JP2020197544A - Adsorber and analyzer - Google Patents
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Abstract
【課題】高い精度で且つ短時間での分析が可能な分析装置を実現可能とする。【解決手段】吸着装置は、基材と、前記基材に接合され、前記基材とともに中空構造を形成している封止部材とを含み、前記中空構造の内部空間と外部空間とを各々が連絡する第1及び第2貫通孔が設けられたセルと、前記内部空間において前記基材から伸び、互いから離れて位置した複数のカーボンナノチューブ束と、前記基材及び前記封止部材の少なくとも一方に設けられたヒータとを具備する。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an analyzer capable of analysis with high accuracy and in a short time. An adsorption device includes a base material and a sealing member joined to the base material to form a hollow structure together with the base material, and each of an internal space and an external space of the hollow structure are provided. A cell provided with first and second through holes for communication, a plurality of carbon nanotube bundles extending from the base material in the internal space and located apart from each other, and at least one of the base material and the sealing member. It is equipped with a heater provided in. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明の実施形態は、吸着装置及び分析装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to an adsorption device and an analyzer.
現在、代謝反応及び生化学的病態メカニズム等を、呼気中に含まれる揮発性物質の濃度とその変動とから明らかにする研究が進んでいる。 Currently, research is underway to clarify metabolic reactions and biochemical pathological mechanisms from the concentrations of volatile substances contained in exhaled breath and their fluctuations.
例えば、呼気中のエタン、ペンタン及び過酸化水素(H2O2)は、酸化ストレスとの相関が高い。呼気中のこれらの濃度が高くなると、脂質酸化、喘息又は気管支炎という症状が現れてくる。 For example, ethane, pentane and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) in exhaled breath have a high correlation with oxidative stress. Higher levels of these in the exhaled breath manifest as symptoms of lipid oxidation, asthma or bronchitis.
また、呼気中の一酸化窒素(NO)、一酸化炭素(CO)及びH2O2は、肺疾患との相関が高い。呼気中のこれらの濃度が高くなると、喘息又は慢性閉塞性肺炎の症状が見られる。 In addition, nitric oxide (NO), carbon monoxide (CO) and H 2 O 2 in exhaled breath are highly correlated with lung disease. High levels of these in the exhaled breath show symptoms of asthma or chronic obstructive pneumonia.
呼気中の水素(H2)及び炭素同位体(13C)は、胃腸疾患との相関が高い。呼気中のこれらの濃度が高くなると、消化不良、胃炎又は十二指腸潰瘍の症状が見られる。 Hydrogen (H 2 ) and carbon isotope ( 13 C) in exhaled breath are highly correlated with gastrointestinal disorders. High levels of these in the exhaled breath show symptoms of dyspepsia, gastritis or duodenal ulcer.
また、呼気中のアセトンは、代謝異常との相関が高い。呼気中のアセトン濃度が高くなると、糖尿病の症状が見られる。他方、健康なヒトと比較して呼気中のアセトン濃度が低いヒトは、メタボリック症候群の傾向が見られる。 In addition, acetone in exhaled breath has a high correlation with metabolic disorders. High levels of acetone in the exhaled breath show symptoms of diabetes. On the other hand, humans with lower exhaled acetone concentrations compared to healthy humans are more prone to metabolic syndrome.
上述した関係は、痛みを伴わない簡便的な早期病床診断への応用が期待されている。しかしながら、呼気中に含まれる揮発性物質の濃度は、ppm(parts per million)からppb(parts per billion)レベルである。それ故、呼気成分を定量分析するためには、高い分解能を持つ分析装置が必要となる。 The above-mentioned relationship is expected to be applied to a simple and painless early bed diagnosis. However, the concentration of volatile substances contained in exhaled breath ranges from ppm (parts per million) to ppb (parts per billion). Therefore, in order to quantitatively analyze the exhaled breath component, an analyzer having high resolution is required.
この分析手法の一つとして、金属錯体が特定の分子を選択的に吸着する性質を利用した技術が知られている。例えば、或るマンガンフタロシアニンは、アセトンに対する吸着能が高い。カーボンナノチューブからなる導電性基体は、このマンガンフタロシアニンで表面修飾すると、マンガンフタロシアニンのアセトン吸着量に応じて電気伝導度が変化する。従って、このマンガンフタロシアニンで表面修飾した導電性基体を備えたセンサは、呼気中のアセトン濃度の測定に利用可能である。 As one of the analytical methods, a technique utilizing the property that a metal complex selectively adsorbs a specific molecule is known. For example, some manganese phthalocyanines have a high adsorptive capacity to acetone. When the conductive substrate made of carbon nanotubes is surface-modified with this manganese phthalocyanine, the electric conductivity changes according to the amount of acetone adsorbed by the manganese phthalocyanine. Therefore, the sensor provided with the conductive substrate surface-modified with this manganese phthalocyanine can be used for measuring the acetone concentration in exhaled breath.
しかしながら、金属錯体は、化学構造が類似した分子に対してほぼ等しい吸着能を示す。また、導電性基体の表面が平坦でない場合には、この表面を金属錯体により均一に修飾することは困難である。不均一な表面修飾は、正確な測定を困難にする。 However, metal complexes exhibit approximately equal adsorption capacity for molecules with similar chemical structures. Further, when the surface of the conductive substrate is not flat, it is difficult to uniformly modify the surface with the metal complex. Non-uniform surface modifications make accurate measurements difficult.
他の分析手法として、金属酸化物からなる半導体を利用した技術が知られている。この技術では、金属酸化物を加熱した状態で、酸素を吸着させる。雰囲気中に一酸化炭素や炭化水素などの還元性物質が混入すると、金属酸化物に吸着した酸素と、還元性物質との間で反応が生じ、金属酸化物表面に吸着した酸素が減少する。これに伴い、金属酸化物の比抵抗が小さくなる。この手法は、このような現象を利用している。 As another analysis method, a technique using a semiconductor made of a metal oxide is known. In this technique, oxygen is adsorbed while the metal oxide is heated. When a reducing substance such as carbon monoxide or a hydrocarbon is mixed in the atmosphere, a reaction occurs between the oxygen adsorbed on the metal oxide and the reducing substance, and the oxygen adsorbed on the surface of the metal oxide is reduced. Along with this, the specific resistance of the metal oxide becomes smaller. This method utilizes such a phenomenon.
この手法は、検知時間が短く、還元性物質が低濃度であったとしても高い感度を示す。しかしながら、この手法では、雰囲気中に複数の還元性物質が含まれる場合、複雑な構成が必要となる。 This method has a short detection time and exhibits high sensitivity even at low concentrations of reducing substances. However, this method requires a complicated configuration when a plurality of reducing substances are contained in the atmosphere.
本発明が解決しようとする課題は、高い精度で且つ短時間での分析が可能な分析装置を実現可能とすることにある。 An object to be solved by the present invention is to make it possible to realize an analyzer capable of performing analysis with high accuracy and in a short time.
実施形態によれば、基材と、前記基材に接合され、前記基材とともに中空構造を形成している封止部材とを含み、前記中空構造の内部空間と外部空間とを各々が連絡する第1及び第2貫通孔が設けられたセルと、前記内部空間において前記基材から伸び、互いから離れて位置した複数のカーボンナノチューブ束と、前記基材及び前記封止部材の少なくとも一方に設けられたヒータとを具備した吸着装置が提供される。 According to the embodiment, the base material includes a base material and a sealing member bonded to the base material to form a hollow structure together with the base material, and each communicates the internal space and the external space of the hollow structure. A cell provided with first and second through holes, a plurality of carbon nanotube bundles extending from the base material in the internal space and located apart from each other, and at least one of the base material and the sealing member. A suction device including the above heater is provided.
他の実施形態によれば、前記吸着装置を支持する支持体と、測定対象としての流体とパージガスとを前記第1貫通孔へと導く第1流路と、ガス中の1以上の物質を定量する測定装置と、前記第2貫通孔と前記測定装置又は外部とを連絡する第2流路と、前記第1流路に取り付けられた1以上の第1バルブと、前記第2流路に取り付けられた1以上の第2バルブとを具備した分析装置が提供される。 According to another embodiment, a support that supports the adsorption device, a first flow path that guides a fluid and a purge gas to be measured to the first through hole, and one or more substances in the gas are quantified. A measuring device to be used, a second flow path connecting the second through hole to the measuring device or the outside, one or more first valves attached to the first flow path, and attachment to the second flow path. An analyzer comprising one or more second valves is provided.
以下、実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. Components that exhibit similar or similar functions are designated by the same reference numerals throughout the drawings, and duplicate description will be omitted.
図1に示す分析装置1は、呼気に含まれる特定成分、例えば揮発性有機化合物の濃度を分析するための装置である。ここで、検体は、典型的にはヒトの呼気であるが、ヒトを除く動物の呼気であってもよい。また、揮発性有機化合物は、例えば、エタン、ペンタン又はアセトンである。 The analyzer 1 shown in FIG. 1 is an apparatus for analyzing the concentration of a specific component contained in exhaled breath, for example, a volatile organic compound. Here, the sample is typically human breath, but may be the breath of an animal other than human. The volatile organic compound is, for example, ethane, pentane or acetone.
分析装置1は、吸着装置2と、支持体3と、導管5a乃至5dと、測定装置6と、第1バルブ7a及び7bと、第2バルブ8とを含んでいる。 The analyzer 1 includes a suction device 2, a support 3, conduits 5a to 5d, a measuring device 6, first valves 7a and 7b, and a second valve 8.
吸着装置2は、中空構造を有しているセル20と、このセル20を加熱するヒータ23とを含んでいる。このセル20には、内部空間と外部空間とを連絡する一対の貫通孔が設けられている。このセル20の内部空間には、複数のカーボンナノチューブ束が収容されている。これらカーボンナノチューブ束は、呼気中の1以上の物質、即ち、上記成分を物理吸着する。吸着装置2の詳細な構造については、後で説明する。 The suction device 2 includes a cell 20 having a hollow structure and a heater 23 for heating the cell 20. The cell 20 is provided with a pair of through holes that connect the internal space and the external space. A plurality of carbon nanotube bundles are housed in the internal space of the cell 20. These carbon nanotube bundles physically adsorb one or more substances in the exhaled breath, that is, the above-mentioned components. The detailed structure of the adsorption device 2 will be described later.
支持体3は、吸着装置2を着脱可能に支持している。支持体3は、支持体本体31と、これに内蔵された電源(図示せず)とを含んでいる。支持体3は、この電源に電気的に接続された一対の電極32a及び32bを更に含んでいる。これら電極32a及び32bは、ヒータ23に電気的に接続されている。 The support 3 detachably supports the suction device 2. The support 3 includes a support main body 31 and a power supply (not shown) built therein. The support 3 further includes a pair of electrodes 32a and 32b electrically connected to this power source. These electrodes 32a and 32b are electrically connected to the heater 23.
導管5a及び5c並びに第1バルブ7a及び7bは、測定対象である流体とパージガスとを第1貫通孔へと導く第1流路を構成している。パージガスとしては、例えば、ヘリウム、水素又は窒素ガスを用いることができる。 The conduits 5a and 5c and the first valves 7a and 7b form a first flow path that guides the fluid to be measured and the purge gas to the first through hole. As the purge gas, for example, helium, hydrogen or nitrogen gas can be used.
第1バルブ7aは、2つの流入口と1つの流出口とを備え、一方の流入口と流出口とが連絡した状態と、他方の流入口と流出口とが連絡した状態との間での切り替えを、電気的制御のもとで行うことが可能な電動バルブである。また、第1バルブ7bは、1つの流入口と1つの流出口とを備え、流入口と流出口とが連絡した状態と、その連絡が遮断された状態との間での切り替えを、電気的制御のもとで行うことが可能な電動バルブである。 The first valve 7a includes two inlets and one outlet, and is between a state in which one inlet and the outlet are in contact with each other and a state in which the other inlet and the outlet are in contact with each other. It is an electric valve that can be switched under electrical control. Further, the first valve 7b is provided with one inflow port and one outflow port, and electrically switches between a state in which the inflow port and the outflow port are in contact with each other and a state in which the communication is cut off. It is an electric valve that can be operated under control.
第1貫通孔には、導管5aの一端が接続されている。導管5aの他端には、第1バルブ7bの流出口が接続されている。第1バルブ7bの流入口には、導管5cの一端が接続されている。導管5cの他端には、第1バルブ7aの流出口が接続されている。第1バルブ7aの第1流入口には、導管5eの一端が接続されている。導管5eの他端には、測定対象の供給源9が接続されている。第1バルブ7aの第2流入口には、導管5fの一端が接続されている。導管5fの他端には、パージガス源10が接続されている。 One end of the conduit 5a is connected to the first through hole. The outlet of the first valve 7b is connected to the other end of the conduit 5a. One end of the conduit 5c is connected to the inflow port of the first valve 7b. The outlet of the first valve 7a is connected to the other end of the conduit 5c. One end of the conduit 5e is connected to the first inflow port of the first valve 7a. A supply source 9 to be measured is connected to the other end of the conduit 5e. One end of the conduit 5f is connected to the second inflow port of the first valve 7a. A purge gas source 10 is connected to the other end of the conduit 5f.
導管5b及び5d並びに第2バルブ8は、第2貫通孔と測定装置6又は測定装置6の外部とを連絡する第2流路を構成している。 The conduits 5b and 5d and the second valve 8 form a second flow path that connects the second through hole with the measuring device 6 or the outside of the measuring device 6.
第2バルブ8は、1つの流入口と2つの流出口とを備え、流入口と一方の流出口とが連絡した状態と、流入口と他方の流出口とが連絡した状態と、流入口が2つの流出口のどちらとも連絡していない状態との間での切り替えを、電気的制御のもとで行うことが可能な電動バルブである。 The second valve 8 includes one inflow port and two outflow ports, and the inflow port is in a state where the inflow port and one outflow port are in contact with each other, and the inflow port and the other outflow port are in contact with each other. It is an electric valve that can switch between two outlets that are not in contact with each other under electrical control.
第2貫通孔には、導管5bの一端が接続されている。導管5bの他端には、第2バルブ8の流入口が接続されている。第2バルブ8の第1流出口には、導管5dの一端が接続されている。導管5dの他端には、測定装置6が接続されている。第2バルブ8の第2流出口には、導管5gの一端が接続されている。導管5gの他端は、測定装置6の外部に通じている。 One end of the conduit 5b is connected to the second through hole. The inflow port of the second valve 8 is connected to the other end of the conduit 5b. One end of the conduit 5d is connected to the first outlet of the second valve 8. A measuring device 6 is connected to the other end of the conduit 5d. One end of the conduit 5g is connected to the second outlet of the second valve 8. The other end of the conduit 5g leads to the outside of the measuring device 6.
測定装置6は、カーボンナノチューブ束から脱着させた上記1以上の物質を定量する。測定装置6は、例えば、水素炎イオン化型検出器、熱伝導度型検出器、レーザー式ガス分析計、ガスクロマトグラフ、ガスクロマトグラフ質量分析計又はフーリエ変換赤外分光光度計である。 The measuring device 6 quantifies the above-mentioned one or more substances desorbed from the carbon nanotube bundle. The measuring device 6 is, for example, a hydrogen flame ionization detector, a thermal conductivity detector, a laser gas analyzer, a gas chromatograph, a gas chromatograph mass spectrometer, or a Fourier transform infrared spectrophotometer.
コントローラ11は、後述する第1乃至第5動作を順次行うように、ヒータ23の稼働状態と、第1バルブ7a及び7b並びに第2バルブ8の状態とを制御する。また、コントローラ11は、支持体本体31に内蔵される電源に接続されている。コントローラ11は、一対の電極32a及び32bへの電力の供給を更に制御する。 The controller 11 controls the operating state of the heater 23 and the states of the first valves 7a and 7b and the second valve 8 so as to sequentially perform the first to fifth operations described later. Further, the controller 11 is connected to a power source built in the support main body 31. The controller 11 further controls the supply of electric power to the pair of electrodes 32a and 32b.
以下、この分析装置1による分析を、図1及び図2を参照しながら説明する。 Hereinafter, the analysis by the analyzer 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
図2は、図1の吸着装置2に含まれるヒータ23の温度変化を示すグラフである。横軸は時間を示し、縦軸は温度(℃)を示している。ここで説明する方法では、第1乃至第5動作を順次行う。図2のT1乃至T5は、第1乃至第5動作を行う期間を表している。 FIG. 2 is a graph showing a temperature change of the heater 23 included in the adsorption device 2 of FIG. The horizontal axis shows time and the vertical axis shows temperature (° C). In the method described here, the first to fifth operations are sequentially performed. T1 to T5 in FIG. 2 represent periods during which the first to fifth operations are performed.
第1動作は、ヒータ23を稼働させず、測定対象である流体及びパージガスのうち測定対象である流体のみを第1貫通孔へ導き、第2貫通孔を介してセル20中のガスを測定装置6の外部に排出することを含んでいる。即ち、第1バルブ7aにおいて、第1流入口と測定対象の供給源9とを連絡させ、第1バルブ7bを開く。これにより、測定対象の供給源9から導管5e、第1バルブ7a、導管5c、第1バルブ7b及び導管5aを介して、セル20の内部空間へ呼気を供給する。これとともに、第2バルブ8において、第2流出口と測定装置6の外部とを連絡させる。これにより、セル20の内部空間から導管5b、第2バルブ8、導管5gを介してセル20中のガスを測定装置6の外部へと排出する。 In the first operation, the heater 23 is not operated, only the fluid to be measured and the purge gas to be measured are guided to the first through hole, and the gas in the cell 20 is measured through the second through hole. It includes discharging to the outside of 6. That is, in the first valve 7a, the first inflow port and the supply source 9 to be measured are communicated with each other, and the first valve 7b is opened. As a result, exhaled air is supplied from the supply source 9 to be measured to the internal space of the cell 20 via the conduit 5e, the first valve 7a, the conduit 5c, the first valve 7b, and the conduit 5a. At the same time, the second valve 8 communicates the second outlet with the outside of the measuring device 6. As a result, the gas in the cell 20 is discharged from the internal space of the cell 20 to the outside of the measuring device 6 via the conduit 5b, the second valve 8, and the conduit 5g.
呼気がセル20の内部空間を流通すると、カーボンナノチューブ束は、呼気中に含まれる物質の一部を吸着する。カーボンナノチューブ束が十分な量の物質を吸着した後、第2動作を行う。 When the exhaled air flows through the internal space of the cell 20, the carbon nanotube bundle adsorbs a part of the substance contained in the exhaled air. After the carbon nanotube bundle has adsorbed a sufficient amount of the substance, the second operation is performed.
第2動作は、測定対象である流体及びパージガスの何れもセル20の内部空間へ供給せず、第2貫通孔と測定装置6及びその外部との連絡を遮断し、ヒータ23を稼働させて、セル20を第1温度まで昇温することを含んでいる。即ち、第1バルブ7aにおいて、第2流入口とパージガス源10とを連絡させ、第1バルブ7bを閉じる。そして、第2バルブ8において、第1流出口と測定装置6とを連絡させず、第2流出口と測定装置6の外部とも連絡させない。これにより、セル20の内部空間への呼気の供給及びセル20の内部空間からのガスの排出を停止する。 In the second operation, neither the fluid to be measured nor the purge gas is supplied to the internal space of the cell 20, the communication between the second through hole and the measuring device 6 and the outside thereof is cut off, and the heater 23 is operated. It involves raising the temperature of the cell 20 to a first temperature. That is, in the first valve 7a, the second inflow port and the purge gas source 10 are made to communicate with each other, and the first valve 7b is closed. Then, in the second valve 8, the first outlet and the measuring device 6 are not communicated with each other, and the second outlet and the outside of the measuring device 6 are not communicated with each other. As a result, the supply of exhaled air to the internal space of the cell 20 and the discharge of gas from the internal space of the cell 20 are stopped.
呼気が含んでいる成分の多くは、窒素、酸素、二酸化炭素及び水蒸気である。測定対象である揮発性有機化合物の濃度は、呼気全体の1%以下に過ぎない。測定する際に、ガスが測定対象外の物質を多量に含んでいると、検出対象について得られる信号に対してノイズが大きくなり、高精度の測定が妨げられる。特に、この分析装置1では、水が測定精度に及ぼす影響が大きい。 Most of the components contained in exhaled breath are nitrogen, oxygen, carbon dioxide and water vapor. The concentration of the volatile organic compound to be measured is less than 1% of the total exhaled breath. If the gas contains a large amount of substances other than the measurement target during the measurement, the signal obtained for the detection target becomes noisy, which hinders high-precision measurement. In particular, in this analyzer 1, water has a great influence on the measurement accuracy.
セル20の内部空間を第1温度まで昇温させると、水分子同士を結び付けている力が弱まる。その結果、水分子がカーボンナノチューブ束から脱着し易くなる。第1温度は、例えば、100℃である。 When the internal space of the cell 20 is raised to the first temperature, the force that binds the water molecules to each other weakens. As a result, water molecules are easily attached to and detached from the carbon nanotube bundle. The first temperature is, for example, 100 ° C.
第3動作は、ヒータ23を稼働させてセル20の内部空間の温度を第1温度に保ったまま、測定対象である流体及びパージガスのうちパージガスのみを第1貫通孔へ導き、第2貫通孔を介してセル20中のガスを測定装置6の外部に排出することを含んでいる。即ち、第1バルブ7aにおいて、第2流入口とパージガス源10とを連絡させ、第1バルブ7bを開く。これにより、パージガス源10から導管5f、第1バルブ7a、導管5c、第1バルブ7b及び導管5aを介してセル20の内部空間へパージガスを供給する。これとともに、第2バルブ8において、第2流出口と測定装置6の外部とを連絡する。その結果、測定対象外の物質を含有したガスが、セル20の内部空間から導管5b、第2バルブ8、導管5gを介して測定装置6の外部へと排出される。これにより、カーボンナノチューブ束が吸着している測定対象外の物質、特に水を、セル20の内部空間から除去する。 In the third operation, the heater 23 is operated to keep the temperature of the internal space of the cell 20 at the first temperature, and only the purge gas among the fluid and the purge gas to be measured is guided to the first through hole, and the second through hole is provided. Includes discharging the gas in the cell 20 to the outside of the measuring device 6 via. That is, in the first valve 7a, the second inflow port and the purge gas source 10 are made to communicate with each other, and the first valve 7b is opened. As a result, the purge gas is supplied from the purge gas source 10 to the internal space of the cell 20 via the conduit 5f, the first valve 7a, the conduit 5c, the first valve 7b, and the conduit 5a. At the same time, the second valve 8 communicates the second outlet with the outside of the measuring device 6. As a result, the gas containing the substance not to be measured is discharged from the internal space of the cell 20 to the outside of the measuring device 6 through the conduit 5b, the second valve 8, and the conduit 5g. As a result, the non-measurement target substance, particularly water, to which the carbon nanotube bundle is adsorbed is removed from the internal space of the cell 20.
第4動作は、測定対象である流体及びパージガスのうち何れもセル20の内部空間へ供給せず、第2貫通孔と測定装置6及びその外部との連絡を遮断し、ヒータ23を稼働させて、セル20の温度を第1温度から第2温度へと昇温することを含んでいる。即ち、第1バルブ7aにおいて、第2流入口とパージガス源10とを連絡させ、第1バルブ7bを閉じる。また、第2バルブ8において、第1流出口と測定装置6とを連絡させず、第2流出口と測定装置6の外部とも連絡させない。そして、セル20の内部空間の温度を第1温度から第2温度へ昇温する。第2温度は、例えば、300℃である。なお、セル20の内部空間には、パージガスが残留している。この残留ガスは、セル20の内部空間内の熱伝導を助ける。 In the fourth operation, neither the fluid to be measured nor the purge gas is supplied to the internal space of the cell 20, the communication between the second through hole and the measuring device 6 and the outside thereof is cut off, and the heater 23 is operated. Includes raising the temperature of cell 20 from a first temperature to a second temperature. That is, in the first valve 7a, the second inflow port and the purge gas source 10 are made to communicate with each other, and the first valve 7b is closed. Further, in the second valve 8, the first outlet and the measuring device 6 are not communicated with each other, and the second outlet and the outside of the measuring device 6 are not communicated with each other. Then, the temperature of the internal space of the cell 20 is raised from the first temperature to the second temperature. The second temperature is, for example, 300 ° C. Purge gas remains in the internal space of the cell 20. This residual gas helps heat conduction in the interior space of the cell 20.
カーボンナノチューブ束は、上記物質を化学吸着している訳ではなく、物理吸着しているだけである。それ故、カーボンナノチューブ束を第2温度まで加熱すると、カーボンナノチューブ束は、吸着している測定対象物質のほぼ全量を脱着する。この脱着を生じさせると、セル20の内部空間内のガス中での測定対象物質の濃度は、呼気中の測定対象物質の濃度と比較して高くなる。 The carbon nanotube bundle does not chemically adsorb the above substances, but only physically adsorbs them. Therefore, when the carbon nanotube bundle is heated to the second temperature, the carbon nanotube bundle desorbs almost all of the adsorbed substance to be measured. When this desorption occurs, the concentration of the substance to be measured in the gas in the internal space of the cell 20 becomes higher than the concentration of the substance to be measured in the exhaled breath.
第5動作は、ヒータ23を稼働させてセル20の温度を第2温度に保ったまま、測定対象である流体及びパージガスのうちパージガスのみを第1貫通孔へ導き、第2貫通孔を介してセル20中のガスを測定装置6に排出することを含んでいる。即ち、第1バルブ7aにおいて、第2流入口とパージガス源10とを連絡させ、第1バルブ7bを開く。これにより、パージガス源10から導管5f、第1バルブ7a、導管5c、第1バルブ7b及び導管5aを介してセル20の内部空間へパージガスを供給する。これとともに、第2バルブ8において、第1流出口と測定装置6とを連絡させる。このようにして、上記測定対象物質を高濃度で含有したガスを、セル20の内部空間から導管5b、第2バルブ8及び導管5dを介して測定装置6へと送り出す。測定装置6は、上記ガスが含んでいる上記物質を定量する。 In the fifth operation, while the heater 23 is operated and the temperature of the cell 20 is maintained at the second temperature, only the purge gas among the fluid and the purge gas to be measured is guided to the first through hole and through the second through hole. It includes discharging the gas in the cell 20 to the measuring device 6. That is, in the first valve 7a, the second inflow port and the purge gas source 10 are made to communicate with each other, and the first valve 7b is opened. As a result, the purge gas is supplied from the purge gas source 10 to the internal space of the cell 20 via the conduit 5f, the first valve 7a, the conduit 5c, the first valve 7b, and the conduit 5a. At the same time, in the second valve 8, the first outlet and the measuring device 6 are communicated with each other. In this way, the gas containing the substance to be measured at a high concentration is sent from the internal space of the cell 20 to the measuring device 6 via the conduit 5b, the second valve 8 and the conduit 5d. The measuring device 6 quantifies the substance contained in the gas.
このようにして、この分析装置1では、上記物質の濃度を高めたガスを測定装置6へ供給する。そのため、例えば、測定装置6の分析精度が低くても、十分に高い精度で定量分析することができる。また、測定装置6は、精度が低くてもよいので、寸法が小さく、安価なものを使用することができる。 In this way, the analyzer 1 supplies the gas having an increased concentration of the substance to the measuring device 6. Therefore, for example, even if the analysis accuracy of the measuring device 6 is low, the quantitative analysis can be performed with sufficiently high accuracy. Further, since the measuring device 6 may have low accuracy, a measuring device 6 having a small size and being inexpensive can be used.
また、カーボンナノチューブ束は、上記物質を化学吸着している訳ではなく、物理吸着しているだけである。それ故、吸着装置2は、繰り返し使用することができる。なお、吸着装置2は、1回の分析毎に新品に交換してもよい。 Further, the carbon nanotube bundle does not chemically adsorb the above substance, but only physically adsorbs it. Therefore, the adsorption device 2 can be used repeatedly. The adsorption device 2 may be replaced with a new one for each analysis.
更に、吸着装置2では、金属錯体などによる化学吸着ではなく、カーボンナノチューブ束による物理吸着を利用するので、金属錯体による表面修飾などに起因した不均一を生じない。それ故、分析精度がこの不均一性の影響を受けることはない。 Further, since the adsorption device 2 utilizes physical adsorption by the carbon nanotube bundle instead of chemical adsorption by the metal complex or the like, non-uniformity due to surface modification by the metal complex or the like does not occur. Therefore, the accuracy of analysis is not affected by this non-uniformity.
なお、第4及び第5動作を行う代わりに、上述した第4動作を以下のように変更し、第5動作を省略してもよい。 Instead of performing the fourth and fifth operations, the above-mentioned fourth operation may be changed as follows, and the fifth operation may be omitted.
具体的には、第4動作において、測定対象である流体及びパージガスのうちパージガスのみを第1貫通孔へ導くとともに、前記第2貫通孔を介して前記セル中のガスを前記測定装置に排出しながら、ヒータ23を稼働させて、セル20の温度を第1温度から第2温度へと昇温することを含んでいる。即ち、第1バルブ7aにおいて、第2流入口とパージガス源10とを連絡させ、第1バルブ7bを開く。これにより、パージガス源10から導管5f、第1バルブ7a、導管5c、第1バルブ7b及び導管5aを介してセル20の内部空間へパージガスを供給する。これとともに、第2バルブ8において、第1流出口と測定装置6とを連絡させる。そして、この状態でヒータ23を稼働させて、セル20の温度を第1温度から第2温度へと昇温する。このようにして、上記測定対象物質を高濃度で含有したガスを、セル20の内部空間から導管5b、第2バルブ8及び導管5dを介して測定装置6へと送り出す。測定装置6は、上記ガスが含んでいる上記物質を定量する。 Specifically, in the fourth operation, only the purge gas out of the fluid and the purge gas to be measured is guided to the first through hole, and the gas in the cell is discharged to the measuring device through the second through hole. However, the heater 23 is operated to raise the temperature of the cell 20 from the first temperature to the second temperature. That is, in the first valve 7a, the second inflow port and the purge gas source 10 are made to communicate with each other, and the first valve 7b is opened. As a result, the purge gas is supplied from the purge gas source 10 to the internal space of the cell 20 via the conduit 5f, the first valve 7a, the conduit 5c, the first valve 7b, and the conduit 5a. At the same time, in the second valve 8, the first outlet and the measuring device 6 are communicated with each other. Then, the heater 23 is operated in this state to raise the temperature of the cell 20 from the first temperature to the second temperature. In this way, the gas containing the substance to be measured at a high concentration is sent from the internal space of the cell 20 to the measuring device 6 via the conduit 5b, the second valve 8 and the conduit 5d. The measuring device 6 quantifies the substance contained in the gas.
この変形例では、カーボンナノチューブ束が吸着した全成分を測定装置6へと同時に供給する代わりに、これら成分を、脱着し易さに応じて測定装置6へと順次供給する。従って、例えば、測定装置6としてカラムを含んでいるものを使用することなしに、個々の成分について定性及び定量が可能である。このように、この変形例によれば、簡単な構成で定性及び定量分析を行うことができる。 In this modification, instead of simultaneously supplying all the components adsorbed by the carbon nanotube bundle to the measuring device 6, these components are sequentially supplied to the measuring device 6 according to the ease of desorption. Therefore, for example, it is possible to qualitatively and quantify individual components without using a measuring device 6 including a column. As described above, according to this modification, qualitative and quantitative analysis can be performed with a simple configuration.
図1では、第1バルブ7a及び7b並びに第2バルブ8として、モータを用いて制御を行う電動バルブを用いたが、これらのバルブは、電磁バルブであってもよい。 In FIG. 1, as the first valves 7a and 7b and the second valve 8, electric valves that are controlled by using a motor are used, but these valves may be solenoid valves.
また、第1バルブとして第1バルブ7a及び7bの2つのバルブを用いたが、第1バルブは、第1バルブ7a及び7bの機能を併せ持つ1つのバルブであってもよい。 Further, although two valves 7a and 7b are used as the first valve, the first valve may be one valve having the functions of the first valves 7a and 7b.
更に、第2バルブ8として、1つの流入口と2つの流出口とを備えたバルブを用いたが、第2バルブは、1つの流入口と1つの流出口とを備えたバルブを用いてもよい。この場合、第2バルブの流出口は、導管5dへと接続する。また、第2バルブ8は、第1バルブ7a及び7bと同様に、2つのバルブであってもよい。 Further, as the second valve 8, a valve having one inlet and two outlets was used, but the second valve may use a valve having one inlet and one outlet. Good. In this case, the outlet of the second valve connects to the conduit 5d. Further, the second valve 8 may be two valves like the first valves 7a and 7b.
なお、この分析装置1には、セル20の内部空間の温度を測定する温度センサを含んでいてもよい。この場合、コントローラ11は、温度センサの出力に基づいて、電極32a及び32bに供給する電力を制御することができる。 The analyzer 1 may include a temperature sensor that measures the temperature of the internal space of the cell 20. In this case, the controller 11 can control the power supplied to the electrodes 32a and 32b based on the output of the temperature sensor.
次に、吸着装置2について、図3乃至図8を参照しながら詳細に説明する。 Next, the adsorption device 2 will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 8.
図3乃至図5に示すように、吸着装置2は、吸着装置本体21及び封止部材22を含むセル20と、ヒータ23とを含んでいる。 As shown in FIGS. 3 to 5, the suction device 2 includes a cell 20 including a suction device main body 21 and a sealing member 22, and a heater 23.
吸着装置本体21は、図7に示すように、基材211と、複数のカーボンナノチューブ束212a乃至212dとを含んでいる。 As shown in FIG. 7, the adsorption device main body 21 includes a base material 211 and a plurality of carbon nanotube bundles 212a to 212d.
基材211は、例えば薄板状である。基材211は、硬質であってもよく、可撓性であってもよい。基材211の材料としては、例えば、シリコン、ガラス、酸化マグネシウム、サファイア、又は酸化アルミニウムを使用することができる。ここでは、一例として、基材211はシリコン基板であるとする。基材211としてシリコン基板を使用した場合、吸着装置本体21の製造に、例えば、半導体プロセスで利用されている技術及び装置を利用することができる。 The base material 211 is, for example, a thin plate. The base material 211 may be rigid or flexible. As the material of the base material 211, for example, silicon, glass, magnesium oxide, sapphire, or aluminum oxide can be used. Here, as an example, it is assumed that the base material 211 is a silicon substrate. When a silicon substrate is used as the base material 211, for example, the technology and the apparatus used in the semiconductor process can be used for manufacturing the adsorption device main body 21.
カーボンナノチューブ束212a乃至212dは、基材211の一方の主面から伸びている。ここでは、カーボンナノチューブ束212a乃至212dは、基材211の一方の主面に対して略垂直な方向に延びている。カーボンナノチューブ束212a乃至212dの各々は、真っ直ぐに伸びていてもよく、撓んでいてもよい。 The carbon nanotube bundles 212a to 212d extend from one main surface of the base material 211. Here, the carbon nanotube bundles 212a to 212d extend in a direction substantially perpendicular to one main surface of the base material 211. Each of the carbon nanotube bundles 212a to 212d may be straight or bent.
カーボンナノチューブ束212a乃至212dの各々は、その長さ方向に各々が伸びた多数のカーボンナノチューブからなる。カーボンナノチューブは、例えば、シングルウォールチューブである。カーボンナノチューブは、アームチェアチューブ、ジグザグチューブ、及びカイラルチューブの何れであってもよい。 Each of the carbon nanotube bundles 212a to 212d consists of a large number of carbon nanotubes, each extending in the length direction thereof. The carbon nanotube is, for example, a single wall tube. The carbon nanotube may be any of an armchair tube, a zigzag tube, and a chiral tube.
カーボンナノチューブの長さは、例えば、50μm乃至100μmの範囲内にある。カーボンナノチューブの直径は、例えば、10nm乃至100nmの範囲内にある。また、カーボンナノチューブ束212a乃至212dの各々において、カーボンナノチューブ間の距離は、例えば、10nm乃至100nmの範囲内にある。 The length of the carbon nanotubes is, for example, in the range of 50 μm to 100 μm. The diameter of the carbon nanotubes is, for example, in the range of 10 nm to 100 nm. Further, in each of the carbon nanotube bundles 212a to 212d, the distance between the carbon nanotubes is in the range of, for example, 10 nm to 100 nm.
カーボンナノチューブ束212a乃至212dの各々の径は、例えば、1μm乃至100μmの範囲内にある。カーボンナノチューブ束212a乃至212dの高さは、例えば、50μm乃至100μmの範囲内にある。 The diameter of each of the carbon nanotube bundles 212a to 212d is, for example, in the range of 1 μm to 100 μm. The height of the carbon nanotube bundles 212a to 212d is, for example, in the range of 50 μm to 100 μm.
カーボンナノチューブ束212a乃至212dは、互いから離れて位置している。カーボンナノチューブ束212a乃至212d間の距離は、例えば、1μm乃至100μmの範囲内にある。 The carbon nanotube bundles 212a to 212d are located apart from each other. The distance between the carbon nanotube bundles 212a to 212d is, for example, in the range of 1 μm to 100 μm.
カーボンナノチューブ束212a乃至212dは、基材211上の複数の単位領域から伸びている。これら単位領域の各々は、放射状に配置された複数のサブ領域からなる。具体的には、単位領域の各々は、複数のサブ領域からなり、典型的には回転対称性を有している。各サブ領域は、回転軸から外側へ向けて伸びた形状を有している。 The carbon nanotube bundles 212a to 212d extend from a plurality of unit regions on the substrate 211. Each of these unit regions consists of a plurality of radially arranged sub-regions. Specifically, each of the unit regions consists of a plurality of sub-regions and typically has rotational symmetry. Each sub-region has a shape extending outward from the axis of rotation.
ここでは、図8に示すように、単位領域2110の各々は、放射状に配置された複数のサブ領域2110a乃至2110dからなる。サブ領域2110a乃至2110dの各々は、単位領域2110の中心から外側へ向けて伸びた形状、具体的には、単位領域2110の中心側の端が反対側の端と比較して曲率半径がより小さい液滴形状を有している。サブ領域2210aの長さ方向Daは、サブ領域2110cの長さ方向Dcに対して平行である。サブ領域2210bの長さ方向Dbは、サブ領域2110dの長さ方向Ddに対して平行である。方向Da及びDcは、方向Db及びDdに対して垂直である。 Here, as shown in FIG. 8, each of the unit regions 2110 is composed of a plurality of sub-regions 2110a to 2110d arranged radially. Each of the sub-regions 2110a to 2110d has a shape extending outward from the center of the unit region 2110, specifically, the central end of the unit region 2110 has a smaller radius of curvature than the opposite end. It has a droplet shape. The length direction Da of the sub region 2210a is parallel to the length direction Dc of the sub region 2110c. The length direction Db of the sub-region 2210b is parallel to the length direction Dd of the sub-region 2110d. The directions Da and Dc are perpendicular to the directions Db and Dd.
方向Da乃至Ddは、それぞれ、サブ領域2110a乃至2110dに対して垂直な方向から見た場合に、直線Lに対して傾いている。この場合、方向Daが直線Lに対して成す角度θaは、例えば、0°より大きく且つ90°未満の範囲内とする。また、この場合、方向Dbが直線Lに対して成す角度θbは、例えば、90°より大きく且つ180°未満の範囲内とする。更に、この場合、方向Dcが直線Lに対して成す角度θcは、例えば、180°より大きく且つ270°未満の範囲内とする。そして、この場合、方向Ddが直線Lに対して成す角度θdは、例えば、270°より大きく且つ360°未満の範囲内とする。ここでは、角度θa、θb、θc及びθdは、それぞれ、45°、135°、225°及び315°である。 The directions Da to Dd are inclined with respect to the straight line L when viewed from a direction perpendicular to the subregions 2110a to 2110d, respectively. In this case, the angle θa formed by the direction Da with respect to the straight line L is, for example, within a range larger than 0 ° and less than 90 °. Further, in this case, the angle θb formed by the direction Db with respect to the straight line L is, for example, within a range larger than 90 ° and less than 180 °. Further, in this case, the angle θc formed by the direction Dc with respect to the straight line L is, for example, within a range larger than 180 ° and less than 270 °. In this case, the angle θd formed by the direction Dd with respect to the straight line L is, for example, within a range larger than 270 ° and less than 360 °. Here, the angles θa, θb, θc and θd are 45 °, 135 °, 225 ° and 315 °, respectively.
なお、直線Lは、図3乃至図5に示す貫通孔TH1及びTH2の開口のうち、吸着装置2の内部空間側に位置した開口の中心を通る直線である。方向Da乃至Ddは、それぞれ、サブ領域2110a乃至2110dに対して垂直な方向から見た場合に、直線Lに対して傾いていなくてもよい。また、サブ領域2110a乃至2110dは、単位領域2110の中心から外側へ向けて伸びた形状を有していなくてもよい。 The straight line L is a straight line passing through the center of the openings located on the internal space side of the suction device 2 among the openings of the through holes TH1 and TH2 shown in FIGS. 3 to 5. The directions Da to Dd do not have to be tilted with respect to the straight line L when viewed from a direction perpendicular to the subregions 2110a to 2110d, respectively. Further, the sub-regions 2110a to 2110d do not have to have a shape extending outward from the center of the unit region 2110.
カーボンナノチューブ束212a乃至212dは、それらの高さ全体に亘り、高さ方向に垂直な断面の形状が、サブ領域2110a乃至2110dの形状とそれぞれほぼ等しい。図8に示す単位領域2110は、基材211上で縦横に配列している。図3乃至図5に示すように、カーボンナノチューブ束212a乃至212dから各々がなる単位構造212も、単位領域2110の配列に対応して基材211上で縦横に配列している。 The carbon nanotube bundles 212a to 212d have a cross-sectional shape perpendicular to the height direction over the entire height thereof, which is substantially the same as the shape of the sub-regions 2110a to 2110d, respectively. The unit regions 2110 shown in FIG. 8 are arranged vertically and horizontally on the base material 211. As shown in FIGS. 3 to 5, the unit structure 212 each consisting of the carbon nanotube bundles 212a to 212d is also arranged vertically and horizontally on the base material 211 corresponding to the arrangement of the unit region 2110.
ここでは、単位領域2110の各々を4つのサブ領域2110a乃至2110dで構成しているが、単位領域2110の各々は、2つ、3つ、又は5つ以上のサブ領域で構成してもよい。或いは、単位領域2110の各々は、連続した1つの領域であってもよい。 Here, each of the unit regions 2110 is composed of four sub-regions 2110a to 2110d, but each of the unit regions 2110 may be composed of two, three, or five or more sub-regions. Alternatively, each of the unit regions 2110 may be one continuous region.
単位領域2110と単位構造212との間には、図7に示す下地層213が介在している。下地層213は、バリア層213aと触媒層213bとを含んでいる。 The base layer 213 shown in FIG. 7 is interposed between the unit region 2110 and the unit structure 212. The base layer 213 includes a barrier layer 213a and a catalyst layer 213b.
バリア層213aは、触媒層213bを構成している材料が基材211へと拡散するのを抑制する。バリア層213aは、例えば、アルミナ、二酸化シリコン、五酸化タンタル、又は酸化ハフニウムからなる。バリア層213aは、単位領域2110と単位構造212との間にのみ存在しているが、基材211の主面全体を覆うように設けてもよい。バリア層213aは省略することができる。 The barrier layer 213a suppresses the material constituting the catalyst layer 213b from diffusing into the base material 211. The barrier layer 213a is made of, for example, alumina, silicon dioxide, tantalum pentoxide, or hafnium oxide. Although the barrier layer 213a exists only between the unit region 2110 and the unit structure 212, it may be provided so as to cover the entire main surface of the base material 211. The barrier layer 213a can be omitted.
触媒層213bは、カーボンナノチューブ生成のシード及びその成長を促進する触媒としての役割を果たす。触媒層213bは、単位領域2110と単位構造212との間にのみ存在している。触媒層213bは、例えば、鉄、ニッケル及びコバルトなどの金属からなる。 The catalyst layer 213b serves as a seed for carbon nanotube production and a catalyst for promoting its growth. The catalyst layer 213b exists only between the unit region 2110 and the unit structure 212. The catalyst layer 213b is made of, for example, a metal such as iron, nickel and cobalt.
封止部材22は、例えば薄板状である。封止部材22は、硬質であってもよく、可撓性であってもよい。ここでは、一例として、封止部材22はガラス板であるとする。封止部材22としてガラス板を使用した場合、後述する凹部や貫通孔の形成が容易である。また、基材211としてシリコン基板を使用し、封止部材22としてガラス板を使用した場合、接着剤なしでそれらを接合することができる。 The sealing member 22 is, for example, a thin plate. The sealing member 22 may be rigid or flexible. Here, as an example, it is assumed that the sealing member 22 is a glass plate. When a glass plate is used as the sealing member 22, it is easy to form recesses and through holes, which will be described later. Further, when a silicon substrate is used as the base material 211 and a glass plate is used as the sealing member 22, they can be joined without an adhesive.
図5に示すように、封止部材22は、その一方の主面に、凹部RS1乃至RS3と、溝GR1及びGR2とを有している。凹部RS3は、凹部RS1と凹部RS2との間に位置している。溝GR1は、凹部RS1と凹部RS3とを連絡している。溝GR2は、凹部RS1と凹部RS2とを連絡している。 As shown in FIG. 5, the sealing member 22 has recesses RS1 to RS3 and grooves GR1 and GR2 on one of the main surfaces thereof. The recess RS3 is located between the recess RS1 and the recess RS2. The groove GR1 connects the recess RS1 and the recess RS3. The groove GR2 connects the recess RS1 and the recess RS2.
ここでは、2つの溝GR1で凹部RS1と凹部RS3とを連絡しているが、凹部RS1と凹部RS3とを連絡する溝GR1の数は、1であってもよく、3以上であってもよい。また、ここでは、2つの溝GR2で凹部RS2と凹部RS3とを連絡しているが、凹部RS2と凹部RS3とを連絡する溝GR2の数は、1であってもよく、3以上であってもよい。 Here, the recess RS1 and the recess RS3 are connected by two grooves GR1, but the number of grooves GR1 connecting the recess RS1 and the recess RS3 may be 1 or 3 or more. .. Further, here, the recess RS2 and the recess RS3 are connected by the two grooves GR2, but the number of the grooves GR2 connecting the recess RS2 and the recess RS3 may be 1, or 3 or more. May be good.
封止部材22は、凹部RS3の底面が単位構造212と向き合うように基材211に接合されている。封止部材22は、図4に示すように、基材211とともに中空構造を形成している。具体的には、この中空構造において、図5に示す凹部RS1乃至RS3は、それぞれ、図3及び図4に示すチャンバCH1乃至CH3を形成している。図5に示す溝GR1及びGR2は、それぞれ、図3に示すように、チャンバCH1及びCH3を連絡する流路FP1、及び、チャンバCH2及びCH3を連絡する流路FP2を構成している。なお、単位構造212は、チャンバCH3内に位置している。 The sealing member 22 is joined to the base material 211 so that the bottom surface of the recess RS3 faces the unit structure 212. As shown in FIG. 4, the sealing member 22 forms a hollow structure together with the base material 211. Specifically, in this hollow structure, the recesses RS1 to RS3 shown in FIG. 5 form chambers CH1 to CH3 shown in FIGS. 3 and 4, respectively. The grooves GR1 and GR2 shown in FIG. 5 constitute a flow path FP1 connecting the chambers CH1 and CH3 and a flow path FP2 connecting the chambers CH2 and CH3, respectively, as shown in FIG. The unit structure 212 is located in the chamber CH3.
図5に示すように、封止部材22は、凹部RS1及びRS2の底部に対応した位置に、第1貫通孔TH1及び第2貫通孔TH2を有している。貫通孔TH1は、チャンバCH1を吸着装置2の外部空間と連絡している。貫通孔TH2は、チャンバCH2を吸着装置2の外部空間と連絡している。貫通孔TH1の数は2以上であってもよい。また、貫通孔TH2の数も2以上であってもよい。 As shown in FIG. 5, the sealing member 22 has a first through hole TH1 and a second through hole TH2 at positions corresponding to the bottoms of the recesses RS1 and RS2. The through hole TH1 communicates the chamber CH1 with the external space of the suction device 2. The through hole TH2 communicates the chamber CH2 with the external space of the suction device 2. The number of through holes TH1 may be 2 or more. Further, the number of through holes TH2 may be 2 or more.
封止部材22には、凹部RS1乃至RS3並びに溝GR1及びGR2を設けなくてもよい。即ち、封止部材22の基材211と向き合う面は、平坦であってもよい。この場合、例えば、基材211の封止部材22と向き合う面に、凹部RS1乃至RS3並びに溝GR1及びGR2を設ける。そして、カーボンナノチューブ束212a乃至212dは、凹部RS3の底面に配置する。 The sealing member 22 does not have to be provided with the recesses RS1 to RS3 and the grooves GR1 and GR2. That is, the surface of the sealing member 22 facing the base material 211 may be flat. In this case, for example, recesses RS1 to RS3 and grooves GR1 and GR2 are provided on the surface of the base material 211 facing the sealing member 22. The carbon nanotube bundles 212a to 212d are arranged on the bottom surface of the recess RS3.
ヒータ23は、基材211の主面のうち、セル20の外面に相当する面に設けられている。ヒータ23は、基材211の主面のうち、セル20の内面に相当する面に設けてもよい。或いは、ヒータ23は、封止部材22の主面のうち、セル20の内面又は外面に相当する面に設けてもよい。 The heater 23 is provided on the main surface of the base material 211, which corresponds to the outer surface of the cell 20. The heater 23 may be provided on the main surface of the base material 211, which corresponds to the inner surface of the cell 20. Alternatively, the heater 23 may be provided on the main surface of the sealing member 22 that corresponds to the inner surface or the outer surface of the cell 20.
ヒータ23は、図4に示すように、発熱体231を含んでいる。発熱体231は、例えば、抵抗発熱体である。発熱体231としては、例えば、パターニングされた金属層を使用することができる。発熱体231は、例えば、図6に示すように、基材211上にパルス波状に形成する。発熱体231の材料としては、例えば、銅などの金属又は合金を使用することができる。発熱体231は、一端が電極32aと接触し、他端が電極32bと接触している。 The heater 23 includes a heating element 231 as shown in FIG. The heating element 231 is, for example, a resistance heating element. As the heating element 231, for example, a patterned metal layer can be used. The heating element 231 is formed in a pulse wave shape on the base material 211, for example, as shown in FIG. As the material of the heating element 231, for example, a metal or alloy such as copper can be used. One end of the heating element 231 is in contact with the electrode 32a and the other end is in contact with the electrode 32b.
この吸着装置2は、例えば、以下の方法によって製造する。
先ず、基材211上に、発熱体231を形成する。発熱体231は、例えば、マスクを用いたスパッタリング法により形成する。或いは、発熱体231は、スパッタリング法により形成し、これをパターニングして形成する。或いは、発熱体231は、印刷により形成してもよい。次いで、必要に応じて、発熱体231を保護する絶縁層を形成する。ヒータ23は、このように基材211上に形成してもよく、基材211とは別に形成しておき、基材211に貼り付けてもよい。
The adsorption device 2 is manufactured by, for example, the following method.
First, a heating element 231 is formed on the base material 211. The heating element 231 is formed, for example, by a sputtering method using a mask. Alternatively, the heating element 231 is formed by a sputtering method and is formed by patterning the heating element 231. Alternatively, the heating element 231 may be formed by printing. Then, if necessary, an insulating layer that protects the heating element 231 is formed. The heater 23 may be formed on the base material 211 in this way, or may be formed separately from the base material 211 and attached to the base material 211.
次に、基材211の他方の主面に、図7に示すバリア層213a及び触媒層213bをこの順に形成する。バリア層213a及び触媒層213bの各々は、例えば、マスクを用いたスパッタリング法により形成する。次いで、例えば、化学気相堆積(CVD)法により、カーボンナノチューブを生成及び成長させる。触媒層213bの存在により、カーボンナノチューブの生成及び成長は、触媒層213bの位置で選択的に生じる。その結果、カーボンナノチューブ束212a乃至212dが得られる。 Next, the barrier layer 213a and the catalyst layer 213b shown in FIG. 7 are formed on the other main surface of the base material 211 in this order. Each of the barrier layer 213a and the catalyst layer 213b is formed by, for example, a sputtering method using a mask. The carbon nanotubes are then produced and grown, for example, by chemical vapor deposition (CVD). Due to the presence of the catalyst layer 213b, the formation and growth of carbon nanotubes occurs selectively at the location of the catalyst layer 213b. As a result, carbon nanotube bundles 212a to 212d can be obtained.
次に、このようにして得られた吸着装置本体21及びヒータ23の複合体と、別途用意した封止部材22とを、図4に示すように接合する。これにより、セル20とその一方の主面にヒータ23とを含んだ構造を得る。基材211がシリコンからなり、封止部材22がナトリウムイオンなどのアルカリイオンを含まないガラスからなる場合、吸着装置本体21と封止部材22とは、例えば、表面活性接合によって接合することができる。吸着装置本体21と封止部材22との接合には接着剤を使用することもできるが、それらを直接接合した場合、接着剤に含まれる成分が測定に影響を及ぼすことがない。 Next, the composite of the suction device main body 21 and the heater 23 thus obtained and the separately prepared sealing member 22 are joined as shown in FIG. As a result, a structure including the cell 20 and the heater 23 on one of the main surfaces thereof is obtained. When the base material 211 is made of silicon and the sealing member 22 is made of glass that does not contain alkaline ions such as sodium ions, the adsorption device main body 21 and the sealing member 22 can be bonded by, for example, surface active bonding. .. An adhesive can be used for joining the suction device main body 21 and the sealing member 22, but when they are directly joined, the components contained in the adhesive do not affect the measurement.
以上のようにして、図3乃至図5に示す吸着装置2を得る。 As described above, the adsorption device 2 shown in FIGS. 3 to 5 is obtained.
次に、この吸着装置2における呼気の流れ等について説明する。 Next, the flow of exhaled air in the adsorption device 2 and the like will be described.
吸着時には、図3などに示す貫通孔TH1を介して、セル20の内部空間へ呼気を供給する。 At the time of adsorption, exhaled air is supplied to the internal space of the cell 20 through the through hole TH1 shown in FIG.
貫通孔TH1を通過した呼気は、先ず、チャンバCH1に到達する。チャンバCH1とチャンバCH3とは複数の流路FP1によって接続しているので、呼気の流れは、流路FP1によって複数の流れへと分けられる。チャンバCH3には複数個所から呼気を供給するので、チャンバCH3のうちチャンバCH1近傍の領域において、流速に大きなばらつきを生じることはない。 The exhaled air that has passed through the through hole TH1 first reaches the chamber CH1. Since the chamber CH1 and the chamber CH3 are connected by a plurality of flow paths FP1, the exhaled air flow is divided into a plurality of flows by the flow path FP1. Since the exhaled air is supplied to the chamber CH3 from a plurality of locations, the flow velocity does not vary greatly in the region of the chamber CH3 near the chamber CH1.
これら流れは、チャンバCH3において合流する。呼気がチャンバCH3を通過する過程で、単位構造212を構成しているカーボンナノチューブ束は、呼気が含んでいる1以上の物質を吸着する。 These streams merge in chamber CH3. In the process of exhaled air passing through chamber CH3, the carbon nanotube bundles constituting the unit structure 212 adsorb one or more substances contained in exhaled air.
その後、この呼気の流れは、流路FP2によって複数の流れへと分けられ、チャンバCH2において合流する。チャンバCH3からは複数個所から呼気を排出するので、チャンバCH3のうちチャンバCH2近傍の領域において、流速に大きなばらつきを生じることはない。 After that, this expiratory flow is divided into a plurality of flows by the flow path FP2 and merges in the chamber CH2. Since the exhaled air is discharged from the chamber CH3 from a plurality of places, the flow velocity does not vary greatly in the region of the chamber CH3 near the chamber CH2.
チャンバCH2に到達した呼気は、貫通孔TH2を介して、セル20の外部へと排出する。 The exhaled air that has reached the chamber CH2 is discharged to the outside of the cell 20 through the through hole TH2.
脱着時には、図1などに示すヒータ23を作動させる。図8に示すカーボンナノチューブ束212a乃至212dは、上記物質を化学吸着ではなく、物理吸着しているだけであるので、図1などに示すヒータ23を作動させ、カーボンナノチューブ束212a乃至212dを温度まで加熱すると、図8に示すカーボンナノチューブ束212a乃至212dは、吸着している上記物質のほぼ全量を脱着する。この脱着を生じさせると、図1などに示すセル20の内部空間内のガス中での上記物質の濃度は、呼気中の上記物質の濃度と比較して高くなる。 At the time of attachment / detachment, the heater 23 shown in FIG. 1 or the like is operated. Since the carbon nanotube bundles 212a to 212d shown in FIG. 8 merely physically adsorb the above substances, not chemically adsorbing them, the heater 23 shown in FIG. 1 or the like is operated to bring the carbon nanotube bundles 212a to 212d to a temperature. When heated, the carbon nanotube bundles 212a to 212d shown in FIG. 8 desorb almost all of the adsorbed substance. When this desorption occurs, the concentration of the substance in the gas in the internal space of the cell 20 shown in FIG. 1 and the like becomes higher than the concentration of the substance in the exhaled breath.
その後、例えば、貫通孔TH1を介してセル20の内部空間へパージガスを供給することにより、上記物質を高い濃度で含んだガスを、貫通孔TH2を介して吸着装置2の外部へと排出する。なお、吸着時と同様に、チャンバCH3内では流速に大きなばらつきを生じることはない。従って、比較的少量の不活性ガスを流通させるだけで、上記物質を高い濃度で含んだガスを排出することができる。 Then, for example, by supplying the purge gas to the internal space of the cell 20 through the through hole TH1, the gas containing the above substance at a high concentration is discharged to the outside of the adsorption device 2 through the through hole TH2. As in the case of adsorption, the flow velocity does not vary greatly in the chamber CH3. Therefore, a gas containing the above-mentioned substance at a high concentration can be discharged only by circulating a relatively small amount of the inert gas.
上記の通り、図7に示すカーボンナノチューブ束212a乃至212dの各々は、多数のカーボンナノチューブからなる。カーボンナノチューブ束212a乃至212dの各々において、カーボンナノチューブ間には隙間がある。それ故、呼気の一部は、チャンバCH3を通過する際に、カーボンナノチューブ束212a乃至212dの何れかの内部を通過する。従って、カーボンナノチューブ束212a乃至212dの各々は、その表面だけでなく、内部においても、呼気中の1以上の物質を吸着する。そして、カーボンナノチューブ束212a乃至212dの各々の内部では、その表面と比較して、吸着した物質の脱着は生じ難い。従って、カーボンナノチューブ束212a乃至212dの各々は、高い吸着効率を示す。 As described above, each of the carbon nanotube bundles 212a to 212d shown in FIG. 7 is composed of a large number of carbon nanotubes. In each of the carbon nanotube bundles 212a to 212d, there is a gap between the carbon nanotubes. Therefore, part of the exhaled air passes through any of the carbon nanotube bundles 212a to 212d as it passes through the chamber CH3. Therefore, each of the carbon nanotube bundles 212a to 212d adsorbs one or more substances in the exhaled breath not only on the surface but also inside. Then, inside each of the carbon nanotube bundles 212a to 212d, desorption of the adsorbed substance is less likely to occur as compared with the surface thereof. Therefore, each of the carbon nanotube bundles 212a to 212d exhibits high adsorption efficiency.
また、カーボンナノチューブ束212a乃至212dは、互いから離れて位置させている。即ち、カーボンナノチューブ束212a乃至212d間に隙間を設けている。それ故、カーボンナノチューブ束212a乃至212dは、呼気の流れを過剰に妨げることがない。 Further, the carbon nanotube bundles 212a to 212d are positioned apart from each other. That is, a gap is provided between the carbon nanotube bundles 212a to 212d. Therefore, the carbon nanotube bundles 212a to 212d do not excessively impede the flow of exhaled breath.
また、上記の通り、カーボンナノチューブ束212a乃至212dは、それらの高さ方向に垂直な断面の形状が、それぞれ、図8に示すサブ領域2110a乃至2110dの形状とほぼ等しい。図8の方向Da乃至Ddは、それぞれ、サブ領域2110a乃至2110dに対して垂直な方向から見た場合に、直線Lに対して傾いている。そして、図3のチャンバCH3における呼気の平均的な流れの方向は、図8の直線Lに対して平行である。このような構造を採用すると、呼気の流れが最適化され、高い吸着効率を達成できる。 Further, as described above, the carbon nanotube bundles 212a to 212d have substantially the same cross-sectional shape perpendicular to the height direction as the shapes of the sub-regions 2110a to 2110d shown in FIG. 8, respectively. The directions Da to Dd in FIG. 8 are inclined with respect to the straight line L when viewed from a direction perpendicular to the subregions 2110a to 2110d, respectively. The direction of the average flow of exhaled air in the chamber CH3 of FIG. 3 is parallel to the straight line L of FIG. By adopting such a structure, the exhaled air flow is optimized and high adsorption efficiency can be achieved.
そして、上記の通り、カーボンナノチューブ束212a乃至212dは、上記物質を化学吸着ではなく、物理吸着しているだけである。それ故、それらが吸着している上記物質のほぼ全量を脱着させることは容易である。 As described above, the carbon nanotube bundles 212a to 212d only physically adsorb the above substances, not chemically adsorb them. Therefore, it is easy to desorb almost all of the above substances they are adsorbing.
従って、この吸着装置2を使用すると、上記物質の濃度を十分に高めたガスを得ることができる。そのため、例えば、測定装置の分析精度が低くても、十分に高い精度で定量分析することができる。また、測定装置は、精度が低くてもよいので、寸法が小さく、安価なものを使用することができる。 Therefore, by using this adsorption device 2, it is possible to obtain a gas having a sufficiently high concentration of the substance. Therefore, for example, even if the analysis accuracy of the measuring device is low, the quantitative analysis can be performed with sufficiently high accuracy. Further, since the measuring device may have low accuracy, a measuring device having a small size and an inexpensive one can be used.
更に、この吸着装置2を使用すると、以下に説明するように、短時間での分析が可能である。 Further, by using this adsorption device 2, analysis can be performed in a short time as described below.
図9は、比較例に係る分析装置1の一部を概略的に示す図である。この分析装置1では、吸着装置2ではなく、支持体3がヒータ23を内蔵している。このような構造を採用した場合、カーボンナノチューブ束だけではなく、支持体本体31自体も昇温させなければならない。加えて、吸着装置2と支持体3との間に微小な隙間が生じるのは避けられない。その結果、カーボンナノチューブ束を昇温するために、長い時間が必要になる。一例によれば、カーボンナノチューブ束を100℃から300℃へと昇温するために、約3時間の時間を必要とした。 FIG. 9 is a diagram schematically showing a part of the analyzer 1 according to the comparative example. In this analyzer 1, the support 3 has a built-in heater 23 instead of the suction device 2. When such a structure is adopted, not only the carbon nanotube bundle but also the support body 31 itself must be heated. In addition, it is inevitable that a minute gap will be created between the suction device 2 and the support 3. As a result, a long time is required to raise the temperature of the carbon nanotube bundle. According to one example, it took about 3 hours to heat the carbon nanotube bundle from 100 ° C. to 300 ° C.
この構造に対して、図1などを参照しながら説明した分析装置1では、吸着装置2自体にヒータ23を形成している。そのため、カーボンナノチューブ束を昇温するために要する時間を、大幅に短縮することができる。一例によれば、基材211にヒータ23を設置した場合、カーボンナノチューブ束を100℃から300℃へと昇温するために要した時間は、46.4秒であった。また、封止部材22にヒータ23を設置した場合、カーボンナノチューブ束を100℃から300℃へと昇温するために要した時間は、46.0秒であった。 With respect to this structure, in the analyzer 1 described with reference to FIG. 1 and the like, the heater 23 is formed in the adsorption device 2 itself. Therefore, the time required to raise the temperature of the carbon nanotube bundle can be significantly reduced. According to one example, when the heater 23 was installed on the base material 211, the time required to raise the temperature of the carbon nanotube bundle from 100 ° C. to 300 ° C. was 46.4 seconds. When the heater 23 was installed on the sealing member 22, the time required to raise the temperature of the carbon nanotube bundle from 100 ° C. to 300 ° C. was 46.0 seconds.
このように、ヒータ23を吸着装置2に設けると、カーボンナノチューブ束を昇温するために要する時間を、大幅に短縮することができる。それ故、例えば、リアルタイムでの分析が可能になる。 When the heater 23 is provided in the adsorption device 2 in this way, the time required for raising the temperature of the carbon nanotube bundle can be significantly shortened. Therefore, for example, real-time analysis becomes possible.
なお、吸着装置2には、以下の構造を採用してもよい。 The following structure may be adopted for the adsorption device 2.
図10は、変形例に係る吸着装置2を概略的に示す図である。この構造では、図1などを参照しながら説明したセル20に、ヒータ23が接合されている。即ち、ヒータ23の発熱体231側の面と、セル20の基材211側の面とが接合されている。ヒータ23は、発熱体231と基板232とを含んでいる。 FIG. 10 is a diagram schematically showing the suction device 2 according to the modified example. In this structure, the heater 23 is joined to the cell 20 described with reference to FIG. 1 and the like. That is, the surface of the heater 23 on the heating element 231 side and the surface of the cell 20 on the base material 211 side are joined. The heater 23 includes a heating element 231 and a substrate 232.
このような変形例の吸着装置2は、例えば、以下のようにして製造する。 The adsorption device 2 of such a modified example is manufactured as follows, for example.
先ず、基板232上に、上述した方法と同様の方法により発熱体231を形成し、ヒータ23を得る。 First, a heating element 231 is formed on the substrate 232 by the same method as described above to obtain a heater 23.
次いで、このヒータ23と、別途用意したセル20の基材211側とを、図10に示すように接合する。基材211がシリコンからなり、基板232がナトリウムイオンなどのアルカリイオンを含まないガラスからなる場合、吸着装置本体21とヒータ23とは、例えば、表面活性接合によって接合することができる。 Next, the heater 23 and the base material 211 side of the separately prepared cell 20 are joined as shown in FIG. When the base material 211 is made of silicon and the base material 232 is made of glass that does not contain alkaline ions such as sodium ions, the adsorption device main body 21 and the heater 23 can be joined by, for example, surface active bonding.
このような構造を採用すると、発熱体231は、基板232によって保護されるため、ヒータ23の劣化を生じにくい。 When such a structure is adopted, the heating element 231 is protected by the substrate 232, so that the heater 23 is less likely to deteriorate.
なお、図10を参照しながら説明したヒータ23は、セル20の基材211側に接合する代わりに、セル20の封止部材22側に接合してもよい。封止部材22がナトリウムイオンなどのアルカリイオンを含まないガラスからなり、基板232がシリコンからなる場合、封止部材22とヒータ23とは、例えば、表面活性接合によって接合することができる。 The heater 23 described with reference to FIG. 10 may be bonded to the sealing member 22 side of the cell 20 instead of being bonded to the base material 211 side of the cell 20. When the sealing member 22 is made of glass containing no alkaline ions such as sodium ions and the substrate 232 is made of silicon, the sealing member 22 and the heater 23 can be joined by, for example, surface active bonding.
以上、分析装置1及び吸着装置2を呼気の分析に利用することを説明したが、分析装置1及び吸着装置2は、呼気以外の気体の分析に利用することも可能である。例えば、分析装置1及び吸着装置2は、燃焼装置の排気ガスの分析にも利用することができる。 Although the analyzer 1 and the adsorption device 2 have been described above for the analysis of exhaled breath, the analyzer 1 and the adsorption device 2 can also be used for the analysis of gases other than exhaled breath. For example, the analyzer 1 and the adsorption device 2 can also be used for analyzing the exhaust gas of the combustion device.
また、分析装置1及び吸着装置2は、液体の分析に利用することも可能である。上水及び下水などの水の分析に利用することもできる。 Further, the analyzer 1 and the adsorption device 2 can also be used for analyzing liquids. It can also be used for analysis of water such as clean water and sewage.
吸着装置2は、分析以外の目的で使用することも可能である。例えば、吸着装置2は、空気清浄器に利用して、空気中に存在するPM2.5又は浮遊カビなどの大きさが100μm以下の汚れを吸着させることもできる。 The adsorption device 2 can also be used for purposes other than analysis. For example, the adsorption device 2 can be used in an air purifier to adsorb dirt such as PM2.5 or floating mold existing in the air having a size of 100 μm or less.
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment as it is, and at the implementation stage, the components can be modified and embodied within a range that does not deviate from the gist thereof. In addition, various inventions can be formed by an appropriate combination of the plurality of components disclosed in the above-described embodiment. For example, some components may be removed from all the components shown in the embodiments. Further, components over different embodiments may be combined as appropriate.
1…分析装置、2…吸着装置、3…支持体、5a…導管、5b…導管、5c…導管、5d…導管、5e…導管、5f…導管、5g…導管、6…測定装置、7a…第1バルブ、7b…第1バルブ、8…第2バルブ、9…測定対象の供給源、10…パージガス源、11…コントローラ、20…セル、21…吸着装置本体、22…封止部材、23…ヒータ、31…支持体本体、32a…電極、32b…電極、211…基材、212…単位構造、212a…カーボンナノチューブ束、212b…カーボンナノチューブ束、212c…カーボンナノチューブ束、212d…カーボンナノチューブ束、213…下地層、213a…バリア層、213b…触媒層、231…発熱体、232…基板、2110…単位領域、2110a…サブ領域、2110b…サブ領域、2110c…サブ領域、2110d…サブ領域、CH1…チャンバ、CH2…チャンバ、CH3…チャンバ、Da…長さ方向、Db…長さ方向、Dc…長さ方向、Dd…長さ方向、FP1…流路、FP2…流路、GR1…溝、GR2…溝、L…直線、RS1…凹部、RS2…凹部、RS3…凹部、TH1…貫通孔、TH2…貫通孔、θa…角度、θb…角度、θc…角度、θd…角度。 1 ... Analyzer, 2 ... Adsorption device, 3 ... Support, 5a ... Conduit, 5b ... Conduit, 5c ... Conduit, 5d ... Conduit, 5e ... Conduit, 5f ... Conduit, 5g ... Conduit, 6 ... Measuring device, 7a ... 1st valve, 7b ... 1st valve, 8 ... 2nd valve, 9 ... Supply source to be measured, 10 ... Purge gas source, 11 ... Controller, 20 ... Cell, 21 ... Suction device main body, 22 ... Sealing member, 23 ... Heater, 31 ... Support body, 32a ... Electrode, 32b ... Electrode, 211 ... Base material, 212 ... Unit structure, 212a ... Carbon nanotube bundle, 212b ... Carbon nanotube bundle, 212c ... Carbon nanotube bundle, 212d ... Carbon nanotube bundle , 213 ... Underlayer layer, 213a ... Barrier layer, 213b ... Catalyst layer, 231 ... Heat generator, 232 ... Substrate, 2110 ... Unit region, 2110a ... Sub region, 2110b ... Sub region, 2110c ... Sub region, 2110d ... Sub region, CH1 ... Chamber, CH2 ... Chamber, CH3 ... Chamber, Da ... Length direction, Db ... Length direction, Dc ... Length direction, Dd ... Length direction, FP1 ... Flow path, FP2 ... Flow path, GR1 ... Groove, GR2 ... groove, L ... straight line, RS1 ... concave, RS2 ... concave, RS3 ... concave, TH1 ... through hole, TH2 ... through hole, θa ... angle, θb ... angle, θc ... angle, θd ... angle.
実施形態によれば、シリコンからなる基材と、前記基材に接合され、前記基材とともに中空構造を形成している封止部材と、前記基材から伸び、互いから離れて位置した複数のカーボンナノチューブ束と、前記基材と前記複数のカーボンナノチューブ束との間に位置した触媒層と、前記基材と前記触媒層との間に位置したバリア層とを具備し、前記バリア層は、前記触媒層を構成している材料が前記基材へ拡散するのを抑制する吸着装置が提供される。 According to the embodiment, a plurality a substrate made of silicon, is bonded to the substrate, and a sealing member that forms a hollow structure with the base material, which extends from the front Kimoto material, positioned away from each other a carbon nanotube bundles of the catalyst layer positioned between the plurality of carbon nanotube bundles and the substrate; and a barrier layer positioned between the catalyst layer and the substrate, the barrier layer Provided is an adsorption device that suppresses the material constituting the catalyst layer from diffusing into the base material .
他の実施形態によれば、前記吸着装置と、前記吸着装置を支持する支持体とを具備した分析装置が提供される。 According to another embodiment, it said suction device, the suction device analysis apparatus comprising a support for supporting is provided.
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
以下に、当初の特許請求の範囲に記載していた発明を付記する。
[1]
基材と、前記基材に接合され、前記基材とともに中空構造を形成している封止部材とを含み、前記中空構造の内部空間と外部空間とを各々が連絡する第1及び第2貫通孔が設けられたセルと、
前記内部空間において前記基材から伸び、互いから離れて位置した複数のカーボンナノチューブ束と、
前記基材及び前記封止部材の少なくとも一方に設けられたヒータと
を具備した吸着装置。
[2]
前記ヒータは、パターニングされた金属層である[1]に記載の吸着装置。
[3]
[1]又は[2]に記載の吸着装置を支持する支持体と、
測定対象としての流体とパージガスとを前記第1貫通孔へと導く第1流路と、
ガス中の1以上の物質を定量する測定装置と、
前記第2貫通孔と前記測定装置又は外部とを連絡する第2流路と、
前記第1流路に取り付けられた1以上の第1バルブと、
前記第2流路に取り付けられた1以上の第2バルブと
を具備した分析装置。
[4]
第1乃至第5動作を順次行うように、前記ヒータの稼働状態と前記1以上の第1バルブ及び前記1以上の第2バルブの状態とを制御するコントローラを更に具備し、
前記第1動作は、前記ヒータを稼働させず、前記流体及び前記パージガスのうち前記流体のみを前記第1貫通孔へ導き、前記第2貫通孔を介して前記セル中のガスを前記外部に排出することを含み、
前記第2動作は、前記流体及び前記パージガスの何れも前記内部空間へ供給せず、前記第2貫通孔と前記測定装置及び前記外部との連絡を遮断し、前記ヒータを稼働させて、前記セルを第1温度まで昇温することを含み、
前記第3動作は、前記ヒータを稼働させて前記セルの温度を前記第1温度に保ったまま、前記流体及び前記パージガスのうち前記パージガスのみを前記第1貫通孔へ導き、前記第2貫通孔を介して前記セル中のガスを前記外部に排出することを含み、
前記第4動作は、前記流体及び前記パージガスのうち何れも前記内部空間へ供給せず、前記第2貫通孔と前記測定装置及び前記外部との連絡を遮断し、前記ヒータを稼働させて、前記セルの温度を前記第1温度から第2温度へと昇温することを含み、
前記第5動作は、前記ヒータを稼働させて前記セルの温度を前記第2温度に保ったまま、前記流体及び前記パージガスのうち前記パージガスのみを前記第1貫通孔へ導き、前記第2貫通孔を介して前記セル中のガスを前記測定装置に排出することを含んだ[3]に記載の分析装置。
[5]
第1乃至第4動作を順次行うように、前記ヒータの稼働状態と前記1以上の第1バルブ及び前記1以上の第2バルブの状態とを制御するコントローラを更に具備し、
前記第1動作は、前記ヒータを稼働させず、前記流体及び前記パージガスのうち前記流体のみを前記第1貫通孔へ導き、前記第2貫通孔を介して前記セル中のガスを前記外部に排出することを含み、
前記第2動作は、前記流体及び前記パージガスの何れも前記内部空間へ供給せず、前記第2貫通孔と前記測定装置及び前記外部との連絡を遮断し、前記ヒータを稼働させて、前記セルを第1温度まで昇温することを含み、
前記第3動作は、前記ヒータを稼働させて前記セルの温度を前記第1温度に保ったまま、前記流体及び前記パージガスのうち前記パージガスのみを前記第1貫通孔へ導き、前記第2貫通孔を介して前記セル中のガスを前記外部に排出することを含み、
前記第4動作は、前記流体及び前記パージガスのうち前記パージガスのみを前記第1貫通孔へ導くとともに、前記第2貫通孔を介して前記セル中のガスを前記測定装置に排出しながら、前記ヒータを稼働させて、前記セルの温度を前記第1温度から第2温度へと昇温することを含んだ[3]に記載の分析装置。
The present invention is not limited to the above embodiment as it is, and at the implementation stage, the components can be modified and embodied within a range that does not deviate from the gist thereof. In addition, various inventions can be formed by an appropriate combination of the plurality of components disclosed in the above-described embodiment. For example, some components may be removed from all the components shown in the embodiments. Further, components over different embodiments may be combined as appropriate.
The inventions described in the original claims are added below.
[1]
A first and second penetration that includes a base material and a sealing member that is joined to the base material and forms a hollow structure together with the base material, and each communicates an internal space and an external space of the hollow structure. A cell with a hole and
A plurality of carbon nanotube bundles extending from the base material in the internal space and located apart from each other.
With a heater provided on at least one of the base material and the sealing member
A suction device equipped with.
[2]
The suction device according to [1], wherein the heater is a patterned metal layer.
[3]
A support that supports the adsorption device according to [1] or [2], and
A first flow path that guides the fluid to be measured and the purge gas to the first through hole, and
A measuring device that quantifies one or more substances in a gas,
A second flow path that connects the second through hole with the measuring device or the outside,
With one or more first valves attached to the first flow path,
With one or more second valves attached to the second flow path
An analyzer equipped with.
[4]
A controller for controlling the operating state of the heater and the states of the one or more first valves and the one or more second valves is further provided so that the first to fifth operations are sequentially performed.
In the first operation, the heater is not operated, only the fluid out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole, and the gas in the cell is discharged to the outside through the second through hole. Including doing
In the second operation, neither the fluid nor the purge gas is supplied to the internal space, the communication between the second through hole and the measuring device and the outside is cut off, the heater is operated, and the cell is operated. Including raising the temperature to the first temperature
In the third operation, only the purge gas out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole while keeping the temperature of the cell at the first temperature by operating the heater, and the second through hole is performed. Including discharging the gas in the cell to the outside through
In the fourth operation, neither the fluid nor the purge gas is supplied to the internal space, the communication between the second through hole and the measuring device and the outside is cut off, and the heater is operated to operate the heater. Including raising the temperature of the cell from the first temperature to the second temperature.
In the fifth operation, only the purge gas among the fluid and the purge gas is guided to the first through hole while the temperature of the cell is maintained at the second temperature by operating the heater, and the second through hole is introduced. The analyzer according to [3], which comprises discharging the gas in the cell to the measuring device via.
[5]
A controller for controlling the operating state of the heater and the states of the one or more first valves and the one or more second valves is further provided so that the first to fourth operations are sequentially performed.
In the first operation, the heater is not operated, only the fluid out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole, and the gas in the cell is discharged to the outside through the second through hole. Including doing
In the second operation, neither the fluid nor the purge gas is supplied to the internal space, the communication between the second through hole and the measuring device and the outside is cut off, the heater is operated, and the cell is operated. Including raising the temperature to the first temperature
In the third operation, only the purge gas out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole while keeping the temperature of the cell at the first temperature by operating the heater, and the second through hole is performed. Including discharging the gas in the cell to the outside through
In the fourth operation, only the purge gas out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole, and the gas in the cell is discharged to the measuring device through the second through hole, while the heater is used. The analyzer according to [3], which comprises operating the cell to raise the temperature of the cell from the first temperature to the second temperature.
Claims (5)
前記内部空間において前記基材から伸び、互いから離れて位置した複数のカーボンナノチューブ束と、
前記基材及び前記封止部材の少なくとも一方に設けられたヒータと
を具備した吸着装置。 A first and second penetration that includes a base material and a sealing member that is joined to the base material and forms a hollow structure together with the base material, and each communicates an internal space and an external space of the hollow structure. A cell with a hole and
A plurality of carbon nanotube bundles extending from the base material in the internal space and located apart from each other.
An adsorption device including a heater provided on at least one of the base material and the sealing member.
測定対象としての流体とパージガスとを前記第1貫通孔へと導く第1流路と、
ガス中の1以上の物質を定量する測定装置と、
前記第2貫通孔と前記測定装置又は外部とを連絡する第2流路と、
前記第1流路に取り付けられた1以上の第1バルブと、
前記第2流路に取り付けられた1以上の第2バルブと
を具備した分析装置。 A support that supports the suction device according to claim 1 or 2,
A first flow path that guides the fluid to be measured and the purge gas to the first through hole, and
A measuring device that quantifies one or more substances in a gas,
A second flow path that connects the second through hole with the measuring device or the outside,
With one or more first valves attached to the first flow path,
An analyzer comprising one or more second valves attached to the second flow path.
前記第1動作は、前記ヒータを稼働させず、前記流体及び前記パージガスのうち前記流体のみを前記第1貫通孔へ導き、前記第2貫通孔を介して前記セル中のガスを前記外部に排出することを含み、
前記第2動作は、前記流体及び前記パージガスの何れも前記内部空間へ供給せず、前記第2貫通孔と前記測定装置及び前記外部との連絡を遮断し、前記ヒータを稼働させて、前記セルを第1温度まで昇温することを含み、
前記第3動作は、前記ヒータを稼働させて前記セルの温度を前記第1温度に保ったまま、前記流体及び前記パージガスのうち前記パージガスのみを前記第1貫通孔へ導き、前記第2貫通孔を介して前記セル中のガスを前記外部に排出することを含み、
前記第4動作は、前記流体及び前記パージガスのうち何れも前記内部空間へ供給せず、前記第2貫通孔と前記測定装置及び前記外部との連絡を遮断し、前記ヒータを稼働させて、前記セルの温度を前記第1温度から第2温度へと昇温することを含み、
前記第5動作は、前記ヒータを稼働させて前記セルの温度を前記第2温度に保ったまま、前記流体及び前記パージガスのうち前記パージガスのみを前記第1貫通孔へ導き、前記第2貫通孔を介して前記セル中のガスを前記測定装置に排出することを含んだ請求項3に記載の分析装置。 A controller for controlling the operating state of the heater and the states of the one or more first valves and the one or more second valves is further provided so that the first to fifth operations are sequentially performed.
In the first operation, the heater is not operated, only the fluid out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole, and the gas in the cell is discharged to the outside through the second through hole. Including doing
In the second operation, neither the fluid nor the purge gas is supplied to the internal space, the communication between the second through hole and the measuring device and the outside is cut off, the heater is operated, and the cell is operated. Including raising the temperature to the first temperature
In the third operation, only the purge gas out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole while keeping the temperature of the cell at the first temperature by operating the heater, and the second through hole is performed. Including discharging the gas in the cell to the outside through
In the fourth operation, neither the fluid nor the purge gas is supplied to the internal space, the communication between the second through hole and the measuring device and the outside is cut off, and the heater is operated to operate the heater. Including raising the temperature of the cell from the first temperature to the second temperature.
In the fifth operation, only the purge gas among the fluid and the purge gas is guided to the first through hole while the temperature of the cell is maintained at the second temperature by operating the heater, and the second through hole is introduced. The analyzer according to claim 3, wherein the gas in the cell is discharged to the measuring device via the device.
前記第1動作は、前記ヒータを稼働させず、前記流体及び前記パージガスのうち前記流体のみを前記第1貫通孔へ導き、前記第2貫通孔を介して前記セル中のガスを前記外部に排出することを含み、
前記第2動作は、前記流体及び前記パージガスの何れも前記内部空間へ供給せず、前記第2貫通孔と前記測定装置及び前記外部との連絡を遮断し、前記ヒータを稼働させて、前記セルを第1温度まで昇温することを含み、
前記第3動作は、前記ヒータを稼働させて前記セルの温度を前記第1温度に保ったまま、前記流体及び前記パージガスのうち前記パージガスのみを前記第1貫通孔へ導き、前記第2貫通孔を介して前記セル中のガスを前記外部に排出することを含み、
前記第4動作は、前記流体及び前記パージガスのうち前記パージガスのみを前記第1貫通孔へ導くとともに、前記第2貫通孔を介して前記セル中のガスを前記測定装置に排出しながら、前記ヒータを稼働させて、前記セルの温度を前記第1温度から第2温度へと昇温することを含んだ請求項3に記載の分析装置。 A controller for controlling the operating state of the heater and the states of the one or more first valves and the one or more second valves so as to sequentially perform the first to fourth operations is further provided.
In the first operation, the heater is not operated, only the fluid out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole, and the gas in the cell is discharged to the outside through the second through hole. Including doing
In the second operation, neither the fluid nor the purge gas is supplied to the internal space, the communication between the second through hole and the measuring device and the outside is cut off, the heater is operated, and the cell is operated. Including raising the temperature to the first temperature
In the third operation, only the purge gas out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole while keeping the temperature of the cell at the first temperature by operating the heater, and the second through hole is performed. Including discharging the gas in the cell to the outside through
In the fourth operation, only the purge gas out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole, and the gas in the cell is discharged to the measuring device through the second through hole, while the heater is used. The analyzer according to claim 3, wherein the temperature of the cell is raised from the first temperature to the second temperature by operating the cell.
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