JP2000155106A - におい測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 未知サンプルのにおいに似たにおいをすばや
く、かつ正確に合成する。 【解決手段】 におい合成部１０により、におい成分濃
度調製機構６を制御し、複数種の標準サンプルを捕集部
４に順々に続けて送ってにおい成分を捕集部４に捕集し
た後、それらのにおい成分を捕集部４から脱離させて複
数種の標準サンプルのにおい成分を含む混合においガス
をセンサ部２に送る。表示部１２により、その信号処理
結果と未知サンプルの信号処理結果を表示する。その表
示に基づいて、オペレータにより、標準サンプルの適当
な混合比率及び濃度を算出してにおい合成部１０に入力
し、各標準サンプルの捕集時の流量及び時間をそれぞれ
変更して捕集部４に順々に続けて送り、適当な濃度の混
合においガスを調製し、センサ部２に送る。このような
動作を、未知サンプル及び混合においガスの信号処理結
果が近似するまで繰り返すことにより、未知サンプルの
においに似たにおいを合成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、におい成分に対す
る応答特性の異なる複数個のガスセンサを設けたセンサ
部と、吸着剤を備えた捕集部にガス中に含まれるにおい
成分を捕集してそのにおい成分を濃縮又は希釈してセン
サ部に供給するにおい成分濃度調製機構と、ガスセンサ
によるサンプルガス検出時の検出信号と測定の基準とな
るゼロガス検出時の検出信号からサンプルガスの定性又
は定量を行なう信号処理部とを備えたガス測定装置に関
するものである。このようなガス測定装置は、消臭、芳
香、食品の管理、悪臭の測定などの分野において、にお
いを同定又は識別するために用いられる。

【０００２】

【従来の技術】ガスセンサとしては、導電性高分子セン
サ、酸化物半導体センサ、水晶振動子やＳＡＷ（surfac
e acoustic wave：表面弾性波）デバイスの表面にガス
吸着膜を形成したセンサがある。導電性高分子を用いた
ガスセンサでは、におい成分の吸着により導電性高分子
の導電率が変化する現象を利用する。酸化物半導体を用
いたガスセンサでは、サンプルガス中のにおい成分の酸
化還元反応により酸化物半導体の電気抵抗が変化する現
象を利用する。水晶振動子やＳＡＷデバイスの表面にガ
ス吸着膜を形成したセンサでは、ガス吸着膜へのにおい
成分の吸着による重量変化に伴い振動数が変化する現象
を利用する。

【０００３】このような現象を利用してサンプルガス中
のにおい成分を測定するにおい測定装置は、におい成分
に対する応答特性の異なる複数個のガスセンサを備えて
おり、ガスセンサからの検出信号をそのまま表示する
か、又は複数個のガスセンサの検出信号を多変量解析に
持ち込む、いわゆるケモメトリクスと呼ばれる技術を応
用してサンプルガス中のにおい成分を測定している。目
標とする未知サンプルに似たにおいを合成しようとする
場合、まず、未知サンプルの構成におい成分及びにおい
成分比率を同定し、その結果からにおいを合成する。構
成におい成分及びにおい成分比率の同定には、上記のに
おい測定装置の他に、ガスクロマトグラフも用いられて
いる。

【０００４】におい測定装置により、未知サンプルの構
成におい成分及びにおい成分比率を同定する場合、にお
い成分を含む標準サンプルを複数種用意し、それらの標
準サンプルの混合ガス（混合においガス）を調製し、そ
の混合においガスの検出結果と未知サンプルの検出結果
とを比較する。その比較結果から各標準サンプルの混合
比率を変えて混合においガスを調製することにより、混
合においガスの検出結果と未知サンプルの検出結果を近
づけていき、未知サンプルの構成におい成分及びにおい
成分比率を同定する。このとき、未知サンプルに似たに
おいの混合においガスが合成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ガスクロマトグラフを
用いて未知サンプルの構成成分及び成分比率を同定し、
多数の成分が検出された場合、それらの成分をすべて合
成することは難しい。また、それらの成分の中から数種
類の成分を選出して合成してもよいが、その場合には、
においと成分の関係を知っておく必要があるので、目的
のにおいを合成することは困難である。また、におい測
定装置を用いて未知サンプルの構成におい成分及びにお
い成分比率を同定する場合、標準サンプルの数だけのガ
ス濃度調整器及びガス混合器が必要なので、非常に大掛
かりな装置になる。さらに、従来のにおい測定装置で
は、あらかじめ標準サンプルを混合して調製した混合に
おいガス装置に設置するので、一度に試せる標準サンプ
ルの数が決まっている。さらに、未知サンプルの構成に
おい成分が判明していても、通常、標準サンプルは複数
の成分から構成されているため、目標のにおい成分比率
にすることは難しい。そこで本発明は、大掛かりなにお
い測定装置を用いることなく、未知サンプルに似たにお
いをすばやく、かつ正確に合成することを目的とするも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明を表すブ
ロック図である。本発明は、におい成分に対する応答特
性の異なる複数個のガスセンサを設けたセンサ部２と、
吸着剤を備えた捕集部４にガス中に含まれるにおい成分
を捕集してそのにおい成分を濃縮又は希釈してセンサ部
２に供給するにおい成分濃度調製機構６と、ガスセンサ
によるガス検出時の検出信号と測定の基準となるゼロガ
ス検出時の検出信号からガスの定性又は定量を行なう信
号処理部８とを備えたにおい測定装置であって、におい
成分濃度調製機構６を制御して、複数種の標準サンプル
に含まれるにおい成分を標準サンプルごとに吸着比率を
制御して捕集部４に順々に続けて捕集した後、それらの
におい成分を捕集部４から脱離させ、におい成分を含ま
ない希釈ガスを供給してそれらのにおい成分を含む混合
においガスを適当な濃度で合成するにおい合成部１０
と、信号処理部８による混合においガス検出時の信号処
理結果と、未知サンプルガス検出時の信号処理結果とを
表示する表示部１２と、を備えたものである。

【０００７】まず、におい成分濃度調整機構６により、
捕集部４に未知サンプルのにおい成分を捕集し、そのに
おい成分を１点又は複数点の濃度でセンサ部２に供給す
る。そのときのセンサ部２の検出信号を信号処理部８に
より解析し、その信号処理結果を表示部１２に表示す
る。におい合成部１０により、におい成分濃度調製機構
６を制御して、複数種の標準サンプルを標準サンプルご
とに決められたサンプリング流量及びサンプリング時間
で捕集管４に順々に続けて送り、標準サンプルに含まれ
るにおい成分を標準サンプルごとに吸着比率を制御して
捕集部４に捕集する。その後、それらのにおい成分を捕
集部４から脱離させ、におい成分を含まない希釈ガスを
供給してそれらのにおい成分を含む混合においガスを適
当な濃度でセンサ部２に送る。

【０００８】検出部２の混合においガスの検出信号を信
号処理部８により解析し、その信号処理結果を表示部１
２に送る。表示部１２は、未知サンプルの信号処理結果
と混合においガスの信号処理結果を表示する。オペレー
タは、表示部１２の表示に基づいて、標準サンプルの適
当な吸着比率及び適当な混合においガスの濃度を算出
し、におい合成部１０に入力する。におい合成部１０
は、その吸着比率及び混合においガスの濃度に基づい
て、におい成分濃度調製機構６を制御して、各標準サン
プルのにおい成分捕集時のサンプリング流量及びサンプ
リング時間をそれぞれ変更して捕集部４に順々に続けて
送ってにおい成分を捕集し、それらのにおい成分を捕集
部４から脱離させ、におい成分を含まない希釈ガスを供
給してそれらのにおい成分を含む混合においガスを調製
し、センサ部２に送る。このような動作を、未知サンプ
ルの信号処理結果と混合においガスの信号処理結果が近
似するまで繰り返すことにより、未知サンプルのにおい
に似たにおいを合成することができ、さらに、構成にお
い成分及びにおい成分比率を同定することができる。

【０００９】

【実施例】図２は、本発明を導電性高分子センサを用い
たにおい測定装置に適用した一実施例を表す概略構成図
である。ガス供給源として、標準サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ、未知サンプル１６及び窒素ガスボンベ１８が備えら
れている。窒素ガスはゼロガス、キャリアガス、又は混
合においガスの濃度を調節する希釈ガスとして用いられ
る。標準サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及び未知サンプル１６
は、電磁弁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅを
それぞれ介して三方電磁弁２２に接続されている。三方
電磁弁２２には窒素ガスボンベ１８も接続されており、
三方電磁弁２２は流路を適宜切り換えて、６方ロータリ
ーバルブ２４の１つのポートに、標準サンプルＡ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ、未知サンプル又は窒素ガスを送る。

【００１０】三方電磁弁２２からの流路は、６方ロータ
リーバルブ２４が実線の位置のとき、におい成分を吸着
する吸着剤を備えた捕集管（捕集部）４に接続され、破
線の位置のとき、標準サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、未知サ
ンプル１６又は窒素ガスをガス排出口３０から排出する
ポンプ２８に接続される。捕集管４の周囲に、ヒータ３
２が備えられており、ヒータ３２は、捕集管４の温度を
制御する加熱制御部３４に電気的に接続されている。

【００１１】窒素ガスボンベ１８は、６方ロータリーバ
ルブ２４の１つのポートにも直接接続されており、６方
ロータリーバルブ２４が破線の位置のとき、捕集管４を
介して、ガス応答特性の異なる導電性高分子センサを複
数個備えたセンサ部２に接続され、窒素ガスは混合にお
いガスの濃度を調節する希釈ガス又はキャリアガスとし
て供給される。６方ロータリーバルブ２４が実線の位置
のとき、窒素ガスは、捕集管４を介さずにセンサ部２に
接続され、ゼロガスとしてセンサ部２に供給される。セ
ンサ部２の出口側はガス排出口３６に接続されている。
センサ部２の各ガスセンサの検出信号は、Ａ／Ｄ変換器
（図示略）を介してＣＰＵ３８に送られる。電磁弁２０
ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ、三方電磁弁２
２、６方ロータリーバルブ２４、ポンプ２８及び加熱制
御部３４は、ＣＰＵ３８により動作を制御される。

【００１２】本発明のにおい成分濃度調製機構６は、標
準サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、未知サンプル１６、窒素ガ
スボンベ１８、電磁弁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０
ｄ，２０ｅ、三方電磁弁２２、捕集管４、ポンプ２８、
ヒータ３２及び加熱制御部３４により構成される。信号
処理部８、におい合成部１０及び表示部１２はＣＰＵ３
８により実現される。また、この実施例では図示は省略
しているが、窒素ガスボンベ１８から供給される窒素ガ
スの圧力や流量を調節する機構が流路の適当な位置に配
置されている。 この実施例では４種類の標準サンプル
を用いているが、標準サンプルの種類をさらに増やして
もよい。

【００１３】次に、この実施例の動作を説明する。ま
ず、標準サンプルＡのみを測定するために、電磁弁２０
ａを開き、他の電磁弁２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ
を閉じる。電磁弁２２を１−３側に接続し、さらに６方
ロータリーバルブ２４を実線の位置にして、標準サンプ
ルＡを捕集管４に接続し、捕集管４をポンプ２８に接続
する。ポンプ２８を作動して、所定のサンプリング流量
及びサンプリング時間で標準サンプルＡを捕集管４に吸
引し、標準サンプルＡを所定量の体積だけ捕集管４を通
過させ、標準サンプルのにおい成分を捕集管４に捕集す
る。

【００１４】サンプル捕集後、６方ロータリーバルブ２
４を実線位置のまま、三方電磁弁２２を２−３側に切り
換えて、窒素ガスボンベ１８を三方電磁弁２２及び６方
ロータリーバルブ２４を介して捕集管４に接続する。窒
素ガスを捕集管４に導入し、捕集管４内の水分を除去す
る。この水分除去動作は、未知サンプル１６や他の標準
サンプルを捕集管４に導入した後にも行なわれるので、
これらのサンプルに水分が含まれていても、この処理に
より水分に妨害されることなく測定を行なうことがで
き、同時にエタノールも除去できる。

【００１５】その後、６方ロータリーバルブ２４を破線
の位置に切り換えて、窒素ガスボンベ１８と捕集管４を
接続し、捕集管４とセンサ部２を接続する。加熱制御部
３４によりヒータ３２を加熱して捕集管４を１０℃／秒
程度の速度で急激に加熱し、捕集管４の吸着剤に吸着し
たにおい成分を吸着剤から熱脱離させる。この時、窒素
ガスボンベ１８により捕集管４に所定量の窒素ガスを供
給して捕集管４からにおい成分を追い出し、センサ部２
に送る。この時、におい成分を捕集したサンプルガスの
体積よりも追出しに使った窒素ガスの体積の方が小さい
場合は、サンプルガスは濃縮されたことになって高感度
測定が可能となり、逆にその窒素ガスの体積の方が大き
い場合は、サンプルガスは希釈されたことになるので高
濃度のにおい成分を含むサンプルガスを測定できる。

【００１６】センサ部２に送られたにおい成分を複数個
のガスセンサによりそれぞれ検出し、その検出信号（セ
ンサ抵抗値）をＣＰＵ３８に送る。ＣＰＵ３８の信号処
理部８により、複数個のガスセンサの検出信号を多変量
解析、ここでは主成分分析にかけ、二次元圧縮処理をし
て、においマップ上にプロットし、表示部１２に表示す
る。図３は、この実施例における主成分分析を用いたに
おいマップである。このにおいマップは、次のように作
成した。例えばセンサを６個用い、それぞれのセンサか
ら１個の出力を得るとすると、各測定データ点は６次元
のベクトルとみなすことができる。その場合、６次元空
間上に点在する各測定データ点が一番ばらついている方
向に主成分第１軸をとり、それに直交しまた各測定デー
タ点が一番ばらついている方向に主成分第２軸をとり、
主成分第１軸と第２軸でできる平面に各測定データ点を
投影する。そして得られたものが、このにおいマップで
ある。

【００１７】次に、標準サンプルＢ，Ｃ，Ｄ及び未知サ
ンプル１６についても同様の検出動作をそれぞれ行な
い、図３に示すように、においマップ上にそれぞれプロ
ットする。未知サンプル１６については、捕集管４に未
知サンプル１６を導入するサンプリング時間を幾つか変
えて測定することにより濃度依存性を測定し、その濃度
線を描く。捕集管４を通過する未知サンプル１６のサン
プリング時間を変えることにより、捕集管４に捕集する
未知サンプル１６のにおい成分量がサンプリング時間に
対応して変わる。捕集管４の吸着剤から脱離後、同じ体
積の窒素ガスを捕集管４に供給してセンサ部２ににおい
成分を送ることにより、未知サンプル１６に含まれるに
おい成分の濃度を変えてセンサ部２に供給することがで
きる。

【００１８】同一サンプルのにおい成分濃度を変えてセ
ンサ部２に供給する場合、サンプリング時間を変える他
に、サンプリング流量を変えてもよいし、供給する窒素
ガスの体積を変えてもよい。また、標準サンプルのプロ
ットが未知サンプルの濃度線からかけ離れた位置にある
場合は、選択した標準サンプルだけでは未知サンプルの
においに近似するにおいを合成することは難しいので、
標準サンプルを変更する必要がある。

【００１９】オペレータにより、未知サンプルの濃度線
と標準サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄをそれぞれ比較し、最も
近い標準サンプルを主な成分とみなし、標準サンプル
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの適当な混合比率及び濃度をにおい合成
部１０に入力する。におい合成部１０は、その混合比率
に基づいて、電磁弁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，
２０ｅ、三方電磁弁２２、捕集管４、ポンプ２８を制御
して、各標準サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのサンプリング流
量及びサンプリング時間をそれぞれ設定して捕集管４に
順々に続けて導入し、におい成分を捕集する。

【００２０】次に、におい合成部１０は、加熱制御部３
４を制御してヒータ３２を加熱して捕集管４に捕集した
におい成分を吸着剤から熱脱離させ、オペレータ１４の
算出した濃度になるように捕集管４に窒素ガスを供給し
て混合においガスを調製し、センサ部２に送る。その混
合においガスの検出信号を信号処理部８により解析して
表示部１２に送り、においマップ上にプロットする。オ
ペレータにより、未知サンプルの濃度線と混合においガ
スのプロットとを比較する。未知サンプルの濃度線と混
合においガスのプロットとが離れている場合、オペレー
タは、標準サンプルの適当な混合比率及び濃度を算出し
てにおい合成部１０に入力し、混合においガスの調製を
繰り返す。

【００２１】未知サンプルの濃度線と混合においガスの
プロットとがある程度近づいた場合、オペレータによ
り、その混合比率で濃度を変えて混合においガスを調製
するために、におい合成部１０に信号を入力し、複数点
の濃度の混合においガスを測定する。表示部１２にその
混合においガスの濃度線を表示する。その混合においガ
スの濃度線が未知サンプルの濃度線と一致すると、未知
サンプルに近いにおいが合成されたことになるととも
に、未知サンプルのにおい構成成分及びにおい成分比率
が分かる。実施例では標準サンプルの混合比率及び濃度
の設定、変更をオペレータが行なうようにしているが、
その操作をコンピュータが自動的に行なうようにしても
よい。

【００２２】本発明では、捕集管へのサンプリング流量
及びサンプリング時間を変更することにより、標準サン
プルの濃度を変更できるので、標準サンプルごとに濃度
調製機構を設ける必要はない。このように、本発明は、
ガス測定装置の構成を簡略化することができる。上記の
実施例では、本発明を導電性高分子センサを用いたにお
い測定装置に適用しているが、本発明はこれに限定され
るものではなく、酸化物半導体センサ、又は水晶振動子
やＳＡＷデバイスの表面にガス吸着膜を形成したセンサ
を用いたにおい測定装置にも適用することができる。

【００２３】また、食品や化粧品など、においが重要な
製品の開発においては、希望のにおいを合成することは
熟練を要し、また、合成したにおいを客観性のある方法
で示せないことから、その評価は大変に難しい事柄の一
つである。上記の実施例では、におい構成成分が未知の
サンプルを検査対象にしているが、におい構成成分が既
知の物質やガスのにおい成分比率をチェックする検査装
置としても使用できる。例えばにおい成分Ａとにおい成
分Ｂが混合した製品のにおい成分比率を検査する場合、
あらかじめにおい成分Ａとにおい成分Ｂの混合比率を変
えて何点か測定してにおいマップ上にプロットしてお
き、検査対象の信号処理結果がにおいマップ上でどの位
置にくるかによって判定する。その結果、客観性のある
データとして目標との差を示すことができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明のにおい測定装置は、におい合成
部により、におい成分濃度調製機構を制御して、複数種
の標準サンプルに含まれるにおい成分を標準サンプルご
とに吸着比率を制御して捕集部に順々に続けて捕集した
後、それらのにおい成分を捕集部から脱離させてそれら
のにおい成分を含む混合においガスを適当な濃度で合成
し、表示部により、その混合においガス検出時の信号処
理結果と未知サンプルガス検出時の信号処理結果とを表
示し、オペレータにより、表示部の表示に基づいて、に
おい合成部による標準サンプルごとのにおい成分の吸着
比率及び混合においガスの濃度を変更し、その吸着比率
及び混合においガスの濃度に基づいて混合においガスを
合成するようにし、このような動作を、未知サンプルの
信号処理結果と混合においガスの信号処理結果が近似す
るまで繰り返すようにしたので、大掛かりな装置を用い
ることなく、未知サンプルのにおいに似たにおいをすば
やく、かつ正確に合成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を表すブロック図である。

【図２】 本発明を導電性高分子センサを用いたにおい
測定装置に適用した一実施例を表す概略構成図である。

【図３】 同実施例における主成分分析のにおいマップ
である。

【符号の説明】

２ センサ部 ４ 捕集部 ６ におい成分濃度調製機構 ８ 信号処理部 １０ におい合成部 １２ 表示部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木下 太生 京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会社島津製作所内 (72)発明者 中野 博司 京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会社島津製作所内 (72)発明者 赤丸 久光 京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会社島津製作所内 Ｆターム(参考） 2G046 AA01 CA02 DC13 EB01 EB06

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 におい成分に対する応答特性の異なる複
   数個のガスセンサを設けたセンサ部と、吸着剤を備えた
   捕集部にガス中に含まれるにおい成分を捕集してそのに
   おい成分を濃縮又は希釈してセンサ部に供給するにおい
   成分濃度調製機構と、ガスセンサによるガス検出時の検
   出信号と測定の基準となるゼロガス検出時の検出信号か
   らガスの定性又は定量を行なう信号処理部とを備えたに
   おい測定装置において、 前記におい成分濃度調製機構を制御して、複数種の標準
   サンプルに含まれるにおい成分を標準サンプルごとに吸
   着比率を制御して前記捕集部に順々に続けて捕集した
   後、それらのにおい成分を捕集部から脱離させ、におい
   成分を含まない希釈ガスを供給してそれらのにおい成分
   を含む混合においガスを適当な濃度で合成し、前記検出
   部に供給するにおい合成部と、 前記信号処理部による前記混合においガス検出時の信号
   処理結果と未知サンプルガス検出時の信号処理結果とを
   表示する表示部と、を備えたことを特徴とするにおい測
   定装置。