JP2001516442A - 流体中の所与の物質の含有量の測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 流体中の所定の物質の含有量を測定する装置が公表されている。該装置は、該集合体を通り抜ける流体の体積によって決まるが、該物質と反応して徐々に色を変化する多孔性の反応性の集合体（１）と、長軸の両端において開講し、前記集合体を包含する中空チューブ（２）と、該反応性の集合体を含んでいるチューブの長軸の部分の目盛り（３）とを備え、前記目盛りは、該集合体を通り抜ける流体の所定の体積に従って較正されており、また、反応性集合体が、基準化した体積に等しい流体体積の集合体を通り抜ける通路に対応する臨界熱温度に達したときに、表示する熱感インジケーター（８）を備えている。本装置は、特に、呼気の分析器とし有用であり、また、空気の汚染レベルの測定に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】 流体中の所与の物質の含有量の測定装置 本発明は、流体（fluid）中の所与の物質の含有量を測定（determining）又は 計量（metering）するための装置に関する。 呼気中のアルコール含有量を検査したり、血液中のアルコール含有量を推測す るためのこのような装置は公知である。 アルコールのパーセンテージを検査するこれらの公知の装置の中で、最近市販 されているエチロメーター(ethylometer)又はアルコテスト(alcotest)は、添付 図面の図１に示されており、そして、この装置は、 通過するガスの体積に応じてアルコール蒸気との化学反応によって次第に変色 する多孔質反応物集合体（porous reactant mass）１を具えた、呼気中のアルコ ール蒸気を感知する手段と、 長手方向の両端が開放され、前記反応物集合体が収容され、一方の端から入っ た呼気が前記反応物集合体を通過して他方の端から流出するように構成された中 空のチューブ２と、 前記反応物集合体の入ったチューブ（tube）の部分の上に、前記反応物集合体 を通過する所定の体積のガスに対応して較正される目盛り（graduation）３を具 えた、呼気中のアルコール含有量を計量する手段と、 前記チューブの一端に接続されることを意図し、膨張が前記所定較正体積に限 定されていると共に、そのノズルに弁を有する可撓性の膨張可能な袋４を具えた 、前記チューブを通過するガスの体積を限定する手段とで構成されている。 このアルコテストを操作するには、一定容量の前記袋が完全に満たされるまで 息を吹き込み、次いで、チューブの一端に袋のノズル５を挿入した後、チューブ を通じて袋を完全に空にし、最後に、基準目盛り３を変色した反応物集合体の長 さと比較し、血液中のアルコールの比率の推定値を得る。しかし、このタイプの エチロメーターには多くの欠点があり、特にこれらの装置の密閉性に欠陥が無く ても、限定容量の袋自体及びそれとチューブとの接続部に漏れを生じる恐れがあ る。その結果、密閉性を得るのに高いコストがかかってしまう。 また、この装置はユーザーに三つの別々の操作を要求するので、使用法が複雑 である。 一方、テスト結果が否定的な場合、反応物集合体は変色しないが、呼気に含ま れている水蒸気と反応してチューブを使用不能にする。即ち次回の使用時に働か なくする。しかし、チューブと膨張可能な袋は二つの別個の部品なので、チュー ブ上には、それが未使用なのか、既に使用ずみでテストの結果が否定的であった のかを示すものは何も無い。 本発明の目的は、前述の欠点を解決し、流体中の所与の物質の含有量を決めた り計量したりための、簡単に製造できると共に容易に使用できる軽量な携帯型装 置を提供することにある。 これに関して、本発明は、流体の所与の物質の含有量を求めるための装置であ って、貫流する流体の体積に応じて前記物質と化学反応して次第に変色するよう に選ばれた多孔性材料を具えた、流体中の前記物質の存在を感知する手段と、 長手方向の両端が開放され、その内部に前記材料を収容した中空のチューブと 、 例えば、前記反応物集合体の入った前記チューブの長手方向の一部分に目盛り を具え、前記反応物集合体を貫流する所定の流体の体積に応じて較正される計量 手段とを具え、 前記装置は、前記チューブを貫流する流体の体積を監視する手段を具え、該手 段は前記反応物集合体が臨界温度に達したことを示す感熱インジケーター（heat sensitive indicator）を具え、該臨界温度は、前記所定較正体積に等しい体積 の流体が前記反応物集合体を貫流したので、ユーザーが吹き込みを停止しなけれ ばならないことを示している。 本発明は、反応物集合体と流体との間の発熱反応を利用すると共に、反応物集 合体を貫流する流体の体積とその発熱温度との間の相関関係に基づいている。 本発明の第１の好適実施例においては、前述の感熱インジケーターは、前記臨 界温度に達すると瞬間的に変色して元には戻らないインク等の反応溶液を含んで いる。 別の実施例においては、この反応溶液は、前記反応物集合体の近傍又はそれと 同じレベル位置にチューブの内面又は外面の壁に固定又は埋め込まれたチップに 吸収されている。 本発明のその他の特徴によれば、インジケーターは、チューブの周面上に、多 孔性反応物集合体のレベル位置にあり、流体の物質含有量を求めるための基準マ ークとしても働く所定位置に配置されている。この感熱インジケーターは、それ が基準マークから分離可能で、反応物集合体の下流側端部に位置している場合に は、別のチューブにおいて再使用するために、取り外し可能なリングに担持され てもよい。 更に他の実施例においては、前記感熱インジケーターは、臨界温度に達すると 作動する音響アラームや光信号装置を具えている。 更に別の実施例においては、前記感熱インジケーターは、温度センサーと検出 温度を表示する手段とを具えている。 本発明のもう一つの特徴によれば、この装置は、それが使用ずみか未使用かを 示すエレメントを具え、該指示エレメントは、前記感熱インジケーターが非可逆 的なものである場合にはこの感熱インジケーターによって構成される。実際、テ ストの結果が否定的であっても発熱反応は起こり、したがって感熱インジケータ ーが作動するので、装置が既に使用ずみであることが示される。 本発明の更に別の特徴によれば、この装置は、それが期限切れ状態かそうでな いかを示すエレメントを具え、該指示エレメントは、感熱インジケーターが非可 逆的なものである場合にはこれによって構成され、それの臨界温度は、反応物集 合体が装置を長時間にわたって太陽に曝した場合のように外部加熱の作用によっ て劣化するであろう温度に設定されている。 臨界温度は４５〜７０℃の範囲に選ばれることが望ましく、流体の体積に対す る発熱反応の発熱曲線は環境温度によっては殆ど変化しない。この臨界温度は、 実質的に５５℃に等しい。 本発明の装置は、アルコテストに使用されたり、空気中の一酸化窒素、窒素含 有蒸気又は二酸化炭素の汚染度を計量するのに使用され、又は液体中の所与の物 質を計量するのにも使用される。 本発明は、添付の概略図面を参照して以下に述べる、例示として挙げられた非 限定的な現在のところでは好適と考えられている幾つかの本発明の実施例の説明 から更によく理解され、本発明のその他の目的、細部及び利点も更に明瞭となる であろう。 図１は、公知のエチロテストの一部の概略部分断面図である。 図２は、本発明の第１実施例の概略図である。 図３は、矢印ＩＩＩで示された図２の部分の詳細を示す部分図である。 図４〜７は図３と同様の図であるが、本発明の別の実施例を示している。 図８は、本発明の装置に使用される三種類の感熱インジケーターの概略を示す 。 図９は、通り抜ける流体の体積に対する反応物集合体の発熱曲線を示すグラフ である。 図１０は、本発明の装置の更に別の実施例の部分図である。 図２と３に示された模範的実施例によれば、本発明の装置は、例えば、シリカ 粒子に担持されたクロームＶＩの塩（chromium VI salt）を含む多孔性反応物集 合体と、チューブの内部を横断して固定された前記反応物集合体を構成する粒子 を保持するための、その両側に開口を有する中空のチューブ２とを具えている。 二つのスクリーン又は孔の開いた仕切り板６と７が、前記反応物集合体を構成 する粒子を保持するために、前記反応物集合体１の両側に、前記チューブ２の内 部を横断して固定されている。 これらのスクリーン６と７は、前記反応物集合体１を貫流する流体の流れを濾 過し且つ調整するのにも役立つ。 図２には、法律で認められた最大アルコール比率（maxium alcohol rate）に 対応する一つだけの基準マーク３を備えた目盛りが示されているが、勿論、チュ ーブの反応物集合体の収容部分の全長にわたって、チューブに目盛りを付しても よい。 この目盛りを、アルコールの比率を決める他の手段、例えばチューブに支持さ れた反応物集合体の色の変化の基準輝度を具えた手段で置き換えることもでき、 物質の含有量は、この基準輝度と変色の実際の輝度とのコントラストを読み取る ことによって求められる。 図２と３には、チューブ２の壁の外面に反応物集合体１のレベル位置に、更に 詳しくは、上流側スクリーン６と基準マーク３との間の位置に、チップ７が接着 されているのが示されている。 このチップ８は、所与の臨界温度に達すると、瞬間的に且つ非可逆的に色が変 化するインク、塗料、又は感熱性フィラーを具えている。 そのようなインク、塗料、フィラーはそれ自体は公知であり、特に冷凍製品の 包装の上に付されて、その温度が決められた保存温度範囲に維持されるように制 御するのに用いられる。 多孔性反応物集合体もそれ自体は公知であり、任意のプロセスによって準備す ることができる。 図４に示される別の実施例においては、チップ８はチューブ２の壁の外面に埋 め込まれている。 図５においては、チップ８は、前記下流側スクリーン７の近傍のチューブ２の 壁の内面に接着されている。 図６の実施例においては、チップ８は取り外され、代わりに前記インクを含浸 したシリカ粒子９に置き換えられ、該粒子９はチューブ２に収容され、下流側ス クリーン７と同様な別のスクリーン１０との間に維持されている。 図７に示された別の実施例においては、本発明の装置は、反応物集合体１のレ ベル位置に、更に正確には上流側スクリーン６と下流側スクリーン７との間の、 前記基準マーク３に対応する位置に、チューブ２を取り囲む外周リング１１を具 え、計量手段の目盛りとしての用をなしている。 このリング１１は、反応物集合体１が前述の臨界温度に達した時期を示す感熱 インジケーターを保持し、該インジケーターが可逆的である場合には、それを再 使用するために取り外し可能に設置されている。 図８には、臨界温度に達するとヒューズや膨張の異なるバイメタル装置等によ って作動する音響アラーム１２を具えた第１のインジケーターと、デジタル型の 温度表示器１３を具えた第２のインジケーターと、指針型の目盛り付き温度表示 器１４を具えた第３のインジケーターとが示され、後者の二つのインジケーター １３と１４は、図示しない温度センサーに接続されている。 前記音響アラーム１２の代わりに、光信号装置を設けることもできる。 本発明の特定の使用法を、図９に示されたグラフを参照して説明する。 このグラフは、貫流するガスの体積に対して多孔性反応物集合体の温度が変化 する状況を示している。 この特定の応用例においては、前記多孔性材料はクロームＶＩの塩からなる反 応溶液を含浸したシリカゲルを含み、その密度は１．８０であり、ガスは約３０ ミリバールの圧力で吹き込まれた空気である。 ガス中に含まれている水蒸気とシリカゲルに担持された反応物集合体との間の 発熱反応によって発生した温度が、この多孔性反応物集合体の三つのサンプルを 貫流するガスの体積に応じて測定された。 これら三つのサンプルの測定温度の平均値が、空気の体積に対して下表に掲げ られている。 この表に示されている温度値は、薄いプラスチックの仕切り板によって多孔性 反応物集合体から隔てられた温度センサーによって測定されたもので、したがっ て、これらの値はプラスチック・チューブの壁の熱慣性を含んでいることに留意 すべきである。 勿論、チューブの壁は別の材料、例えばガラス等であってもよい。 この表に示されたこれらの平均温度値は、各サンプル毎に測定した温度と±１ ℃〜２℃しか離れていない。 上の表に示された測定値は環境温度が２０．０℃の場合に得られたものであり 、図９のグラフには四角形の点で表されたカーブ１５の上に示されている。 図９のグラフには、２０℃より低い環境温度で行われた測定値を示す三角形の 点で表されたカーブ１６も示されている。 図９を見ると、三つのカーブ１５、１６及び１７が、約７０℃に相当する１４ ００ｍｌより大きい流体の体積になると互いに一つになり、その後に減少してい ることが判るであろう。その結果、環境温度がどうであろうと、感熱インジケー ターの臨界温度Ｔｃを選択するための作動可能な温度範囲は、約８００乃至１４ ００ｍｌの間の較正体積Ｖｏを規定している約４５℃乃至７０℃の間にある。 臨界温度Ｔｃは、例えば、約１１００ｍｌに等しい較正体積Ｖｏを規定する５ ５℃に選ばれる。次に、チューブを貫流するＶｏに等しい体積のガスに対してチ ューブの目盛り付けが行われる。 図１０には、チューブ２の上流側端部に固定されたプラスチック・チューブ１ ８の形をした可撓性ノズル又はチップが示され、ユーザーがこれを通じて息を吹 き込んで、感熱インジケーター８を見て、感熱反応物集合体の色が変わった場合 には直ぐに吹き込みを中止することができるようになっている。なぜならば、こ の変色は、体積Ｖｏのガスが反応物集合体１を通り抜けたことを示しているから である。 本発明の装置の作用を図２を参照して簡単に説明する。 ユーザーは、袋を使用しないで、図２の矢印Ｆの方向にチューブ２を通じて直 接に息を吹き込む。吹き込みの際に、吹き込みガスに含まれている水蒸気は、そ れが反応物集合体１を通り抜ける時にこれと発熱反応を行い、次第にこれを発熱 させる。 この発熱反応によって発生した熱が感熱インジケーター８の所定の臨界温度Ｔ ｃに達すると、感熱インジケーターは変色し、体積Ｖｏの空気が貫流したことを 示すので、ユーザーは直ちに吹き込みを中止する。 次いで、ユーザーは、反応物集合体１に含まれている化学反応体が基準マーク ３を超える長さまで変色したかどうかをチェックする。 この感熱インジケータ−８が非可逆的変色タイプのものであれば、呼気中にア ルコール蒸気の痕跡が含まれていなかったために反応物集合体が変色しなかった としても、ユーザーはこのチューブが使用ずみであることを知るであろう。 一方、ユーザーが未使用のチューブを車中に放置して長期間太陽に曝し、その 結果、このチューブが５５℃を超える熱の中に置かれた場合には、感熱インジケ ーター８は変色し、ユーザーに反応物集合体の熱劣化のためにこのチューブは期 限切れであることを知らせる。 本発明を特定の実施例を参照して説明したが、本発明はこれらに限定されるも のではなく、説明された手段と技術的に均等なもの及びその組合せは、請求の範 囲から逸脱しない限り、すべて本発明に含まれることは明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．多孔性反応物集合体を備えており、ここで、前記多孔性反応物集合体は、流 体中の所与の物質と次第に反応して、特に前記集合物を通して流れる流体の体積 に応じて、反応中に変色するものである、前記流体中の前記物質の存在を感知す るための手段と、 長手方向の両端が開放され、前記反応物集合体が収容されている中空のチュー ブと、 該集合物を通り抜けて流れる所定の流体の体積に応じて較正される該チューブ 上の目盛り付き計量手段等の、前記流体中の前記物質の含有量を測定するための 手段とを具える流体中の所与の物質の含有量を測定するための装置であって、 前記反応物集合体が、前記所定の較正体積に等しい、反応物集合体を通り抜け る流体の体積に応じた臨界熱温度（critical heating temperature）に、前記反 応物集合体が達したことを示す感熱インジケーター（heat sensitive indicator ）を具えているチューブを通り抜ける流体の体積を監視するための手段を具えて いることを特徴とする流体中の所与の物質の含有量を測定するための装置。 ２．前記感熱インジケーターが、前記臨界温度に達すると瞬間的に変色するイン ク等の反応溶液を具えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ３．前記反応溶液が、前記チューブの内部の前記反応物集合体の近傍に保持され ているシリカ粒子に吸収されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。 ４．前記反応溶液が、前記反応物集合体の近傍又はそれと同じレベル位置におい て、前記チューブの壁に固定され、或いは該壁の中に、又はその内面又は外面に 埋め込まれたチップに吸収されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。 ５．前記感熱インジケーターが、臨界温度に達すると作動する音響アラーム又は 光信号装置を具えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ６．前記感熱インジケーター（thermal indicator）が、温度センサー及び感知 した温度を表示する手段を具えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ７．前記感熱インジケーターが、チューブの周面上の前記多孔性反応物集合体の レベル位置に配置され、また流体中の前記物質の含有量を求めるための基準マー クと同様の時間において役立つ所定位置に配置されていることを特徴とする請求 項１、２、５又は６に記載の装置。 ８．前記感熱インジケーターが可逆的なものである場合には、該感熱インジケー ターは、別のチューブに該インジケーターを再使用するために、取り外し可能な リングに支持されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。 ９．前記装置は、それが使用済みの状態であるか又は未使用の状態であるかを表 示するエレメントを備え、該表示エレメントは、前記感熱インジケーターが非可 逆的なものである場合には、前記感熱インジケーターで構成されることを特徴と する前記請求項のいずれか一項に記載の装置。 １０．前記装置が、それが期限切れか期限内の状態かを示すエレメントを具え、 該指示エレメントは、前記感熱インジケーターが非可逆的なものである場合には 、この感熱インジケーターで構成され、その臨界温度は、外部加熱反応によって 前記反応物集合体が劣化するかも知れない温度に設定されている、前記請求項の いずれか１項に記載の装置。 １１．前記臨界温度が４５℃乃至７０℃の範囲にあることを特徴とする前記請求 項のいずれか一項に記載の装置。 １２．前記臨界温度が実質的に５５℃に等しいことを特徴とする請求項１０又は １１に記載の装置。