JP2002048797A

JP2002048797A - 有害化学物質監視装置およびその方法

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Publication number: JP2002048797A
Application number: JP2000238543A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Fujii; 和美藤井; Takeya Ohashi; 健也大橋; Teruyuki Aono; 輝行青野; Masayuki Tanji; 雅行丹治
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-08-07
Filing date: 2000-08-07
Publication date: 2002-02-15
Anticipated expiration: 2020-08-07
Also published as: JP3757329B2

Abstract

(57)【要約】【課題】測定環境中に存在する有害化学物質の種類と
濃度を同時にかつ迅速に監視すること。【解決手段】水晶振動子１０の金属薄膜２２、２４に
測定対象となる化学物質に特定的に結合する抗体を形成
し、水晶振動子１０を測定環境中に配置し、発振器１２
によって水晶子１０を発振させる。発振器１２によって
発振した水晶振動子１０の出力のうちその周波数の時間
的な変化を周波数カウンタ１４で計測し、この測定結果
をパーソナルコンピュータ１６に出力し、パーソナルコ
ンピュータ１６において周波数の変化から測定環境中で
抗体と反応した化学物質の質量を求め、この質量の変化
を基に測定環境中における化学物質の濃度を算出し、算
出結果をディスプレイ１８に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有害化学物質監視
装置に係り、特に、測定環境中における有害化学物質の
種類と濃度を同時に監視するに好適な有害化学物質監視
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】廃棄物の質が多様化するのに伴い、廃棄
物の焼却や処理行程において、種々の微量有害化学物質
が発生し、また金属精錬の燃焼工程や化学製品の製造工
程など様々な所でも有害化学物質が発生している。これ
ら有害化学物質の中でも内分泌撹乱化学物質（環境ホル
モン）は、人間のみならず野生生物に悪影響を及ぼすた
め、厳重な管理と制御が必要になっている。これらの有
害化学物質の種類とその濃度を測定する手段としては、
例えば、森田昌敏監修、１９９９年発行の環境ホルモン
のモニタリング技術（株式会社シーエムシー出版）に記
載されているように、ガスクロマトグラフ−質量分析
法、液体クロマトグラフ−質量分析法、誘導結合プラズ
マ質量分析法、液体クロマトグラフ法が知られている。
各種の測定法のうち簡便な方法としては、ダイオキシン
類の分析を例にとると、例えば、特開平１０−１５３５
９０号公報、特開平１０−１５３５９１号公報に記載さ
れているように、ダイオキシン類の指標物質であるクロ
ロベンゼン類やクロロフェノール類の濃度を測定し、こ
の測定値を基にダイオキシン類の濃度を推定する方法が
知られている。

【０００３】他の方法としては、森田昌敏監修、１９９
９年発行の環境ホルモンのモニタリング技術（株式会社
シーエムシー出版）に記載されているように、抗原・抗
体反応の特異性を利用した免疫測定法が知られている。
これは、抗原（測定対象物質）あるいは抗体をプレート
や磁性ビーズ状の支持体に吸着させて抗体に結合させた
抗原の量を酵素反応を介して測定する方法であり、酵素
基質の反応生成物を検出するには、比色、蛍光あるいは
化学発光法を用いて計測する方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記ガスクロマトグラ
フ−質量分析法などの分析法により、有害物質の種類と
濃度を正確に計測するためには、採取した試料を濃縮・
クリーンアップなど煩雑な前処理により測定対象物を分
離する必要があり、測定結果を得るのに１〜２週間程度
の時間を必要とし、しかも高価な設備が必要であるとい
う問題点がある。

【０００５】また、対象となる化学物質を間接的に測定
する方法では、煩雑な前処理が省略できるため、測定に
要する時間は短くできるが、測定対象となる化学物質の
概略値しか推定できず、正確な測定値を得ることは難し
いという問題点がある。

【０００６】一方、免疫測定法では、反応生成物を検出
するための後処理、例えば反応物質を混合物から取り出
す処理が必要あり、監視装置として自動化するのが困難
である。

【０００７】本発明の目的は、測定環境中に存在する有
害化学物質の種類と濃度を同時にかつ迅速に監視するこ
とができる有害化学物質監視装置およびその方法を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、測定対象となる化学物質に特定的に結合
する抗体が付着される圧電素子と、前記圧電素子に電気
信号を印加して前記圧電素子を発振させる発振器と、前
記発振器により発振した圧電素子の出力信号を取り込ん
でその周波数の時間的な変化を測定する周波数測定器
と、前記周波数測定器の測定結果から測定環境中で前記
抗体と反応した化学物質の質量の変化を求め、この質量
の変化を基に前記測定環境中における前記化学物質の濃
度を算出する濃度演算器とを備えてなる有害化学物質監
視装置を構成したものである。

【０００９】前記有害化学物質監視装置を構成するに際
しては、圧電素子を複数個設け、各圧電素子に、化学物
質に特定的に結合する抗体として結合対象の化学物質が
相異なる抗体をそれぞれ付着し、各圧電素子を発振器に
よって発振させ、各圧電素子の出力信号を周波数測定器
に取り込んで各出力信号の周波数の時間的な変化をそれ
ぞれ測定し、濃度演算器において、周波数測定器の各測
定結果から測定環境中で各抗体と反応した化学物質の質
量の変化をそれぞれ求め、各化学物質の質量の変化を基
に測定環境中における各化学物質の濃度を算出する構成
を採用することもできる。

【００１０】また、本発明は、間接的に化学物質の濃度
を監視するものとして、測定対象となる化学物質または
前記化学部物質の誘電体であるハプテンが付着される圧
電素子と、前記圧電素子に電気信号を印加して前記圧電
素子を発振させる発振器と、流体導入口と流体排出口と
を結ぶ流体流路を形成しこの流体流路中に前記圧電素子
に付着された化学物質またはハプテンを収納する反応セ
ルと、前記流体導入口から前記反応セル中に測定対象と
なる化学物質とガスを含む検体およびこの検体中の化学
物質に特定的に結合する抗体を導入する導入手段と、前
記反応セルに導入された検体および抗体のうち前記圧電
素子に付着された化学物質またはハプテンとの反応に伴
って前記反応セル中に残留した検体および抗体を前記反
応セルの流体排出口から排出する排出手段と、前記発振
器により発振した圧電素子の出力信号を取り込み、前記
反応セル中に検体および抗体が導入される前と前記反応
セル中に残留した検体および抗体が前記反応セルから排
出された後における出力信号の周波数の時間的な変化を
測定する周波数測定器と、前記周波数測定器の測定結果
から前記反応セル中で前記ハプテンと反応した抗体の質
量の変化を求め、この質量の変化を基に前記反応セル中
における前記検体中の化学物質の濃度を算出する濃度演
算器とを備えてなる有害化学物質監視装置を構成したも
のである。

【００１１】前記有害化学物質監視装置を構成するに際
して、圧電素子と反応セルをそれぞれ複数個設け、各圧
電素子に、測定対象となる化学物質または化学物質の誘
電体であるハプテンとして相異なるものを付着するとと
もに、発振器から各圧電素子に電気信号を印加して発振
させ、各反応セル中に測定対象となる化学物質とガスを
含む検体およびこの検体中の化学物質に特定的に結合す
る抗体を導入手段によって導入し、各反応セルに導入さ
れた検体および抗体のうち各圧電素子に付着された化学
物質またはハプテンとの反応に伴って各反応セル中に残
留した検体および抗体を各反応セルの流体排出口から排
出し、発振器により発振した各圧電素子の出力信号を周
波数測定器に取り込み、この周波数測定器において各反
応セル中に検体および抗体が導入される前と各反応セル
中に残留した検体および抗体が各反応セルから排出され
た後における各出力信号の周波数の時間的な変化を測定
し、濃度演算器において周波数測定器の各測定結果から
各反応セル中でハプテンと反応した抗体の質量の変化を
求め、各抗体の質量の変化を基に各反応セル中における
各検体中の化学物質の濃度を算出する構成を採用するこ
ともできる。

【００１２】前記各有害化学物質監視装置を構成するに
際しては、以下の要素を付加することができる。

【００１３】（１）前記濃度演算器は、前記各化学物質
の濃度から化学物質総濃度を算出してなる。

【００１４】（２）測定環境における温度と湿度のうち
少なくとも一方を検出する環境センサを備えてなる。

【００１５】（３）前記圧電素子は、水晶振動子または
表面弾性波デバイスで構成されてなる。

【００１６】（４）予め有害化学物質の種類と濃度につ
いて設定されたデータと前記周波数測定器の測定結果に
基づいて測定環境中における化学物質の種類と濃度を推
定する推定演算器と、前記推定演算器の演算結果を表示
する表示器とを備えてなる。

【００１７】（５）前記推定演算器の推定演算値が限界
値を超えたときに警報を発する警報器を備えてなる。

【００１８】また、本発明は、直接監視法として、圧電
素子の表面に測定対象となる化学物質に特定的に結合す
る抗体を形成し、前記圧電素子を測定環境中に配置して
前記圧電素子に発振器から電気信号を印加し、電気信号
の印加により発振した圧電素子の出力信号のうち周波数
の時間的変化を測定し、この測定結果から測定環境中で
前記抗体と反応した化学物質の質量の変化を求め、この
質量の変化を基に前記測定環境中における前記化学物質
の濃度を算出する有害化学物質監視方法を採用したもの
である。

【００１９】またさらに、本発明は、間接監視方法とし
て、圧電素子の表面に測定対象となる化学物質または前
記化学部物質の誘電体であるハプテンを形成し、流体流
路を形成する反応セルの流体流路中に前記圧電素子に形
成された化学物質またはハプテンを収納し、前記圧電素
子に発振器から電気信号を印加し、電気信号の印加によ
り前記圧電素子が発振しているときに、前記反応セル中
に測定対象となる化学物質とガスを含む検体およびこの
検体中の化学物質に特定的に結合する抗体を導入して前
記圧電素子に付着された化学物質またはハプテンと一定
時間反応させた後、前記反応セル中に残留した検体およ
び抗体を前記反応セルから排出し、かつ前記圧電素子の
出力信号を監視して前記反応セル中に検体および抗体が
導入される前と前記反応セル中に残留した検体および抗
体が前記反応セルから排出された後における出力信号の
周波数の時間的な変化を測定し、この測定結果から前記
反応セル中で前記ハプテンと反応した抗体の質量の変化
を算出し、この質量の変化を基に前記反応セル中におけ
る前記検体中の化学物質の濃度を算出する有害化学物質
監視方法を採用したものである。

【００２０】前記した手段によれば、測定対象となる化
学物質に特定的に結合する抗体が付着された圧電素子を
発振させてその周波数の時間的な変化を測定し、この測
定結果から測定環境中で抗体と反応した化学物質の質量
の変化を求め、この質量の変化を基に測定環境中におけ
る化学物質の濃度を算出するとともに、どの抗体を用い
るかによって化学物質の種類を特定するようにしたた
め、測定環境中に存在する有害化学物質の種類と濃度を
同時にかつ迅速に監視することができる。

【００２１】具体的には、圧電素子として水晶振動子を
用いた場合、測定対象となる化学物質（抗原）に特定的
に結合する抗体を形成させた水晶振動子を発振回路によ
って発振させると、抗体の付着量（質量）に比例して、
一定の周波数で水晶振動子が発振する。このとき抗体と
抗原とが反応すると反応生成物により水晶振動子の質量
が変化する。この質量の変化は、次の（１）式にしたが
って、水晶振動子の周波数（振動数）の変化と関係付け
られる。

【００２２】

【数１】Δｆ＝ｋｆ_０ ^２（Δｗ／Ａ）・・・（１）ここで、ｆ_０は水晶振動子の初期周波数、Δｆは周波数
変化量、Δｗは質量変化量、Ａは水晶振動子に形成され
た抗原の面積、ｋは定数である。

【００２３】（１）式にしたがって水晶振動子の質量の
変化を測定するに際して、例えば、初期周波数９ＭＨｚ
の水晶振動子を用いると、抗原抗体反応による導電性薄
膜の質量増加０．５ｎｇ／ｃｍ^２を１Ｈｚの感度で測定
できる。

【００２４】この測定方法は、基本的には、水晶振動子
の周波数をモニタリングするものであるため、水晶振動
子の周波数をデータ記録装置で記録することによって水
晶振動子の周波数の変化を容易に連続して計測すること
が可能になる。

【００２５】さらに、水晶振動子を複数個用い、各水晶
振動子に異なる種類の抗体を形成させ、各水晶振動子の
周波数の変化を求めることで、各水晶振動子に形成され
た抗体と反応する抗原の質量の変化を種類ごとに連続し
て計測することができる。

【００２６】また、前記した手段によれば、反応セル中
に測定対象となる化学物質とガスを含む検体およびこの
検体中の化学物質に特定的に結合する抗体を導入して圧
電素子に付着された化学物質またはハプテンと一定時間
反応させた後、反応セル中に残留した検体および抗体を
反応セルから排出し、各圧電素子の出力信号を監視し
て、反応セル中に検体および抗体が導入される前と反応
セル中に残留した検体および抗体が反応セルから排出さ
れた後における出力信号の周波数の時間的な変化を測定
し、この測定結果から反応セル中でハプテンと反応した
抗体の質量の変化を算出し、この質量の変化を基に反応
セル中における検体中の化学物質の濃度を算出し、かつ
どの抗体を用いるかによって化学物質の種類を特定する
ようにしたため、反応セル中における検体中の化学物質
の濃度と種類を同時にかつ迅速に監視することができ
る。

【００２７】具体的には、水晶振動子の表面に測定対象
となる化学物質（抗原）または抗原の誘電体であるハプ
テン（以下、固相化抗原と称する。）を形成した場合、
抗原抗体反応を利用した質量変化を直接測定することは
できないので、以下の手順により抗原量を測定する。す
なわち、固相化抗原が形成された水晶振動子を、流体流
路を形成する反応セル中に配置し、反応セル内に測定対
象となる化学物質とガスを含む検体とこの検体中の化学
物質に特定的に結合する抗体を共に導入すると、反応セ
ル内において抗体は固相化抗原と測定対象となる化学物
質の両方に結合する。次に、導入した抗体を水晶振動子
に付着された化学物質またはハプテンと一定時間反応さ
せた後、反応セル中に残留した検体および抗体を除去す
ると、固相化抗原と反応した抗体の質量だけ水晶振動子
の発振周波数は変化する。この場合、固相化抗原と反応
した抗体の量は、検体中の測定対象となる化学物質の濃
度に反比例するので、予め水晶振動子の発振周波数の変
化と測定対象となる化学物質の濃度との関係を求めてお
き、この関係に基づいて導入した検体中の測定対象とな
る化学物質の濃度を求めることができる。さらに複数の
反応セル内に種類の異なる固相化抗原を形成した水晶振
動子を配置し、各反応セル内に各固相化抗原に関連した
抗体を検体と共に導入し、各水晶振動子の周波数の変化
を求めることで、複数の測定対象となる化学物質の濃度
を求めることができる。

【００２８】さらに、予め有害化学物質の種類と濃度に
ついて設定されたデータと周波数測定器の測定結果に基
づいて測定環境中における化学物質の種類と濃度を推定
する推定演算器と、推定演算器の推定演算値が限界値を
超えたときに警報を発する警報器を設けることで、測定
環境中における有害化学物質濃度の異常を報知すること
ができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す
有害化学物質監視装置のブロック構成図である。図１に
おいて、有害化学物質監視装置は、圧電素子としての水
晶振動子１０、発振器１２、周波数カウンタ１４、パー
ソナルコンピュータ（計算機）１６、ディスプレイ１８
を備えて構成されている。

【００３０】水晶振動子１０は、図２に示すように、円
盤形状に形成された水晶基板２０、一対の金属薄膜２
２、２４を備えており、水晶基板２０は直径８ｍｍのも
ので構成されている。水晶基板２０の両面には直径４．
５ｍｍ×厚さ５００ｎｍで円盤状に形成された金属薄膜
２２、２４が蒸着されている。各金属薄膜２２、２４の
端部には電極２６、２８が接続されており、各電極２
６、２８には銀分散電導性接着剤によってリード線３
０、３２が接続されている。各リード線３０、３２はリ
ード線支持部３４の孔内に挿入されて支持された状態で
発振器１２に接続されている。そして各金属薄膜２２、
２４には、測定対象となる化学物質として、例えば、ダ
イオキシンを監視する場合、ダイオキシンに特定的に結
合する抗体として、例えば、ＰＣＢ、ＤＤＴ、ビスフェ
ノールＡなどの抗体が形成（付着）されるようになって
いる。

【００３１】発振器１２は、例えば、１０ＭＨｚの周波
数で発振し、この発振に伴う電気信号をリード線３０、
３２を介して水晶振動子１０の金属薄膜２２、２４に印
加するように構成されており、水晶振動子１０は発振器
１２からの電気信号にしたがって発振するようになって
いる。抗体が付着された水晶振動子１０が測定環境中で
発振すると、水晶振動子１０は、抗体の付着量（質量）
に比例して、一定の周波数で発振する。このとき、測定
対象となる化学物質（抗原）と抗体とが反応すると、反
応生成物により水晶振動子１０の質量が変化する。この
質量の変化は、前記（１）式にしたがって、水晶振動子
１０の周波数の変化と関係付けられる。

【００３２】水晶振動子１０の周波数の変化は、周波数
カウンタ（周波数測定器）１４によって測定されるよう
になっている。すなわち、周波数カウンタ１４は発振器
１２の出力信号を取り込み、その信号の周波数の時間的
な変化を測定し、その測定結果をパーソナルコンピュー
タ１６に出力するようになっている。

【００３３】パーソナルコンピュータ１６は、濃度演算
器および推定演算器として構成されており、周波数カウ
ンタ１４の測定結果から測定環境中で抗体と反応した化
学物質の質量の変化を前記（１）式にしたがって求め、
この質量の変化を基に測定環境中における化学物質の濃
度を算出するようになっている。さらに、この算出結果
をディスプレイ（表示器）１８の画面上に表示させるよ
うになっている。測定対象となる化学物質、例えば、ダ
イオキシンの濃度を算出する場合、パーソナルコンピュ
ータ１６のメモリには、指定の抗体と反応する化学物質
の質量の変化と濃度との関係を示す検量線に関するデー
タが格納されており、パーソナルコンピュータ１６は、
指定の抗体と反応した化学物質の質量の変化を求めた
後、化学物質の質量の変化と検量線に関するデータに従
って化学物質の濃度を算出することができる。さらに金
属薄膜２２、２４に形成した抗体によって測定対象とな
る化学物質の種類を特定することができる。

【００３４】したがって、本実施形態によれば、測定環
境中における化学物質の濃度と種類を同時にかつ迅速に
監視することができる。

【００３５】また、パーソナルコンピュータ１６のメモ
リに予め有害化学物質の種類と濃度についてのデータを
予め格納しておき、メモリに格納されたデータと周波数
カウンタ１４の測定結果に基づいて、パーソナルコンピ
ュータ１６において測定環境中における化学物質の種類
と濃度を推定し、推定結果をディスプレイ１８の画面上
に表示する構成を採用することもできる。

【００３６】さらにパーソナルコンピュータ１６の推定
演算による推定演算値が限界値を超えたときに警報器
（図示省略）から警報を発生させて、操作員などに異常
を報知することもできる。なお、周波数カウンタ１４と
パーソナルコンピュータ１６との間は、ＧＰ−ＩＢの規
格に基づいたデータ転送が行われるようになっている。

【００３７】また、前記実施形態においては、圧電素子
として水晶振動子１０を用いたものについて述べたが、
図３に示すように、圧電素子として、表面弾性波デバイ
ス（表面弾性波フィルタ：ＳＡＷ）３４を用いることが
できる。

【００３８】表面弾性波デバイス３４は、タンタル酸リ
チウムなどで構成された圧電基板３６を備えており、圧
電基板３６の両側には入力用電極３８と出力用電極４０
が形成されている。入力用電極３８と出力用電極４０と
の間の領域には測定対象となる化学物質に特定的に結合
する抗体４２が付着または形成されている。さらに入力
用電極３８は増幅器４４の入力側に接続され、出力用電
極４０は増幅器４４の出力側に接続されている。

【００３９】表面弾性波デバイス３４の入力用電極３８
と出力用電極４０に発振器１２から電気信号を印加する
と、圧電効果により入力用電極３８と出力用電極４０間
に互いに逆位相のひずみが生じ表面波が励起されるよう
になっている。

【００４０】水晶振動子１０の代わりに表面弾性波デバ
イス３４を用いた場合、発振器１２からは、例えば１０
０ＭＨｚ、１ＧＨｚの電気信号が印加されるため、水晶
振動子１０を用いたときよりも周波数の時間的な変化を
高精度に測定することができ、測定環境中における化学
物質の濃度を高精度に算出することが可能になる。

【００４１】次に、本発明の第２実施形態を図４にした
がって説明する。本実施形態は、水晶振動子１０を５個
設けるとともに、各水晶振動子１０にそれぞれ発振器１
２を接続し、各発振器１２の出力をシグナルスキャナ４
６を介して周波数カウンタ１４に接続し、さらに、温度
湿度計測計として、温度センサ４８、湿度センサ５０、
温度計測器５２、湿度計測器５４、シグナルスキャナを
内蔵した信号変換器５６、ディジタルマルチメータ５８
を設け、信号変換器５６とディジタルマルチメータ５８
をそれぞれパーソナルコンピュータ１６に接続するよう
にしたものである。

【００４２】なお、図１と同一のものまたは相当するも
のには同一符号が附されているとともに、信号処理系と
データ処理系との間は、ＧＰ−ＩＢの規格に基づいたデ
ータ転送が行われるようになっている。

【００４３】また、本実施形態において、温度湿度計測
計を省略した場合には、簡易な腐食監視装置を構成する
ことになる。

【００４４】各水晶振動子１０には、測定対象としての
化学物質、例えば、ダイオキシンに特定的に結合する抗
体として、結合対象の化学物質が相異なる抗体、例え
ば、ダイオキシン類の中で毒性の強い、２，３，７，８
−ＴＣＤＤ、１，２，３，７，８−ＰｅＣＤＤ、１，
２，３，４，７，８−ＨｘＣＤＤ、２，３，７，８−Ｔ
ＣＤＦ、２，３，４，７，８−ＰｅＣＤＦがそれぞれ形
成されている。モノクローナル抗体が形成（付着）され
た水晶振動子１０はそれぞれの発振器１２によって発振
し、この発振に伴う信号がシグナルスキャナ４６によっ
て順次切替られ、切替られた信号が順番に周波数カウン
タ１４に入力され、各水晶振動子１０の発振に伴う周波
数の時間的な変化が周波数カウンタ１４によって順次測
定され、測定結果がパーソナルコンピュータ１６に出力
されるようになっている。この場合、各水晶振動子１０
の発振による周波数が変化したときには、抗体抗原反応
が生じたとして、抗体と反応した化学物質の質量の変化
が求められ、化学物質の質量の変化を基に測定環境中に
おける化学物質の濃度が算出されることになる。さらに
周波数の変化した水晶振動子１０に形成された抗体によ
って化学物質の種類が特定されることになる。

【００４５】一方、測定環境中における温度は温度セン
サ４８によって検出され、湿度は湿度センサ５４によっ
て検出されるようになっている。温度センサ４８は、例
えば白金測温抵抗体で構成されており、温度センサ４８
の検出による温度は温度計測器５２によって電気信号に
変換されるようになっている。湿度センサ５４は、例え
ば高分子フィルムを用いて構成されており、湿度センサ
５０の検出による湿度は湿度計測器５４によって電気信
号に変換されるようになっている。温度計測器５２と湿
度計測器５４の出力信号は信号変換器５６によって順次
切替られ、切替られ信号は電圧に変換され、変換された
電圧の信号が順番にディジタルマルチメータ５８に入力
されるようになっている。そしてディジタルマルチメー
タ５８により測定環境中における温度と湿度が順次計測
され、計測値が順次パーソナルコンピュータ１６に出力
されるようになっている。

【００４６】本実施形態においては、各水晶振動子１０
に、ダイオキシン類の中で毒性の強い５種類の化学物質
にのみそれぞれ反応するモノクローナル抗体をそれぞれ
水晶振動子１０に形成し、周波数カウンタ１４とディジ
タルマルチメー５８の出力信号をパーソナルコンピュー
タ１６で処理することで、２，３，７，８−ＴＣＤＤ、
１，２，３，７，８−ＰｅＣＤＤ、１，２，３，４，
７，８−ＨｘＣＤＤ、２，３，７，８−ＴＣＤＦ、２，
３，４，７，８−ＰｅＣＤＦそれぞれの濃度を求めるこ
とができるとともに、各化学物質の濃度の合計からダイ
オキシン類総濃度を求めることができる。さらに各化学
物質の濃度およびダイオキシン類総濃度を測定環境中に
おける温度と湿度に関連づけてディスプレイ１８の画面
上に表示することができる。またこれらのデータをパー
ソナルコンピュータ１６に接続されたハードディスク装
置（図示省略）に記録することで、このデータを有効に
利用することができる。

【００４７】次に、図４に示した有害化学物質監視装置
を用いてデータ解析をするに際しては、図５に示すよう
に、まず、各水晶振動子１０の出力信号をシグナルスキ
ャナ４６を介して周波数カウンタ１４に入力するととも
に、温度センサ４８、湿度センサ５０の出力信号を温度
計測器５２、湿度計測器５４、信号変換器５６を介して
ディジタルマルチメータ５８に入力し、周波数カウンタ
１４の出力信号とディジタルマルチメータ５８の出力信
号をパーソナルコンピュータ１６に入力する。パーソナ
ルコンピュータ１６は、周波数カウンタ１４の出力信号
とディジタルマルチメータ５８の出力信号を順次入力し
て各水晶振動子１０の発振周波数（ｆ）、測定環境中の
温度（Ｔ）、測定環境中における湿度（ＲＨ）をサンプ
リングし、サンプリングによって得られた測定値を測定
開始時における初期値ｆ_１０、・・・、ｆ_ｎ０、Ｔ_０、
ＲＨ_０として以降の演算処理に用いる（ステップＳ
１）。次に一定の時間（ｔ）が経過した後に、時間ｔ１
経過後における各水晶振動子１０の発振周波数、温度セ
ンサ４８の検出温度、湿度センサ５０の検出湿度を順次
サンプリングし、サンプリングにより得られた値を時間
ｔ_１における値ｆ_１ｔ・・・ｆ_ｎｔ、Ｔ_ｔ、ＲＨ_ｔとす
る（ステップＳ２）。このあと時間ｔ_１における値と初
期値とを比較して各水晶振動子１０の周波数の変化量ｋ
（ｆ_１ｔ−ｆ_１０）・・・ｋ（ｆ_ｎｔ−ｆ_ｎ０）を求
め、この変化量を関数として各ダイオキシン濃度を求め
る式を設定する（ステップＳ３）。

【００４８】この後、予め求めておいた各ダイオキシン
の毒性換算式に基づいて、ステップＳ３における数式か
ら各ダイオキシンの濃度、ダイオキシン類の総濃度、毒
性換算値を求めるための演算処理を実行する（ステップ
Ｓ４）。この後、演算結果をディスプレイ１８の画面上
に表示し、その後、任意に設定した時間が経過した後、
ステップＳ２の処理に戻り、再び測定データをサンプリ
ングして測定を継続する。これにより各ダイオキシンの
濃度、ダイオキシン類の総濃度、毒性換算値を連続して
測定することができる。

【００４９】また、上記の測定結果に基づいて、測定環
境中におけるダイオキシン濃度が所定の値、例えば、限
界値を超えたときに警報を発生させるに際しては、予め
ダイオキシン類の濃度に関する限界値を入力し、演算結
果と限界値とを比較する演算処理をステップＳ５からス
テップＳ２へのループの間に挿入し、演算結果が限界値
を超えたときに、警報器により、ダイオキシン類濃度が
限界値を超えた旨を報知することによってダイオキシン
監視装置としての機能を向上させることができる。

【００５０】次に、本発明に係る有害化学物質監視装置
の第３実施形態を図６にしたがって説明する。本実施形
態は、各水晶振動子１０として、直径１インチの水晶基
板２０の片面に直径０．５インチ×厚さ０．５μｍの金
属を蒸着し、その上に抗体を形成したものを用いるとと
もに、各発振器１２をそれぞれ周波数カウンタ１４を介
してシグナルスキャナ４６に接続し、シグナルスキャナ
４６の出力をパーソナルコンピュータ１８に出力し、温
度計測器５２の出力を信号変換器６０を介してシグナル
スキャナ６４に出力するとともに湿度計測器５４の出力
を信号変換器６２を介してシグナルスキャナ６４に出力
し、シグナルスキャナ４６によって各周波数カウンタ１
４の計測値を順番に選択してパーソナルコンピュータ１
６に出力し、シグナルスキャナ６４において信号変換器
６０、６２の出力を順番に選択してパーソナルコンピュ
ータ１６に出力するようにしたものであり、他の構成は
図４のものと同様である。

【００５１】本実施形態においては、各水晶振動子１０
を各発振器１２によって発振させるとともに、その出力
信号を各周波数カウンタ１４で計測し、各周波数カウン
タ１４の計測値を順番にシグナルスキャナ４６を介して
パーソナルコンピュータ１６に転送するようにしている
ため、１台の周波数カウンタで複数の信号を処理する構
成のものに比べて、シグナルスキャナ４６によって計測
信号にひずみが発生するのを防止することができ、計測
値の安定化を計ることができる。さらに温度計測系と湿
度計測系が独立になっているため、各計測値の安定化を
図ることもできる。また各周波数カウンタ１４の出力信
号と信号変換器６０、６２の出力信号の転送規格を同一
にすることにより、１台のシグナルスキャナのみで信号
の選択を行うことも可能になる。

【００５２】また本実施形態においては、各水晶振動子
１０には、ダイオキシン類の中で毒性の強い、２，３，
７，８−ＴＣＤＤ、１，２，３，７，８−ＰｅＣＤＤ、
１，２，３，４，７，８−ＨｘＣＤＤと、ダイオキシン
類と同様に毒性があるＣｏ−ＰＣＢ類のうち、３，３’
−４，４’，５−ＰｅＣＢ、３，３’，４，４’，５，
５’−ＨｘＣＢのそれぞれにのみ反応するモノクローナ
ル抗体を形成し、有害化学物質類監視装置として構成さ
れている。また各水晶振動子１０上に形成する抗体とし
て、ビスフェノールＡ抗体やＤＤＴ抗体を用いることに
より、これら化学物質の監視装置として使用することが
できる。

【００５３】また本実施形態においては、計測されたデ
ータは順次パーソナルコンピュータ１６に転送されて処
理され、各成分の濃度に関する情報がディスプレイ１８
の画面上に表示されるとともに、各データがハードディ
スクに記録されるようになっている。これにより、各水
晶振動子１０を用いて、測定環境中に存在する有害化学
物質の種類とその濃度を同時にかつ連続的に監視するこ
とができるとともに、濃度を迅速に算出することができ
る。

【００５４】次に、本発明に係る有害化学物質監視装置
の第４実施形態を図７にしたがって説明する。本実施形
態における有害化学物質監視装置は、測定対象となる化
学物質の濃度を間接的に測定する装置として、サンプリ
ングポンプ６６、サンプラ６８、抗体リザーバ７０、洗
浄液サーバ７２、導入ポンプ７４、７６、７８、バルブ
８０、８２、８４、８６、８８、容器９０を備えてお
り、容器９０内には流体導入口９２と流体排出口９４と
を結ぶ流体流路を形成する反応セル９６が収納されてい
るとともに、圧電素子として表面弾性波デバイス３４が
収納されている。

【００５５】サンプリングポンプ６６には、測定対象と
なる化学物質とガスを含む検体が導入され、この検体が
サンプリングポンプ６６の駆動によってサンプラ６８に
導入され、サンプラ６８によってサンプリングされた検
体が導入ポンプ７４、バルブ８０、８６を介して流体導
入口９２から反応セル９６内に導入されるようになって
いる。また検体と反応させるための抗体は抗体リザーバ
７０に収納されており、抗体リザーバ７０に収納された
抗体は導入ポンプ７６、バルブ８２、８６を介して流体
導入口９２から反応セル９６内に導入されることになっ
ている。さらに、洗浄液サーバ７２内には反応セル９６
内を洗浄するための洗浄液が収納されており、洗浄液サ
ーバ７２内の洗浄液は導入ポンプ７８、バルブ８４、８
６を介して流体導入口９２から反応セル９６内に導入さ
れるようになっている。そして検体と抗体が反応セル９
６内に導入されるときにはバルブ８８が閉じた状態にあ
り、洗浄液が反応セル９６内に導入されるときにはバル
ブ８が開かれ、反応セル９６内を洗浄した洗浄液がバル
ブ８８から反応セル９６外に排出されるようになってい
る。すなわち、サンプリングポンプ６６、サンプラ６
８、抗体リザーバ７０、導入ポンプ７４、７６、バルブ
８０、８２、８６は検体およびこの検体中の化学物質に
特定的に結合する抗体を導入する導入手段として構成さ
れており、洗浄液サーバ７２、導入ポンプ７８、バルブ
８４、８６、８８は反応セル９６中に残留した検体およ
び抗体を反応セル９６の流体排出口９４から排出する排
出手段として構成されている。

【００５６】一方、表面弾性波デバイス３４の圧電基板
３６には固相化抗原（測定対象となる化学物質または化
学物質の誘電体であるハプテン）９８が形成されてお
り、この固相化抗原９８は反応セル９６による流体流路
中に収納されている。そして表面弾性波デバイス３４の
出力は発振器１２に接続されている。

【００５７】上記構成による有害化学物質監視装置を用
いて測定対象となる化学物質を監視するに際しては、ま
ず、バルブ８２〜８８はすべて閉じた状態で、サンプリ
ングポンプ６６を駆動して検体をサンプラ６８に一定時
間導入する。このとき反応前の発振周波数として表面弾
性波デバイス３４の発振周波数Ｆｂを測定する。この
後、バルブ８０、８２、８６を開き、導入ポンプ７４、
７６の駆動によって反応セル９６内に検体および抗体を
導入して固相化抗原９８上で反応させる。反応セル９６
内に導入された検体および抗体が固相化抗原９８と反応
した後、一定時間経過したときには、バルブ８０、８２
を閉じ、代わりにバルブ８８を開き、反応セル９６内の
溶液を流体排出口９４、バルブ８８から排出する。この
後、バルブ８４を開くとともに導入ポンプ７８を駆動
し、洗浄液サーバ７２からの洗浄液を反応セル９６内に
導入して反応セル９６内を洗浄し、反応セル９６内から
洗浄液を排出し、反応後の表面弾性波デバイス３４の発
振周波数Ｆａを測定し、周波数の時間的な変化として、
Ｆａ−Ｆｂを測定する。この測定結果から反応セル９６
中でハプテンと反応した抗体の質量の変化を求め、この
質量の変化を基に反応セル９６中における検体中の化学
物質の濃度を、予め求めておいた検量線と比較して算出
する。この一連のシーケンスを一定時間間隔で繰り返す
ことにより検体中の化学物質の濃度を連続して測定する
ことができる。

【００５８】前記実施形態においては、圧電素子とし
て、表面弾性波デバイス３４を１個用いたものについて
述べたが、複数個の表面弾性波デバイス３４を用い、各
表面弾性波デバイス３４に相異なる固相化抗原９８を形
成することで、複数種の有害化学物質を検出することが
可能になる。これにより、表面弾性波デバイス３４を用
いて、反応セル９６中に存在する複数種の有害化学物質
の種類と濃度を同時にかつ連続的に監視することができ
る。なお、複数の表面弾性波デバイス３０を用いる場
合、各表面弾性波デバイス３４を複数の反応セル９６に
それぞれ収納するかあるいは単一の反応セル９６に表面
弾性波デバイス３４を順次収納する構成を採用すること
もできる。また表面弾性波デバイス３４の代わりに水晶
振動子１０を用いることも可能である。

【００５９】次に、本発明に係る監視装置の他の構成を
図８ないし図１０にしたがって説明する。

【００６０】図８に示す監視装置は、水晶振動子１０な
どの環境センサ（ＱＣＭ）と、温度センサ４８、湿度セ
ンサ５４など他のセンサをそれぞれ独立させ、センサ自
身を被測定部に設置し、各センサの出力をケーブルなど
を用いて監視装置の計数回路部１００に入力し、計数回
路部１００においてセンサのアナログ出力をＡ／Ｄ変換
し、データ処理部１００においてパーソナルコンピュー
タ１６などを用いてデータを処理し、外部送信制御部１
０４を介して外部とデータの処理する形態の構成になっ
ている。この場合、現場にセンサを設置したり、可搬型
のデータ取り込み装置として用いることができる。

【００６１】図９は、図８に示す装置を他の装置内部に
組み込む場合の構成であって、この装置自身を組み込ん
だ装置内で独立させて使用する場合と、監視装置として
の機能を実現するために、他の処理装置と部分的に回路
を共有する場合とがある。後者の場合、計測したデータ
を接続したコンピュータ側で処理することにより、デー
タ処理部を共有することもできる。

【００６２】図１０は、図８および図９に示す監視装置
の内部構成を示しており、監視装置は計数回路部１０
０、データ処理部１０２、外部送信制御部１０４から構
成されている。計数回路部１００では、受信回路１０６
により各センサの出力を取り込み、信号選択セレクタ１
０８により複数のセンサの出力から所望のものを選択
し、Ａ／Ｄ変換器１１０によりアナログ信号をディジタ
ル信号に変換する。なお、これらの動作は、周期的に行
われるものと、データ処理部１０２からの指示によって
実行されるものとがある。

【００６３】データ処理部１０２は、計数回路部１００
のデータを一時的に蓄えておくメモリ１１２と、監視装
置内部の制御やデータ送受信などを行う制御部１１４と
から構成されており、外部からの指令情報を解読してデ
ータを送受信したり、計数回路部１００を制御する機能
を有している。

【００６４】外部送信制御部１０４は、受信回路および
送信回路１１６、通信制御部１１８から構成されてお
り、コンピュータなどの処理装置とのデータの送受信を
制御するようになっている。

【００６５】図１１は、センサ部１２０、信号変換装置
１２２、データ収集装置１２４から構成される監視装置
と、環境監視システムとしての処理を実行するためのコ
ンピュータなどの情報処理装置（ホストコンピュータ）
１２６との接続方法を示した図である。

【００６６】図１１において、（ａ）は、専用回線方式
であって、監視装置のデータ収集装置１２４とホスト
（情報処理装置１２６）との間を１対１の専用回線１２
８で接続するものであり、専用配線の他に、電話回線や
公衆回線などを利用しての接続方向を採用することがで
きる。

【００６７】（ｂ）はＬＡＮ方式であって、監視装置の
データ収集装置とホスト（情報処理装置１２６）との間
をＬＡＮ１３０をはじめとするコンピュータ通信手段を
利用して接続する方式である。

【００６８】（ｃ）は、無線方式であって、監視装置と
してのデータ収集装置１２４とホストとの間を無線通信
手段１３２を用いて接続する方式であって、無線電話回
線などの公衆回線を利用しての接続も含まれる。

【００６９】（ｄ）は、ＢＵＳ方式であって、監視装置
とホストとの間を内部ＢＵＳ１３４、内部回路配線など
で接続方式である。ここでは、ホストの回路中に監視装
置回路を組み込み、内部配線で接続することにより、ホ
ストの機能の一つとして監視装置を組み込む場合も含ま
れる。

【００７０】次に、監視装置の具体的な適用方法を以下
に示す。図１２には、有害化学物質を排出する被監視対
象装置に監視装置を配置した場合の実施形態である。

【００７１】図１２において、基本形では、被監視対象
装置１３６内にデータ収集装置として環境監視装置一式
を包含し、データを装置内のメモリに蓄え、装置自身で
データ処理を実行して、有害化学物質の排出濃度が一定
値を超えたときにアラームを発生させて異常を知らせる
ことができる。さらに、このアラームによって装置自身
の運転をコントロールすることにより、装置からの排出
量を一定値以下に抑制することも可能になる。

【００７２】スタンドアロン形では、被監視対象装置１
３８内に環境監視装置一式を包含し、データを環境監視
装置内のメモリに蓄え、必要なときに、外部に情報端末
を接続してデータを収集することにより、有害化学物質
を監視することができる。

【００７３】列盤形では、被監視対象装置１４０内に環
境監視装置一式を包含し、データをオンラインで情報処
理装置に伝送して監視する。さらに、複数の監視装置間
をオンラインで結び、複数の被監視対象データを一つの
情報処理装置で処理することも可能である。

【００７４】なお、スタンドアロン形や列盤形におい
て、各装置に実装するのは環境監視装置一式ではなく、
図１０における要素のうち（１）センサ部のみ、（２）
センサ部分と計数回路部１００、（３）センサ部、計数
回路部１００およびデータ処理部１０２、（４）センサ
部、計数回路部１００、データ処理部１０２および外部
送信制御部１０４のいずれかを設置し、他の部分は外付
けあるいは一括で情報処理装置に含むことによっても監
視可能である。

【００７５】図１３は、被監視対象装置の１機能として
込み込んだ場合の実施形態である。ここでは、環境監視
装置１４２はそれ自身で独立しておらず、被監視装置を
構成する装置の一部分（装置ユニット）として存在して
いる。センサからの情報は被監視対象装置の制御に使用
されているＭＰＵ、ＭＭ（メインメモリ）、記録装置で
データを処理し蓄積する。さらに、アラーム発生処理も
被監視対象装置の一部分の機能として実行する。

【００７６】図１４は、環境監視装置を被監視対象とは
独立した形で使用するときの実施形態であって、測定器
１４４としての使用が考えられる。この場合、図１０に
示す機能を一体化あるいはいくつかのブロックに分けた
ユニットとしてこれらを接続し測定器１４４として使用
する。

【００７７】測定器１４４を単独の測定装置として使用
する場合は、測定データに基づいて直接アラームを発し
たり、他の装置を制御したりすることはない。しかし、
図４に示す監視装置をコンピュータの外部接続ユニット
あるいは拡張ボードとしてデータを直接外部信号線や内
部ＢＵＳを経由し、ホストに伝える装置として構成した
場合は、データを受けたホストがアラームを発したり、
装置を制御したりすることは可能である。

【００７８】図１５は、被監視装置が設置された工場敷
地内のような特定区域内の環境監視を行うシステムの構
成図である。

【００７９】図１５において、センサ部は、工場敷地内
の各設備の設置場所Ｄ１１（ｉ，ｔ）〜Ｄ２３（ｉ，
ｔ）に分散配置することにより、各設備ごとの環境に対
する影響と監視区域内全体の状況を同時に把握すること
ができる。この結果、監視区域全体の有害化学物質の分
布をデータとして収集できる。

【００８０】図１６は、複数の監視エリアを集中監視す
るためのシステムを示す構成図である。

【００８１】図１６において、被監視エリアは、図１５
に示したブロックを単位とし、複数の監視ブロックのデ
ータをＬＡＮやＢＵＳなどの通信手段を経由して集中監
視装置に伝送し、システム全体の有害化学物質の排出状
況を監視して異常検出を行う。さらに、得られた情報に
基づいて、システム内の有害化学物質の発生を予測し、
システムからの排出量を未然に抑制することも可能にな
る。具体的には、大規模な生産設備や処理施設で有害化
学物質の発生源が各所に分散しなおかつ全体として一つ
のシステムを形成するような場合に有効である。

【００８２】図１７は、複数の監視エリアを無線を用い
て集中監視するためのシステムを示す構成図である。図
１７におけるシステムにおいては、図１５においてシス
テム間を有線で接続することが困難あるいは不経済であ
る監視エリアを無線で接続し、システム全体を監視する
ことが有効である場合に採用するシステムである。具体
的には、廃棄物処理設備など遠隔地にある設備を含む大
規模システムで有効に機能することができる。ここで、
無線接続として、無線による電話回線も利用できる。さ
らに、データの送信は常時行わず、必要なときにのみ接
続することにより、無線リソースの占有を回避する方法
も可能である。

【００８３】図１８は、データベースを用いた環境監視
・排出量予測システムの構成図である。図１８における
システムにおいては、図１６および図１７において、デ
ータの蓄積や解析、データの参照を行うことにより、有
害化学物質の排出予測を行うシステムである。この場合
データベースには、環境条件と環境を欠く設備の運転状
況に関わる情報を蓄積し、各システムから時々刻々得ら
れるデータを解析し、システムからの有害化学物質の排
出量を予測し、必要な警告を発する。さらに、自動的に
排出量の抑制を実施する制御モードに遷移する機能を有
し、有害化学物質の異常排出を未然に防止することも可
能になる。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
測定環境中に存在する有害化学物質の種類と濃度を同時
にかつ迅速に監視することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る有害化学物質監視装置の第１実施
形態を示すブロック構成図である。

【図２】有害化学物質監視装置に用いるセンサの構成で
あって、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図である。

【図３】圧電素子として表面弾性波デバイスを用いたと
きの構成図である。

【図４】本発明に係る有害化学物質監視装置の第２実施
形態をブロック構成図である。

【図５】図４に示す装置のデータ解析方法を説明するた
めのフローチャートである。

【図６】本発明に係る有害化学物質監視装置の第３実施
形態を示すブロック構成図である。

【図７】間接測定法を採用した有害化学物質監視装置の
ブロック構成図である。

【図８】センサ部の構成図である。

【図９】他のセンサ部の構成を示す構成図である。

【図１０】センサ部の内部構成を示す構成図である。

【図１１】センサ部と情報処理装置との接続方法を示す
構成図である。

【図１２】有害化学物質監視システムの基本構成を示す
構成図である。

【図１３】有害化学物質監視システムの基本構成を示す
他の構成図である。

【図１４】有害化学物質監視システムの基本構成を示す
他の構成図である。

【図１５】域内の有害化学物質を監視するシステムを示
す構成図である。

【図１６】複数の監視エリアを集中監視するためのシス
テムを示す構成図である。

【図１７】複数の監視エリアを無線を用いて集中監視す
るためのシステムを示す構成図である。

【図１８】データベースを用いた有害化学物質監視・排
出量予測システムの構成図である。

【符号の説明】

１０水晶振動子１２発振器１４周波数カウンタ１６パーソナルコンピュータ１８ディスプレイ３４表面弾性波デバイス４８温度センサ５０湿度センサ６６サンプリングポンプ６８サンプラ７０抗体リザーバ７２洗浄液リザーバ７４、７６、７８導入ポンプ８０、８２、８４、８６、８８バルブ９６反応セル９８固相化抗原

フロントページの続き (72)発明者青野輝行茨城県日立市大みか町五丁目２番１号株式会社日立製作所情報制御システム事業部内 (72)発明者丹治雅行茨城県日立市大みか町五丁目２番１号株式会社日立製作所情報制御システム事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象となる化学物質に特定的に結合
する抗体が付着される圧電素子と、前記圧電素子に電気
信号を印加して前記圧電素子を発振させる発振器と、前
記発振器により発振した圧電素子の出力信号を取り込ん
でその周波数の時間的な変化を測定する周波数測定器
と、前記周波数測定器の測定結果から測定環境中で前記
抗体と反応した化学物質の質量の変化を求め、この質量
の変化を基に前記測定環境中における前記化学物質の濃
度を算出する濃度演算器とを備えてなる有害化学物質監
視装置。
【請求項２】化学物質に特定的に結合する抗体として
結合対象の化学物質が相異なる抗体がそれぞれ付着され
る複数の圧電素子と、前記各圧電素子に電気信号を印加
して前記各圧電素子を発振させる発振器と、前記発振器
により発振した各圧電素子の出力信号を取り込んで各出
力信号の周波数の時間的な変化をそれぞれ測定する周波
数測定器と、前記周波数測定器の各測定結果から測定環
境中で前記各抗体と反応した化学物質の質量の変化をそ
れぞれ求め、各化学物質の質量の変化を基に前記測定環
境中における前記各化学物質の濃度を算出する濃度演算
器とを備えてなる有害化学物質監視装置。
【請求項３】測定対象となる化学物質または前記化学
部物質の誘電体であるハプテンが付着される圧電素子
と、前記圧電素子に電気信号を印加して前記圧電素子を
発振させる発振器と、流体導入口と流体排出口とを結ぶ
流体流路を形成しこの流体流路中に前記圧電素子に付着
された化学物質またはハプテンを収納する反応セルと、
前記流体導入口から前記反応セル中に測定対象となる化
学物質とガスを含む検体およびこの検体中の化学物質に
特定的に結合する抗体を導入する導入手段と、前記反応
セルに導入された検体および抗体のうち前記圧電素子に
付着された化学物質またはハプテンとの反応に伴って前
記反応セル中に残留した検体および抗体を前記反応セル
の流体排出口から排出する排出手段と、前記発振器によ
り発振した圧電素子の出力信号を取り込み、前記反応セ
ル中に検体および抗体が導入される前と前記反応セル中
に残留した検体および抗体が前記反応セルから排出され
た後における出力信号の周波数の時間的な変化を測定す
る周波数測定器と、前記周波数測定器の測定結果から前
記反応セル中で前記ハプテンと反応した抗体の質量の変
化を求め、この質量の変化を基に前記反応セル中におけ
る前記検体中の化学物質の濃度を算出する濃度演算器と
を備えてなる有害化学物質監視装置。
【請求項４】測定対象となる化学物質または前記化学
部物質の誘電体であるハプテンとして相異なるものがそ
れぞれ付着される複数の圧電素子と、前記各圧電素子に
電気信号を印加して前記圧電素子を発振させる発振器
と、流体導入口と流体排出口とを結ぶ流体流路を形成し
この流体流路中に前記各圧電素子に付着された化学物質
またはハプテンをそれぞれ収納する複数の反応セルと、
前記各流体導入口から前記各反応セル中に測定対象とな
る化学物質とガスを含む検体およびこの検体中の化学物
質に特定的に結合する抗体を導入する導入手段と、前記
各反応セルに導入された検体および抗体のうち前記各圧
電素子に付着された化学物質またはハプテンとの反応に
伴って前記各反応セル中に残留した検体および抗体を前
記各反応セルの流体排出口から排出する排出手段と、前
記発振器により発振した各圧電素子の出力信号を取り込
み、前記各反応セル中に検体および抗体が導入される前
と前記各反応セル中に残留した検体および抗体が前記各
反応セルから排出された後における各出力信号の周波数
の時間的な変化を測定する周波数測定器と、前記周波数
測定器の各測定結果から前記各反応セル中で前記ハプテ
ンと反応した抗体の質量の変化を求め、各抗体の質量の
変化を基に前記各反応セル中における前記各検体中の化
学物質の濃度を算出する濃度演算器とを備えてなる有害
化学物質監視装置。
【請求項５】前記濃度演算器は、前記各化学物質の濃
度から化学物質総濃度を算出してなる請求項２または４
に記載の有害化学物質監視装置。
【請求項６】測定環境における温度と湿度のうち少な
くとも一方を検出する環境センサを備えてなる請求項
１、２、３、４または５のうちいずれか1項に記載の有
害化学物質監視装置。
【請求項７】前記圧電素子は、水晶振動子または表面
弾性波デバイスで構成されてなる請求項１、２、３、
４、５または６のうちいずれか1項に記載の有害化学物
質監視装置。
【請求項８】予め有害化学物質の種類と濃度について
設定されたデータと前記周波数測定器の測定結果に基づ
いて測定環境中における化学物質の種類と濃度を推定す
る推定演算器と、前記推定演算器の演算結果を表示する
表示器とを備えてなる請求項１、２、３、４、５、６ま
たは７のうちいずれか１項に記載の有害化学物質監視装
置。
【請求項９】前記推定演算器の推定演算値が限界値を
超えたときに警報を発する警報器を備えてなる請求項８
に記載の有害化学物質監視装置。
【請求項１０】圧電素子の表面に測定対象となる化学
物質に特定的に結合する抗体を形成し、前記圧電素子を
測定環境中に配置して前記圧電素子に発振器から電気信
号を印加し、電気信号の印加により発振した圧電素子の
出力信号のうち周波数の時間的変化を測定し、この測定
結果から測定環境中で前記抗体と反応した化学物質の質
量の変化を求め、この質量の変化を基に前記測定環境中
における前記化学物質の濃度を算出する有害化学物質監
視方法。
【請求項１１】圧電素子の表面に測定対象となる化学
物質または前記化学部物質の誘電体であるハプテンを形
成し、流体流路を形成する反応セルの流体流路中に前記
圧電素子に形成された化学物質またはハプテンを収納
し、前記圧電素子に発振器から電気信号を印加し、電気
信号の印加により前記圧電素子が発振しているときに、
前記反応セル中に測定対象となる化学物質とガスを含む
検体およびこの検体中の化学物質に特定的に結合する抗
体を導入して前記圧電素子に付着された化学物質または
ハプテンと一定時間反応させた後、前記反応セル中に残
留した検体および抗体を前記反応セルから排出し、かつ
前記圧電素子の出力信号を監視して前記反応セル中に検
体および抗体が導入される前と前記反応セル中に残留し
た検体および抗体が前記反応セルから排出された後にお
ける出力信号の周波数の時間的な変化を測定し、この測
定結果から前記反応セル中で前記ハプテンと反応した抗
体の質量の変化を算出し、この質量の変化を基に前記反
応セル中における前記検体中の化学物質の濃度を算出す
る有害化学物質監視方法。