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JP2009257772A - Gas sensor device - Google Patents

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JP2009257772A JP2008103728A JP2008103728A JP2009257772A JP 2009257772 A JP2009257772 A JP 2009257772A JP 2008103728 A JP2008103728 A JP 2008103728A JP 2008103728 A JP2008103728 A JP 2008103728A JP 2009257772 A JP2009257772 A JP 2009257772A
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幹宏 山中
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克俊 高尾
Tsunehisa Kawada
倫久 川田
Yasuaki Murashi
泰章 村司
Shuji Nishiura
修司 西浦
Mieko Otonashi
美恵子 音無
Atsushi Kudo
淳 工藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas sensor device capable of detecting a specific gas in exhalation easily by an individual. <P>SOLUTION: This exhalation gas sensor device 10 includes an exhalation collection box 12; an outside air introduction part 24 for introducing a sample gas into the exhalation collection box 12; CNT (Carbon Nano Tube) gas sensors 40a, 40b, 40c provided in the exhalation collection box 12, and having each electric resistance changing by adsorbing a specific chemical substance; a detection part for detecting a change of the electric resistance of the CNT gas sensor 40a or the like; and exhaust parts 28, 29 for discharging gas inside the exhalation collection box 12 to the outside. Each of the CNT gas sensors 40a, 40b, 40c includes a CNT structure whose surface is modified by a material selected corresponding to the specific chemical substance which is a measuring object. A shutter 41 for separating the inside of the exhalation collection box 12 into two spaces may be provided in addition. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、呼気をセンシングする呼気ガスセンサ装置に関し、特に、複数種類のガス成分を一度に検出することが可能な呼気ガスセンサ装置に関する。   The present invention relates to an exhalation gas sensor device that senses exhalation, and more particularly to an exhalation gas sensor device that can detect a plurality of types of gas components at a time.

現代の日本は高齢化社会を迎え、社会全体の健康への関心は高まる一方である。これに関連し、健康管理、疾病予防及び治療に関する技術の向上が求められている。   As modern Japan faces an aging society, society's overall interest in health is increasing. In this context, there is a need for improved technology related to health management, disease prevention and treatment.

健康管理などの方法として、例えば、個人で手軽に且つ迅速に健康状態をチェックできるシステムがあげられる。個人の健康状態を把握するために容易にサンプリングできる生体情報としては、血液、尿、汗、唾液、呼気等がある。これらの構成成分のうちある特定の物質は、体調不良、疾病になる可能性が高い何かの兆候、又は既に患っている疾病に起因して発生したり、その量が変化したりする場合があり、その量の変化を知ることで個人の健康状態を把握できる可能性が高い。このような物質をマーカと呼ぶ。マーカのモニタリングが、健康管理及び疾病の早期発見、早期治療に役立つ。   As a method of health management, for example, there is a system in which an individual can easily and quickly check a health condition. Examples of biological information that can be easily sampled in order to grasp an individual's health condition include blood, urine, sweat, saliva, and exhaled breath. Certain of these components may occur or change in amount due to poor physical condition, some indication of a high possibility of illness, or a disease already suffering. There is a high possibility that the health status of an individual can be grasped by knowing the change in the amount. Such a substance is called a marker. Marker monitoring is useful for health management, early detection of disease, and early treatment.

生体情報のうち、呼気は、肺の中において毛細血管中の血液と薄膜を隔てて近接して存
在するため、その中には特にマーカを多く含んでいる。呼気に含まれるマーカの例としては、生活習慣病等の原因である酸化ストレスに起因するエタン及びペンタン、気管支炎等の呼吸疾患によるNO及びCO、胃炎等の消化器疾患に起因するH、糖尿病によるアセトン等がある。生体情報の中では、呼気のサンプリングが最も簡単である。このことから、呼気ガスをセンシングする、個人の健康管理のためのシステムが特に求められている。
Among the biological information, exhaled breath is present in the lung in close proximity with blood in the capillaries across a thin film, and therefore contains a lot of markers in particular. Examples of markers included in exhaled breath include ethane and pentane caused by oxidative stress that is a cause of lifestyle-related diseases, NO and CO caused by respiratory diseases such as bronchitis, H 2 caused by digestive diseases such as gastritis, For example, acetone due to diabetes. Among biometric information, sampling of exhalation is the simplest. For this reason, there is a particular need for a system for personal health management that senses expired gas.

呼気ガスセンシングでは、呼気ガスに含まれるマーカの濃度はppb〜ppmレベルであり、高感度のセンシングが求められる。さらに、個人が操作するため、誰でも簡単に出来、かつ、大掛かりな設備が不要なセンシングが求められる。   In expiratory gas sensing, the concentration of the marker contained in the expiratory gas is in the ppb to ppm level, and highly sensitive sensing is required. Furthermore, since the operation is performed by an individual, sensing that can be easily performed by anyone and that does not require large-scale facilities is required.

特許文献1に記載の技術では、半導体センサがアセトンを吸着する成分で構成されており、半導体センサの抵抗変化により、呼気中のアセトン濃度を測定することが出来る。具体的には、高温時、半導体センサを構成する酸化錫、酸化亜鉛及び酸化インジウム系化合物が呼気中の酸素分子を吸着する。これにより呼気中のアセトンが濃縮される。さらに、半導体センサを構成する、白金、ロジウム、及びパラジウムから選定した元素を含む、タングステン、モリブデン、クロム系酸化物は、アセトンを吸着して酸化する。その後半導体センサを低温にすることにより、酸化されたアセトンは酸化錫、酸化亜鉛及び酸化インジウム系化合物に吸着される。この吸着が酸化錫、酸化亜鉛及び酸化インジウム系化合物のエネルギーバンド状態を変化させる。この結果、半導体センサの抵抗が低下する。   In the technique described in Patent Document 1, the semiconductor sensor is composed of a component that adsorbs acetone, and the acetone concentration in the exhaled breath can be measured by the resistance change of the semiconductor sensor. Specifically, at high temperatures, tin oxide, zinc oxide, and indium oxide-based compounds constituting the semiconductor sensor adsorb oxygen molecules in the breath. As a result, the acetone in the breath is concentrated. Furthermore, tungsten, molybdenum, and chromium-based oxides that include elements selected from platinum, rhodium, and palladium that constitute the semiconductor sensor adsorb acetone and oxidize. Thereafter, the temperature of the semiconductor sensor is lowered, and the oxidized acetone is adsorbed by the tin oxide, zinc oxide and indium oxide compounds. This adsorption changes the energy band state of the tin oxide, zinc oxide and indium oxide compounds. As a result, the resistance of the semiconductor sensor decreases.

この半導体センサを内部に設けた筐体を含む装置において、筐体に呼気を吸引させると、本装置はアセトン濃度を表示する。この装置によれば、簡単な操作によりppmレベルのアセトン濃度を検出することが可能である。そのため、糖尿病に関して、この装置を個人の健康管理、さらには疾患予防及び治療に利用することが出来る。
特開2001−318069号公報 齋藤理一郎、「カーボンナノチューブの概要と課題」、機能材料、 vol.21、No.5、p6−14、2001年5月号
In an apparatus including a housing provided with the semiconductor sensor, when the breath is sucked into the housing, the apparatus displays the acetone concentration. According to this apparatus, it is possible to detect the acetone concentration of ppm level by a simple operation. Therefore, with respect to diabetes, this device can be used for personal health management, as well as disease prevention and treatment.
JP 2001-318069 A Riichiro Saito, “Outline and Issues of Carbon Nanotubes”, Functional Materials, vol. 21, no. 5, p. 6-14, May 2001 issue

しかし、特許文献1に記載の半導体センサは、アセトン以外の呼気成分を検出することが出来ない。したがって、糖尿病以外の疾患に関する情報を得ることが出来ない。   However, the semiconductor sensor described in Patent Document 1 cannot detect an exhalation component other than acetone. Therefore, information on diseases other than diabetes cannot be obtained.

これを解決する方法として、例えば、ガスクロマトグラフィー(Gas Chromathography。以下「GC」と呼ぶ。)等がある。GCは一度の測定で複数の成分を検出することが出来る。しかし、高価で大型の装置であること、並びに、サンプリング及び操作においてGCに関する知識が必要である等の理由により、GCは個人が自身で健康管理を行なうのには適していない。   As a method for solving this problem, for example, there is gas chromatography (hereinafter referred to as “GC”). GC can detect multiple components in a single measurement. However, GC is not suitable for individuals to manage their own health because it is an expensive and large device and because it requires knowledge about GC in sampling and operation.

したがって、本発明の目的は、個人の使用に対応可能な程度に操作手順が簡単で、かつ比較的小型のガスセンサ装置を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas sensor device that is relatively small in operating procedure and can be used for personal use, and that is relatively small.

この発明の他の目的は、個人の使用に対応可能な程度に操作手順が簡単で、かつ比較的小型であって、しかも一度の測定により測定対象ガス中の複数のガス成分を高感度で選択的にセンシングすることが可能なガスセンサ装置を提供することである。   Another object of the present invention is that the operation procedure is simple enough to accommodate personal use and is relatively small, and a plurality of gas components in the gas to be measured can be selected with high sensitivity by a single measurement. It is to provide a gas sensor device that can be sensed automatically.

本発明の第1の局面に係るガスセンサ装置は、内部に空間が形成された筐体と、この筐体に設けられ、筐体内部の空間に試料ガスを導入するための試料ガス導入手段と、筐体内に設けられた、雰囲気中の特定化学物質を吸着することにより電気抵抗が変化する化学物質センシング素子と、化学物質センシング素子に電気的に結合され、化学物質センシング素子の電気抵抗の変化を検出するための検出手段と、筐体に設けられ、筐体内部の空間の気体を筐体外部に排出するための排気手段とを含む。化学物質センシング素子は、特定化学物質に対応して選択される物質により表面修飾されたカーボンナノ構造体を含む。   A gas sensor device according to a first aspect of the present invention includes a housing in which a space is formed, a sample gas introduction unit that is provided in the housing and introduces a sample gas into the space inside the housing, A chemical substance sensing element that is provided in the housing and changes its electrical resistance by adsorbing a specific chemical substance in the atmosphere, and a chemical substance sensing element that is electrically coupled to the chemical substance sensing element. Detection means for detecting, and exhaust means provided in the housing for exhausting the gas in the space inside the housing to the outside of the housing. The chemical substance sensing element includes a carbon nanostructure that is surface-modified with a substance selected corresponding to the specific chemical substance.

好ましくは、カーボンナノ構造体は、カーボンナノチューブ(Carbon Nano Tube。以下「CNT」と呼ぶ。)を含む。   Preferably, the carbon nanostructure includes a carbon nanotube (hereinafter referred to as “CNT”).

CNTはグラファイト構造を有する、直径がナノオーダーのチューブ状炭素材料である。CNTは非常に安定な構造で、その内部ではΠ電子結合に基づく高速な電子移動を許容する導電性を示し、構造によっては金属線よりも優れた導体となる。非特許文献1によれば、CNTに化学物質分子が付着すると、電子移動が起こり起電力が発生する。言い換えれば、CNTの2点間に、電位差、すなわち、電気抵抗の変化が生じる。この電気抵抗の変化を検出すれば、化学物質のセンシングが可能となる。さらに、CNTのナノ構造により、CNTによるセンシングに対し優れた応答性及び検出下限が期待でき、上記化学物質センシング素子は高感度で優れた応答性を有するといえる。このため、CNTを検出下限ppm〜ppbレベルを必要とする呼気ガスセンシングに利用することが出来る。加えて、高感度であることから、センシング対象物質を付着させるためのセンシング基体のサイズを比較的小さくすることが出来る。同じ理由で、少量の試料ガスで測定することが出来る。本装置のサイズを比較的小さくすることができる。さらに、ガスが検出されたか否かが電気的抵抗の変化で検出できるため、既に確立されている電気技術を用いて、操作が容易な形で呼気ガスの検出結果を出力できる。また、CNTは表面修飾されており、表面修飾に用いられる物質は、その分子構造及び電気的特性により特定の化学物質と選択的に結合するように、測定対象の化学物質に対応して選択される。そのために、目的の呼気ガス成分を選択的に検出できる。   CNT is a tubular carbon material having a graphite structure and a nano-order diameter. CNTs have a very stable structure, and show conductivity within the inside that allows high-speed electron transfer based on negative electron bonds. Depending on the structure, CNTs are better conductors than metal wires. According to Non-Patent Document 1, when chemical substance molecules adhere to CNTs, electron transfer occurs and an electromotive force is generated. In other words, a potential difference, that is, a change in electric resistance occurs between two points of the CNT. If this change in electrical resistance is detected, chemical substances can be sensed. Furthermore, the CNT nanostructure can be expected to have excellent responsiveness and lower detection limit for sensing by CNT, and it can be said that the chemical substance sensing element has high sensitivity and excellent responsiveness. For this reason, CNT can be used for expiratory gas sensing that requires a detection lower limit ppm to ppb level. In addition, since it is highly sensitive, the size of the sensing substrate for attaching the sensing target substance can be made relatively small. For the same reason, it can be measured with a small amount of sample gas. The size of the apparatus can be made relatively small. Furthermore, since whether or not gas is detected can be detected by a change in electrical resistance, it is possible to output the detection result of the exhaled gas in an easy-to-operate manner using an already established electrical technique. In addition, CNT is surface-modified, and the substance used for the surface modification is selected according to the chemical substance to be measured so as to selectively bind with a specific chemical substance by its molecular structure and electrical characteristics. The Therefore, the target exhalation gas component can be selectively detected.

その結果、個人の使用に対応可能な程度に操作手順が簡単で、かつ比較的小型の呼気ガスセンサ装置を提供することができる。   As a result, it is possible to provide a breathing gas sensor device that has a relatively small operating procedure that is compatible with personal use and that is relatively small.

好ましくは、特定化学物質はアセトンであり、表面修飾されるカーボンナノ構造体は、アルキル基(以下「CH基」と呼ぶ。)により表面修飾されている。本願発明者は、このようにCH基により表面修飾されたCNTを用いたガスセンサ装置により、試料ガス中のアセトンを検出することが出来、その感度は検出下限100ppb以下であることを確認した。アセトンは糖尿病に関するマーカである。すなわち、本ガスセンサ装置によれば、高感度、及び、高いマーカ選択性により呼気中のアセトンのセンシングを行なうことが出来る。   Preferably, the specific chemical substance is acetone, and the surface-modified carbon nanostructure is surface-modified with an alkyl group (hereinafter referred to as “CH group”). The inventor of the present application has confirmed that the acetone in the sample gas can be detected by the gas sensor device using the CNT surface-modified with the CH group as described above, and the sensitivity thereof is lower than the detection limit of 100 ppb. Acetone is a marker for diabetes. That is, according to this gas sensor device, it is possible to sense acetone in exhaled breath with high sensitivity and high marker selectivity.

好ましくは、特定化学物質はペンタンであり、カーボンナノ構造体は、金属錯体又はその誘導体により表面修飾されている。さらに好ましくは、金属錯体は金属フタロシアニン(以下「MePc」と呼ぶ。)からなる。   Preferably, the specific chemical substance is pentane, and the carbon nanostructure is surface-modified with a metal complex or a derivative thereof. More preferably, the metal complex is made of metal phthalocyanine (hereinafter referred to as “MePc”).

本願発明者は、MePcにより表面修飾されたCNTを用いたガスセンサ装置により、試料ガス中のペンタンを検出することが出来、その感度は検出下限100ppb以下であることを確認した。   The inventor of the present application was able to detect pentane in the sample gas with a gas sensor device using CNT surface-modified with MePc, and confirmed that the sensitivity was below the detection limit of 100 ppb.

本ガスセンサ装置によれば、高感度、及び、高いマーカ選択性により呼気中のペンタンのセンシングを行なうことが出来る。   According to the present gas sensor device, sensing of pentane in exhalation can be performed with high sensitivity and high marker selectivity.

好ましくは、特定化学物質は一酸化窒素であり、カーボンナノ構造体は、一酸化窒素と選択的に結合する蛍光分子により表面修飾されている。好ましくは、蛍光分子はジアミノフルオレセイン−2(Diaminofluorescein−2。以下「DAF−2」と呼ぶ。)からなる。   Preferably, the specific chemical substance is nitric oxide, and the carbon nanostructure is surface-modified with a fluorescent molecule that selectively binds to nitric oxide. Preferably, the fluorescent molecule consists of diaminofluorescein-2 (hereinafter referred to as “DAF-2”).

本願発明者は、DAF−2により表面修飾されたCNTを用いたガスセンサ装置により、試料ガス中のNOを検出することが出来、その感度は検出下限100ppb以下であることを確認した。   The inventor of the present application has confirmed that NO in the sample gas can be detected by a gas sensor device using CNT surface-modified with DAF-2, and the sensitivity thereof is not more than a detection lower limit of 100 ppb.

本ガスセンサ装置によれば、高感度、及び、高いマーカ選択性により呼気中のNOのセンシングを行なうことが出来る。   According to this gas sensor device, sensing of NO in exhaled breath can be performed with high sensitivity and high marker selectivity.

好ましくは、ガスセンサ装置は、複数個の化学物質センシング素子を含む。これら複数個の化学物質センシング素子は、互いに異なる特定化学物質を選択的に吸着する物質で表面修飾されたカーボンナノ構造体を含む。検出手段は、複数の化学物質センシング素子の各電気抵抗の変化を個別に検出するための手段を含む。   Preferably, the gas sensor device includes a plurality of chemical substance sensing elements. The plurality of chemical substance sensing elements include carbon nanostructures whose surfaces are modified with substances that selectively adsorb different specific chemical substances. The detection means includes means for individually detecting a change in electrical resistance of the plurality of chemical substance sensing elements.

各化学物質センシング素子は、異なる特定化学物質の吸着量に応じてその電気的抵抗を変化させる。検出手段は、各化学物質センシング素子の電気抵抗変化を個別に検出する。各表面修飾材料が、呼気中の異なるマーカと各々選択的に結合するものであるため、ユーザは各マーカのセンシング結果を、同時にかつ個別に知ることができる。操作は化学物質センシング素子が1つのときと同じでよい。したがって、簡単な手順により、一度の呼気測定により複数種類の疾患に関する情報を得ることが出来る。   Each chemical substance sensing element changes its electrical resistance according to the amount of adsorption of a different specific chemical substance. The detection means individually detects a change in electrical resistance of each chemical substance sensing element. Since each surface modifying material selectively binds to a different marker in expiration, the user can know the sensing result of each marker simultaneously and individually. The operation may be the same as when one chemical substance sensing element is used. Therefore, it is possible to obtain information on a plurality of types of diseases by a single breath measurement by a simple procedure.

好ましくは、ガスセンサ装置は、筐体内部に形成された空間内に設けられ、化学物質センシング素子に対して加熱、光照射又はガスフローを行なうことにより化学物質センシング素子表面に吸着された物質を脱離させるための再生手段をさらに含む。   Preferably, the gas sensor device is provided in a space formed inside the housing, and removes the substance adsorbed on the surface of the chemical substance sensing element by heating, irradiating light, or gas flow to the chemical substance sensing element. It further includes a regenerating means for separating.

本装置によれば、化学物質センシング素子表面に吸着された物質を除去することが出来る。このため、本ガスセンサ装置によるガスセンシングを繰返し行なうことが出来る。   According to this apparatus, the substance adsorbed on the surface of the chemical substance sensing element can be removed. For this reason, the gas sensing by this gas sensor apparatus can be performed repeatedly.

好ましくは、ガスセンサ装置は、筐体の内部の空間のうち、化学物質センシング素子が設けられた第1の空間と、それ以外の第2の空間との間に設けられ、第1の空間と第2の空間とを分離する閉状態と、第1の空間と第2の空間とを連通させる開状態との間で状態を変化させるための分離手段をさらに含む。   Preferably, the gas sensor device is provided between a first space in which the chemical substance sensing element is provided and a second space other than the first space, and the first space and the first space. Separation means for changing the state between a closed state that separates the two spaces and an open state that communicates the first space and the second space is further included.

本ガスセンサ装置において、再生手段により、化学物質センシング素子表面に吸着された物質が除去される。この場合、筐体が外部に対し閉の状態であれば、除去された物質が筐体内に拡散し、筐体内壁を汚染する。分離手段は、閉状態では、筐体内の空間を、化学物質センシング素子が設けられた第1の空間と、それ以外の第2の空間とに分離する。この結果、閉状態にしておけば、化学物質センシング素子から除去された物質が第2の空間に拡散することが防止でき、筐体内壁の汚染を防ぐことが出来る。   In this gas sensor device, the substance adsorbed on the surface of the chemical substance sensing element is removed by the regeneration means. In this case, if the casing is closed with respect to the outside, the removed substance diffuses into the casing and contaminates the casing inner wall. In the closed state, the separating means separates the space in the housing into a first space in which the chemical substance sensing element is provided and a second space other than that. As a result, in the closed state, the substance removed from the chemical substance sensing element can be prevented from diffusing into the second space, and contamination of the inner wall of the housing can be prevented.

より好ましくは、試料ガス導入手段は、第1の空間に試料ガスを導入するように筐体に設けられている。ガスセンサ装置はさらに、筐体に設けられ、第2の空間に外部の気体を導入するための外気導入手段をさらに含む。   More preferably, the sample gas introduction means is provided in the housing so as to introduce the sample gas into the first space. The gas sensor device further includes an outside air introduction unit that is provided in the housing and introduces an external gas into the second space.

分離手段を閉状態としておいて試料ガス導入手段により試料ガスを第1の空間に導入すると、試料ガスが化学物質センシング素子にはすぐには接しない。測定開始とともに分離手段を開状態とすることで、試料ガスが化学物質センシング素子に接し、特定化学物質が化学物質センシング素子に吸着する。吸着開始のタイミングを所望のタイミングにすることができ、測定が正確に行なえる。測定終了後、化学物質センシング素子の再生時には、分離手段を閉手段としておくことで、素子から脱離した化学物質が筐体内部の空間全体に拡散することが防止できる。この状態で外気導入手段によって第2の空間に不活性な気体を導入すると、分離手段がない場合より迅速にこれら気体を第2の空間から排出し、外気を導入することが出来る。   When the sample gas is introduced into the first space by the sample gas introduction means with the separation means closed, the sample gas does not immediately contact the chemical substance sensing element. By opening the separation means at the start of measurement, the sample gas comes into contact with the chemical substance sensing element, and the specific chemical substance is adsorbed on the chemical substance sensing element. Adsorption start timing can be set to a desired timing, and measurement can be performed accurately. After the measurement is completed, when the chemical substance sensing element is regenerated, the separation means is closed, so that the chemical substance detached from the element can be prevented from diffusing into the entire space inside the housing. In this state, when an inert gas is introduced into the second space by the outside air introduction means, these gases can be discharged from the second space more quickly than when there is no separation means, and the outside air can be introduced.

さらに好ましくは、分離手段は、筐体の内部に設けられ、第1の空間と第2の空間との間に設けられたスライド式のシャッタを含む。スライド式のシャッタという簡便な構造で、筐体内壁の汚染を防ぐことができる。   More preferably, the separating means includes a sliding shutter provided inside the housing and provided between the first space and the second space. Contamination of the inner wall of the housing can be prevented with a simple structure called a sliding shutter.

好ましくは、ガスセンサ装置は、筐体内に設けられ、筐体内部の気体を攪拌するための攪拌手段をさらに含む。   Preferably, the gas sensor device further includes a stirring unit that is provided in the housing and stirs the gas inside the housing.

好ましくは、ガスセンサ装置はさらに、試料ガス導入手段に関連して設けられ、試料ガスの除湿を行なうための除湿手段を含む。   Preferably, the gas sensor device further includes a dehumidifying means provided in association with the sample gas introducing means for dehumidifying the sample gas.

好ましくは、ガスセンサ装置はさらに、外気導入手段に関連して設けられ、外部気体の除湿を行なうための除湿手段を含む。   Preferably, the gas sensor device further includes a dehumidifying means which is provided in association with the outside air introducing means and dehumidifies the external gas.

本ガスセンサ装置において、試料ガス及び外部気体を筐体に導入する際、除湿手段による除湿を行なう。このことにより、筐体内への水分の浸入を防ぎ、化学物質センシング素子表面への水分の吸着を抑える。水分はガスセンシングに対する阻害物質である。水分除去により、高感度、高精度の測定を行なうことが出来る。   In this gas sensor device, when the sample gas and the external gas are introduced into the casing, the dehumidifying means performs dehumidification. This prevents moisture from entering the housing and suppresses moisture adsorption on the surface of the chemical substance sensing element. Moisture is an inhibitor for gas sensing. By removing moisture, high sensitivity and high accuracy can be measured.

以上のように本発明に係るガスセンサ装置によれば、簡単な操作で特定化学物質の測定を行なうことが出来る。そのセンシングは、物質選択性を有し、高精度、及び高感度である。さらに、高感度であるため、ガスセンサ装置を小型にすることができる。本装置を用いて呼気ガスセンシングを行なうことにより、個人が日常的に健康管理を行なうことが出来る。   As described above, according to the gas sensor device of the present invention, a specific chemical substance can be measured with a simple operation. The sensing has substance selectivity, high accuracy, and high sensitivity. Furthermore, since it is highly sensitive, the gas sensor device can be miniaturized. By performing exhaled gas sensing using this apparatus, an individual can perform daily health management.

以下、本発明の実施の形態に係る呼気ガスセンサ装置について説明する。以下の説明及び図面では、同一の部品には同一の参照符号及び名称を付してある。それらの機能も同一である。したがって、それらについての詳しい説明は繰返さない。   Hereinafter, an expiration gas sensor device according to an embodiment of the present invention will be described. In the following description and drawings, the same reference numerals and names are assigned to the same components. Their functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.

[第1の実施の形態]
−構成−
図1(A)、(B)及び(C)に、本発明の第1の実施の形態に係る呼気ガスセンサ装置10の平面図、正面図及び側面図をそれぞれ示す。なお、以下に説明する呼気ガスセンサ装置10の構成要素のうち、特に記載が無いものに関しては、その構成材料は、その動作温度の範囲ではガスを漏洩せず、変質も変形もしない材料で構成されているものとする。さらに、その材料は、動作温度の範囲においてはガスを発生しない材料であるものとする。
[First Embodiment]
−Configuration−
1A, 1B, and 1C are a plan view, a front view, and a side view, respectively, of an expired gas sensor device 10 according to a first embodiment of the present invention. Of the constituent elements of the exhalation gas sensor device 10 described below, those that are not particularly described are composed of materials that do not leak gas in the range of the operating temperature and do not change or deform. It shall be. Further, the material is assumed to be a material that does not generate gas in the operating temperature range.

図1(A)、(B)及び(C)を参照して、呼気ガスセンサ装置10は、正面11及び裏面(裏面は図1には現れていない。)、右側面72(図1(A)及び(B)における右側の側面)、左側面(図1には現れていないが、図1(A)及び(B)における左側の側面を左側面とする。)、並びに上面13及び下面(図1には現れていない。)とを有する直方体形状の、中空の筐体である呼気収集ボックス12を含む。呼気収集ボックス12は、縦4〜6cm、横16〜20cm、奥行4〜6cm程度のサイズであることが好ましい。   Referring to FIGS. 1A, 1B, and 1C, an expiration gas sensor device 10 includes a front surface 11 and a back surface (the back surface does not appear in FIG. 1), a right side surface 72 (FIG. 1A). And the right side surface in (B), the left side surface (not shown in FIG. 1, but the left side surface in FIGS. 1A and 1B is the left side surface), and the upper surface 13 and the lower surface (FIG. 1 is not shown in FIG. 1), and a breath collection box 12 which is a hollow housing having a rectangular parallelepiped shape. The breath collection box 12 is preferably about 4 to 6 cm long, 16 to 20 cm wide and about 4 to 6 cm deep.

呼気収集ボックス12において、右側面72には開孔部16が形成されている。開孔部16は、呼気収集ボックス12内外を貫通し、後述するシャッタつまみの移動を可能にするために設けられる。   In the exhalation collection box 12, an opening 16 is formed in the right side surface 72. The opening 16 penetrates the inside and outside of the exhalation collection box 12 and is provided to enable movement of a shutter knob described later.

呼気ガスセンサ装置10はさらに、いずれも正面11上に設けられた電源スイッチ30、呼気センシングの開始/終了の指示を受けるための測定スイッチ32、後述するCNTガスセンサの再生の開始/終了の指示を受けるための再生スイッチ34、呼気センシングの結果を表示するための表示装置36、及び呼気センシングの測定に関する校正処理を行なう際に操作される校正ボタン37を含む。   The breath gas sensor device 10 further receives a power switch 30 provided on the front surface 11, a measurement switch 32 for receiving a breath sensing start / end instruction, and a CNT gas sensor regeneration start / end instruction to be described later. And a display device 36 for displaying the result of breath sensing, and a calibration button 37 operated when performing a calibration process relating to the measurement of breath sensing.

呼気ガスセンサ装置10はさらに、右側面72にそれぞれ設けられた、呼気を呼気収集ボックス12の内部に導入するための呼気導入部22、外気を呼気収集ボックス12の内部に導入するための外気導入部24、及び呼気収集ボックス12の内部に設けられ、呼気収集ボックス12の内部の空間をCNTガスセンサが設けられた空間とそれ以外の部分とに分離するための後述するシャッタ、当該シャッタを開孔部16を介して外部から操作して開閉させるために設けられたシャッタつまみ26、及び、開孔部16に設けられた、開孔部16を閉塞するためのシール部材64を含む。   The expiratory gas sensor device 10 further includes an expiratory introduction portion 22 for introducing expiratory air into the expiratory collection box 12 and an outdoor air introducing portion for introducing outside air into the expiratory collection box 12 provided on the right side surface 72, respectively. 24, and a shutter, which will be described later, for separating the space inside the breath collection box 12 into a space where the CNT gas sensor is provided and the other portion, and an opening portion for the shutter. 16 includes a shutter knob 26 provided for opening and closing by operating from the outside via 16, and a seal member 64 provided in the opening 16 for closing the opening 16.

シール部材64は、開孔部16の上辺及び下辺に固定された一対の可撓性のあるゴム辺を含む。この一対のゴム辺の当接する部分にシャッタつまみ26の基部が挿入され、内部のシャッタの端部に接続される。このため、シャッタつまみ26の基部はできるだけ薄いものであることが望ましい。シャッタつまみ26、シャッタ及びシール部材64の詳細については後述する。   The seal member 64 includes a pair of flexible rubber sides fixed to the upper side and the lower side of the opening portion 16. A base portion of the shutter knob 26 is inserted into a portion where the pair of rubber sides abut, and is connected to an end portion of the internal shutter. For this reason, it is desirable that the base of the shutter knob 26 be as thin as possible. Details of the shutter knob 26, the shutter, and the seal member 64 will be described later.

呼気ガスセンサ装置10はさらに、呼気収集ボックス12の左側面に設けられた、呼気収集ボックス12の内部のガス及び空気を排出するための排気部28及び29を含む。   The exhalation gas sensor device 10 further includes exhaust parts 28 and 29 provided on the left side surface of the exhalation collection box 12 for exhausting gas and air inside the exhalation collection box 12.

図2に、図1(A)に示す断面2−2における矢視方向断面図を、図3に、図1(B)に示す断面3−3における矢視方向断面図を、それぞれ示す。なお、図2及び図3は、上記したシャッタが開状態の場合を示す。   FIG. 2 shows a cross-sectional view in the direction of the arrow in section 2-2 shown in FIG. 1A, and FIG. 3 shows a cross-sectional view in the direction of the arrow in section 3-3 shown in FIG. 2 and 3 show a case where the shutter is in the open state.

図2及び図3を参照して、呼気収集ボックス12の右側面72の、上面13の近傍及び下面の近傍には、開孔部14及び15が形成されている。右側面72の、開孔部14及び15の間の部分に、上記した開孔部16が形成されている。左側面の上面13の近傍及び下面の近傍には、開孔部18及び20がそれぞれ形成されている。   With reference to FIGS. 2 and 3, openings 14 and 15 are formed on the right side surface 72 of the breath collection box 12 in the vicinity of the upper surface 13 and the lower surface. The opening portion 16 described above is formed in a portion of the right side surface 72 between the opening portions 14 and 15. Openings 18 and 20 are formed in the vicinity of the upper surface 13 and the lower surface of the left side surface, respectively.

呼気導入部22は、パイプ状で、一端が開孔部14の内部にはめ込まれた呼気導入部材80と、可撓性があるゴムにより構成され、呼気導入部材80の他端を着脱可能に被覆するためのキャップ81と、呼気導入部材80の内孔内に設けられ、呼気に含まれる水分を除去するための除湿部88とを含む。除湿部88は、実質的に乾燥剤であり、シリカゲル若しくは高分子ポリマーまたはその両者で構成されるのが好ましい。   The exhalation introduction part 22 is made of a pipe and is composed of an exhalation introduction member 80 having one end fitted inside the opening 14 and a flexible rubber, and the other end of the exhalation introduction member 80 is detachably covered. And a dehumidifying portion 88 provided in the inner hole of the exhalation introduction member 80 for removing moisture contained in the exhalation. The dehumidifying part 88 is substantially a desiccant and is preferably composed of silica gel or a polymer or both.

外気導入部24は、パイプ状で、一端が開孔部15の内部に外側からはめ込まれた外気導入部材82と、可撓性があるゴムにより構成され、外気導入部材82の他端を着脱可能に被覆するためのキャップ83と、外気導入部材82の内孔内に設けられ、呼気に含まれる水分を除去するための除湿部89とを含む。除湿部89も実質的に乾燥剤であり、シリカゲル若しくは高分子ポリマー又はその双方で構成されるのが好ましい。   The outside air introduction part 24 is formed of a pipe and has one end fitted into the inside of the opening part 15 from the outside and a flexible rubber, and the other end of the outside air introduction member 82 can be attached and detached. And a dehumidifying portion 89 provided in the inner hole of the outside air introduction member 82 for removing moisture contained in the exhaled breath. The dehumidifying part 89 is also substantially a desiccant and is preferably composed of silica gel or a polymer or both.

シャッタつまみ26は、一対のシール部材64の当接する部分70を貫通するように設けられた基部と、この基部に接続されたつまみ部分とを有し、基部は呼気収集ボックス12の内部において、後述するシャッタのスライダの側部に接続される。   The shutter knob 26 has a base portion provided so as to pass through the abutting portions 70 of the pair of seal members 64, and a knob portion connected to the base portion, and the base portion will be described later in the expiration collection box 12. Connected to the side of the slider of the shutter.

排気部28及び29は、それぞれ、パイプ状で、一端が開孔部18及び20にそれぞれ外側からはめ込まれた排気口部材84及び86と、可撓性があるゴムにより構成され、排気口部材84及び86の他端をそれぞれ着脱可能に被覆するためのキャップ85及び87とを含む。後述するように呼気収集ボックス12の内部の空間は、呼気が導入される、CNTガスセンサが設けられていない一方の空間部分と、CNTガスセンサが設けられている他方の空間部分とにシャッタにより分離されるが、排気部28及び29はそれぞれ、これら一方及び他方の空間部分の気体を外部に排出するような位置に設けられる。   The exhaust portions 28 and 29 are each formed of a pipe shape, and one end of each of the exhaust portions 28 and 29 is fitted into the opening portions 18 and 20 from the outside, and a flexible rubber. And caps 85 and 87 for removably covering the other end of each. As will be described later, the space inside the exhalation collection box 12 is separated by a shutter into one space portion in which exhalation is introduced and the CNT gas sensor is not provided and the other space portion in which the CNT gas sensor is provided. However, the exhaust portions 28 and 29 are provided at positions where the gas in one and the other space portions is discharged to the outside.

呼気ガスセンサ装置10は、さらに、呼気収集ボックス12の上部内壁に設けられ、呼気収集ボックス12内に導入された試料ガスを攪拌するための複数の攪拌装置44を含む。攪拌装置44は、実質的には複数枚の羽と、当該羽を回転可能に保持する回転軸とを含むファンである。攪拌装置44の羽の差し渡し直径は1〜1.5cm程度であることが好ましい。   The exhalation gas sensor device 10 further includes a plurality of agitation devices 44 provided on the upper inner wall of the exhalation collection box 12 for agitating the sample gas introduced into the exhalation collection box 12. The stirring device 44 is a fan that substantially includes a plurality of wings and a rotating shaft that rotatably holds the wings. The passing diameter of the wings of the stirring device 44 is preferably about 1 to 1.5 cm.

これらファンの各々は、複数枚の羽を有する。その羽のうち、一枚の先端が他の羽より比重の重い材料で構成されている。羽の回転面が呼気収集ボックス12の長手方向とほぼ平行になるようにこれらファンを設置する。呼気収集ボックス12を手に持ち、呼気収集ボックス12全体をその長手方向に沿って振動させると、羽の重みの違いにより生ずる回転モーメントでファンが回転し、呼気収集ボックス12の内部の試料ガスが攪拌され、一様の分布となって測定が早く完了し、その信頼性も向上する。   Each of these fans has a plurality of wings. Of the wings, one tip is made of a material having a higher specific gravity than the other wings. These fans are installed so that the plane of rotation of the wings is substantially parallel to the longitudinal direction of the exhalation collection box 12. When the exhalation collection box 12 is held in hand and the entire exhalation collection box 12 is vibrated along its longitudinal direction, the fan is rotated by a rotational moment caused by the difference in wing weight, and the sample gas inside the exhalation collection box 12 is changed. Stirring is performed to obtain a uniform distribution, and the measurement is completed quickly, and the reliability is improved.

呼気ガスセンサ装置10はさらに、呼気収集ボックス12の底部内壁に固定された基板50と、基板50の上面に接するように設けられた断熱板52と、断熱板52の上面に設けられた、内部にヒータ62を有する加熱板54とを含む。加熱板54は、後述するように、センサの中枢であるセンシング部に付着した特定化学物質をセンシング部から脱離させるために使用される。この脱離により、センシング部は再び特定化学物質を検出する機能を獲得する。このように、センシングの機能を回復させる処理を「再生」と呼ぶ。   The exhalation gas sensor device 10 further includes a substrate 50 fixed to the bottom inner wall of the exhalation collection box 12, a heat insulating plate 52 provided in contact with the upper surface of the substrate 50, and an inner surface provided on the upper surface of the heat insulating plate 52. And a heating plate 54 having a heater 62. As will be described later, the heating plate 54 is used to desorb a specific chemical substance attached to the sensing unit, which is the center of the sensor, from the sensing unit. Due to this desorption, the sensing unit again acquires the function of detecting the specific chemical substance. The process for restoring the sensing function in this way is called “reproduction”.

呼気ガスセンサ装置10は、さらに、加熱板54の上面に接するように設けられ、呼気収集ボックス12内に導入された試料ガス中の、それぞれ特定の化学物質を検出するための3個のCNTガスセンサ40a、40b、及び40cを含む。これらCNTガスセンサ40a、40b、及び40cは、それぞれ、試料ガス中の特定化学物質を吸着するためのCNTガスセンサ素子132a、132b、及び132cを含む。3つのCNTガスセンサ素子132a、132b、及び132cは、それぞれ、異なる特定化学物質を選択的に検出するためのものである。CNTガスセンサ40a、40b、及び40c、並びにCNTガスセンサ素子132a、132b及び134cについての詳細は後述する。なお、以下ではCNTガスセンサ40a、40b、及び40cを包括的にCNTガスセンサ40、CNTガスセンサ素子132a、132b及び134cを包括的にCNTガスセンサ素子132と呼ぶことがある。   The breath gas sensor device 10 is further provided so as to be in contact with the upper surface of the heating plate 54, and three CNT gas sensors 40a for detecting specific chemical substances in the sample gas introduced into the breath collection box 12 respectively. , 40b, and 40c. These CNT gas sensors 40a, 40b, and 40c include CNT gas sensor elements 132a, 132b, and 132c for adsorbing specific chemical substances in the sample gas, respectively. The three CNT gas sensor elements 132a, 132b, and 132c are for selectively detecting different specific chemical substances, respectively. Details of the CNT gas sensors 40a, 40b, and 40c and the CNT gas sensor elements 132a, 132b, and 134c will be described later. Hereinafter, the CNT gas sensors 40a, 40b, and 40c may be collectively referred to as the CNT gas sensor 40, and the CNT gas sensor elements 132a, 132b, and 134c may be collectively referred to as the CNT gas sensor element 132.

呼気ガスセンサ装置10は、さらに、呼気収集ボックス12の内部を、CNTガスセンサ40が設けられた空間とそれ以外の空間とに分離したり、連通させたりするために、呼気収集ボックス12の内部で正面側と背面側との方向にスライド可能に設けられた、スライド式のシャッタ41を含む。シャッタ41は、詳細には図示していないが、呼気収集ボックス12の内部の長手方向の内径とほぼ同じ長さの、長手方向が呼気収集ボックス12の長手方向と一致するように配置された複数個の短冊状の部材をスダレ状に組合わせ、これら部材が形成する面から少なくとも下方向に柔軟に湾曲できる構造となっているスライダ42と、スライダ42を正面側及び背面側にスライド可能に保持するよう、呼気収集ボックス12の内部の両側面に形成された一対のスライダガイド43と、スライダ42を背面側にスライドさせてCNTガスセンサ40が設けられた空間とそれ以外の空間とを連通させたときに、スライダ42を収納するように呼気収集ボックス12の内部の背面側に設けられたスライダ収納部46とを含む。スライダ42の2つの側辺の内、右側面72側はシャッタつまみ26の基部の先端に結合されている。シャッタつまみ26を開孔部16内部でスライドさせると、スライダ42がそれに伴ってスライドし、呼気収集ボックス12の内部を、CNTガスセンサ40が設けられた空間とそれ以外の空間とに分離する状態と、CNTガスセンサ40が設けられた空間とそれ以外の空間とを連通する状態との間で変化させることができる。   The exhalation gas sensor device 10 further includes a front part inside the exhalation collection box 12 in order to separate or communicate the inside of the exhalation collection box 12 into a space in which the CNT gas sensor 40 is provided and other spaces. The slide shutter 41 is provided so as to be slidable in the direction of the side and the back side. Although not shown in detail, the shutter 41 has a length substantially the same as the inner diameter in the longitudinal direction inside the expiration collection box 12 and is arranged so that the longitudinal direction coincides with the longitudinal direction of the expiration collection box 12. Combining strip-shaped members in a slender shape, the slider 42 has a structure that can be flexibly bent at least downward from the surface formed by these members, and the slider 42 is slidably held on the front side and the back side. Thus, a pair of slider guides 43 formed on both side surfaces inside the breath collection box 12 and the slider 42 are slid to the back side so that the space provided with the CNT gas sensor 40 communicates with the other spaces. In some cases, a slider storage portion 46 provided on the back side inside the expiration collection box 12 so as to store the slider 42 is included. Of the two sides of the slider 42, the right side 72 side is coupled to the tip of the base of the shutter knob 26. When the shutter knob 26 is slid inside the aperture 16, the slider 42 slides accordingly, and the inside of the breath collection box 12 is separated into a space in which the CNT gas sensor 40 is provided and a space other than that. It is possible to change between a space where the CNT gas sensor 40 is provided and a state where the CNT gas sensor 40 communicates with other spaces.

呼気ガスセンサ装置10による測定の際には、最初にスライダ42を閉じ、試料ガスを呼気収集ボックス12の内部に導入する。その後、スライダ42を開け、CNTガスセンサ40の周辺の空間にその試料ガスを導入する。スライダ42は呼気収集ボックス12の内部空間を2つに分離するためのものなので、スライダ42が閉じているときには、スライダ42を構成する部材の間の隙間がなくなるようにスライダ42を形成することが望ましい。   In the measurement by the expiration gas sensor device 10, the slider 42 is first closed, and the sample gas is introduced into the expiration collection box 12. Thereafter, the slider 42 is opened, and the sample gas is introduced into the space around the CNT gas sensor 40. Since the slider 42 is for separating the internal space of the exhalation collection box 12 into two parts, the slider 42 may be formed so that there is no gap between the members constituting the slider 42 when the slider 42 is closed. desirable.

スライダガイド43は、呼気収集ボックス12の内壁の内、右側面側及び左側面側の、開孔部16に対応する位置に形成され、スライダ42をスライド方向に沿って移動可能に保持するためのものである。スライダ収納部46は、スライダ42が呼気収集ボックス12の内部の空間を連通させる位置に移動させたときに、スライダ42の大部分を収納することができるようにスライダガイド43に連続して設けられ、かつ、呼気収集ボックス12の内部の背面側において空間を上部と下部との2つに分離するように形成されている。スライダ収納部46は、呼気収集ボックス12の内部において半円形に湾曲してその底部に達するように形成されており、スライダ42を開いたときには、スライダ42の後部部分がこの部分に収納される。シャッタつまみ26、スライダ42、スライダガイド43及びスライダ収納部46についての詳細は後述する。   The slider guide 43 is formed at a position corresponding to the opening portion 16 on the right side surface and the left side surface of the inner wall of the exhalation collection box 12, and holds the slider 42 so as to be movable along the slide direction. Is. The slider storage portion 46 is provided continuously to the slider guide 43 so that most of the slider 42 can be stored when the slider 42 is moved to a position where the space inside the breath collection box 12 communicates. In addition, a space is formed on the back side of the inside of the expiration collection box 12 so as to separate the space into an upper part and a lower part. The slider storage portion 46 is formed so as to be bent in a semicircular shape and reach the bottom of the inside of the breath collection box 12, and when the slider 42 is opened, the rear portion of the slider 42 is stored in this portion. Details of the shutter knob 26, slider 42, slider guide 43, and slider storage 46 will be described later.

図4は、スライダ42が閉状態の時の呼気ガスセンサ装置10の概略斜視図を示す図であり、図5(A)及び(C)は、図1(B)に示す5A−5A線における矢視方向断面図を、図5(B)は、図1(B)及び図5(A)に示す5B−5B線における矢視方向断面図を、図5(D)は、図1(B)に示す5B−5B線、及び、図5(C)に示す5D−5D線における矢視方向断面図を、それぞれ示す。図5(A)及び(B)はスライダ42が閉状態の場合を、図5(C)及び(D)は開状態の場合を、それぞれ示す。   4 is a diagram showing a schematic perspective view of the expiration gas sensor device 10 when the slider 42 is in a closed state. FIGS. 5A and 5C are arrows along the line 5A-5A shown in FIG. FIG. 5B is a sectional view taken along the line 5B-5B shown in FIG. 1B and FIG. 5A, and FIG. 5B-5B line shown in FIG. 5 and a 5D-5D line shown in FIG. 5A and 5B show the case where the slider 42 is closed, and FIGS. 5C and 5D show the case where the slider 42 is open.

なお、図の理解を容易にする目的のために、図4及び図5では、呼気収集ボックス12、シャッタつまみ26、スライダ42、スライダガイド43、及びスライダ収納部46のみを示す。   4 and 5, only the exhalation collection box 12, the shutter knob 26, the slider 42, the slider guide 43, and the slider storage portion 46 are shown for the purpose of facilitating the understanding of the drawings.

図4、並びに、図5(A)及び(B)を参照して、シャッタつまみ26を開孔部16の正面11側の端部16aまで移動させた場合、スライダ42の正面11側の端面が呼気収集ボックス12の正面側の内壁に当接する。この状態においては、呼気収集ボックス12の内部空間は、スライダ42及びスライダ収納部46により、CNTガスセンサ40が設けられた空間と、それ以外の空間とに分離される。   4 and FIGS. 5A and 5B, when the shutter knob 26 is moved to the end portion 16a on the front surface 11 side of the aperture portion 16, the end surface on the front surface 11 side of the slider 42 is It contacts the inner wall on the front side of the exhalation collection box 12. In this state, the internal space of the exhalation collection box 12 is separated into a space in which the CNT gas sensor 40 is provided and a space other than that by the slider 42 and the slider storage 46.

図5(C)及び(D)を参照して、シャッタつまみ26を、開孔部16の背面側の端部16bまで移動させた場合、スライダ42の背面側部分は、スライダ収納部46の内部に収納される。この状態では、呼気収集ボックス12の内部でスライダ42により分離されていた2つの空間が連通する。   5C and 5D, when the shutter knob 26 is moved to the end 16b on the back side of the opening portion 16, the back side portion of the slider 42 is inside the slider storage portion 46. It is stored in. In this state, the two spaces separated by the slider 42 in the expiration collection box 12 communicate with each other.

図2から分かるように、呼気導入部22は、呼気収集ボックス12の内部の空間の内で、CNTガスセンサ40が設けられていない空間部分に呼気を導入するような位置に形成されている。一方、外気導入部24は、呼気収集ボックス12の内部の空間の内で、CNTガスセンサ40が設けられている空間部分に外気を導入するような位置に形成されている。シャッタ41を閉じた状態で呼気導入部22から呼気収集ボックス12内部に導入された呼気は、シャッタ41を開けた状態とすることによりCNTガスセンサ素子132と接触する。   As can be seen from FIG. 2, the exhalation introduction unit 22 is formed at a position that introduces exhalation into a space portion where the CNT gas sensor 40 is not provided in the space inside the exhalation collection box 12. On the other hand, the outside air introduction part 24 is formed at a position where outside air is introduced into the space where the CNT gas sensor 40 is provided in the space inside the expiration collection box 12. The exhaled air introduced into the exhalation collection box 12 from the exhalation introducing unit 22 with the shutter 41 closed comes into contact with the CNT gas sensor element 132 by opening the shutter 41.

図6は、呼気ガスセンサ装置10の出力を得るための電気回路の構成を説明するための概略ブロック図である。図6において、太い矢印はパワーラインを、細い矢印はシグナルラインをそれぞれ示す。図6を参照して、呼気ガスセンサ装置10は、後述する電源から表示変換装置112及び表示装置36への電力供給を制御するための電源スイッチ30、電源からCNTガスセンサ40への電力供給を制御するための測定スイッチ32、電源から加熱板54への電力供給を制御するための再生スイッチ34、表示装置36、校正ボタン37、CNTガスセンサ40、及び加熱板54の他に、CNTガスセンサ40の出力を表示装置36に表示するよう変換するための表示変換装置112と、これらに電力を供給するための電源110とを含む。   FIG. 6 is a schematic block diagram for explaining the configuration of an electric circuit for obtaining the output of the exhalation gas sensor device 10. In FIG. 6, a thick arrow indicates a power line, and a thin arrow indicates a signal line. Referring to FIG. 6, the breath gas sensor device 10 controls a power switch 30 for controlling power supply from the power source described later to the display conversion device 112 and the display device 36, and power supply from the power source to the CNT gas sensor 40. In addition to the measurement switch 32, the regeneration switch 34 for controlling the power supply from the power source to the heating plate 54, the display device 36, the calibration button 37, the CNT gas sensor 40, and the heating plate 54, the output of the CNT gas sensor 40 is A display conversion device 112 for conversion to display on the display device 36 and a power source 110 for supplying power to these are included.

表示変換装置112は、電源110からの電力供給を受けて稼動し、CNTガスセンサ40の出力及び校正ボタン37の出力を受ける様に接続されており、校正ボタン37が押下された際の、CNTガスセンサ40の出力値をゼロ点とし、当該ゼロ点に対するCNTガスセンサ40の出力電圧の変化量を、測定対象である特定化学物質の濃度として表示装置36に表示可能な信号に変換して出力するためのものである。本実施の形態では、表示変換装置112は、予め用意された、3つのCNTガスセンサ40から与えられる電圧の変化量と、それらに対応する3つの特定化学物質の濃度との対応テーブルを記憶しており、入力される電圧変化に基づきテーブルルックアップによってそれぞれそれら特定化学物質の濃度を算出するものとする。   The display conversion device 112 operates by receiving power supply from the power supply 110 and is connected so as to receive the output of the CNT gas sensor 40 and the output of the calibration button 37, and the CNT gas sensor when the calibration button 37 is pressed. The output value of 40 is set as a zero point, and the change amount of the output voltage of the CNT gas sensor 40 with respect to the zero point is converted into a signal that can be displayed on the display device 36 as the concentration of the specific chemical substance to be measured and output. Is. In the present embodiment, the display conversion device 112 stores a correspondence table prepared in advance for the amount of change in voltage applied from the three CNT gas sensors 40 and the concentration of the three specific chemical substances corresponding thereto. It is assumed that the concentrations of these specific chemical substances are calculated by table lookup based on the input voltage change.

図7に、CNTガスセンサ40の概略ブロック図を示す。図7を参照して、CNTガスセンサ40は、図6に示す電源110からの電力供給を受ける直流電源130と、直流電源130のプラス端子に一端が接続されたCNTガスセンサ素子132と、CNTガスセンサ素子132の他端と直流電源130のマイナス端子との間に接続された負荷抵抗134と、CNTガスセンサ素子132及び負荷抵抗134の接点に接続された入力を持ち、この接点の電位変化を増幅するための増幅器136と、この電位変化を検出するための検出装置138とを含む。なお、検出装置138の出力は、図6に示す表示変換装置112の入力に接続される。   FIG. 7 shows a schematic block diagram of the CNT gas sensor 40. Referring to FIG. 7, CNT gas sensor 40 includes DC power supply 130 that receives power supply from power supply 110 shown in FIG. 6, CNT gas sensor element 132 having one end connected to the positive terminal of DC power supply 130, and CNT gas sensor element. A load resistor 134 connected between the other end of 132 and the negative terminal of the DC power supply 130, and an input connected to the contact point of the CNT gas sensor element 132 and the load resistor 134, and for amplifying the potential change of the contact point. Amplifier 136 and a detecting device 138 for detecting this potential change. The output of the detection device 138 is connected to the input of the display conversion device 112 shown in FIG.

図8に、CNTガスセンサ素子132の平面図を示す。図8を参照して、CNTガスセンサ素子132は、基板162と、基板162上に板状に作製され、試料ガスのうちの特定化学物質を吸着させ検出するための、CNTからなるセンシング部160と、基板162上に形成され、センシング部160の両端にそれぞれ接続された銀ペースト164及び166と、基板162上に、銀ペースト164及び166にそれぞれ接続するように設けられ、センシング部160の両端の電位差を外部に出力する電極168及び170とを含む。電極168は図7に示す直流電源130のプラス端子に接続される。電極170は図7に示す負荷抵抗134及び増幅器136に接続される。   FIG. 8 shows a plan view of the CNT gas sensor element 132. Referring to FIG. 8, a CNT gas sensor element 132 is produced in a plate shape on a substrate 162, and a sensing unit 160 made of CNT for adsorbing and detecting a specific chemical substance in a sample gas. And silver pastes 164 and 166 formed on the substrate 162 and connected to both ends of the sensing unit 160, respectively, and provided on the substrate 162 to be connected to the silver pastes 164 and 166, respectively. And electrodes 168 and 170 for outputting a potential difference to the outside. The electrode 168 is connected to the plus terminal of the DC power supply 130 shown in FIG. The electrode 170 is connected to the load resistor 134 and the amplifier 136 shown in FIG.

なお、ここでは、3つのセンシング部160(160a、160b、及び160c)は、それぞれ、ペンタン、NO、アセトンを選択的に吸着するものとし、後述するように、センシング部160aはCH基及びMePcにより表面修飾されたCNTを、センシング部160bはCH基及び蛍光分子により表面修飾されたCNTを、センシング部160cはCH基により表面修飾されたCNTを、それぞれ含む。なお、以下ではセンシング部160a、160b、及び160cを包括的にセンシング部160と呼ぶことがある。   Here, it is assumed that the three sensing units 160 (160a, 160b, and 160c) selectively adsorb pentane, NO, and acetone, respectively. As will be described later, the sensing unit 160a is formed by a CH group and MePc. The sensing unit 160b includes surface-modified CNT, and the sensing unit 160c includes CNT surface-modified with a CH group. The sensing unit 160c includes CNT surface-modified with a CH group. Hereinafter, the sensing units 160a, 160b, and 160c may be collectively referred to as the sensing unit 160.

MePc、蛍光分子及びCH基は、特定化学物質とのみ反応する選択能を有し、3つのセンシング部160は、それぞれ、雰囲気中の異なる特定化学物質を吸着する。これらセンシング部160に電流を通したときのセンシング部160の抵抗値は、センシング部160に物質が吸着したか否かにより異なる。したがって、図7に示すCNTガスセンサ40により、雰囲気中の異なる特定化学物質を選択的に検出できる。すなわち、呼気をCNTガスセンサ40周辺に導入し、増幅器136の出力を検出装置138で測定することにより、呼気中の特定化学物質を選択的に検出できる。   MePc, fluorescent molecules, and CH groups have the ability to react only with specific chemical substances, and the three sensing units 160 each adsorb different specific chemical substances in the atmosphere. The resistance value of the sensing unit 160 when a current is passed through the sensing unit 160 varies depending on whether or not a substance is adsorbed on the sensing unit 160. Therefore, different specific chemical substances in the atmosphere can be selectively detected by the CNT gas sensor 40 shown in FIG. That is, by introducing exhaled air around the CNT gas sensor 40 and measuring the output of the amplifier 136 with the detection device 138, a specific chemical substance in the exhaled gas can be selectively detected.

―第1のセンシング部160aの製造方法―
第1のセンシング部160aは以下のようにして製造される。
-Manufacturing method of first sensing unit 160a-
The first sensing unit 160a is manufactured as follows.

容器に用意されたエタノール溶液に市販の分散CNT(CNTが分散する液体)を投入する。容器に超音波発生装置により超音波を照射する。容器内において、CNTはエタノール溶液中に均一に分離分散する。上記工程で得たCNT分散液を、フィルタフォルダを用いて吸引濾過する。その後、当該フィルタ及びフィルタ上のCNTを放置してエタノールを揮発させる。当該フィルタを適当な大きさに切断する。切断したフィルタのCNTに、予め溶液に希釈したMePc溶液を滴下し、CNT表面に付着させる。これにより、CH基及びMePcにより表面修飾されたCNTを含む第1のセンシング部160aを得る。   Commercially available dispersed CNT (liquid in which CNT is dispersed) is put into an ethanol solution prepared in a container. The container is irradiated with ultrasonic waves by an ultrasonic generator. In the container, the CNTs are uniformly separated and dispersed in the ethanol solution. The CNT dispersion obtained in the above step is suction filtered using a filter folder. Thereafter, the filter and the CNTs on the filter are left to evaporate ethanol. The filter is cut to an appropriate size. A MePc solution diluted in advance to the CNT of the cut filter is dropped and adhered to the CNT surface. Thereby, the 1st sensing part 160a containing CNT surface-modified by CH group and MePc is obtained.

―第2のセンシング部160bの製造方法―
第2のセンシング部160bもセンシング部160aと同様に製造される。ただしMePc溶液に代えて、例えば、DAF−2のような、検出対象の特定化学物質とのみ反応する選択能を有する蛍光分子溶液を用いてCNTの表面修飾を行なう。これにより、CH基及び蛍光分子により表面修飾されるCNTを含む第2のセンシング部160bを得る。
-Manufacturing method of second sensing unit 160b-
The second sensing unit 160b is manufactured in the same manner as the sensing unit 160a. However, instead of the MePc solution, the surface modification of the CNT is performed using a fluorescent molecule solution having a selective ability to react only with a specific chemical substance to be detected, such as DAF-2. As a result, the second sensing unit 160b including the CNT surface-modified with the CH group and the fluorescent molecule is obtained.

―第3のセンシング部160cの製造方法―
第3のセンシング部160cも第1のセンシング部160aと同様に製造される。ただし切断したフィルタのCNTへのMePc溶液滴下を行なわない。これによりCH基が表面に修飾されたCNTを含む第3のセンシング部160aが得られる。
-Manufacturing method of third sensing unit 160c-
The third sensing unit 160c is manufactured in the same manner as the first sensing unit 160a. However, the MePc solution is not dropped on the CNT of the cut filter. Thereby, the 3rd sensing part 160a containing CNT by which CH group was modified on the surface is obtained.

−動作−
<呼気ガスセンサ装置10による呼気ガスセンシングの手順>
以降、呼気ガスセンサ装置10の操作手順、および、各手順における呼気ガスセンサ装置10の動作を説明する。なお、ここでは呼気ガスセンサ装置10に含まれるセンシング部160は新規に作成されたものか、又は、再生済であるものとする。さらに、スライダ42は開状態であるものとする。この時、シャッタつまみ26は図5(A)に示すように、開孔部16の背面側の端部16bに設定される。
-Operation-
<Procedure for Exhalation Gas Sensing by Exhalation Gas Sensor Device 10>
Hereinafter, the operation procedure of the expiration gas sensor device 10 and the operation of the expiration gas sensor device 10 in each procedure will be described. Here, it is assumed that the sensing unit 160 included in the expired gas sensor device 10 has been newly created or has been regenerated. Further, it is assumed that the slider 42 is in an open state. At this time, as shown in FIG. 5A, the shutter knob 26 is set to the end portion 16b on the back side of the aperture portion 16.

図9に、呼気ガスセンサ装置10による呼気の測定方法を説明するための図を示す。図2及び図9を参照して、排気部28及び29のキャップ85及び87をはずし、呼気収集ボックス12内の気体を、排気口部材84及び86から排気できるようにする。呼気導入部22のキャップ81を外し、呼気導入部材80から試料ガスを導入する。呼気導入部材80から導入される試料ガスにより、呼気収集ボックス12内は陽圧となり、呼気収集ボックス12内に封入されていた気体は外部へ排気される。試料ガス導入の際、除湿部88により、試料ガスの水分が除去される。   FIG. 9 is a diagram for explaining a method of measuring exhalation by the exhalation gas sensor device 10. Referring to FIGS. 2 and 9, the caps 85 and 87 of the exhaust parts 28 and 29 are removed so that the gas in the exhalation collection box 12 can be exhausted from the exhaust port members 84 and 86. The cap 81 of the exhalation introduction unit 22 is removed, and the sample gas is introduced from the exhalation introduction member 80. Due to the sample gas introduced from the exhalation introduction member 80, the inside of the exhalation collection box 12 becomes a positive pressure, and the gas sealed in the exhalation collection box 12 is exhausted to the outside. When the sample gas is introduced, the moisture of the sample gas is removed by the dehumidifying unit 88.

その後キャップ81、85及び87により、呼気導入部材80並びに排気口部材84及び86を閉じることにより、呼気収集ボックス12内に試料ガスを保持する。   Thereafter, the cap 81, 85 and 87 close the exhalation introduction member 80 and the exhaust port members 84 and 86, thereby holding the sample gas in the exhalation collection box 12.

図10に示すように、試料ガスの成分分布を一定にする目的で、呼気ガスセンサ装置10を保持してその長手方向に沿って振動させる。   As shown in FIG. 10, the breath gas sensor device 10 is held and vibrated along its longitudinal direction for the purpose of making the component distribution of the sample gas constant.

このとき、呼気収集ボックス12内では、図2及び図3に示す攪拌装置44は、羽の質量の相違によって羽の回転モーメントが生じ、回転する。この結果、呼気収集ボックス12内に封入された呼気が回転する羽により攪拌され、呼気中のガス成分の分布がより一様になる。ここでは振動作業を5分間続けて行なった後、呼気収集ボックス12を水平な場所に1分間静置することとする。1分間の静置後、電源スイッチ30をONする。   At this time, in the breath collection box 12, the stirring device 44 shown in FIGS. 2 and 3 rotates due to the rotational moment of the wing caused by the difference in wing mass. As a result, the exhaled air enclosed in the exhalation collection box 12 is agitated by the rotating wings, and the distribution of gas components in the exhalation becomes more uniform. Here, the vibration work is continued for 5 minutes, and then the exhalation collection box 12 is left to stand in a horizontal place for 1 minute. After standing for 1 minute, the power switch 30 is turned on.

図6及び図7を参照して、表示変換装置112及び表示装置36に電力が供給され、表示装置36は初期画面を表示する。   6 and 7, power is supplied to the display conversion device 112 and the display device 36, and the display device 36 displays an initial screen.

その後、測定スイッチ32をONする。3つのCNTガスセンサ40がそれぞれ以下のように稼動する。電源110から直流電源130に電力供給がなされる。直流電源130は、CNTガスセンサ素子132と負荷抵抗134とを直列接続したものの両端に一定電圧をかける。図8を参照して、センシング部160を構成するCNTの表面に試料ガス中の特定化学物質が付着すると、電極168、及び170間の電気抵抗が変化する。その変化を増幅器136の出力電圧の変化として検出装置138により検出する。   Thereafter, the measurement switch 32 is turned on. Each of the three CNT gas sensors 40 operates as follows. Power is supplied from the power source 110 to the DC power source 130. The DC power source 130 applies a constant voltage to both ends of a CNT gas sensor element 132 and a load resistor 134 connected in series. Referring to FIG. 8, when a specific chemical substance in the sample gas adheres to the surface of CNT constituting sensing unit 160, the electrical resistance between electrodes 168 and 170 changes. The change is detected by the detection device 138 as a change in the output voltage of the amplifier 136.

前述したように、CNTの表面修飾材料による、吸着物質に対する選択能により、各センシング部160には特定化学物質が吸着する。その量は、試料ガス内の特定化学物質の濃度に比例すると考えられる。その結果、試料ガス内の特定化学物質の濃度がCNTガスセンサ素子132における出力電圧変化として検出される。   As described above, the specific chemical substance is adsorbed to each sensing unit 160 due to the selectivity of the surface modification material of CNT to the adsorbed substance. The amount is considered to be proportional to the concentration of the specific chemical substance in the sample gas. As a result, the concentration of the specific chemical substance in the sample gas is detected as an output voltage change in the CNT gas sensor element 132.

3つのセンシング部160のCNT表面にそれぞれ修飾されたMePc、蛍光分子及びCH基は、それぞれ異なる特定化学物質を選択的に吸着する。このため、3つのCNTガスセンサ素子132の各々について、電気抵抗の変化量を知ることにより、呼気中のそれら特定化学物質の存在の有無及び濃度を確認できる。   The modified MePc, fluorescent molecule, and CH group on the CNT surfaces of the three sensing units 160 selectively adsorb different specific chemical substances. Therefore, by knowing the amount of change in electrical resistance for each of the three CNT gas sensor elements 132, the presence or absence and concentration of these specific chemical substances in exhaled breath can be confirmed.

検出装置138により検出された出力電圧変化は表示変換装置112に出力される。ここでは、出力電圧変化及び特定化学物質濃度は、具体的には以下のように算出され測定されることとする。センシング部160等に吸着しない不活性なガスを校正用ガスとして、特定化学物質の検出時と同様の操作により出力電圧を検出装置138により予め検出する。この時、校正ボタン37を押下することにより、表示変換装置112は、当該出力電圧をゼロ点に設定する。その後測定スイッチ32をOFFにする。試料ガスを呼気収集ボックス12に導入して前述の操作を行い、測定スイッチ32をONにする。検出装置138等は試料ガスに対する出力電圧を検出する。表示変換装置112は、入力される出力電圧とゼロ点との差異(出力電圧変化)を算出する。表示変換装置112は、さらに、算出した出力電圧変化をキーとして対応テーブルからルックアップすることにより、当該特定化学物質の濃度を算出する。算出した特定化学物質の濃度に応じて、表示変換装置112は信号変換処理の後、表示装置36に表示可能な信号を出力する。表示装置36には、例えば、ペンタン、NO、及びアセトンの各濃度がppb単位で表示される。   The output voltage change detected by the detection device 138 is output to the display conversion device 112. Here, the output voltage change and the specific chemical substance concentration are specifically calculated and measured as follows. An inert gas that is not adsorbed by the sensing unit 160 or the like is used as a calibration gas, and the output voltage is detected in advance by the detection device 138 by the same operation as when detecting a specific chemical substance. At this time, by pressing the calibration button 37, the display conversion device 112 sets the output voltage to the zero point. Thereafter, the measurement switch 32 is turned off. The sample gas is introduced into the exhalation collection box 12 and the above operation is performed, and the measurement switch 32 is turned on. The detection device 138 and the like detect an output voltage with respect to the sample gas. The display conversion device 112 calculates a difference (output voltage change) between the input output voltage and the zero point. The display conversion device 112 further calculates the concentration of the specific chemical substance by looking up from the correspondence table using the calculated output voltage change as a key. In accordance with the calculated concentration of the specific chemical substance, the display conversion device 112 outputs a signal that can be displayed on the display device 36 after the signal conversion processing. For example, each concentration of pentane, NO, and acetone is displayed on the display device 36 in ppb units.

表示装置36により当該特定化学物質の濃度を確認した後、電源スイッチ30及び測定スイッチ32をOFFし、測定を終了する。   After the concentration of the specific chemical substance is confirmed by the display device 36, the power switch 30 and the measurement switch 32 are turned off to complete the measurement.

<センシング部160の再生手順>
以降、センシング部160等の再生のための操作手順、および、各手順における呼気ガスセンサ装置10の動作を説明する。
<Reproduction procedure of sensing unit 160>
Hereinafter, an operation procedure for regeneration of the sensing unit 160 and the operation of the breath gas sensor device 10 in each procedure will be described.

図2を参照して、シャッタつまみ26を、図5(B)に示す開孔部16の正面11側の端部16aに移動させる。呼気収集ボックス12内において、CNTガスセンサ40の周辺部と他の空間とが分離される。   With reference to FIG. 2, the shutter knob 26 is moved to the end portion 16a on the front surface 11 side of the aperture portion 16 shown in FIG. In the exhalation collection box 12, the peripheral part of the CNT gas sensor 40 and another space are separated.

再生スイッチ34をONした後、キャップ87を外し、排気口部材86からの排気を可能にする。この状態で、図10に示す攪拌処理と同様にして、呼気ガスセンサ装置10を振動させる。加熱板54に電力が供給され、ヒータ62による加熱が開始される。加熱板54の加熱により、センシング部160が50℃〜70℃になると、センシング部160に吸着した特定化学物質等は脱離する。脱離した物質は気体の対流作用により上昇する傾向にあるが、スライダ42によりこれが抑制される。このため脱離した物質は呼気収集ボックス12の内壁全体には拡散しない。加熱によりCNTガスセンサ40の周辺部の気体は膨張し、排気口部材86から呼気収集ボックス12外部へ移動する。   After the regeneration switch 34 is turned on, the cap 87 is removed, and exhaust from the exhaust port member 86 is enabled. In this state, the breath gas sensor device 10 is vibrated in the same manner as the stirring process shown in FIG. Electric power is supplied to the heating plate 54 and heating by the heater 62 is started. When the sensing unit 160 reaches 50 ° C. to 70 ° C. due to the heating of the heating plate 54, the specific chemical substance adsorbed on the sensing unit 160 is desorbed. The desorbed substance tends to rise due to the convection action of the gas, but this is suppressed by the slider 42. For this reason, the detached substance does not diffuse over the entire inner wall of the exhalation collection box 12. The gas around the CNT gas sensor 40 expands due to the heating, and moves from the exhaust port member 86 to the outside of the exhalation collection box 12.

再生スイッチ34をONしてから5分経過後、再生スイッチ34をOFFする。ヒータ62は加熱を停止する。   5 minutes after the regeneration switch 34 is turned on, the regeneration switch 34 is turned off. The heater 62 stops heating.

キャップ83をはずし、直ちに外気導入部材82から不活性ガスを呼気収集ボックス12の内部に導入する。この際、除湿部89により、不活性ガスからは水分が除去される。不活性ガスを導入することにより、スライダ42により分離されたCNTガスセンサ40の周辺部は陽圧となり、CNTガスセンサ40の周辺部の気体がさらに排気口部材86から外部へ排出される。この操作を、外気導入部材82から呼気収集ボックス12内に導入された不活性ガスが、排気口部材86から外部へ排出される程度まで継続する。その後キャップ83及び87により、外気導入部材82及び排気口部材86を閉じる。   The cap 83 is removed, and an inert gas is immediately introduced from the outside air introduction member 82 into the expiration collection box 12. At this time, moisture is removed from the inert gas by the dehumidifying unit 89. By introducing the inert gas, the peripheral portion of the CNT gas sensor 40 separated by the slider 42 becomes positive pressure, and the gas in the peripheral portion of the CNT gas sensor 40 is further discharged from the exhaust port member 86 to the outside. This operation is continued until the inert gas introduced into the exhalation collection box 12 from the outside air introduction member 82 is discharged to the outside from the exhaust port member 86. Thereafter, the outside air introduction member 82 and the exhaust port member 86 are closed by the caps 83 and 87.

上記作業により、再生によりセンシング部160から脱離した物質は、呼気収集ボックス12内を汚染すること無く外部へ排出される。CNTガスセンサ40の周辺部には不活性ガスが導入される。このため、次回の呼気ガスセンシングまでセンシング部160はクリーンな状態を保持できる。   By the above operation, the substance detached from the sensing unit 160 by the regeneration is discharged to the outside without contaminating the inside of the expiration collection box 12. An inert gas is introduced into the periphery of the CNT gas sensor 40. For this reason, the sensing unit 160 can maintain a clean state until the next breath gas sensing.

[実施例]
以下に、第1の実施の形態に基づく実施例について説明する。
[Example]
Examples based on the first embodiment will be described below.

―CNTガスセンサ素子132aの製造方法―
CNTガスセンサ素子132aを以下に述べる方法により製造した。
-Manufacturing method of CNT gas sensor element 132a-
The CNT gas sensor element 132a was manufactured by the method described below.

第1のセンシング部160aの製造方法を以下に示す。初めにCNTのCH基修飾を行なった。分散CNT(エーナ社製)を、ビーカーに用意したエタノール溶液に投入した後、このビーカーを、10kHz、8Wの超音波洗浄器内に設置し、ビーカー内試料に対し超音波照射を分散CNTがエタノール溶液全体に分散するまで行なった。分散後、分散CNTを含むエタノール溶液について、穴径0.2μmのPTFE(Polytetrafluoroethylene)メンブレンフィルタ(ミリポア製。以下単に「フィルタ」と呼ぶ。)を装着したフィルタフォルダ及び濾過鐘により吸引濾過を行なった。フィルタ上に残ったCNTを、エタノールを揮発させるため、フィルタごと3時間放置し、CH基により修飾されたCNTを得た。放置後、フィルタを2cm×0.7cmのサイズに切断した。   A method for manufacturing the first sensing unit 160a will be described below. First, CH group modification of CNT was performed. Dispersed CNT (manufactured by Ena Co., Ltd.) was put into an ethanol solution prepared in a beaker, and then this beaker was placed in a 10 kHz, 8 W ultrasonic cleaner, and the sample in the beaker was irradiated with ultrasonic waves. This was done until dispersed throughout the solution. After the dispersion, the ethanol solution containing the dispersed CNTs was subjected to suction filtration with a filter folder and a filter bell equipped with a PTFE (Polytetrafluoroethylene) membrane filter (manufactured by Millipore; hereinafter simply referred to as “filter”) having a hole diameter of 0.2 μm. . In order to volatilize ethanol, the CNT remaining on the filter was allowed to stand for 3 hours together with the filter to obtain CNT modified with CH groups. After standing, the filter was cut to a size of 2 cm × 0.7 cm.

次に、CNTの金属錯体による表面修飾を行なった。Cuフタロシアニン(東京化成工業製)をテトラヒドロフラン(THF)で溶解し、0.1mMのCuフタロシアニン溶液を調製した。その後、Cuフタロシアニン溶液5マイクロリットルをピペットにより、切断後のフィルタ上カーボンナノ構造体表面に滴下した。以上により得た平板状試料を第1のセンシング部160aとした。   Next, surface modification with a metal complex of CNT was performed. Cu phthalocyanine (manufactured by Tokyo Chemical Industry) was dissolved in tetrahydrofuran (THF) to prepare a 0.1 mM Cu phthalocyanine solution. Then, 5 microliters of Cu phthalocyanine solution was dropped onto the surface of the carbon nanostructure on the filter after cutting with a pipette. The flat sample obtained as described above was used as the first sensing unit 160a.

図8を参照して、絶縁性材料から成る基板162の上に第1のセンシング部160aを設置し、銀ペースト164及び166によりこれを基板162と接続した。さらに同じ銀ペースト164及び166により0.5mmφの金の細線を接続し、これを電極168及び170とし、CNTガスセンサ素子132aの製造を終了した。製造したCNTガスセンサ素子132aを呼気ガスセンサ装置10へ導入した。   Referring to FIG. 8, first sensing unit 160 a is installed on substrate 162 made of an insulating material, and is connected to substrate 162 by silver pastes 164 and 166. Furthermore, 0.5 mmφ gold fine wires were connected by the same silver pastes 164 and 166, which were used as electrodes 168 and 170, and the manufacture of the CNT gas sensor element 132a was completed. The manufactured CNT gas sensor element 132a was introduced into the breath gas sensor device 10.

―CNTガスセンサ素子132bの製造方法―
第2のセンシング部160bの製造方法を以下に示す。はじめに、第1のセンシング部160aの製造方法と同様に、CNTのCH基修飾を行なった。次に、CNTのDAF−2による表面修飾を行なった。ジメチルスルホキシド(Dimethyl Sulfoxide。以下「DMSO」と呼ぶ。)550μL中にDAF−2を1mg展開したDAF−2の5mmoL溶液をリン酸緩衝液(0.1mol/L)で500倍に希釈し(約10μmol/L)した。この溶液中10μLをピペットにより、切断後のメンブレンフィルタ上CNT表面に滴下した。以上により得た平板状試料を第2のセンシング部160bとした。その後の処理はCNTガスセンサ素子132aと同様である。
-Manufacturing method of CNT gas sensor element 132b-
A method for manufacturing the second sensing unit 160b will be described below. First, the CH group modification of CNT was performed in the same manner as the manufacturing method of the first sensing unit 160a. Next, surface modification of CNT with DAF-2 was performed. Dimethylsulfoxide (hereinafter referred to as “DMSO”) 550 μL of 1 mg of DAF-2 developed in 1 mg of DAF-2 was diluted 500-fold with phosphate buffer (0.1 mol / L) (about approx. 10 μmol / L). 10 μL of this solution was dropped onto the CNT surface on the membrane filter after cutting with a pipette. The flat sample obtained as described above was used as the second sensing unit 160b. Subsequent processing is the same as that of the CNT gas sensor element 132a.

――CNTガスセンサ素子132cの製造方法―
第3のセンシング部160cの製造方法は、第1のセンシング部160aの製造方法における、CNTのCH基修飾と同様である。以上により得た平板状試料を第3のセンシング部160cとした。その後の処理はCNTガスセンサ素子132aと同様である。
-Manufacturing method of CNT gas sensor element 132c-
The manufacturing method of the third sensing unit 160c is the same as the CH group modification of CNT in the manufacturing method of the first sensing unit 160a. The flat sample obtained as described above was used as the third sensing unit 160c. Subsequent processing is the same as that of the CNT gas sensor element 132a.

―評価方法(1)ペンタン濃度―
CNTガスセンサ素子132の特性評価方法を次に示す。図1に示す呼気ガスセンサ装置10を、平らなところに静置した。スライダ42を開とした。図2に示すキャップ81を外し、呼気導入部材80に校正用ガスとして窒素ガスを封入したテドラーバックを接続した。テドラーバックに外部から圧力をかけ窒素ガスを呼気収集ボックス12内へ導入した。同時に、キャップ85及び87を外し、呼気収集ボックス12の中に既に封入されていた気体を排気口部材84及び86を介して排気した。テドラーバックがしぼんだところで、排気口部材84及び86にキャップ85及び87をはめて排気を停止した。次に、テドラーバックを呼気導入部材80から外して、直ちに、呼気導入部材80にキャップ81をはめ、呼気導入部材80を閉とした。前述した攪拌作業を5分間行なった後、呼気ガスセンサ装置10を平らなところに静置した。
-Evaluation method (1) Pentane concentration-
A method for evaluating the characteristics of the CNT gas sensor element 132 will be described below. The breath gas sensor device 10 shown in FIG. 1 was placed on a flat place. The slider 42 was opened. The cap 81 shown in FIG. 2 was removed, and a Tedlar bag filled with nitrogen gas as a calibration gas was connected to the breath introduction member 80. A pressure was applied to the Tedlar bag from the outside, and nitrogen gas was introduced into the breath collection box 12. At the same time, the caps 85 and 87 were removed, and the gas already enclosed in the exhalation collection box 12 was exhausted through the exhaust port members 84 and 86. When the Tedlar back was deflated, the exhaust ports 84 and 86 were fitted with caps 85 and 87 to stop the exhaust. Next, the Tedlar bag was removed from the exhalation introduction member 80, and the cap 81 was immediately put on the exhalation introduction member 80 to close the exhalation introduction member 80. After the above-described stirring operation was performed for 5 minutes, the expired gas sensor device 10 was allowed to stand on a flat place.

電源スイッチ30及び測定スイッチ32をONした。ここでは、CNTガスセンサ40aにおいて、直流電源130により流した電流は200μAであり、CNTガスセンサ素子132aの初期抵抗はRo=20kΩであった。検出装置138の検出の頻度は1秒毎で、60秒間のうちに検出したCNTガスセンサ素子132aの出力電圧の平均を表示変換装置112に出力するものとした。他のCNTガスセンサについても同様の条件で測定を行った。図1に示す校正ボタン37を押下することにより、表示変換装置112においてこの入力値を初期値と設定した。その後校正ボタン37の押下を停止し、測定スイッチ32をOFFにした。   The power switch 30 and the measurement switch 32 were turned on. Here, in the CNT gas sensor 40a, the current passed by the DC power supply 130 was 200 μA, and the initial resistance of the CNT gas sensor element 132a was Ro = 20 kΩ. The detection frequency of the detection device 138 is 1 second, and the average output voltage of the CNT gas sensor element 132a detected within 60 seconds is output to the display conversion device 112. Other CNT gas sensors were also measured under the same conditions. By pressing the calibration button 37 shown in FIG. 1, the input value is set as an initial value in the display conversion device 112. Thereafter, the pressing of the calibration button 37 was stopped, and the measurement switch 32 was turned off.

次に、テドラーバッグに封入したペンタン濃度100ppbのセンシング対象ガスを、窒素ガス封入時と同様に呼気収集ボックス12内へ導入した。テドラーバックがしぼんだところで、排気口部材84及び86にキャップ85及び87をはめて排気を停止した。次に、テドラーバックを呼気導入部材80から外して、直ちに、呼気導入部材80にキャップ81をはめ、呼気導入部材80を閉とした。   Next, the sensing object gas having a pentane concentration of 100 ppb enclosed in the Tedlar bag was introduced into the exhalation collection box 12 in the same manner as when nitrogen gas was enclosed. When the Tedlar back was deflated, the exhaust ports 84 and 86 were fitted with caps 85 and 87 to stop the exhaust. Next, the Tedlar bag was removed from the exhalation introduction member 80, and the cap 81 was immediately put on the exhalation introduction member 80 to close the exhalation introduction member 80.

なお、センシング対象ガスは以下の要領で作製した。1ppmの濃度に窒素で希釈されたペンタン標準ガスと、窒素ガスとを1:9の割合で混合することにより、ペンタン標準ガスを希釈し、ペンタン濃度100ppbのセンシング対象ガスとした。   The sensing gas was produced as follows. The pentane standard gas diluted with nitrogen to a concentration of 1 ppm and nitrogen gas were mixed at a ratio of 1: 9 to dilute the pentane standard gas to obtain a sensing target gas having a pentane concentration of 100 ppb.

攪拌作業を5分間行なった後、呼気ガスセンサ装置10を平らなところに静置した。この状態で、測定スイッチ32をONし表示装置36に表示されるペンタン、NO及びアセトン濃度を確認した。   After stirring for 5 minutes, the breath gas sensor device 10 was allowed to stand on a flat surface. In this state, the measurement switch 32 was turned on, and the pentane, NO, and acetone concentrations displayed on the display device 36 were confirmed.

―評価方法(2)NO濃度―
評価方法(1)と同様の方法により、呼気ガスセンサ装置10によるNOを含むセンシング対象ガスの測定を行なった。センシング対象ガスの作成方法は、評価方法(1)と同様であり、ペンタンに代えてNOを使用した。
-Evaluation method (2) NO concentration-
By the method similar to the evaluation method (1), the gas to be sensed including NO by the expired gas sensor device 10 was measured. The method for creating the sensing target gas was the same as in the evaluation method (1), and NO was used instead of pentane.

―評価方法(3)アセトン濃度―
評価方法(1)と同様の方法により、呼気ガスセンサ装置10によるアセトンを含むセンシング対象ガスの測定を行なった。センシング対象ガスの作成方法は、評価方法(1)と同様であり、ペンタンに代えてアセトンを使用した。
-Evaluation method (3) Acetone concentration-
By the method similar to the evaluation method (1), the gas to be sensed containing acetone was measured by the breath gas sensor device 10. The method for producing the sensing target gas was the same as in the evaluation method (1), and acetone was used instead of pentane.

―評価方法(4)ペンタン、NO、及びアセトン濃度―
評価方法(1)と同様の方法により、呼気ガスセンサ装置10によるペンタン、NO、及びアセトンを含むセンシング対象ガスの測定を行なった。なお、センシング対象ガスは以下の要領で作製した。1ppmの濃度に窒素で希釈されたペンタン標準ガスと、ペンタン標準ガスと同様に希釈されたNO標準ガス、及び、アセトン標準ガスとを、それぞれ、等量用意して混合する。この混合ガスと窒素ガスとを3:7の割合で混合することにより、ペンタン濃度100ppb、NO濃度100ppb、及びアセトン濃度100ppbのセンシング対象ガスとした。
-Evaluation method (4) Concentration of pentane, NO and acetone-
The sensing target gas containing pentane, NO, and acetone was measured by the breath gas sensor device 10 by the same method as the evaluation method (1). The sensing gas was produced as follows. Pentane standard gas diluted with nitrogen to a concentration of 1 ppm, NO standard gas diluted in the same manner as pentane standard gas, and acetone standard gas are prepared in equal amounts and mixed. By mixing this mixed gas and nitrogen gas at a ratio of 3: 7, a sensing target gas having a pentane concentration of 100 ppb, an NO concentration of 100 ppb, and an acetone concentration of 100 ppb was obtained.

―評価方法(5)再生処理―
評価方法(4)の実験の後、電源スイッチ30及び測定スイッチ32をOFFし、スライダ42を閉とした。再生スイッチ34をONし、キャップ87を取外し排気口部材86から呼気収集ボックス12内の気体を排気した。5分経過後、再生スイッチ34をOFFした。キャップ83を取外し、外気導入部材82に窒素ガスを封入したテドラーバックを接続した。テドラーバックに外部から圧力をかけ、窒素ガスを呼気収集ボックス12内へ導入した。テドラーバックがしぼんだところでテドラーバックを外気導入部材82からはずし、直ちにキャップ83及び87により、外気導入部材82及び排気口部材86を閉とした。
-Evaluation method (5) Regeneration processing-
After the experiment of the evaluation method (4), the power switch 30 and the measurement switch 32 were turned off and the slider 42 was closed. The regeneration switch 34 was turned on, the cap 87 was removed, and the gas in the exhalation collection box 12 was exhausted from the exhaust port member 86. After 5 minutes, the regeneration switch 34 was turned off. The cap 83 was removed, and a Tedlar back filled with nitrogen gas was connected to the outside air introduction member 82. A pressure was applied to the Tedlar bag from the outside, and nitrogen gas was introduced into the exhalation collection box 12. When the tedlar back was deflated, the tedlar back was removed from the outside air introduction member 82, and the outside air introduction member 82 and the exhaust port member 86 were immediately closed by the caps 83 and 87.

ここで評価方法(1)と同様の攪拌作業を行った後、電源スイッチ30及び測定スイッチ32をONし、表示装置36に表示されるペンタン、NO及びアセトン濃度を確認した。   Here, after the same stirring operation as in the evaluation method (1) was performed, the power switch 30 and the measurement switch 32 were turned on, and the concentrations of pentane, NO, and acetone displayed on the display device 36 were confirmed.

―評価結果―
評価方法(1)において、表示装置36は、ペンタン98ppb、NO0ppb、アセトン0ppbを表示した。
-Evaluation results-
In the evaluation method (1), the display device 36 displayed pentane 98 ppb, NO 0 ppb, and acetone 0 ppb.

評価方法(2)において、表示装置36は、ペンタン0ppb、NO100ppb、アセトン0ppbを表示した。   In the evaluation method (2), the display device 36 displayed pentane 0 ppb, NO 100 ppb, and acetone 0 ppb.

評価方法(3)において、表示装置36は、ペンタン1ppb、NO0ppb、アセトン100ppbを表示した。   In the evaluation method (3), the display device 36 displayed pentane 1 ppb, NO 0 ppb, and acetone 100 ppb.

評価方法(4)において、表示装置36は、ペンタン99ppb、NO101ppb、アセトン102ppbを表示した。   In the evaluation method (4), the display device 36 displayed pentane 99 ppb, NO 101 ppb, and acetone 102 ppb.

評価方法(5)において、表示装置36は、ペンタン0ppb、NO0ppb、アセトン0ppbを表示した。   In the evaluation method (5), the display device 36 displayed pentane 0 ppb, NO 0 ppb, and acetone 0 ppb.

上記の結果により、本呼気ガスセンサ装置は、ペンタン、NO及びアセトンの存在の確認が可能で、その検出下限はそれぞれ100ppb以下であることがわかった。さらに、これら特定化学物質が混合していても、100ppbレベルで検出可能であり、一度の測定で複数種類の呼気中マーカを検出できることを確認した。さらに、再生処理後、各特定化学物質濃度はゼロレベルを示し、センシング部160等における電気抵抗変化はほとんど認められなかった。このことから、再生処理により、センシング部160等に吸着された物質が除去されていることがわかった。   From the above results, it was found that this breath gas sensor device can confirm the presence of pentane, NO, and acetone, and the detection lower limit thereof is 100 ppb or less, respectively. Furthermore, even if these specific chemical substances were mixed, it was possible to detect at a level of 100 ppb, and it was confirmed that a plurality of types of exhalation markers could be detected by a single measurement. Furthermore, after the regeneration process, the concentration of each specific chemical substance showed a zero level, and almost no change in electrical resistance in the sensing unit 160 or the like was observed. From this, it was found that the substance adsorbed on the sensing unit 160 and the like was removed by the regeneration process.

以上のように、本ガスセンサ装置によれば、一度の測定で複数の特定化学物質に対して行なうことが出来る。そのセンシングは、物質選択性を有し、高精度、及び高感度である。呼気のセンシングを行なう場合、複数種類の化学物質センシング素子を含むことにより、たとえば、糖尿病、生活習慣病及び呼吸疾患等、複数の疾患に関する情報を得ることが出来る。   As described above, according to the present gas sensor device, it is possible to carry out a plurality of specific chemical substances with a single measurement. The sensing has substance selectivity, high accuracy, and high sensitivity. When sensing exhalation, by including a plurality of types of chemical substance sensing elements, for example, information on a plurality of diseases such as diabetes, lifestyle-related diseases, and respiratory diseases can be obtained.

装置に呼気を導入し、ボタンを押すと、特定化学物質の濃度が表示される。このように簡単な操作で情報を得ることが出来る。さらに、高感度であるため、センシング基体及び装置の呼気収集ボックスを小型にすることができる。これらのことから個人が日常的に健康管理を行なう一方法として、本装置は有効に利用することが出来るといえる。   When exhalation is introduced into the device and the button is pressed, the concentration of a specific chemical is displayed. Information can be obtained by such a simple operation. Furthermore, because of the high sensitivity, the breath collection box of the sensing substrate and device can be made smaller. From these facts, it can be said that the present apparatus can be effectively used as a method for daily health management by an individual.

特に、スライダ42を設けたことにより、測定と再生とを繰返しても測定性能が劣化する可能性は小さいということができる。   In particular, it can be said that the provision of the slider 42 is unlikely to degrade the measurement performance even if measurement and reproduction are repeated.

[変形例]
上記実施の形態において、金属錯体としてMePcを挙げたが、本発明において、金属錯体はこれに限定されない。一般的な金属錯体又はその誘導体であって、上記したようにCNTに表面修飾されることが可能であり、吸着物質に対し物質選択性を有するものであれば良い。
[Modification]
In the above embodiment, MePc is used as the metal complex. However, in the present invention, the metal complex is not limited to this. Any general metal complex or derivative thereof can be used as long as it can be surface-modified to CNT as described above and has substance selectivity with respect to an adsorbed substance.

本発明において、第1のセンシング部160aの製造方法におけるCNTの表面修飾材料はCuフタロシアニンに限定されない。Coフタロシアニン、Niフタロシアニン、Feフタロシアニン及びポルフィリンなどであても良い。   In the present invention, the surface modification material of CNT in the manufacturing method of the first sensing unit 160a is not limited to Cu phthalocyanine. Co phthalocyanine, Ni phthalocyanine, Fe phthalocyanine, porphyrin, and the like may be used.

上記実施の形態において、CNTガスセンサは複数であり、それぞれが異なる特定化学物質を検出し、各出力電圧の変化に基づいて個別に算出された濃度が個別に表示される。しかし、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、2つのCNTガスセンサにより、基準とする物質及びマーカの濃度比を算出し、当該濃度比に基づいてマーカの濃度レベルが分かるような表示をしても良い。すなわち、基準となる物質の濃度でマーカ濃度を規格化してもよい。   In the above embodiment, there are a plurality of CNT gas sensors, each detecting a different specific chemical substance, and the concentration calculated individually based on the change in each output voltage is individually displayed. However, the present invention is not limited to such an embodiment. For example, the concentration ratio between the reference substance and the marker may be calculated by using two CNT gas sensors, and a display may be made so that the marker concentration level can be understood based on the concentration ratio. That is, the marker concentration may be normalized by the concentration of the reference substance.

具体的な例を以下に示す。呼気ガスセンサ装置は、呼気に高い比率で含まれる成分を検出するための第1のCNTガスセンサと、微量に含まれるマーカを検出するための第2のCNTガスセンサとを含む。呼気に高い比率で含まれる成分の濃度に対するマーカ濃度の比率(以下「濃度比」と呼ぶ。)に関し、予め、レベル分けをしておく。例えば、低濃度〜高濃度まで3段階のレベルがあり、それぞれ、健康な人の呼気における平均的な濃度比の数値範囲、呼吸疾患を発症した人の平均的な濃度比の数値範囲、及び、両者の中間の数値範囲であったとする。表示変換装置は予め当該レベル分けに必要な情報を記憶している。表示変換装置は、第1及び第2のガスセンサからの入力信号により濃度比を算出し、当該濃度比が前述の3レベルのいずれに該当するか判定し、判定結果に基づき表示装置に信号を出力する。表示装置は、例えば、濃度比が健康な人の呼気と同等であれば緑色、発症した人と同等であれば赤色、両者の中間であれば黄色の表示を行なう。この場合であっても、ユーザは自身の(この場合は呼吸疾患に関する)健康状態のチェックを行なうことができる。   Specific examples are shown below. The exhaled gas sensor device includes a first CNT gas sensor for detecting a component contained in exhaled gas at a high ratio, and a second CNT gas sensor for detecting a marker contained in a trace amount. The level of the marker concentration ratio (hereinafter referred to as “concentration ratio”) with respect to the concentration of the component contained in the exhalation at a high ratio is divided in advance. For example, there are three levels from low to high, each with a numerical range of the average concentration ratio in the breath of a healthy person, a numerical range of the average concentration ratio of a person with respiratory disease, and It is assumed that the numerical value range is between the two. The display conversion device stores information necessary for the level division in advance. The display conversion device calculates the concentration ratio based on the input signals from the first and second gas sensors, determines which of the above three levels the concentration ratio corresponds to, and outputs a signal to the display device based on the determination result. To do. The display device displays, for example, green if the concentration ratio is equivalent to the breath of a healthy person, red if it is equivalent to the person who has developed symptoms, and yellow if it is between the two. Even in this case, the user can check his / her health condition (in this case, related to respiratory disease).

呼気ガスセンサ装置は、さらに、これら第1及び第2のCNTガスセンサに加え、同様の2対で一体のCNTガスセンサを他に含んでもよい。これらの他のセンサのうちマーカ検出用のセンサは、他のマーカ検出用センサと異なるマーカを検出する。その結果、一度の測定により複数種類のマーカの濃度レベルを確認することが出来る。   In addition to the first and second CNT gas sensors, the exhalation gas sensor device may further include another two pairs of integrated CNT gas sensors. Among these other sensors, the marker detection sensor detects a marker different from the other marker detection sensors. As a result, it is possible to confirm the concentration levels of a plurality of types of markers by a single measurement.

上記実施の形態では、加熱板54はヒータ62を含み、センシング部を加熱することにより吸着した物質を除去するものとした。しかし、本発明はそのような態様に限定されない。例えば、再生装置は可視光LED(Light Emitting Diode)であり、1mWの可視光をセンシング部に所定の時間照射することにより、吸着した物質を除去する態様であっても良い。別の例として、再生装置はガスフローを行なうための装置であっても良い。この場合、例えば、図2を参照して、呼気ガスセンサ装置10において、スライダ42を閉、排気部29を開(キャップ87をはずす)の状態とする。外気導入部24から当該再生装置により不活性ガスを特定の圧力により一定時間注入する。当該ガスが外気導入部24から排気部29の方向にフローすることにより、センシング部に吸着した物質が脱離し、筐体12外部に排気される。   In the above embodiment, the heating plate 54 includes the heater 62, and the adsorbed material is removed by heating the sensing unit. However, the present invention is not limited to such an embodiment. For example, the reproduction device may be a visible light LED (Light Emitting Diode), and the adsorbed substance may be removed by irradiating the sensing unit with a visible light of 1 mW for a predetermined time. As another example, the regeneration device may be a device for performing gas flow. In this case, for example, referring to FIG. 2, in the expired gas sensor device 10, the slider 42 is closed and the exhaust unit 29 is opened (the cap 87 is removed). An inert gas is injected from the outside air introduction unit 24 at a specific pressure by the regenerator for a predetermined time. When the gas flows in the direction from the outside air introduction unit 24 to the exhaust unit 29, the substance adsorbed on the sensing unit is desorbed and exhausted outside the housing 12.

上記実施の形態では、呼気収集ボックス12の内部に導入される呼気及び外気から水分を除去するための乾燥剤を、呼気導入部22及び外気導入部24内部に設けている。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されず、呼気収集ボックス12内部に呼気又は外気が導入される以前にそれらから水分を除去するものであれば、どのようなものをどのような位置に設けてもよい。例えば呼気導入部22および外気導入部24の、呼気収集ボックス12と連結されていない端部に、カートリッジ形式のマウスピースを接続するようにし、その中に乾燥剤を設けるようにしてもよい。   In the above embodiment, the desiccant for removing moisture from the exhaled air and the outside air introduced into the exhalation collection box 12 is provided inside the exhalation introducing unit 22 and the outside air introducing unit 24. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and what is used is any one as long as moisture is removed from the breath collection box 12 before breath or outside air is introduced into the breath collection box 12. You may provide in a position. For example, a cartridge-type mouthpiece may be connected to the end of the exhalation introduction unit 22 and the outside air introduction unit 24 that are not connected to the exhalation collection box 12, and a desiccant may be provided therein.

今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上記した実施の形態のみに制限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および範囲内でのすべての変更を含む。   The embodiment disclosed herein is merely an example, and the present invention is not limited to the above-described embodiment. The scope of the present invention is indicated by each claim in the claims after taking into account the description of the detailed description of the invention, and all modifications within the meaning and scope equivalent to the wording described therein are intended. Including.

本発明の第1の実施の形態に係る呼気ガスセンサ装置10の3面図である。It is a 3rd page figure of exhalation gas sensor device 10 concerning a 1st embodiment of the present invention. 図1(A)に示す断面2−2における呼気ガスセンサ装置10の矢視方向断面図である。It is arrow direction sectional drawing of the expiration gas sensor apparatus 10 in the cross section 2-2 shown to FIG. 1 (A). 図1(B)に示す断面3−3における呼気ガスセンサ装置10の矢視方向断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view in the direction of the arrows of the breath gas sensor device 10 in a cross section 3-3 shown in FIG. 呼気ガスセンサ装置10の斜視図である。1 is a perspective view of an exhalation gas sensor device 10. FIG. 図1(B)に示す断面5A−5A、及び5B−5Bにおける呼気ガスセンサ装置10の概略矢視方向断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view in the direction of the arrows of the breath gas sensor device 10 at cross sections 5A-5A and 5B-5B shown in FIG. 呼気ガスセンサ装置10のパワーライン及びシグナルラインを説明するための概略ブロック図である。3 is a schematic block diagram for explaining a power line and a signal line of the expired gas sensor device 10. FIG. CNTガスセンサ40の構成図である。2 is a configuration diagram of a CNT gas sensor 40. FIG. CNTガスセンサ素子132の構成図である。3 is a configuration diagram of a CNT gas sensor element 132. FIG. 呼気ガスセンサ装置10による呼気中の特定化学物質を測定する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method to measure the specific chemical substance in the expiration by the expiration gas sensor apparatus. 呼気収集ボックス12内の試料ガスを攪拌する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method to stir the sample gas in the exhalation collection box.

符号の説明Explanation of symbols

10 呼気ガスセンサ装置
12 呼気収集ボックス
22 呼気導入部
24 外気導入部
26 シャッタつまみ
28、29 排気部
80、82 導入部材
81、83、85、87 キャップ
84、86 排気口部材
30、32、34 スイッチ
36 表示装置
37 校正ボタン
40 CNTガスセンサ
41 シャッタ
42 スライダ
43 スライダガイド
44 攪拌装置
46 スライダ収納部
50、162 基板
52 断熱板
54 加熱板
62 ヒータ
64 シール部材
112 表示変換装置
130 直流電源
132 CNTガスセンサ素子
134 負荷抵抗
136 増幅器
138 検出装置
160 センシング部
164、166 銀ペースト
168、170 電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Exhalation gas sensor apparatus 12 Exhalation collection box 22 Exhalation introduction part 24 Outside air introduction part 26 Shutter knob 28, 29 Exhaust part 80, 82 Introduction member 81, 83, 85, 87 Cap 84, 86 Exhaust port member 30, 32, 34 Switch 36 Display device 37 Calibration button 40 CNT gas sensor 41 Shutter 42 Slider 43 Slider guide 44 Stirrer 46 Slider storage 50, 162 Substrate 52 Heat insulation plate 54 Heating plate 62 Heater 64 Seal member 112 Display conversion device 130 DC power supply 132 CNT gas sensor element 134 Load Resistance 136 Amplifier 138 Detection device 160 Sensing unit 164, 166 Silver paste 168, 170 Electrode

Claims (15)

内部に空間が形成された筐体と、
前記筐体に設けられ、前記筐体の前記空間に試料ガスを導入するための試料ガス導入手段と、
前記筐体内に設けられた、雰囲気中の特定化学物質を吸着することにより電気抵抗が変化する化学物質センシング素子と、
前記化学物質センシング素子に電気的に結合され、前記化学物質センシング素子の電気抵抗の変化を検出するための検出手段と、
前記筐体に設けられ、前記空間内部の気体を前記筐体外部に排出するための排気手段とを含み、
前記化学物質センシング素子は、前記特定化学物質に対応して選択される物質により表面修飾されたカーボンナノ構造体を含む、ガスセンサ装置。
A housing in which a space is formed;
A sample gas introduction means provided in the housing for introducing a sample gas into the space of the housing;
A chemical substance sensing element that is provided in the housing and changes its electrical resistance by adsorbing a specific chemical substance in the atmosphere; and
A detection means electrically coupled to the chemical substance sensing element for detecting a change in electrical resistance of the chemical substance sensing element;
An exhaust means provided in the housing for exhausting the gas inside the space to the outside of the housing;
The chemical substance sensing element includes a carbon nanostructure that is surface-modified with a substance selected corresponding to the specific chemical substance.
前記カーボンナノ構造体は、前記物質により表面修飾されているカーボンナノチューブを含む、請求項1に記載のガスセンサ装置。   The gas sensor device according to claim 1, wherein the carbon nanostructure includes a carbon nanotube that is surface-modified with the substance. 前記特定化学物質はアセトンであり、前記物質はアルキル基である、請求項1又は請求項2に記載のガスセンサ装置。   The gas sensor device according to claim 1, wherein the specific chemical substance is acetone, and the substance is an alkyl group. 前記特定化学物質はペンタンであり、前記カーボンナノ構造体は、金属錯体又はその誘導体により表面修飾されている、請求項1又は請求項2に記載のガスセンサ装置。   The gas sensor device according to claim 1, wherein the specific chemical substance is pentane, and the carbon nanostructure is surface-modified with a metal complex or a derivative thereof. 前記金属錯体は金属フタロシアニンからなる、請求項4に記載のガスセンサ装置。   The gas sensor device according to claim 4, wherein the metal complex is made of metal phthalocyanine. 前記特定化学物質は一酸化窒素であり、前記カーボンナノ構造体は、一酸化窒素と選択的に結合する蛍光分子により表面修飾されている、請求項1又は請求項2に記載のガスセンサ装置。   The gas sensor device according to claim 1 or 2, wherein the specific chemical substance is nitric oxide, and the carbon nanostructure is surface-modified with a fluorescent molecule that selectively binds to nitric oxide. 前記蛍光分子はジアミノフルオレセイン−2(Diaminofluorescein
−2)からなる、請求項6に記載のガスセンサ装置。
The fluorescent molecule is diaminofluorescein-2 (Diaminofluorescein).
-2). The gas sensor device according to claim 6, comprising:
複数個の前記化学物質センシング素子を含み、当該複数個の前記化学物質センシング素子は、互いに異なる特定化学物質を選択的に吸着する物質で表面修飾されたカーボンナノ構造体を含み、
前記検出手段は、前記複数の化学物質センシング素子の各電気抵抗の変化を個別に検出するための手段を含む、請求項1又は請求項2に記載のガスセンサ装置。
A plurality of chemical substance sensing elements, wherein the plurality of chemical substance sensing elements include carbon nanostructures that are surface-modified with substances that selectively adsorb different specific chemical substances;
The gas sensor device according to claim 1, wherein the detection unit includes a unit for individually detecting a change in each electric resistance of the plurality of chemical substance sensing elements.
前記筐体の前記空間内に設けられ、前記化学物質センシング素子に対して加熱、光照射又はガスフローを行なうことにより前記センシング素子表面に吸着された物質を脱離させるための再生手段をさらに含む、請求項1〜請求項8のいずれかに記載のガスセンサ装置。   A regenerator provided in the space of the housing, for desorbing the substance adsorbed on the sensing element surface by heating, irradiating light, or gas flow to the chemical substance sensing element; The gas sensor device according to any one of claims 1 to 8. 前記筐体の内部の前記空間のうち、前記化学物質センシング素子が設けられた第1の空間と、それ以外の第2の空間との間に設けられ、前記第1の空間と前記第2の空間とを分離する閉状態と、前記第1の空間と前記第2の空間とを連通させる開状態との間で状態を変化させるための分離手段をさらに含む、請求項9のいずれかに記載のガスセンサ装置。   Of the space inside the housing, the space is provided between the first space in which the chemical substance sensing element is provided and the other second space, and the first space and the second space. The separation means for changing a state between the closed state which isolate | separates a space, and the open state which connects the said 1st space and the said 2nd space is further included in any one of Claim 9 Gas sensor device. 前記試料ガス導入手段は、前記第1の空間に試料ガスを導入するように前記筐体に設けられており、
前記ガスセンサ装置はさらに、前記筐体に設けられ、前記第2の空間に外部の気体を導入するための外気導入手段をさらに含む、請求項10に記載のガスセンサ装置。
The sample gas introduction means is provided in the housing so as to introduce the sample gas into the first space,
The gas sensor device according to claim 10, further comprising an outside air introduction unit that is provided in the housing and introduces an external gas into the second space.
前記分離手段は、前記筐体の内部に設けられ、前記第1の空間と前記第2の空間との間に設けられたスライド式のシャッタを含む、請求項11に記載のガスセンサ装置。   The gas sensor device according to claim 11, wherein the separation unit includes a sliding shutter provided inside the housing and provided between the first space and the second space. 前記筐体内に設けられ、前記筐体内部の気体を攪拌するための攪拌手段をさらに含む、請求項1〜請求項12のいずれかに記載のガスセンサ装置。   The gas sensor device according to any one of claims 1 to 12, further comprising a stirring unit that is provided in the housing and stirs the gas inside the housing. さらに、前記試料ガス導入手段に関連して設けられ、試料ガスの除湿を行なうための除湿手段を含む、請求項1〜請求項13のいずれかに記載のガスセンサ装置。   Furthermore, the gas sensor apparatus in any one of Claims 1-13 including the dehumidification means provided in relation to the said sample gas introduction means for performing dehumidification of sample gas. さらに、前記外気導入手段に関連して設けられ、外部気体の除湿を行なうための除湿手段を含む、請求項1〜請求項14のいずれかに記載のガスセンサ装置。
Furthermore, the gas sensor apparatus in any one of Claims 1-14 provided in relation to the said external air introduction means and including the dehumidification means for performing dehumidification of external gas.
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