JP2003515122A

JP2003515122A - 化学物質を収集および検出するための装置および方法

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Publication number: JP2003515122A
Application number: JP2001538773A
Authority: JP
Inventors: アンビア，フレドリック; エー．エルトン，ジョン; ダブリュ．ボーゲル，ジョージ; ジュニアクレイコーム，シー．ロジャー; プフラグシャウプト，リック，イー．
Original assignee: フェムトメトリクス，インコーポレイテッド
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2003-04-22
Also published as: CA2391452A1; WO2001036934A2; IL149457A; EP1232380A2; IL149457A0; WO2001036934A3; AU3262701A

Abstract

(57)【要約】流体中の化学物質（１１４）を検出するための装置（１０）は、該化学物質を吸着するための吸着要素（１８）を備えており、この吸着要素（１８）は、双方向ポンプ（３０）と、検出器（５０）とに連結されている。この双方向ポンプ（３０）は、液体が吸着材（２８）を通して第１の方向（１１８、１１２、１１６ａ）にポンプで送られることにより、いくつかの化学物質（１１４）を吸着材（２８）の片側にて蓄積させる。双方向ポンプ（３０）を反転して、流体が第２の反対方向（１３２、１３４、１３６）にポンプで送られることにより、蓄積された化学物質（１１４）を検出器（５０）へ搬送させる。流体中に含まれている化学物質（１１４）を収集および検出するための別の装置（１０）は、吸着要素（１８）、少なくとも１つの化学センサー（５８）、吸着要素（１８）を通して流体をポンプで送るための第１のポンプ（３０）、および流体を化学センサー（５８）へポンプで送るための第２のポンプ（６４）を備える。吸着要素（１８）は中に吸着材（２８）と加熱要素（８２）を含む。第１のポンプ（３０）は流体を吸着要素（１８）中へポンプで送り、それによって、吸着材（２８）上で化学物質（１１４）を収集する。加熱要素（８２）は吸着要素（１８）に熱を与えて、吸着材（２８）から化学物質（１１４）を脱着させる。吸着材（２８）から脱着した化学物質（１１４）は次に、吸着要素（１８）から化学センサー（５８）へポンプで送られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の背景］本発明は、化学試料を収集するための装置に関し、より具体的には、所定の時
間にわたり、ある濃度の化学物質（a concentration of chemicals）を蓄積する
ための装置に関する。

【０００２】毒性化学物質に晒されることに起因する損傷を防止するために、毒性化学物質
の存在をその濃度が毒性レベル以下であるうちに検出しなければならない。した
がって、毒性の高い化学物質を検出するために、短時間のうちに低濃度を検出す
ることが可能な装置が必要とされる。

【０００３】低濃度の化学物質を検出するための従来技術の装置の１つは、薄膜ポンプのよ
うなポンプ、および予備濃縮管（preconcentrator tube）を備えている。このポ
ンプは、化学物質が蓄積する予備濃縮管を通して空気を送る。この予備濃縮管は
、吸着材を含む低熱質量管（low thermal mass tube）を備えることができる。
「予備濃縮管」および「吸着材」という用語は当分野では周知であり、それぞれ
、化学物質を蓄積するための管、および吸着する（ひいてはその化学物質を蓄積
する）物質に相当する。

【０００４】予備濃縮管の周囲に巻かれた加熱要素（heating element）を用いて上記吸着
材を加熱し、それによってその化学物質を脱着させる。単一のポンプを用いて、
予備濃縮管を通して検出器まで空気を送る。予備濃縮管内に含まれた吸着材内に
、その空気中の化学物質を蓄積する。予備濃縮管の外側にあるヒーターを作動し
て、吸着材上で吸着された化学物質を放出する。吸着材から放出された化学物質
は、検出器へポンプでの送達中の空気の中に伴出される（entrained）。

【０００５】この従来技術の構成は、単純でありコストが低い。さらに、この構成は、他の
従来技術の設計に比べてほとんど電力を消費しない。しかしながら、この従来技
術の構成の１つの欠点は、吸着材にて化学物質を蓄積するのにある所定の時間を
要するため、検出器が、空気中に含まれる化学物質をリアルタイムに測定するこ
とができないということである。予備濃縮管内で化学物質が蓄積している時間中
、使用者には、空気中に毒性化学物質が存在していることが目に見えない。この
時間は数分間続く場合もある。この時間中、使用者は、毒性レベルにあるかもし
れないその化学物質に晒されることになる。吸着材に熱が加えられた場合にのみ
、その化学物質が放出され検出される。

【０００６】この従来技術の設計の別の欠点は、脱着した化学物質が、検出器に到達する前
に吸着材の全長を通過しなければならないということである。しかしながら、こ
の化学物質は、通過する際に吸着材と反応する場合もある。その結果、吸着材を
通過する化学試料は、吸着材に流れ込む化学物質の濃度を正確に反映しないかも
しれない。さらに、予備濃縮管が十分な時間加熱されない限り、吸着材にて蓄積
された化学物質の全てが放出されるということにはならないであろう。くり返す
が、検出器に到達する、吸着材から放出された化学試料は、吸着材に流れ込む化
学物質の濃度を正確に反映しない場合がある。さらに、装置は、予備濃縮管が持
続して加熱される場合に、吸着材に残存している化学物質が放出され得る記憶効
果を示す場合がある。この持続的な加熱の間中、検出器にて化学物質のレベルが
不自然に高くなることが生じる場合もある。

【０００７】別の従来技術の構成は、２つのポンプ、すなわち第１のポンプおよび第２のポ
ンプ、３口型三方弁、予備濃縮管、および検出器を用いる。３口型三方弁が第１
の位置にある場合、２つの別個の通路が形成される。第１の通路は、第１の吸気
口から予備濃縮管に、かつ予備濃縮管から第１のポンプに延びている。第２の通
路は、第２の吸気口から検出器に、かつ検出器から第２のポンプに延びている。
第２の位置にある場合、３口型三方弁は、第２の吸気口から予備濃縮管に、予備
濃縮管から検出器に、かつ検出器から第２のポンプに延びた流路を形成する。

【０００８】３口型三方弁が第１の位置にある場合、空気は、第１の吸気口に吸い込まれ、
３口三方弁、および予備濃縮管を通ってポンプで送られ、第１のポンプに連結さ
れた排気口にポンプで吸い出される。このようにして、予備濃縮管の内部に含ま
れている吸着材にて化学物質が収集される。同時に、化学物質は第２の吸気口か
ら弁を通って検出器へ吸い込まれる。したがって、検出器が感知するのに十分に
高い濃度で存在している化学物質に対して、リアルタイムでの検出が提供される
。

【０００９】続いて、第１のポンプを停止して、３口型三方弁を第２の位置に切り換え、予
備濃縮管を囲んでいるヒーターを作動する。ヒーターが作動することにより、吸
着材にて収集された化学物質が放出され、第２のポンプによって検出器へ吸い込
まれる。

【００１０】３口型三方弁が第２の位置にある場合、空気が予備濃縮管を通ってポンプで送
られる方向が逆になる。したがって、吸着材にて収集された化学物質の全てが、
吸着材を通って移動して検出器に到達する必要はなく、それゆえ、化学物質と吸
着材との化学反応の可能性を低下させる。脱着もより効果的である。吸着材は、
化学物質が吸着材全体を通過する必要がないため、長いこと加熱される必要はな
い。これらの利点にもかかわらず、この従来技術の構成には重大な欠点がある。
特に、３口型三方弁は、容積が大きく大量のエネルギーを要するため、可搬式の
化学センサー装置での使用は実用的ではない。

【００１１】他の従来技術の構成は、第２の従来技術の構成に採用した３口型三方弁を、磁
気的にラッチされており、磁気的にラッチされていない弁よりも電力の消費が少
ない３つの単一口型三方弁に代えている。全体の電力消費は、磁気的にラッチさ
れた弁に切り換えることによって低減することができる。３つの単一口型三方弁
の大きさは、１つの３口型三方弁の大きさよりもわずかに大きいが、３つの単一
口型三方弁に要されるバッテリ数は比して少ない。それにもかかわらず、この構
成は、多数の実用にあたって非常に多くのスペースとエネルギーを要する。

【００１２】したがって、当分野では、小型化することができ、軽量で、電力消費が比較的
少ない化学物質検出装置が必要とされる。

【００１３】［発明の概要］本発明の一態様によれば、１つまたはそれ以上の化学物質を検出するための装
置は、１つまたはそれ以上の化学物質を吸着するための吸着要素、双方向ポンプ
、および少なくとも１つの化学物質検出器を備える。吸着要素は、その中を通る
流体流路を有する。双方向ポンプは、１つまたはそれ以上の化学物質を吸着して
いる間に、吸着要素の流体流路を通して流体を第１の方向にポンプで送り、１つ
またはそれ以上の化学物質を脱着させている間に、吸着要素の流体流路を通して
流体を第２の方向にポンプで送るために連結される。少なくとも１つの化学物質
検出器は、脱着した化学物質を受け取るために連結される。この装置は、双方向
ポンプから吸着要素への、および吸着要素から化学物質検出器への囲い込み通路
（enclosed passageway）をさらに備え得る。吸着要素は、中に吸着材を有する
管を備え得る。

【００１４】本発明の別の態様では、１つまたはそれ以上の化学物質を検出するための装置
は、入口と出口を有する吸着材、双方向ポンプ、および少なくとも１つの化学セ
ンサーを含む検出器ハウジングを備えた検出器を備える。吸着要素は、吸着材を
備える。双方向ポンプは、吸気口と通気口を有する。この双方向ポンプは、第１
の方向にポンプで送る場合に流体を吸気口から通気口へポンプで送り、第２の方
向にポンプで送る場合に流体を通気口から吸気口へポンプで送るように適合され
ている。吸着要素の出口は、双方向ポンプが第１の方向にポンプで送るときに流
体が吸着材から双方向ポンプに流れるように、双方向ポンプの吸気口に連結され
る。吸着要素の入口は、双方向ポンプが第２の方向にポンプで送るときに流体が
双方向ポンプからセンサーに流れるように、検出器に連結される。吸着材は、２
，６ジフェニル−ρ−フェニレンオキシドを含む多孔性ポリマーを含む。装置は
、吸気口と通気口を有する検出器ポンプをさらに備えることができ、この検出器
ポンプの吸気口は、センサーを含む検出器に連結される。

【００１５】本発明のさらに別の態様は、流体中に含有まれている１つまたはそれ以上の化
学物質を検出するための方法を含む。この方法は、吸着要素を通る流体の流れの
ための第１の流路と、少なくとも１つの化学物質検出器への流体の流れのための
第２の流路とを備える複数の流路を提供することを含む。第１および第２の流路
はそれぞれ、第１および第２のポンプに連結される。１つまたはそれ以上の化学
物質を含む流体が吸気口内に導入される。１つまたはそれ以上の化学物質を含む
流体の第１の部分は、吸気口から第１の流路を通って流される。それによって、
１つまたはそれ以上の化学物質の少なくとも一部が、吸着要素内で収集される。
１つまたはそれ以上の化学物質を含む流体の第２の部分は、同時に、吸気口から
第２の流路を通して化学物質検出器へ流される。ポンプとの流路の連結を変える
ことなく、第１および第２の流路の双方を通して流体を流して、吸着要素内で収
集された１つまたはそれ以上の化学物質を化学物質検出器へ送る。この方法は、
吸着要素を加熱して、吸着要素にて収集された１つまたはそれ以上の化学物質を
脱着させることをさらに含み得る。

【００１６】流体中に含まれている化学物質を収集および検出するための装置は、流体を通
過させる流路を提供するエンクロージャー（囲い）を備える。このエンクロージ
ャーは、流体がエンクロージャーに出入りすることを可能にするための２つの流
体の流れの口を有する。吸着材および加熱要素は、エンクロージャー内に含まれ
ている。この装置は、少なくとも１つの化学センサー、第１のポンプ、および第
２のポンプをさらに備える。第１のポンプは、流体をエンクロージャーへポンプ
で送り、それによって化学物質を吸着材上に収集させる。第２のポンプは、その
化学物質を化学センサーへポンプで送る。吸着材は中に空洞があり、加熱要素が
その空洞内に配置されている。あるいは、加熱要素を、エンクロージャーと吸着
材との間に配置してもよい。この加熱要素は、エンクロージャーの内部表面上に
形成された抵抗膜を備えていてもよい。

【００１７】流体中に含まれている化学物質を収集および検出するための方法は、エンクロ
ージャー内に吸着材を提供することを含む。吸着材は外壁を含み、エンクロージ
ャーは内壁を含む。流体をエンクロージャー中に導入し、それによって、吸着材
上で化学物質を収集する。内部に配置された熱源からエンクロージャーの内壁に
熱を放出することによって、吸着材から化学物質を脱着させる。吸着材から脱着
した化学物質は、エンクロージャーから少なくとも１つの化学センサーまで送ら
れる。この方法は、内部に配置された熱源から吸着材の外壁に熱を放出すること
を含み得る。

【００１８】

【発明の実施の形態】

図１において、本発明の好適な実施形態に係る、分子等の化学物質を検出する
装置１０を示す。装置１０は主吸気口１２を有し、この主吸気口１２は、主吸気
通路１６へと通じる第１の開口１４に対応する。図１は、主吸気通路１６に配置
されたフィルタ１７を示し、このフィルタ１７が不要な廃物（debris）を取り除
く。

【００１９】主吸気通路１６は、前端部２０および後端部２２を有する管を含む予備濃縮要
素１８まで延在する。主吸気通路１６は、予備濃縮管１８の前端部２０において
側面２４と接続する。図１に示す実施形態における吸着剤（すなわち予備濃縮要
素）１８は管の形態であるが、本発明は、管を吸着要素として使用することに限
定されない。化学物質は、管状でない形状のチャンバ内に蓄積させてもよい。

【００２０】本明細書中で使用されるように、「予備濃縮要素（preconcentrator element
）」という用語は、化学物質を蓄積させる構造（管など）として定義される。好
適な実施形態において、かかる蓄積は、吸着材２８を含む予備濃縮管１８により
達成される。吸着材２８は、AKZO Research Laboratoriesが開発し、Alltech As
sociatesから入手可能である、２，６ジフェニル−ρ−フェニレンオキシドをベ
ースとした多孔質ポリマーであるＴｅｎａｘ（商標）ＴＡ３０／６０メッシュを
含むことが好ましい。あるいは吸着材２８は、Ｔｅｎａｘ（商標）ＧＡ、Carbos
ieve、粒状炭からなる群から選択され得る。

【００２１】好ましい実施形態では、吸着材２８を有する管が用いられるが、ある濃度の化
学物質の蓄積にはいかなる吸着要素１８を用いてもよい。たとえば、吸着要素１
８は、化学物質が付着するコーティング表面を有する予備濃縮管を含み得る。あ
るいは、予備濃縮管１８は、内部表面での吸着を促進するために冷却されてもよ
い。いずれの場合も吸着要素１８は、流体がその中を流れていくことができると
同時に、その流動流体中の化学物質を収集する。

【００２２】本明細書中において、双方向ポンプは、流体を二方向に送ることのできるポン
プとして定義される。たとえば図１において、吸気口３２および通気口３４を有
するものとして示す双方向ポンプ３０は、吸気口から通気口へと、あるいは通気
口から吸気口へと空気をポンプで送ることができる。この双方向ポンプ３０は、
回転羽根ポンプを構成することが好ましい。本発明により用いることのできる他
の種類の双方向ポンプ３０には、送風機および容積式ポンプが挙げられる。また
、この双方向ポンプ３０は、２５〜２０００スタンダード立方センチメートル毎
分（ｓｃｃｍ）の範囲の流量で空気を送ることができることが好ましい。最も好
ましくは、双方向ポンプ３０は、２００〜１０００ｓｃｃｍの範囲の流量で空気
をポンプで送ることができる。

【００２３】図１に示すように、予備濃縮管１８の後端部２２は、通路３６を介して双方向
ポンプ３０の吸気口３２に接続される。第１の流量計３８および第１のスクラバ
ー（集塵器）４０が、予備濃縮管１８を双方向ポンプ３０へ接続する通路３６に
配設される。流量計は、その中を流れる空気の流れ、あるいは流れに関連する他
の特性（たとえば流量）を測定する。本明細書中においてスクラバーは、その慣
用的用法に従って、流体を浄化するフィルタとして定義される。

【００２４】第１の流量計３８は、両方向性流量計（すなわち単一の通路を二方向のいずれ
かで通過する流れを測定することのできる流量計）を構成することが好ましい。
特に、第１の流量計３８は、予備濃縮管１８から双方向ポンプ３０への空気の流
れを測定でき、かつ、ポンプから予備濃縮管への空気の流れを測定できることが
好ましい。

【００２５】図１に示すように、双方向ポンプ３０から延出する排気ライン４２が排気口４
４を有する。この排気口は、大気に通気することが好ましい。

【００２６】排気ライン４２には、第２のスクラバー４６が配設される。好ましくは、第１
のスクラバー４０ならびに第２のスクラバー４６はともに、予備濃縮管１８内に
含まれる吸着材２８と同一の材料からなる。たとえば、第１のスクラバー４０な
らびに第２のスクラバー４６は、Ｔｅｎａｘ（商標）ＴＡを含み得る。

【００２７】検出器５０が、流入口５４および排出口５６を有するハウジング５２を含む。
通路４８が、検出器ハウジング５２の流入口５４を、主吸気通路１６の第２の開
口６０へ接続される。検出器ハウジング５２は、検出すべき化学物質を感知可能
な複数のセンサーを含むセンサーアレイ５８を含むことが好ましい。あるいはハ
ウジング５２は、単一のセンサーを含み得る。

【００２８】好適な実施形態のセンサーアレイ５８は、複数の表面弾性波（ＳＡＷ）センサ
ーを含むことが好ましい。ＳＡＷデバイスのアレイを用いた化学センサーアレイ
が、１９９８年９月１１日提出の「Chemical Sensor Array」と題するWilliam D
. Bowersらの出願第０９／１５１，７４７号（この記載内容はこの参照により開
示に含まれる）に開示されている。あるいは検出器５０は、他の化学検出器（た
とえばガスクロマトグラフ、イオン移動度分光計、または質量分析器を含む）を
構成し得る。

【００２９】別個の通路６２が、検出器５０のハウジング５２の排出口５６を、通気口６８
を有する検出器ポンプ６４の吸気口６６へ接続する。検出器ポンプ６４は、５０
〜５００スタンダード立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）の範囲の流量で空気
を送ることが可能であり、大気に通気することが好ましい。第２の流量計７０が
、通路６２の、検出器５０と検出器ポンプ６４との間に配設される。

【００３０】本発明によると、通路のそれぞれ（主吸気通路１６、予備濃縮管１８を双方向
ポンプ３０へ接続する通路３６、双方向ポンプから延出する排気通路４２、主吸
気通路を検出器５０へ接続する通路４８、および検出器を検出器ポンプ６４へ接
続する通路６２）は、管により形成され得る。あるいは、通路１６、３６、４２
、４８、６２は、管状以外の形状を有し得る。たとえば、通路１６、３６、４２
、４８、６２は、マニホルドの一部である一体型流路回路（integrated flow ci
rcuit）として形成され得る。

【００３１】図１は、予備濃縮管１８および吸着材２８と熱接触するヒーター７２および温
度センサー７４を表す。電子制御器７６が電源７８と電気的に接続されており、
この電源７８は、ヒーター７２、双方向ポンプ３０、および検出器ポンプ６４と
電気的に接続されている。第１の流量計３８、第２の流量計７０、および温度セ
ンサー７４も、制御器７６と電気的に接続されている。

【００３２】図１に示すように、検出装置８０は、検出器５０と、第２の流量計７０と、検
出器ポンプ６４と、電子制御器７６と、電源７８とからなる。予備濃縮管１８、
第１の流量計３８、および双方向ポンプ３０は、検出装置８０と電気的に接続さ
れている。本発明の好適な実施形態と併せて用いることのできる、検出装置８０
と、表面から気体試料を得るための試料取得デバイスとが、１９９８年９月１１
日提出の「Pulsed Air Sampler」と題するWilliam D. Bowersの出願第０９／１
５１，７４３号（この記載内容はこの参照により開示に含まれる）に開示される
。

【００３３】図２Ａおよび図２Ｂに最もよく示されるように、ヒーター７２は、予備濃縮管
１８の端部２６から当該管内へと延在する加熱要素８２を有する。この加熱要素
８２は、吸着材２８の中央の細長い長手方向の空洞を貫いて延在する。

【００３４】図２Ａおよび図２Ｂに示す加熱要素８２は、セラミック管８４の外面上に形成
された膜８５を含む。この膜８５は少なくとも、セラミック管８４の、吸着材２
８の長手方向の空洞内へと延在する部分を被覆する。膜８５は、吸着材２８と並
置されて実質的に接触する主要表面８８を有する。セラミック管８４の、膜８５
で被覆されない部分は、熱を発生しない非加熱帯（no heat zone）である。この
膜８５は、堆積時に抵抗膜を形成する材料を含むことが好ましい。より詳細には
、この膜８５は、半導体産業で用いられる酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜およ
びプリント抵抗インク膜（printed resistive ink films）からなる群から選択
される材料を含み得る。この膜８５は、蒸着膜、厚膜、あるいは薄膜も含み得る
。セラミック管８４は、酸化アルミニウムを含み得る。電源７８へ接続される２
本のヒーター線８６が、ヒーター７２から延出する。図２Ａおよび図２Ｂでは、
セラミック管８４上に形成した抵抗膜８５を示すが、他の種類のヒーター７２を
用いることもできる。

【００３５】図２Ａに示すように、吸着材２８は、保持スクリーン９２ａ、９２ｂによって
予備濃縮管１８の内部９０に固定される。保持スクリーンの一方９２ａはセラミ
ック管８４上に備え付けられ、他方の保持スクリーン９２ｂは予備濃縮管１８の
内壁９４に取り付けられる。好ましい実施形態において、吸着材２８は、図２Ａ
に示すように、予備濃縮管１８の内壁９４に接触するような大きさを有する。

【００３６】図３Ａおよび図３Ｂは、予備濃縮管１８と吸着材２８との間に配置される加熱
要素８２を表す。この加熱要素８２は、吸着材２８を取り囲むよう配置される。
図３Ａおよび図３Ｂに示す加熱要素８２は、予備濃縮管１８と吸着材２８との間
に形成した膜を含む。この膜は、堆積時に抵抗膜を形成する材料を含むことが好
ましい。より詳細には、この膜は、半導体産業で用いられる酸化インジウムスズ
（ＩＴＯ）膜およびプリント抵抗インク膜からなる群から選択される材料を含み
得る。この膜は、蒸着膜、厚膜、あるいは薄膜も含み得る。

【００３７】図３Ａおよび図３Ｂに示す加熱要素８２は、吸着材２８と接触して並置される
第１の表面９６を有する。この第１の表面９６の反対側にある第２の表面９８は
、管１８の内壁と並置されて接触する。

【００３８】図３Ａおよび図３Ｂに表した予備濃縮管１８は、セラミックを含むことが好ま
しい。より好ましくは、この予備濃縮管１８は、熱質量（thermal mass）の低い
（または質量の低い）セラミックを含む。より好ましくは、予備濃縮管１８は、
その迅速な加熱および冷却を可能とするために比熱も低い。

【００３９】吸着材２８は、保持スクリーン９２ａ、９２ｂによって予備濃縮管１８の内部
９０に固定される。図３Ａにおいて、保持スクリーン９２ａ、９２ｂはそれぞれ
、予備濃縮管１８の内壁９４に固着される。

【００４０】図４Ａおよび図４Ｂは、加熱要素８２に包まれた予備濃縮管１８を表す。この
加熱要素８２は、予備濃縮管１８を取り囲むよう配置される。

【００４１】図４Ａおよび図４Ｂに示すヒーター７２は薄箔ヒーターを構成する。電源７８
へ接続される２本のヒーター線８６が、加熱要素８２から延出する。図４Ａおよ
び図４Ｂでは薄箔ヒーターが示されるが、吸着材２８を予備濃縮管１８の外側か
ら加熱する他のヒーター７２を用いることもできる。たとえば、予備濃縮管１８
の周囲に巻きつけた電線に電流を流すことも可能である。ヒーター線とその周囲
に巻きつけた絶縁材を含む巻線ヒーターを用いることも可能である。

【００４２】図４Ａおよび図４Ｂに示す箔ヒーター用の加熱要素８２は、吸着材２８に接触
せずに面する第１の主要表面１０２を有する。第１の表面１０２の反対側にある
第２の主要表面１０４は、吸着材２８に接触せず面してもいない。この加熱要素
８２は、第１の主要表面１０２および第２の主要表面１０４に垂直な端部表面１
０６も有し、この端部表面は吸着材２８に接触せず面してもいない。

【００４３】図４Ａおよび図４Ｂに示す予備濃縮管１８は、好ましくは金属を含み、より好
ましくは熱質量の低い金属を含む。低い熱質量は、低い質量により達成すること
ができる。したがって、薄い壁を有する予備濃縮管１８が有利に用いられ得る。

【００４４】図４Ａは、予備濃縮管１８の内壁９４に固着された保持スクリーン９２ａ、９
２ｂの各々、ならびに予備濃縮管の内壁まで延在する吸着材２８も示す。

【００４５】図２Ａ−図２Ｂ、図３Ａ−図３Ｂ、および図４Ａ−図４Ｂに示すように、加熱
要素８２は、吸着材２８内あるいはその外側のいずれにも存在することができる
。しかしながら、吸着材２８内の加熱要素８２は、より均一な加熱を提供する。
さらに、吸着材２８内からの加熱は、より効率的で高速である。加熱要素８２が
吸着材２８内に備えられる場合、当該加熱要素の表面積の大部分が、吸着材に面
して接触することになる。したがって、放射または伝導によって吸着材２８から
失われる熱がより少なくなる。

【００４６】たとえば、図２Ａ−図２Ｂに示される加熱要素８２は、加熱要素のより大きな
表面積が吸着材２８への熱伝達に使用可能であるため、図４Ａ−図４Ｂに示され
る箔ヒーターより効率的である。図２Ａ−図２Ｂに表した加熱要素８２の主要表
面８８のかなりの部分が、吸着材２８に接触あるいは面している。したがって、
主要表面８８を介した伝導または放射により、熱を吸着材２８へと伝達すること
ができる。

【００４７】これと対照的に、図４Ａ−図４Ｂに表した箔ヒーターの第１の主要表面１０２
は吸着材２８に面しているが、第２の主要表面１０４はこれに面しておらず、第
２の主要表面は第１の主要表面と同じ大きさである。したがって、箔ヒーターの
表面積の少なくとも半分が、吸着材２８への熱の直接伝達に関与していない。熱
エネルギーを吸着材２８に送るのは、箔ヒーターの第１の主要表面１０２のみで
ある。図２Ａ−図２Ｂに表した箔ヒーターの端部表面１０６は、吸着材２８に面
しておらず接触もしないため、熱を吸着材２８へ直接伝達しない。

【００４８】したがって、図２Ａ−図２Ｂに示す加熱要素８２は、図４Ａ−図４Ｂの加熱要
素よりも効率的である。たとえば、吸着材２８から放出される熱がより少ない。
さらに、図２Ａ−図２Ｂの加熱要素８２は吸着材２８と直接接触するが、図４Ａ
−図４Ｂに示すヒーター箔はそうでない。

【００４９】同様に、図３Ａ−図３Ｂ中の加熱要素８２も、図４Ａ−図４Ｂの加熱要素より
効率的である。図３Ａ−図３Ｂの加熱要素８２は、第１の表面９６が吸着材２８
に直接接触して面しているのに対し、図４Ａ−図４Ｂの薄箔ヒーターは、吸着要
素と直接接触していない。

【００５０】図５Ａおよび図５Ｂは、図１の実施形態の動作を表す。図５Ａは第１の動作モ
ード、すなわち収集モードを示し、このモードにおいて化学物質が吸着材２８に
収集される。図５Ｂは第２の動作モード、すなわち脱着モードを表し、このモー
ドにおいて吸着材上に収集された化学物質が脱着される。

【００５１】収集モードにおいて、双方向ポンプ３０を作動して、空気が主吸気口１２へ、
そして予備濃縮管１８を通って吸い込まれるようにすることにより、分子等の化
学物質が吸着材２８に収集される。この空気は、双方向ポンプ３０の通気口３４
から排出される。空気が吸気口１２から予備濃縮管１８を通って流れるようにす
るために、双方向ポンプ３０は第１の方向（本明細書中において順方向と呼ぶ）
に動作する。

【００５２】図５Ａは、主吸気口１２への、そして主吸気通路１６を通る空気の流れを表す
矢印１０８、１１０を示す。主吸気口１２へ吸い込まれた空気は第１のフィルタ
１７を通過する。この第１のフィルタは、空気から不要な岩屑を取り除くことで
、この不要な岩屑が吸着材２８上に蓄積することを防止する。

【００５３】空気は、別の矢印１１２に示されるように、主吸気通路１６から予備濃縮管１
８へと移動する。予備濃縮管１８に流入した空気は吸着材２８の中を流れ、この
吸着材は空気中の化学物質１１４を捕らえる。

【００５４】空気は、予備濃縮管１８の後端部２２を出て、予備濃縮管と双方向ポンプ３０
を接続する通路３６へと移動する。空気は、２つの矢印１１６ａ、１１６ｂに示
されるように、第１の流量計３８を通り抜ける。この第１の流量計３８は、予備
濃縮管１８および吸着材２８を通る流れまたは流量を測定する。

【００５５】第１の流量計３８は、制御器７６へ電気的に接続することにより、双方向ポン
プ３０が空気を予備濃縮管１８に通す流量を調節するためのフィードバック(fee
dback)を提供することができる。より具体的には、第１の流量計３８は、予備濃
縮管１８を通る流れまたは流量を示す信号を出力することにより、制御器７６が
この信号に応じて双方向ポンプ３０のポンプ流量を調整することを可能にする。
制御器７６は、双方向ポンプ３０に送られる電源７８からの電力を設定すること
により、双方向ポンプが吸着材２８を通してポンプで送る空気の流量を制御する
ことになる。

【００５６】双方向ポンプは、ポンプ速度（たとえば回転／分）を測定して出力する回転速
度計も有し得る。したがってこの回転計は、流量を制御するためのフィードバッ
クを提供するとともに、一般的診断情報を提供することができる。

【００５７】吸着材２８上に収集される化学物質１１４の数密度は、吸着剤の化学的性質と
、空気中の化学物質濃度と、吸着材を通してポンプで送られた空気の全体積との
関数である。吸着材を通してポンプで送られる空気の全体積は、吸着材２８を通
る空気の流量と、空気が吸着材を通り抜ける時間の長さとに依存する。吸着材２
８を通る流量が大きいほど、十分な濃度の検出すべき化学物質を収集するのに要
する時間が短くなる。したがって、高流量で吸着剤を通るのが好ましい。これら
の流量は、２５〜２０００スタンダード立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）の
範囲に及ぶ場合があり、より好ましくは２００〜１０００ｓｃｃｍである。最も
好ましくは、双方向ポンプ３０により提供される最大流量は、収集モード中に使
用される。

【００５８】第１のスクラバー４０の両側にある矢印１１６ｂ、１１６ｃは、双方向ポンプ
３０に流入する前の、第１のスクラバーを通る空気の通過を示す。第１のスクラ
バー４０は、さもなければ双方向ポンプ３０に到達してしまうであろうあらゆる
化学物質を濾別する。上述のように、この第１のスクラバー４０は、検出器５０
において検出される種類の化学物質を捕らえる吸着材を含むことが好ましい。第
１のスクラバー４０がない場合、これらの化学物質は双方向ポンプ３０に到達し
てこれを汚染してしまう。この結果として、双方向ポンプ３０が逆方向にポンプ
で送る度に、これらの化学物質の一部が双方向ポンプ３０により放出されて、予
備濃縮管１８と双方向ポンプの間の通路３６へと戻ってしまう恐れがある。する
とこれらの化学物質は予備濃縮管１８を通って検出器５０へと流れてゆき、当該
検出器による不自然に高い示度を生じてしまう。しかしながら、好適な実施形態
では、予備濃縮管１８と双方向ポンプ３０の間の通路３６中の空気は、収集モー
ド時に、第１のスクラバー４０を通ってポンプで送られる。化学物質は、第１の
スクラバー４０の吸着材に捕らえられ、双方向ポンプ３０に到達しない。

【００５９】空気は、第１のスクラバー４０を通り抜けた後に、双方向ポンプ３０へと移動
する。この双方向ポンプ３０は、主吸気口１２から、そして予備濃縮管１８を通
して空気を輸送するためのポンプ力（pumping power）を提供する。図５Ａにお
いて、当該双方向ポンプ３０は回転羽根ポンプとして示される。化学物質を検出
する装置１０が収集モードで動作する際の、双方向ポンプ３０内のローターおよ
び羽根１２０の動きを、矢印１１８により示す。

【００６０】双方向ポンプ３０に吸い込まれた空気は、双方向ポンプの通気口３４から排気
ライン４２へと排出される。空気は、第２のスクラバー４６の両側にある２つの
矢印１２２ａ、１２２ｂで示されるように、第２のスクラバー４６を通り抜ける
。別の矢印１２４は、排気ライン４２の開口４４から排出される空気を表す。

【００６１】収集モード中、双方向ポンプ３０が予備濃縮管１８を通して空気を送る間に、
検出器ポンプ６４は、主吸気口１２へと吸い込まれた空気をサンプリングして、
化学物質の存在をリアルタイムで検出する。特に、主吸気口１２に流入して主吸
気通路１６を通り抜ける空気の一部は、検出器ポンプ６４により、主吸気通路と
検出器５０の間の通路４８へと吸い込まれる。矢印１２６は、主吸気通路１６か
らの、主吸気通路と検出器５０の間の通路４８を通って検出器５０へと向かう空
気の流れを示す。空気は、流入口５４を通って検出器５０に流入し、センサーア
レイ５８を通過する。センサーアレイ５８は、検出されるべき化学物質の存在を
検出し、信号を出力する。この信号は、装置１０のユーザに伝達される。

【００６２】センサーアレイ５８を通過した空気は、排出口５６を通って検出器５０を抜け
、別の矢印１２８により示されるように、検出器５０と検出器ポンプ６４の間の
通路６２に流入する。この空気は、第２の流量計７０を通って検出器ポンプ６４
へと進む。空気は、検出器ポンプ６４の吸気口６６へと吸い込まれ、当該検出器
ポンプの通気口６８から排出される。検出器ポンプ６４は、空気の一部を主吸気
通路１６から検出器５０へ吸い込むためのポンプ力を提供し、同時に第２の流量
計７０は、検出器を通る流れまたは流量を測定する。第２の流量計７０は、制御
器７６と電気的に接続することにより、検出器ポンプ６４が空気を検出器５０に
通す流量を調節するためのフィードバックを提供することができる。より具体的
には、第２の流量計７０は、検出器５０を通る流れまたは流量を示す信号を出力
することにより、検出器ポンプ６４に送られる電源７８からの電力を制御器７６
が設定することを可能にする。

【００６３】化学物質１１４が予備濃縮管１８に収集される期間の後で、化学物質を検出す
る装置１０は、収集モードから脱着モードにシフトされる。脱着モードにおいて
、空気が双方向ポンプ３０の排気ライン４２から予備濃縮管１８を通ってポンプ
で送られている間にヒーター７２を作動することにより、吸着材２８上に収集さ
れた化学物質１１４が脱着される。

【００６４】収集モードから脱着モードへのシフトのために、双方向ポンプ３０は、第１の
方向（すなわち順方向）のポンプでの送達から第２の方向（本明細書中において
逆方向と呼ぶ）のポンプでの送達へと切り替えられる。したがって、双方向ポン
プ３０および予備濃縮管１８を通る空気の流れは逆となり、空気は、双方向ポン
プの排気ライン４２の開口４４から予備濃縮管に向かってポンプで送られるよう
になる。

【００６５】図５Ｂは、脱着モードにおける、化学物質を検出する装置の動作を表す。空気
が排気ライン４２の開口４４へと吸い込まれる。この空気は、排気ライン４２を
通って双方向ポンプ３０へとポンプで送られる。空気は、双方向ポンプ３０に到
達する前に、２つの矢印１３０ａ、１３０ｂに示されるように、第２のスクラバ
ー４６を通り抜ける。

【００６６】第２のスクラバー４６は、排気ライン４２に流入する空気から不要な化学物質
を取り除くことで、これらの不要な化学物質が双方向ポンプ３０に侵入すること
を防止する。上述のように、第２のスクラバー４６は、検出器５０において検出
される種類の化学物質を捕らえる吸着材を含むことが好ましい。化学物質は、第
２のスクラバー４６の吸着材に捕らえられ、双方向ポンプ３０には決して到達し
ない。したがって、これらの不要な化学物質は、予備濃縮管１８を通って検出器
５０へと流入して検出器の出力に影響を及ぼすことがない。

【００６７】排気ライン４２中の空気は、双方向ポンプ３０へと進み、ここで双方向ポンプ
の通気口３４へと吸い込まれる。双方向ポンプ３０はこの空気を、その吸気口３
２から、双方向ポンプを予備濃縮管１８と接続する通路３６へと押し出す。こう
して、双方向ポンプ３０は、排気ライン４２の開口４４から空気を吸い込み、こ
の空気に予備濃縮管１８を通過させるためのポンプ力を提供する。

【００６８】図５Ｂにおいて、双方向ポンプ３０は回転羽根ポンプとして示される。化学物
質を検出する装置１０が脱着モードで動作する際の、双方向ポンプ３０内のロー
ターおよび羽根１２０の動きを、矢印１３２により示す。双方向ポンプ３０が回
転羽根ポンプである場合、この双方向ポンプの方向を順方向から逆方向へと切り
替えるために、電源７８から双方向ポンプへと供給される電圧の極性を逆にする
。極性を切り替えることによって、ローターおよび羽根１２０は反対方向に回転
するようになる。

【００６９】図５Ｂ中の矢印１３４は、双方向ポンプ３０を予備濃縮管１８と接続する通路
３６を通る空気の流れを表す。図５Ｂは、第１のスクラバー４０を通り抜ける空
気を表す。この第１のスクラバーは、双方向ポンプ３０により放出されるあらゆ
る化学物質を濾別する。かかる化学物質は、第１のスクラバー４０中の吸着材に
捕らえられ、予備濃縮管１８や検出器５０に到達しない。

【００７０】第１のスクラバー４０を通り抜けた空気は、続いて第１の流量計３８を通り抜
ける。この第１の流量計は、予備濃縮管１８および吸着材２８を通る流れまたは
流量を測定する。第１の流量計３８は、制御器７６へ電気的に接続することによ
り、双方向ポンプ３０が空気を予備濃縮管１８に通す流量を調節するためのフィ
ードバックを提供することができる。

【００７１】空気は、双方向ポンプ３０を予備濃縮管１８と接続する通路３６から、続いて
予備濃縮管へと移動し、ここで空気は吸着材２８中を流れる。装置１０が脱着モ
ードにあるとき、ヒーター７２は、吸着材２８に収集された化学物質１１４を、
予備濃縮管１８中を流れる空気中に脱着させるエネルギーを提供するように作動
される。これらの化学物質１４４は、いったん脱着すると、図５Ｂに示す予備濃
縮管の前端部にある矢印１３６に示されるように、予備濃縮管１８中を流れる空
気によって運ばれてゆく。

【００７２】電源７８によって電力がヒーター７２に供給され、この電源７８は、温度セン
サー７４からのフィードバックにより調節される。予備濃縮管１８を介して吸着
材２８と熱接触する温度センサー７４は、信号を制御器７６に送信し、するとこ
の制御器７６が、ヒーター７２へと送達される電源７８からの電力量を調節する
。

【００７３】好ましくは、ヒーター７２は、吸着材１８を約７０℃〜２５０℃（Ｔｅｎａｘ
（商標）の場合は２００℃）の範囲の温度まで加熱し、そこから化学物質を脱着
させる。より好ましくは、温度制御器７６は、吸着材２８の温度を段階的に上げ
るようプログラムされており、検出すべき化学物質が吸着材から脱着する温度に
達する前に、多数の温度設定点で温度を保持する。

【００７４】ある低濃度の化学物質を検出する場合、少量の当該化学物質は多数のバックグ
ラウンドの化学物質（background chemicals）と混合されている場合がある。こ
れらのバックグラウンドの化学物質は、当該化学物質よりも数桁高い濃度で存在
する可能性がある。予備濃縮管１８を、検出すべき化学物質のすべてが吸着材か
ら脱着される温度まで一段階で加熱する場合、バックグラウンドの化学物質は当
該化学物質とともに放出される恐れがある。バックグラウンドの化学物質の放出
は「化学的ノイズ」を生じる。すなわち検出器５０は、検出すべき化学物質の存
在をバックグラウンドの化学物質と区別可能でなければならない。

【００７５】しかしながら、当該化学物質を他の化学物質と区別する能力は、異なる化学物
質が吸着材２８から脱着される時間を分離することにより改良できる。吸着材２
８の温度は段階的に上げて、検出すべき化学物質が吸着材から脱着される温度よ
りも低い１つまたはそれ以上の温度に一定期間保持することができる。すると、
高濃度のバックグラウンドの化学物質は、検出すべき化学物質とは異なる時間に
検出器に到達することになる。

【００７６】たとえば、不揮発性の毒性化学物質を検出する場合、予備濃縮管１８は、先ず
不揮発性の毒性化学物質が脱着される温度よりも低い温度に加熱され、次に不揮
発性の毒性化学物質が脱着される温度に加熱されることができる。こうすること
で、先ず低揮発性のバックグラウンドの化学物質が吸着材２８から追い出される
。したがって、不揮発性の毒性化学物質が検出器５０に到達する時点で、検出器
５０における化学的ノイズは低減される。

【００７７】吸着材２８からいったん脱着した化学物質１１４は、予備濃縮管１８中を流れ
る空気により、主吸気通路１６へと運ばれてゆく。空気を予備濃縮管１８から押
し出して主吸気通路１６へと送り込むポンプ力は、双方向ポンプ３０により提供
される。

【００７８】化学物質を検出する装置１０が脱着モードにある間、検出器ポンプ６４は、空
気を検出器５０へと送り込み続ける。この結果、予備濃縮管１８を通って主吸気
通路１６へとポンプで送られる空気は、主吸気通路を検出器５０と接続する通路
４８へと送られる。矢印１３８は、主吸気通路１６から主吸気通路と検出器５０
との間の通路へと向かう空気の流れを示す。次にこの空気は、検出器５０に流入
し、センサーアレイ５８を通過する。センサーアレイ５８は、化学物質の存在を
検出し、信号を出力する。この信号は装置１０のユーザに、好ましくは何らかの
処理後に伝達される。

【００７９】検出器ポンプ６４は、主吸気通路１６から検出器５０へと空気を送り込むポン
プ力を提供する。第２の流量計７０は、検出器５０を通る流れまたは流量を測定
し、制御器７６にフィードバックを提供する。制御器７６は、検出器ポンプ６４
が検出器５０に空気を通す流量を調節するために用いられる。

【００８０】双方向ポンプ３０は、検出器ポンプ６４が検出器５０を通して空気をポンプで
送る流量とおよそ等しい流量で、予備濃縮管１８を通して空気をポンプで送るこ
とが好ましい。予備濃縮管１８を通る空気の流量が検出器５０への空気の流量を
超えると、予備濃縮管を通るいくらかの空気が、主吸気通路１６を検出器５０と
接続する通路４８に流入しなくなる。その代わりに、いくらかの空気が主吸気口
１２を通って逃げてしまう。したがって、検出すべき化学物質の一部が、検出の
ために検出器５０に到達しなくなる。対照的に、検出器５０への空気の流量が予
備濃縮管１８を通る空気の流量を超えると、主吸気口１２を通して吸い込まれる
さらなる空気が検出器に到達し、予備濃縮管から放出される化学物質１１４の濃
度が薄まることになる。したがって、吸着材２８から化学物質１１４を運び出す
、予備濃縮管１８を通る空気の流量は、検出器５０への空気の流量とおよそ等し
くなければならない。この目的のために、第１の流量計３８および第２の流量計
７０は、制御器７６にフィードバックを提供するために用いることにより、予備
濃縮管１８を通る空気の流量を検出器５０への空気の流量と一致させることがで
きる。あるいは予備濃縮管１８における圧力を、検出器５０における圧力と一致
させることもできる。上記の理由から、検出器５０が生成する測定値は、予備濃
縮管１８における圧力が検出器５０における圧力とおよそ等しい場合に、最も正
確となる。

【００８１】図６は、図１に表される、ＳＡＷセンサーを検出器５０として用いる装置１０
を用いて得られる測定値の再現性を示す。ＳＡＷセンサーは、化学物質が当該セ
ンサー上に吸着されるとシフトする周波数を有する振動信号を出力する。この周
波数シフト（ヘルツ）は経時的（秒）にプロットされ、収集および脱着の３周期
間のＳＡＷセンサーの出力を追跡記録する。検出器ポンプ６４が検出器５０にわ
たって空気をポンプで送ると同時に化学物質が予備濃縮管１８に収集される間隔
は、３つの期間Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃に相当する。これら３つの期間Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃中の
ＳＡＷセンサー出力は相対的に小さく、すなわち４０〜１００Ｈｚの範囲である
。対照的に、３つのピーク１４０は、脱着中の化学物質１１４の放出の結果であ
る。ピーク値は、それぞれ５６０、５８０、５８０Ｈｚと極めて再現性があり、
脱着中、予備濃縮管１８、第１のスクラバー４０、第２のスクラバー４６、双方
向ポンプ３０のいずれからも化学物質は偶発的に放出されるのではないことを示
している。

【００８２】

【発明の効果】

双方向ポンプ３０を使用し、その方向を逆にして、予備濃縮管１８から放出さ
れる化学物質１１４の検出を行うことにより、予備濃縮管を通る流れの方向を弁
により切り替える必要がなくなる。空気の流れを変えるためにそうした弁を必要
としないことで、化学物質を検出する装置１０は、より簡易で、より小型で、よ
り低コストなものとなる。さらに、収集モードおよび脱着モード中に空気の流れ
を導くために弁を必要としないことから、装置１０の消費電力はより低くなる。

【００８３】双方向ポンプ３０のポンプでの送達の方向を切り替えることによって予備濃縮
管１８を通る流れは逆となるため、熱脱着した化学物質は、吸着材２８中を完全
に通り抜ける必要がない。脱着した化学物質は、導入された側から抜け出るだけ
でよいのである。この結果、化学物質１１４が吸着材２８と化学反応する可能性
は少なくなる。また、脱着効率が増加され、吸着材２８はそれほど長く加熱され
る必要がない。さらに、検出器５０が収集モードならびに脱着モード中に絶え間
なく空気をモニタリングするため、リアルタイムの測定が可能となる。

【００８４】空気中に含まれる化学物質を検出するものとして好ましい実施形態を説明して
きたが、本発明の別の実施形態は、他の流体中の化学物質を検出するために使用
することができる。さらに、装置１０を用いて、サブミクロンの電荷中性化学物
質あるいはエアロゾル形態の化学物質等といった、分子以外の化学物質の存在を
検出することができる。

【００８５】本発明は、本明細書中に記載の本質的特徴から逸脱することなく他の特定の形
態で実施することができる。上述の実施形態は、あらゆる点で例示としてのみ考
慮されるものとし、いかようにも限定されるものではない。したがって、いかな
る発明の範囲も、上記説明ではなく併記の特許請求の範囲により示される。特許
請求の範囲の均等物の意味および範囲に含まれるあらゆるすべての変更が、それ
らの範囲において考慮されるものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の好適な実施形態の概略図である。

【図２】図２Ａは、予備濃縮管の部分断面図であり、予備濃縮管内に含まれた吸着材を
通過する加熱要素を示している。図２Ｂは、図２Ａに示した予備濃縮管および加
熱要素の透視図である。

【図３】図３Ａは、予備濃縮管の部分断面図であり、予備濃縮管と該予備濃縮管内に含
まれた吸着材との間に配置された加熱要素を示している。図３Ｂは、図３Ａに示
した予備濃縮管および加熱要素の透視図である。

【図４】図４Ａは、予備濃縮管の部分断面図であり、予備濃縮管を囲んでいる加熱要素
を示している。図４Ｂは、図４Ａに示した予備濃縮管および加熱要素の透視図で
ある。

【図５】図５Ａは、図１に示した実施形態の概略図であり、吸着材にて化学物質を収集
することを示す。図５Ｂは、図１に示した実施形態の概略図であり、吸着材から
化学物質を脱着させることを示す。

【図６】図６は、時間（秒）軸および周波数（ヘルツ）偏移軸についてのプロット図で
あり、３周期の収集および脱着中のセンサー出力を示している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者ボーゲル，ジョージダブリュ．アメリカ合衆国カリフォルニア 92630 レイクフォレストバックランドレーン 23281 (72)発明者クレイコーム，シー．ロジャージュニアアメリカ合衆国テキサス 78664 ラウンドロックナンバー1413 イーストパームバレーアベニュー 515 (72)発明者プフラグシャウプト，リック，イー．アメリカ合衆国カリフォルニア 92833 フラートンサウスパシフィックドライブ 1515 Ｆターム(参考） 2G047 AA01 AD01 BC04 BC15 CB03 GG28 2G052 AA01 AB22 AD02 AD33 BA22 CA12 CA35 EA03 EB11 ED06 ED10 GA26 HA15 HC04 HC10 HC28 JA07 JA11 JA16 4G066 AC21B BA22 DA01 EA20 GA02 【要約の続き】８）中へポンプで送り、それによって、吸着材（２８）上で化学物質（１１４）を収集する。加熱要素（８２）は吸着要素（１８）に熱を与えて、吸着材（２８）から化学物質（１１４）を脱着させる。吸着材（２８）から脱着した化学物質（１１４）は次に、吸着要素（１８）から化学センサー（５８）へポンプで送られる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１つまたはそれ以上の化学物質（１１４）を検出するための
装置（１０）であって、前記１つまたはそれ以上の化学物質（１１４）を吸着するためのものであって
、そこを通過する流体流路（９０）を有する吸着要素（１８）と、前記１つまたはそれ以上の化学物質（１１４）を吸着している間に、前記吸着
要素（１８）の前記流体流路（９０）を通る流体を第１の方向（１１２、１１６
ａ）にポンプで送り、そして、前記１つまたはそれ以上の化学物質（１１４）を
脱着している間に、前記吸着要素（１８）の前記流体流路（９０）を通る流体を
第２の方向（１３４、１３６）にポンプで送るために連結された双方向ポンプ（
３０）と、前記脱着した化学物質（１１４）を受け取るために連結された少なくとも１つ
の化学物質検出器（５０）と、を備えた装置。
【請求項２】前記双方向ポンプ（３０）は回転真空ポンプを備えた、請求
項１に記載の装置（１０）。
【請求項３】前記双方向ポンプ（３０）から前記吸着要素（１８）への、
および前記吸着要素（２８）から前記化学物質検出器（５０）への囲い込み通路
（３６、４８）をさらに備えた、請求項１に記載の装置（１０）。
【請求項４】前記囲い込み通路（３６、４８）の少なくとも一部は、マニ
ホルド内に収納された一体型流路回路を備えた、請求項３に記載の装置（１０）
。
【請求項５】前記吸着要素（１８）は中に吸着材（２８）を有する管（１
８）である、請求項３に記載の装置（１０）。
【請求項６】前記吸着材（１８）は、２，６ジフェニル−ρ−フェニレン
オキシドを含む多孔性ポリマーを含む、請求項５に記載の装置（１０）。
【請求項７】前記流体を前記化学物質検出器（５８）へポンプで送る検出
器ポンプ（６４）をさらに備えた、請求項１に記載の装置（１０）。
【請求項８】前記検出器ポンプ（６４）および前記双方向ポンプ（３０、
６４）は、前記装置（１０）内で同時に作動するように適合されている、請求項
７に記載の装置（１０）。
【請求項９】前記吸着要素（１８）と熱接触しているヒーター（７２）を
さらに備えた、請求項１に記載の装置（１０）。
【請求項１０】前記ヒーター（７２）は、前記吸着要素（１８）を囲んで
いる加熱要素（８２）を含む、請求項９に記載の装置（１０）。
【請求項１１】前記加熱要素（８２）は箔ヒーターを含む、請求項１０に
記載の装置（１０）。
【請求項１２】前記吸着材（２８）を通る前記流体の流量を測定する第１
の流量計（３８）をさらに備えた、請求項１に記載の装置（１０）。
【請求項１３】前記第１の流量計（３８）は双方向流量計を含む、請求項
１２に記載の装置（１０）。
【請求項１４】前記検出器（５０）へ向かう前記流体の流量を測定する第
２の流量計（７０）をさらに備えた、請求項１２に記載の装置（１０）。
【請求項１５】前記第１の流量計（３８）および前記第２の流量計（７０
）に電気的に接続された制御器（７６）をさらに備えた、請求項１４に記載の装
置（１０）。
【請求項１６】前記制御器（７６）は、前記吸着要素（１８）を通る流量
が前記検出器（５０）へ向かって通過する流量に近似するようにさせる回路を備
えた、請求項１５に記載の装置（１０）。
【請求項１７】前記吸着要素（１８）と熱接触している温度センサー（７
４）をさらに備えた、請求項９に記載の装置（１０）。
【請求項１８】前記ヒーター（７２）の温度を制御する、前記温度センサ
ー（７４）に電気的に接続されたヒーター制御回路構成（７６）をさらに備えた
、請求項１７に記載の装置（１０）。
【請求項１９】前記双方向ポンプ（３０）と前記吸着要素（１８）との間
の位置で前記通路（３６）内に配置された第１のスクラバー（４０）をさらに備
えた、請求項３に記載の装置（１０）。
【請求項２０】前記吸着要素（１８）は吸着材（２８）を含み、前記第１
のスクラバー（４０）は、前記吸着要素（１８）が含むのと同じ吸着材（２８）
を含む、請求項１９に記載の装置（１０）。
【請求項２１】前記双方向ポンプ（３０）が前記流体を前記第１の方向（
１１２、１１６ａ）にポンプで送る場合には、前記流体が順に、前記吸着要素（
１８）、前記双方向ポンプ（３０）、および前記第２のスクラバー（４６）を通
過するような、そして、前記双方向ポンプ（３０）が前記流体を前記第２の方向
（１３４、１３６）にポンプで送る場合には、前記流体が順に、前記第２のスク
ラバー（４６）、前記双方向ポンプ（３０）、および前記吸着要素（１８）を通
過するような位置で前記双方向ポンプ（３０）に連結された第２のスクラバー（
４６）をさらに備えた、請求項１に記載の装置（１０）。
【請求項２２】前記吸着要素（１８）は吸着材（２８）を含み、前記第２のスクラバー（４６
）は、前記吸着要素（１８）が含むのと同じ吸着材（２８）を含む、請求項２１
に記載の装置（１０）。
【請求項２３】前記流体流路（９０）は大気を受け入れるように適合されている、請求項１に
記載の装置（１０）。
【請求項２４】１つまたはそれ以上の化学物質（１１４）を検出するための装置（１０）であ
って、（ａ）吸着材（２８）を含む、入口および出口を有する吸着要素（１８）と、（ｃ）吸気口（３２）および通気口（３４）を有する双方向ポンプ（３０）
であって、第１の方向（１１８）に前記流体をポンプで送る場合には、流体を前
記吸気口（３２）から前記通気口（３４）へポンプで送るように適合され、第２
の方向（１３２）に前記流体をポンプで送る場合には、前記流体を前記通気口（
３４）から前記吸気口（３２）へポンプで送るように適合されている双方向ポン
プ（３０）と、を備え、前記吸着要素（１８）の出口は、前記双方向ポンプ（３０）が前記第１の方向
（１１８）にポンプで流体を送る場合に前記流体が前記吸着材（２８）から前記
双方向ポンプ（３０）に流れるように、前記双方向ポンプの吸気口（３２）に連
結されており、（ｄ）少なくとも１つの化学センサー（５８）を有する検出器ハウジング（
５２）を備えた検出器（５０）と、を備え、前記吸着要素（１８）の入口は、前記双方向ポンプ（３０）が前記第２の方向
（１３２）にポンプで流体を送る場合に前記流体が前記双方向ポンプ（３０）か
ら前記センサー（５８）に流れるように、前記検出器（５０）に連結されている
、装置。
【請求項２５】前記吸着材（２８）は、２，６ジフェニル−ρ−フェニレ
ンオキシドを含む多孔性ポリマーを含む、請求項２４に記載の装置（１０）。
【請求項２６】吸気口（６６）および通気口（６８）を有する検出器ポン
プ（６４）をさらに備え、前記検出器ポンプの前記吸気口（６６）は、前記セン
サー（５８）を有する前記検出器（５０）に連結されている、請求項２４に記載
の装置（１０）。
【請求項２７】前記吸着材（２８）と熱接触しているヒーター（７２）を
さらに備えた、請求項２４に記載の装置（１０）。
【請求項２８】前記吸着材（２８）を通る前記流体の前記流量を測定する
第１の流量計（３８）をさらに備えた、請求項２４に記載の装置（１０）。
【請求項２９】前記検出器（５０）へ向かう前記流体の前記流量を測定す
る第２の流量計（７０）をさらに備えた、請求項２８に記載の装置（１０）。
【請求項３０】前記吸着材（２８）と熱接触している温度センサー（７４
）をさらに備えた、請求項２７に記載の装置（１０）。
【請求項３１】前記吸着材（２８）と前記双方向ポンプ（３０）の吸気口
（３２）との間に配置された第１のスクラバー（４０）をさらに備えた、請求項
２４に記載の装置（１０）。
【請求項３２】前記第１のスクラバー（４０）は、前記吸着要素（１８）
に含まれているのと同じ吸着材（２８）を備えた、請求項３１に記載の装置（１
０）。
【請求項３３】前記双方向ポンプ（３０）の前記通気口（３４）に連結さ
れた第２のスクラバー（４６）をさらに備えた、請求項２４に記載の装置（１０
）。
【請求項３４】前記第２のスクラバー（４６）は、前記吸着要素（２８）
に含まれているのと同じ吸着材（２８）を備えた、請求項３３に記載の装置（１
０）。
【請求項３５】前記吸着要素（１８）の前記吸気口は気体を受け入れるよ
うに適合されている、請求項２４に記載の装置（１０）。
【請求項３６】前記気体は大気を含む、請求項３５に記載の装置（１０）
。
【請求項３７】流体中に含まれている１つまたはそれ以上の化学物質（１
１４）を検出する方法であって、（ａ）吸着要素（１８）を通る流体の流れのための第１の流路（９０）と、
少なくとも１つの化学物質検出器（５０）への流体の流れのための第２の流路（
４８）とを含む複数の流路（４８）を提供することであって、前記第１および第
２の流路（９０、４８）はそれぞれ第１および第２のポンプ（３０、６４）に連
結されていることと、（ｂ）前記１つまたはそれ以上の化学物質（１１４）を含む前記流体を吸気
口（１４）へ導入し、（ｃ）前記吸気口（１４）から前記第１の流路（９０）を通して、前記１つ
またはそれ以上の化学物質（１１４）を含む前記流体の第１の部分を流し、それ
によって前記１つまたはそれ以上の化学物質（１１４）の少なくとも一部を前記
吸着要素（１８）内で収集し、（ｄ）前記第２の流路（４８）を通して前記吸気口（１４）から前記化学物
質検出器（５０）へ、前記１つまたはそれ以上の化学物質（１１４）を含む前記
流体の第２の部分を同時に流し、（ｅ）前記ポンプ（３０、６４）との前記流路の連結を変えることなく、前
記第１および第２の流路（４８）の双方を通して前記流体を流して、前記吸着要
素（１８）内で収集された前記１つまたはそれ以上の化学物質（１１４）を前記
化学物質検出器（５０）へ送ること、を含む方法。
【請求項３８】前記吸着要素（１８）は吸着材（２８）を含む、請求項３
７に記載の方法。
【請求項３９】前記吸着材（２８）は、２，６ジフェニル−ρ−フェニレ
ンオキシドを含む多孔性ポリマーを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】前記流路（４８）は弁によって遮断されていない、請求項
３７に記載の方法。
【請求項４１】前記吸着要素（１８）内で収集された前記１つまたはそれ
以上の化学物質（１１４）が前記化学物質検出器（５０）に送られている間、前
記吸気口（１４）から排出されるか、または前記吸気口（１４）に吸い込まれる
流体は実質的にない、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】前記吸着要素（１８）を加熱して、前記吸着要素（１８）
内で収集された前記１つまたはそれ以上の化学物質（１１４）を脱着することを
さらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４３】前記（ｅ）は、前記第２の流路（４８）を通る前記流体の
流れを逆流させることなく、前記第１の流路（９０）を通る前記流体の流れを逆
流させることをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４４】前記（ｂ）は、大気を導入することを含む、請求項３７に
記載の方法。
【請求項４５】流体中に含まれている化学物質（１１４）を収集および検
出するための装置（１０）であって、（ａ）流体を通過させるための流路（９０）を提供するエンクロージャー（
１８）であって、前記流体が前記エンクロージャー（１８）に対し出入りするこ
とを可能にさせる２つの流体口を有するエンクロージャー（１８）と、（ｂ）前記エンクロージャー（１８）内に含まれている吸着材（２８）と、（ｃ）前記エンクロージャー（１８）内に含まれている加熱要素（８２）と
、（ｄ）少なくとも１つの化学センサー（５８）と、（ｅ）前記エンクロージャー（１８）を通して前記流体をポンプで送り、そ
れにより前記化学物質（１１４）を前記吸着材（２８）上で収集する第１のポン
プ（３０）と、（ｆ）前記化学センサー（５８）に前記化学物質（１１４）をポンプで送る
ための第２のポンプ（６４）と、を備えた装置。
【請求項４６】前記吸着材（２８）は中に空洞があり、前記加熱要素（８
２）は前記空洞内に配置されている、請求項４５に記載の装置（１０）。
【請求項４７】前記加熱要素（８２）は、抵抗膜（８５）が表面に形成さ
れているセラミック管（８４）を備え、前記抵抗膜（８５）は前記吸着材（２８
）と並置されている、請求項４６に記載の装置（１０）。
【請求項４８】前記吸着材（２８）は、２，６ジフェニル−ρ−フェニレ
ンオキシドを含む多孔性ポリマーを含む、請求項４５に記載の装置（１０）。
【請求項４９】前記加熱要素（８２）は、前記エンクロージャー（１８）
と前記吸着材（２８）との間に配置されている、請求項４５に記載の装置（１０
）。
【請求項５０】前記加熱要素（８２）は、前記エンクロージャー（１８）
の内部表面（９４）上に形成された抵抗膜を含む、請求項４９に記載の装置（１
０）。
【請求項５１】前記抵抗膜は酸化インジウムスズを含む、請求項５０に記
載の装置（１０）。
【請求項５２】前記抵抗膜はプリント抵抗インクを含む、請求項５０に記
載の装置（１０）。
【請求項５３】前記加熱要素（８２）は、前記吸着材（２８）と並置され
て、前記吸着材（２８）と熱接触するようになっている表面（９６）を含む、請
求項４５に記載の装置（１０）。
【請求項５４】前記加熱要素（８２）は前記吸着材（２８）と直接接触し
ている、請求項５３に記載の装置（１０）。
【請求項５５】前記吸着材（２８）と熱接触している温度センサー（７４
）をさらに備えた、請求項５３に記載の装置（１０）。
【請求項５６】前記流路（９０）は気体を通す、請求項４５に記載の装置
（１０）。
【請求項５７】流体中の化学物質（１１４）を収集および検出するための
方法であって、（ａ）エンクロージャー（１８）内に吸着材（２８）を提供することであって
、前記吸着材（２８）は外壁を有し、前記エンクロージャー（１８）は内壁（９
４）を有し、（ｂ）前記エンクロージャー（１８）へ前記流体を導入し、それによって前記
吸着材（２８）上で前記化学物質（１１４）を収集し、（ｃ）前記エンクロージャー（１８）の前記内壁（９４）の内部に配置された
熱源（８２）から熱を放出し、それによって前記吸着材（２８）から前記化学物
質（１１４）を脱着させ、（ｄ）前記吸着材（２８）から脱着した前記化学物質（１１４）を、前記エ
ンクロージャー（１８）から少なくとも１つの化学センサー（５８）へ運ぶこと
、を含む方法。
【請求項５８】前記吸着材（２８）の前記外壁の内部に配置された熱源（
８２）から熱を放出することを含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】前記吸着材（２８）内の空洞に熱を加えることを含む、請
求項５７に記載の方法。
【請求項６０】前記流体を導入することは気体を導入することを含む、請
求項５７に記載の方法。
【請求項６１】前記流体を導入することは大気を導入することを含む、請
求項６０に記載の方法。