考えると、なるべく呼気が吸着剤２１１に接触して、呼気成分が吸着されるのが好ましい。すなわち、前記したＡＬとＶの比（孔部２１３において吸着剤２１１が占める割合）Ｖ／ＡＬが小さすぎる（疎な場合）と、多くの呼気成分が吸着剤２１１に接触せずに系外に排出されてしまい、感度の高い測定が出来なくなる。発明者らが実験した結果では、Ｖ／ＡＬが８０％以上であれば、呼気成分の吸着率は９０％以上であるのに対して、３０％では吸着率は約５０％、１０％では吸着率が１０％程度と下がるため、Ｖ／ＡＬ≧３０％となるのが望ましい。
【００１９】
吸着剤２１１の粒径は細かいほど、同じ量を用いた場合の表面積が大きくなり、呼気成分を吸着する能力が増すが、孔部２１３における吸着剤２１１が占める体積比が大きくなり圧力損失が増大することになる。従って、孔部２１３の表面を入り組んだ形状として構成してもよい。このようにすることで、孔部２１３の表面積を増大させ、粒径が同じでも圧力損失を比較的増大させることなく、吸着率を増大させることができる。
【００２０】
同じ量の吸着剤２１１を使用している条件下で、吸着部２の上流、下流間の圧力損失を減らしつつ、吸着フィルタ２１を通るガス流速を小さくするために、一般に断面積Ａを大きくすることが有効である。しかし、図２に示したようなメタルシート２１２を使わず、単に２つのメッシュ２２の間に吸着剤を挟むことによって、吸着剤２１１を保持する（すなわち、孔部２１３の内径を極限まで大きくした状態）と、吸着部２を動かすときに、吸着剤２１１が片側によってしまい、サンプリング時に呼気が吸着剤２１１にほとんど接触せずに、系外に排出されてしまう。このように、孔部２１３が形成されているメタルシート２１２には、吸着剤２１１の移動を防ぐ効果がある。
【００２１】
図２に示した吸着部２の例として、孔部２１３の内径：３×１０-3［ｍ］、孔部２１３の長さ：０．８×１０-3［ｍ］、孔部２１３の数：３１個、金属メッシュサイズ：約２５０μｍ、吸着剤２１１：Ｂｕｃｈｅｍ ＢＶ社のＴＥＮＡＸ ＴＡ（登録商標）（孔径約２５０μｍ）、吸着剤２１１の総体積：約１０６×１０-9［ｍ3］、を用いた場合、吸着剤２１１を充填しなかった場合の孔部２１３の断面積の総和は、約２１９×１０-6［ｍ2］となるため、孔部２１３の総体積は、２１９×１０-6×０．８×１０-3＝１７５×１０-9［ｍ3］となる。従って、孔部２１３における吸着剤２１１が占める体積比（Ｖ／ＡＬ）は、約６０％となる。また、（ＡＬ−Ｖ）2／Ｌ3＝（１７５×１０-9−１０６×１０-9）2／（０．８×１０-3）3≒９３００×１０-9［ｍ3］＝９３００［ｍｍ3］となり、（ＡＬ−Ｖ）2／Ｌ3≧０．００３ｍｍ3とＶ／ＡＬ≧０．３（３０％）の両方を満たしている。
【００２２】
実際に、本実施形態に係る吸着フィルタ２１を用いて、呼気を４［ｌ／ｍｉｎ］で流したときの圧力損失は、実験で確認した結果、約１［ｋＰａ］であり、一般に被験者１１が抵抗を感じる１０［ｋＰａ］に比べて十分に小さい。
この吸着部２を用いて、標準試料としてヘプタンを用いたときの回収率は、５０〜７０％であり、分析には十分な回収率であった。
【００２３】
図３は、呼気分析システムの構成を示す概略図である。
図３に示すように、呼気分析システム３は、呼気収集装置１（図１参照）から取り外された吸着フィルタ２１を収容し、加熱することによって呼気成分を吸着剤２１１（図２参照)から脱離させるための加熱装置３１と、加熱装置３１で加熱されることによって、吸着フィルタ２１から脱離した呼気成分の分析を行う分析装置３２と、加熱装置３１と分析装置３２を接続し、加熱装置３１で脱離した呼気成分を分析装置３２へ送る配管３３と、分析装置３２で分析された呼気成分を系外へ排出するための排出管３４とを含んで構成される。加熱装置３１は、取り外された吸着フィルタ２１を収容する加熱室３１１および加熱室３１１を加熱するための加熱部３１２を含んで構成される。さらに、呼気分析システム３は、分析装置３２と電気的に接続され、分析装置３２で分析された結果を解析するための端末ｔを含んで構成されてもよい。加熱部３１２は、例えばランプ光源、電気ヒータ、赤外線ヒータなどを用いる。分析装置３２は、ＧＣ、イオンモビリティ、質量分析計、ＧＣ／ＭＳ（Ｇａｓ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ／Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）およびこれらを組み合わせたものが使えるが、これらに限定したものではなく、成分を分析できるものであればどのような構成でも構わない。
【００２４】
図４は、呼気成分の測定の処理の流れを示すフローである。
図１、図２および図３を参照しつつ、図４を参照して呼気成分の測定の処理の流れを説明する。
まず、吸着部２は、高温でベーキングされ（Ｓ１）、吸着剤２１１に、未知のガス成分が吸着しないように、前もって処理しておく。次に、吸着部２が、窒素やヘリウムなどのクリーンなガス雰囲気下で、所定の温度まで冷却される（Ｓ２）。次に、吸着部２が、呼気収集装置１の呼気収集部１３に設置される（Ｓ３）。そして、呼気導入部１２が被験者１１の口部に装着され、被験者１１が呼気収集装置１に呼気を吐出することによって、被験者１１の呼気をサンプリングする（Ｓ４）。このとき、揮発性の高い呼気成分を測定したい場合は、呼気収集部１３を冷却しながらサンプリングすると、成分が効率よく吸着剤２１１表面に吸着されるので、感度良く分析することが可能となる。逆に揮発性の低い呼気成分を測定したい場合には、呼気収集部１３を測定成分が脱離しない程度の温度に加熱しながらサンプリングを行うと、揮発性の高い夾雑成分は吸着剤２１１に吸着されにくくなるので、分析時のノイズ成分の影響を小さくすることができる。なお、このとき配管１６ｂに設けた流量計１５でサンプリングした呼気量を計測しながら、呼気を収集する。サンプリングする呼気収集量は１［l／回］程度が適当である。使用する分析計の感度、対象とする呼気成分により、サンプリングする呼気量は適度に調節する。
呼気を捕集した後、吸着フィルタ２１が、呼気収集部１３から外され、呼気分析システム３における加熱装置３１の加熱室３１１内に設置される（Ｓ５）。そして、加熱部３１２が、加熱室３１１を加熱して呼気成分を吸着フィルタ２１より脱離させ、脱離した呼気成分を回収する（Ｓ６）。加熱には、例えばランプ光源による熱を利用する。回収した呼気成分は配管３３を介して、分析装置３２へ送られる。分析装置３２は、送られた呼気成分を分析する（Ｓ７）。分析装置３２は、質量分析計、ＧＣ、ＧＣ／ＭＳ（Ｇａｓ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ／Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）などを用いて分析することが出来る。
測定を終了した後の吸着剤２１１は、不活性ガス雰囲気下で加熱して吸着していた呼気成分を完全に脱離させる（Ｓ８）。この処理によって、吸着剤２１１を再利用することが可能となる。加熱後すぐにサンプリングを行わない場合には、容器に密封し、大気中の成分が吸着しないように保存しておくことが好ましい。
【００２５】
図５に示すようなガラス管５５に充填した吸着剤５６を用いて吸着部５７を構成すると、吸着部５７における吸着剤５６が占める体積比は概ね５０％以上となり、吸着率は高くなるが、吸着部５７での圧力損失が大きくなり、サンプリング時の被験者の負担が増大する。本実施形態で用いた吸着剤２１１（図２参照）と同じ大きさで、かつ同じ量の吸着剤５６を内径３［ｍｍ］のガラス管５５に充填したところ、吸着部５７の長さは１８［ｍｍ］、吸着部のうち吸着剤５６］が占める体積比は９８％となり、標準試料であるヘプタンの回収率は約９０％と高い回収率を示した。しかし、（ＡＬ−Ｖ）2／Ｌ3＝０．００２となり、呼気を４［ｌ／ｍｉｎ］で流した時の実験では、吸着部５７における圧力損失は約４０ｋＰａあり、被験者５１の負担が増大する結果となった。
【００２６】
このように、（ＡＬ−Ｖ）2／Ｌ3≧０．００３ｍｍ3とＶ／ＡＬ≧０．３との両方を満たすよう吸着剤を配置することにより、圧力損失が小さく被験者の負担が小さく、かつ成分の回収率が高い吸着フィルタを作ることが出来る。
表１は、比較例の呼気捕集方法と、本実施形態における呼気捕集方法との比較を示す表である。
ここで、比較例は、例えば容器（バッグ）捕集による方法（例えば、特許文献２で開示されている方法）および固体吸着による方法（例えば、特許文献１で開示されている方法）であり、本実施形態は、吸着フィルタによる方法である。
表１は、呼気捕集方法である容器（バッグ）捕集による方法、固体吸着による方法および吸着フィルタによる方法における吸着部５７の圧力損失、および呼気成分の回収率を比較したものである。
なお、呼気成分の回収率は、ヘプタンを標準試料として実験した結果である。
【００２７】
【表１】
【００２８】
表１に示すように、容器捕集による方法における、吸着部における圧力損失は、１［ｋＰａ］以下であり、被験者への負担は小さいものの、成分の回収率は、およそ１０％と低い。
一方、固体吸着による方法では、呼気成分の回収率は、およそ９０％と良好だが、吸着部における圧力損失が４０［ｋＰａ］と大きく、被験者への負担が大きい。
本実施形態における吸着フィルタによる方法では、吸着部における圧力損失が１ｋＰａ以下であり、被験者の負担が小さい。さらに、呼気成分の回収率も、およそ５０％〜７０％と高く、良好なサンプリングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態に係る呼気収集装置の構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態に係る吸着部の構成を示す図であり、（ａ）は、吸着部の側断面を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】呼気分析システムの構成を示す概略図である。
【図４】呼気成分の測定の処理の流れを示すフローである。
【図５】吸着剤をガラス管に充填した呼気収集装置の構成の従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ 呼気収集装置
２ 吸着部
３ 呼気分析システム
５ 呼気収集装置
１２ 呼気導入部
１３ 呼気収集部
１４ 吸引ポンプ
２１ 吸着フィルタ
２２ メッシュ
３１ 加熱装置
３２ 分析装置
２１１ 吸着剤
２１２ メタルシート
２１３ 孔部
３１１ 吸着剤
３１１ 加熱室
３１２ 加熱部
３１３ 吸着剤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動物の呼気試料中の微量成分を分析する呼気捕集フィルタ、呼気収集装置、呼気分析システムおよび呼気分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
呼気中の成分には被験者体内で生成された代謝物が微量に含まれており、疾患の有無により、その微量代謝物の濃度や微量代謝物そのものが変化することが知られている。このことを病気の診断に役立てるために、呼気中の微量代謝物の分析に関する基礎的な研究が進められている。
【０００３】
呼気中成分の分析装置として、特許文献１では、内径２〜３ｍｍのガラス管内に、吸着剤を充填し、呼気を通過させることにより、吸着剤に呼気中の測定対象成分である呼気成分を吸着させる呼気成分捕集管が提示されている。この呼気成分捕集管を用いた分析方法では、呼気成分の脱離時に吸着剤中に発熱体を分散させ、ガラス管にマイクロ波を照射する。その結果、発熱体が放熱し、その放熱により吸着剤を加熱することによって吸着した成分を脱離させる。そして、脱離した成分を分析カラムに導入し分析している。
【０００４】
図５は、吸着剤をガラス管に充填した呼気収集装置の構成の従来例を示す図である。
図５に示すように、呼気収集装置５は、被験者５１の呼気を導入するための呼気導入部５２と、呼気成分を捕集する呼気収集部５３と、呼気収集部５３の下流側の圧力を下げ、被験者の負担を軽減するための吸引ポンプ５４とを含んで構成される。呼気収集部５３は、ガラス管５５と、このガラス管５５に充填された吸着剤５６とによって構成される。ここで、吸着剤５６が充填されている領域を吸着部５７とする。
【０００５】
なお、本明細書では呼気収集装置における所定の場所を基準としたとき、その場所から、被験者に近い側を上流側、被験者から遠い側を下流側と表現することとする。
【０００６】
特許文献２では、プラスチックフィルムおよびアルミホイルから形成された積層シートからなる袋部分にキャップを設け、バッグ内に呼気成分を採取する呼気検査用バッグが提示されている。このバッグを赤外分析計またはＧＣ（Ｇａｓ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ：ガスクロマトログラフ分析計）を備えた質量分析計に接続し、成分を分析している。
特許文献３では、呼気収集装置にバルブを設け、肺胞呼気のみを収集する装置が示されている。
【特許文献１】特開平１０−２０６２９３号公報（請求項１、段落００２０）
【特許文献２】特開２００３−１７１３１７号公報（請求項５、段落００４７から００５３）
【特許文献３】特表平８−５１０９８号公報（請求項２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
呼気中のガス成分を分析する場合において、特許文献１で開示されている呼気成分捕集管による方法は、固体の吸着剤表面に、成分を吸着した後、熱脱離し分析することにより、揮発性の低い成分も比較的良く回収できる。しかし、呼気成分を収集する際に、吸着剤による圧力損失が生じ、被験者の負担が増大してしまう。
一方、特許文献２で開示されている呼気検査用バッグによる方法は、呼気収集時に必要な圧力が小さいので、被験者が感じる負担は殆ど無いが、低揮発性物質の十分な回収が出来なくなるということが起きる。
また、吸着剤による圧力損失を小さくし、被験者の負担を軽減する方法として、図５に示されているような、吸引ポンプ５４の吸引力を大きくする方法が考えられる。しかし、吸引ポンプの吸引力が過度に大きくなると、被験者の口部の周囲の空気も呼気収集装置に送られてしまい、正確な呼気成分の測定が不可能となってしまう。
【０００８】
このような背景に鑑みて、本発明の目的は、呼気を収集するサンプリング時の圧力損失を小さくすることによって、被験者の負担を軽減し、同時に呼気成分の回収率が高い呼気捕集フィルタを提供し、さらにこの捕集フィルタを使用した呼気収集装置を用いた呼気収集装置、呼気分析システムおよび呼気分析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
捕集部における吸着剤の全体積をＶ、孔部の全断面積をＡ、孔部の長さをＬとしたとき、（ＡＬ−Ｖ）2／Ｌ3≧０．００３ｍｍ3かつＶ／ＡＬ≧０．３を満たしていることを特徴とする呼気捕集フィルタ、もしくは捕集部が、網状のメッシュに挟持されていることを特徴とする呼気捕集フィルタを提供する。また、これらの呼気捕集フィルタを使用した呼気収集装置、呼気分析システムおよび呼気分析方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、サンプリング時の圧力損失が小さくなることによって、被験者の負担を軽減し、同時に呼気成分の回収率が高い呼気捕集フィルタを提供し、さらにこの捕集フィルタを用いた呼気収集装置、呼気分析システムおよび呼気分析方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態に係る呼気捕集フィルタ、呼気収集装置、呼気分析システムおよび呼気分析方法について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る呼気収集装置の構成を示す概略図である。
図１に示すように、呼気収集装置１は、被験者１１の呼気を導入するための呼気導入部１２と、呼気導入部１２と接続され、呼気成分を捕集するための吸着部（呼気捕集フィルタ）２を内部に設置してなる呼気収集部１３とを含んで構成される。さらに、呼気収集装置１は、呼気収集部１３の下流側に設置され、配管１６ａを介して、呼気収集部１３と接続され、呼気収集部１３の下流側、および配管１６ａの圧力を下げる吸引ポンプ１４と、吸引ポンプ１４の下流に設けられ、配管１６ｂを介して吸引ポンプ１４と接続される、捕集した呼気量を計測するための流量計１５とを含んで構成される。ここで、呼気量とは、単位時間あたりに流れる呼気の量である。なお、流量計１５は、吸引ポンプ１４の上流側の配管１６ａ上に設けてもよい。さらに、呼気収集装置１は、配管１６ａ上に存在し、配管１６ａ内を流れる呼気量を調節するための弁１７を含んで構成されてもよい。
なお、呼気導入部１２は、口を覆うマスクの形状をしたものが好ましいが、口に咥えて呼気を導入するパイプ形状のものでもよい。
【００１２】
被験者１１は、呼気導入部１２を口部に装着し、呼気を吐出する。吐出された呼気は、呼気収集部１３へ送られる。呼気収集部１３に送られた呼気に含まれる呼気成分は、呼気収集部１３内に備えられている吸着部２内の吸着剤２１１（図２参照）に吸着されることによって捕集される。吸着剤２１１によって吸着されなかった成分は、配管１６ａ、弁１７、吸引ポンプ１４および配管１６ｂを介して、系外に排出される。呼気収集部１３の下流には、吸引ポンプ１４を設け、呼気収集部１３の下流側、および配管１６ａの圧力を下げ、被験者１１の負担を少なくするのが好ましい。また、配管１６ａ上に弁１７を設け、配管１６ａ内を流れる呼気量を調節することも可能である。さらに、吸引ポンプ１４の上流あるいは下流に流量計１５を設け（本実施形態では、吸引ポンプ１４の下流側に設けた場合のみを図示）、呼気収集装置１に吐出された呼気量を確認することが好ましい。吸着剤２１１に捕集された呼気成分の量は、呼気量に依存するため、サンプリング条件をそろえる為に、流量計１５によって、呼気量を測定することは重要である。
【００１３】
図２は、本実施形態に係る吸着部の構成を示す図であり、（ａ）は、吸着部の側断面を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
以下、図２を参照して吸着部２の構成を説明する。
図２（ａ）に示すように、吸着部２は、吸着フィルタ２１の両面をメッシュ２２で密接に挟んで構成されている。メッシュ２２は、吸着フィルタ２１に接着されていてもよいし、されていなくてもよい。吸着フィルタ２１は、呼気成分を吸着する吸着剤２１１と、吸着剤２１１を保持するためのメタルシート（捕集部）２１２とから構成されている。メタルシート２１２には、所定（上流）の面から、他（下流）の面に貫通してなる複数の孔部２１３が形成されている。そして、図２（ｂ）に示すように、孔部２１３には、粒状の吸着剤２１１が充填されている。ここで、メッシュ２２の網目のサイズは、吸着剤２１１の粒径より細かいものを用いる。このようにすることで、吸着剤２１１が、孔部２１３から流出するのを防ぐことができる。また、呼気が、吸着部２の周囲から逃げないように、吸着部２、または吸着フィルタ２１の周囲をシール（図示せず）すれば、吸着剤２１１が充填された孔部２１３を、呼気が通る率を高めることができ、呼気の吸着率をさらに大きくすることができる。メタルシート２１２およびメッシュ２２の材質は、加熱した際に、ガスを発生しないもの、例えばステンレススチールなどの金属が好ましい。吸着剤２１１は、測定したい成分に合わせて適宜選択すればよいが、例えばカーボン系吸着剤からなることが好ましい。具体的には、例えばＢｕｃｈｅｍ ＢＶ社のＴＥＮＡＸ ＴＡ（登録商標）や、同じくＢｕｃｈｅｍ ＢＶ社のＴＥＮＡＸ ＧＲ（登録商標）を用いるのが一般的である。
【００１４】
次に、図１および図２を参照して、吸着フィルタ２１の構成および作用を詳細に説明する。
被験者１１によって、マスクなどの呼気導入部１２が装着され、被験者１１の呼気が呼気収集部１３内の吸着部２に吐出される。炭化水素系物質などの呼気成分は、選択的に吸着剤２１１に吸着され、窒素などの不活性ガスは、吸着されずに吸着部２の下流側へ排出される。吸着部２の下流側を大気圧とした場合、吸着部２を呼気が通過する際の圧力損失分だけ吸着部２の上流側は、下流側に比べ、圧力が高くなり、被験者１１が呼気を吐き出すときの抵抗となる。つまり、この圧力損失が小さければ吸着部２の上流側の圧力は小さくなり、被験者１１が楽に呼気を吐き出すことができる。吸着部２を流れる呼気量と、それにより生じる圧力損失の関係は以下に記述する通りである。
【００１５】
孔部２１３の断面積の総和（以下、断面積と記載する）をＡ、孔部２１３の長さをＬとする。また孔部２１３に存在する吸着剤２１１の総体積をＶとすると、吸着フィルタ２１において、呼気が通過できる部分の体積は、ＡＬ−Ｖとなる。従って、呼気が通過できる見かけの断面積は、
（ＡＬ−Ｖ）／Ｌ …（数式１）
となる。
【００１６】
また、吸着部２の上流／下流の圧力損失Ｐは、
Ｐ＝Ｑ／Ｃ …（数式２）
と表せる。
ただし、Ｑ：呼気量、Ｃ：コンダクタンスである。
コンダクタンスＣは、円管のコンダクタンス（２０℃の空気の場合）を仮定すると、
Ｃ＝｛１３４９・ｄ4／Ｌ｝・｛（Ｐ1＋Ｐ2）／２｝［ｍ3／ｓ］ …（数式３）
である。ここで、ｄ：円管のみかけの内径＝２・（（ＡＬ−Ｖ）／πＬ）1/2、Ｐ1：吸着部２の上流側圧力、Ｐ2：吸着部２の下流側圧力である。
【００１７】
このようにして、用いた吸着剤２１１の総体積Ｖ、呼気量Ｑなどから、圧力損失Ｐを算出することができる。ここで、通常の呼吸における呼気量の最大値は、約４［ｌ／ｍｉｎ］であり、このときの吸着部２の上流側と下流側の間の圧力損失Ｐが１０［ｋＰａ］以下、すなわち
Ｐ＝Ｑ／Ｃ≦１０×１０3 …（数式４）
であれば、発明者らが実験した結果では、呼気をサンプリングする際の負担を感じない。すなわちＰ1＝１１０×１０3［Ｐａ］，Ｐ2＝１００×１０3［Ｐａ］，Ｑ＝４×１０-3×１０5／６０［Ｐａ・ｍ3／ｓ］を（数式３）および（数式４）に代入し、さらに（数式３）を（数式４）に代入すると、
（ＡＬ−Ｖ）2／Ｌ3≧２．９×１０-12［ｍ3］＝２．９×１０-3［ｍｍ3］となり、（ＡＬ−Ｖ）2／Ｌ3≧０．００３［ｍｍ3］を満たせば、被験者１１が呼気量４［ｌ／ｍｉｎ］で吐き出したときも、１０［ｋＰａ］以下の圧力損失になり、被験者１１は負担を感じない。
【００１８】
一方、呼気成分の分析面から考えると、なるべく呼気が吸着剤２１１に接触して、呼気成分が吸着されるのが好ましい。すなわち、前記したＡＬとＶの比（孔部２１３において吸着剤２１１が占める割合）Ｖ／ＡＬが小さすぎる（疎な場合）と、多くの呼気成分が吸着剤２１１に接触せずに系外に排出されてしまい、感度の高い測定が出来なくなる。発明者らが実験した結果では、Ｖ／ＡＬが８０％以上であれば、呼気成分の吸着率は９０％以上であるのに対して、３０％では吸着率は約５０％、１０％では吸着率が１０％程度と下がるため、Ｖ／ＡＬ≧３０％となるのが望ましい。
【００１９】
吸着剤２１１の粒径は細かいほど、同じ量を用いた場合の表面積が大きくなり、呼気成分を吸着する能力が増すが、孔部２１３における吸着剤２１１が占める体積比が大きくなり圧力損失が増大することになる。従って、孔部２１３の表面を入り組んだ形状として構成してもよい。このようにすることで、孔部２１３の表面積を増大させ、粒径が同じでも圧力損失を比較的増大させることなく、吸着率を増大させることができる。
【００２０】
同じ量の吸着剤２１１を使用している条件下で、吸着部２の上流、下流間の圧力損失を減らしつつ、吸着フィルタ２１を通るガス流速を小さくするために、一般に断面積Ａを大きくすることが有効である。しかし、図２に示したようなメタルシート２１２を使わず、単に２つのメッシュ２２の間に吸着剤を挟むことによって、吸着剤２１１を保持する（すなわち、孔部２１３の内径を極限まで大きくした状態）と、吸着部２を動かすときに、吸着剤２１１が片側によってしまい、サンプリング時に呼気が吸着剤２１１にほとんど接触せずに、系外に排出されてしまう。このように、孔部２１３が形成されているメタルシート２１２には、吸着剤２１１の移動を防ぐ効果がある。
【００２１】
図２に示した吸着部２の例として、孔部２１３の内径：３×１０-3［ｍ］、孔部２１３の長さ：０．８×１０-3［ｍ］、孔部２１３の数：３１個、金属メッシュサイズ：約２５０μｍ、吸着剤２１１：Ｂｕｃｈｅｍ ＢＶ社のＴＥＮＡＸ ＴＡ（登録商標）（孔径約２５０μｍ）、吸着剤２１１の総体積：約１０６×１０-9［ｍ3］、を用いた場合、吸着剤２１１を充填しなかった場合の孔部２１３の断面積の総和は、約２１９×１０-6［ｍ2］となるため、孔部２１３の総体積は、２１９×１０-6×０．８×１０-3＝１７５×１０-9［ｍ3］となる。従って、孔部２１３における吸着剤２１１が占める体積比（Ｖ／ＡＬ）は、約６０％となる。また、（ＡＬ−Ｖ）2／Ｌ3＝（１７５×１０-9−１０６×１０-9）2／（０．８×１０-3）3≒９３００×１０-9［ｍ3］＝９３００［ｍｍ3］となり、（ＡＬ−Ｖ）2／Ｌ3≧０．００３ｍｍ3とＶ／ＡＬ≧０．３（３０％）の両方を満たしている。
【００２２】
実際に、本実施形態に係る吸着フィルタ２１を用いて、呼気を４［ｌ／ｍｉｎ］で流したときの圧力損失は、実験で確認した結果、約１［ｋＰａ］であり、一般に被験者１１が抵抗を感じる１０［ｋＰａ］に比べて十分に小さい。
この吸着部２を用いて、標準試料としてヘプタンを用いたときの回収率は、５０〜７０％であり、分析には十分な回収率であった。
【００２３】
図３は、呼気分析システムの構成を示す概略図である。
図３に示すように、呼気分析システム３は、呼気収集装置１（図１参照）から取り外された吸着フィルタ２１を収容し、加熱することによって呼気成分を吸着剤２１１（図２参照)から脱離させるための加熱装置３１と、加熱装置３１で加熱されることによって、吸着フィルタ２１から脱離した呼気成分の分析を行う分析装置３２と、加熱装置３１と分析装置３２を接続し、加熱装置３１で脱離した呼気成分を分析装置３２へ送る配管３３と、分析装置３２で分析された呼気成分を系外へ排出するための排出管３４とを含んで構成される。加熱装置３１は、取り外された吸着フィルタ２１を収容する加熱室３１１および加熱室３１１を加熱するための加熱部３１２を含んで構成される。さらに、呼気分析システム３は、分析装置３２と電気的に接続され、分析装置３２で分析された結果を解析するための端末ｔを含んで構成されてもよい。加熱部３１２は、例えばランプ光源、電気ヒータ、赤外線ヒータなどを用いる。分析装置３２は、ＧＣ、イオンモビリティ、質量分析計、ＧＣ／ＭＳ（Ｇａｓ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ／Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）およびこれらを組み合わせたものが使えるが、これらに限定したものではなく、成分を分析できるものであればどのような構成でも構わない。
【００２４】
図４は、呼気成分の測定の処理の流れを示すフローである。
図１、図２および図３を参照しつつ、図４を参照して呼気成分の測定の処理の流れを説明する。
まず、吸着部２は、高温でベーキングされ（Ｓ１）、吸着剤２１１に、未知のガス成分が吸着しないように、前もって処理しておく。次に、吸着部２が、窒素やヘリウムなどのクリーンなガス雰囲気下で、所定の温度まで冷却される（Ｓ２）。次に、吸着部２が、呼気収集装置１の呼気収集部１３に設置される（Ｓ３）。そして、呼気導入部１２が被験者１１の口部に装着され、被験者１１が呼気収集装置１に呼気を吐出することによって、被験者１１の呼気をサンプリングする（Ｓ４）。このとき、揮発性の高い呼気成分を測定したい場合は、呼気収集部１３を冷却しながらサンプリングすると、成分が効率よく吸着剤２１１表面に吸着されるので、感度良く分析することが可能となる。逆に揮発性の低い呼気成分を測定したい場合には、呼気収集部１３を測定成分が脱離しない程度の温度に加熱しながらサンプリングを行うと、揮発性の高い夾雑成分は吸着剤２１１に吸着されにくくなるので、分析時のノイズ成分の影響を小さくすることができる。なお、このとき配管１６ｂに設けた流量計１５でサンプリングした呼気量を計測しながら、呼気を収集する。サンプリングする呼気収集量は１［l／回］程度が適当である。使用する分析計の感度、対象とする呼気成分により、サンプリングする呼気量は適度に調節する。
呼気を捕集した後、吸着フィルタ２１が、呼気収集部１３から外され、呼気分析システム３における加熱装置３１の加熱室３１１内に設置される（Ｓ５）。そして、加熱部３１２が、加熱室３１１を加熱して呼気成分を吸着フィルタ２１より脱離させ、脱離した呼気成分を回収する（Ｓ６）。加熱には、例えばランプ光源による熱を利用する。回収した呼気成分は配管３３を介して、分析装置３２へ送られる。分析装置３２は、送られた呼気成分を分析する（Ｓ７）。分析装置３２は、質量分析計、ＧＣ、ＧＣ／ＭＳ（Ｇａｓ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ／Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）などを用いて分析することが出来る。
測定を終了した後の吸着剤２１１は、不活性ガス雰囲気下で加熱して吸着していた呼気成分を完全に脱離させる（Ｓ８）。この処理によって、吸着剤２１１を再利用することが可能となる。加熱後すぐにサンプリングを行わない場合には、容器に密封し、大気中の成分が吸着しないように保存しておくことが好ましい。
【００２５】
図５に示すようなガラス管５５に充填した吸着剤５６を用いて吸着部５７を構成すると、吸着部５７における吸着剤５６が占める体積比は概ね５０％以上となり、吸着率は高くなるが、吸着部５７での圧力損失が大きくなり、サンプリング時の被験者の負担が増大する。本実施形態で用いた吸着剤２１１（図２参照）と同じ大きさで、かつ同じ量の吸着剤５６を内径３［ｍｍ］のガラス管５５に充填したところ、吸着部５７の長さは１８［ｍｍ］、吸着部のうち吸着剤５６］が占める体積比は９８％となり、標準試料であるヘプタンの回収率は約９０％と高い回収率を示した。しかし、（ＡＬ−Ｖ）2／Ｌ3＝０．００２となり、呼気を４［ｌ／ｍｉｎ］で流した時の実験では、吸着部５７における圧力損失は約４０ｋＰａあり、被験者５１の負担が増大する結果となった。
【００２６】
このように、（ＡＬ−Ｖ）2／Ｌ3≧０．００３ｍｍ3とＶ／ＡＬ≧０．３との両方を満たすよう吸着剤を配置することにより、圧力損失が小さく被験者の負担が小さく、かつ成分の回収率が高い吸着フィルタを作ることが出来る。
表１は、比較例の呼気捕集方法と、本実施形態における呼気捕集方法との比較を示す表である。
ここで、比較例は、例えば容器（バッグ）捕集による方法（例えば、特許文献２で開示されている方法）および固体吸着による方法（例えば、特許文献１で開示されている方法）であり、本実施形態は、吸着フィルタによる方法である。
表１は、呼気捕集方法である容器（バッグ）捕集による方法、固体吸着による方法および吸着フィルタによる方法における吸着部５７の圧力損失、および呼気成分の回収率を比較したものである。
なお、呼気成分の回収率は、ヘプタンを標準試料として実験した結果である。
【００２７】
【表１】
【００２８】
表１に示すように、容器捕集による方法における、吸着部における圧力損失は、１［ｋＰａ］以下であり、被験者への負担は小さいものの、成分の回収率は、およそ１０％と低い。
一方、固体吸着による方法では、呼気成分の回収率は、およそ９０％と良好だが、吸着部における圧力損失が４０［ｋＰａ］と大きく、被験者への負担が大きい。
本実施形態における吸着フィルタによる方法では、吸着部における圧力損失が１ｋＰａ以下であり、被験者の負担が小さい。さらに、呼気成分の回収率も、およそ５０％〜７０％と高く、良好なサンプリングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態に係る呼気収集装置の構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態に係る吸着部の構成を示す図であり、（ａ）は、吸着部の側断面を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】呼気分析システムの構成を示す概略図である。
【図４】呼気成分の測定の処理の流れを示すフローである。
【図５】吸着剤をガラス管に充填した呼気収集装置の構成の従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ 呼気収集装置
２ 吸着部
３ 呼気分析システム
５ 呼気収集装置
１２ 呼気導入部
１３ 呼気収集部
１４ 吸引ポンプ
２１ 吸着フィルタ
２２ メッシュ
３１ 加熱装置
３２ 分析装置
２１１ 吸着剤
２１２ メタルシート
２１３ 孔部
３１１ 吸着剤
３１１ 加熱室
３１２ 加熱部
３１３ 吸着剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
呼気成分を吸着するための吸着剤と、
所定の面から他の面へと貫通し、前記吸着剤が充填される孔部を有する捕集部とを具備した呼気捕集フィルタであって、
前記捕集部における前記吸着剤の全体積をＶ、前記孔部の全断面積をＡ、前記孔部の長さをＬとしたとき、（ＡＬ−Ｖ）2／Ｌ3≧０．００３ｍｍ3かつＶ／ＡＬ≧０．３を満たしていることを特徴とする呼気捕集フィルタ。
【請求項２】
呼気成分を吸着するための吸着剤と、
前記吸着剤を保持する捕集部とを具備する呼気捕集フィルタであって、
前記捕集部が、網状のメッシュに挟まれていることを特徴とする呼気捕集フィルタ。
【請求項３】
前記吸着剤は、カーボン系吸着剤からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の呼気捕集フィルタ。
【請求項４】
前記捕集部は、金属からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の呼気捕集フィルタ。
【請求項５】
前記メッシュは、金属からなることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の呼気捕集フィルタ。
【請求項６】
被験者の呼気を導入するための呼気導入部と、
前記呼気導入部と接続され、呼気成分を捕集するための呼気捕集フィルタを内設してなる呼気収集部と、
を含んで構成される呼気収集装置であって、
前記呼気捕集フィルタは、
前記呼気成分を吸着するための吸着剤と、
所定の面から他の面へと貫通し、前記吸着剤が充填される孔部を有する板状の捕集部とを具備しており、
前記捕集部における前記吸着剤の全体積をＶ、前記孔部の全断面積をＡ、前記孔部の長さをＬとしたとき、（ＡＬ−Ｖ）2／Ｌ3≧０．００３ｍｍ3かつＶ／ＡＬ≧０．３を満たしていることを特徴とする呼気収集装置。
【請求項７】
被験者の呼気を導入するための呼気導入部と、
前記呼気導入部と接続され、呼気成分を捕集するための呼気捕集フィルタを内設してなる呼気収集部と、
を含んで構成される呼気収集装置であって、
前記呼気成分を吸着するための吸着剤と、
前記吸着剤を保持する捕集部とを具備する呼気捕集フィルタであって、
前記捕集部が、網状のメッシュに挟まれていることを特徴とする呼気収集装置。
【請求項８】
前記呼気収集部と接続される流量計をさらに備えることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の呼気収集装置。
【請求項９】
前記呼気収集部と接続される吸引ポンプをさらに備えることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の呼気収集装置。
【請求項１０】
呼気成分を捕集する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の呼気捕集フィルタを収容し、前記呼気捕集フィルタを加熱することによって前記呼気成分を前記呼気捕集フィルタから脱離させる加熱装置と、
前記加熱装置から、脱離した前記呼気成分を取得し、この呼気成分の分析を行う分析装置と、
を含んで構成されることを特徴とする呼気分析システム。
【請求項１１】
前記加熱装置は、ランプ光源を含んで構成されることを特徴とする請求項１０に記載の呼気分析システム。
【請求項１２】
前記呼気分析装置は、質量分析計またはガスクロマトグラフ分析計を含んで構成されることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の呼気分析システム。
【請求項１３】
被験者の呼気を導入するための呼気導入部と、
前記呼気導入部と接続され、呼気成分を捕集するための請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の呼気捕集フィルタを内設してなる呼気収集部と、
を含んで構成される呼気収集装置と、
前記呼気捕集フィルタを収容し、前記呼気捕集フィルタを加熱することによって前記呼気成分を前記呼気捕集フィルタから脱離させる加熱装置と、
前記加熱装置から、脱離した前記呼気成分を取得し、この呼気成分の分析を行う分析装置と、
を含んで構成される呼気分析システムとを用いた呼気分析方法であって、
前記呼気捕集フィルタが、前記呼気収集装置に設置されて、
前記呼気収集装置が前記被験者に装着され、前記被験者が前記呼気収集装置に呼気を吐出することによって、前記被験者の呼気をサンプリングして、
前記呼気を捕集した後、前記呼気捕集フィルタが、前記呼気収集装置から外され、前記加熱装置に設置され、
前記加熱装置が、前記呼気捕集フィルタを加熱することによって前記呼気成分が前記呼気捕集フィルタより脱離し、脱離した前記呼気成分を回収して、
前記呼気成分を分析装置で分析することを特徴とする呼気分析方法。
【請求項１４】
前記呼気のサンプリングをする前に前記呼気捕集フィルタを加熱することをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の呼気分析方法。
【請求項１５】
前記呼気のサンプリング時に、前記呼気捕集フィルタを加熱することをさらに含むことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の呼気分析方法。
【請求項１６】
前記呼気のサンプリング時に、前記呼気捕集フィルタを冷却することをさらに含むことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の呼気分析方法。
【請求項１７】
前記呼気成分の回収時に、ランプ光源を用いることを特徴とする請求項１３から請求項１６のいずれか一項に記載の呼気分析方法。
【請求項１８】
前記分析装置は、質量分析計またはガスクロマトグラフ分析計を含むことを特徴とする請求項１３から請求項１７のいずれか一項に記載の呼気分析方法。
【請求項１】
呼気成分を吸着するための吸着剤と、
所定の面から他の面へと貫通し、前記吸着剤が充填される孔部を有する捕集部とを具備した呼気捕集フィルタであって、
前記捕集部における前記吸着剤の全体積をＶ、前記孔部の全断面積をＡ、前記孔部の長さをＬとしたとき、（ＡＬ−Ｖ）2／Ｌ3≧０．００３ｍｍ3かつＶ／ＡＬ≧０．３を満たしていることを特徴とする呼気捕集フィルタ。
【請求項２】
呼気成分を吸着するための吸着剤と、
前記吸着剤を保持する捕集部とを具備する呼気捕集フィルタであって、
前記捕集部が、網状のメッシュに挟まれていることを特徴とする呼気捕集フィルタ。
【請求項３】
前記吸着剤は、カーボン系吸着剤からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の呼気捕集フィルタ。
【請求項４】
前記捕集部は、金属からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の呼気捕集フィルタ。
【請求項５】
前記メッシュは、金属からなることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の呼気捕集フィルタ。
【請求項６】
被験者の呼気を導入するための呼気導入部と、
前記呼気導入部と接続され、呼気成分を捕集するための呼気捕集フィルタを内設してなる呼気収集部と、
を含んで構成される呼気収集装置であって、
前記呼気捕集フィルタは、
前記呼気成分を吸着するための吸着剤と、
所定の面から他の面へと貫通し、前記吸着剤が充填される孔部を有する板状の捕集部とを具備しており、
前記捕集部における前記吸着剤の全体積をＶ、前記孔部の全断面積をＡ、前記孔部の長さをＬとしたとき、（ＡＬ−Ｖ）2／Ｌ3≧０．００３ｍｍ3かつＶ／ＡＬ≧０．３を満たしていることを特徴とする呼気収集装置。
【請求項７】
被験者の呼気を導入するための呼気導入部と、
前記呼気導入部と接続され、呼気成分を捕集するための呼気捕集フィルタを内設してなる呼気収集部と、
を含んで構成される呼気収集装置であって、
前記呼気成分を吸着するための吸着剤と、
前記吸着剤を保持する捕集部とを具備する呼気捕集フィルタであって、
前記捕集部が、網状のメッシュに挟まれていることを特徴とする呼気収集装置。
【請求項８】
前記呼気収集部と接続される流量計をさらに備えることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の呼気収集装置。
【請求項９】
前記呼気収集部と接続される吸引ポンプをさらに備えることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の呼気収集装置。
【請求項１０】
呼気成分を捕集する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の呼気捕集フィルタを収容し、前記呼気捕集フィルタを加熱することによって前記呼気成分を前記呼気捕集フィルタから脱離させる加熱装置と、
前記加熱装置から、脱離した前記呼気成分を取得し、この呼気成分の分析を行う分析装置と、
を含んで構成されることを特徴とする呼気分析システム。
【請求項１１】
前記加熱装置は、ランプ光源を含んで構成されることを特徴とする請求項１０に記載の呼気分析システム。
【請求項１２】
前記呼気分析装置は、質量分析計またはガスクロマトグラフ分析計を含んで構成されることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の呼気分析システム。
【請求項１３】
被験者の呼気を導入するための呼気導入部と、
前記呼気導入部と接続され、呼気成分を捕集するための請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の呼気捕集フィルタを内設してなる呼気収集部と、
を含んで構成される呼気収集装置と、
前記呼気捕集フィルタを収容し、前記呼気捕集フィルタを加熱することによって前記呼気成分を前記呼気捕集フィルタから脱離させる加熱装置と、
前記加熱装置から、脱離した前記呼気成分を取得し、この呼気成分の分析を行う分析装置と、
を含んで構成される呼気分析システムとを用いた呼気分析方法であって、
前記呼気捕集フィルタが、前記呼気収集装置に設置されて、
前記呼気収集装置が前記被験者に装着され、前記被験者が前記呼気収集装置に呼気を吐出することによって、前記被験者の呼気をサンプリングして、
前記呼気を捕集した後、前記呼気捕集フィルタが、前記呼気収集装置から外され、前記加熱装置に設置され、
前記加熱装置が、前記呼気捕集フィルタを加熱することによって前記呼気成分が前記呼気捕集フィルタより脱離し、脱離した前記呼気成分を回収して、
前記呼気成分を分析装置で分析することを特徴とする呼気分析方法。
【請求項１４】
前記呼気のサンプリングをする前に前記呼気捕集フィルタを加熱することをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の呼気分析方法。
【請求項１５】
前記呼気のサンプリング時に、前記呼気捕集フィルタを加熱することをさらに含むことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の呼気分析方法。
【請求項１６】
前記呼気のサンプリング時に、前記呼気捕集フィルタを冷却することをさらに含むことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の呼気分析方法。
【請求項１７】
前記呼気成分の回収時に、ランプ光源を用いることを特徴とする請求項１３から請求項１６のいずれか一項に記載の呼気分析方法。
【請求項１８】
前記分析装置は、質量分析計またはガスクロマトグラフ分析計を含むことを特徴とする請求項１３から請求項１７のいずれか一項に記載の呼気分析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−３２９７７９（Ｐ２００６−３２９７７９Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５２８１０（Ｐ２００５−１５２８１０）
【出願日】平成１７年５月２５日（２００５．５．２５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２５日（２００５．５．２５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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