JP2008256680A - Method for measuring concentration of biogas in breathing and simplified measuring device for measuring biogas concentration in breathing - Google Patents

Method for measuring concentration of biogas in breathing and simplified measuring device for measuring biogas concentration in breathing Download PDF

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麻衣子 西堀
Usoku Shin
申  ウソク
Noriya Izu
伊豆  典哉
Toshio Ito
敏雄 伊藤
Ichiro Matsubara
一郎 松原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and simplified measuring device for measuring a biogas in breathing easily with high sensitivity. <P>SOLUTION: In the method for measuring the concentration of a biogas in breathing using a thermoelectric gas sensor, heat generated by a catalytic reaction between the biogas and a catalyst material is converted to a voltage signal by thermoelectric conversion, and the voltage signal is detected as a detection signal, thus measuring the concentration of the biogas in breathing. In the measurement method, human breathing is sampled, and the concentration of the biogas, such as hydrogen and carbon monoxide, contained in the breathing is quantitated. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ヒトの呼気中の水素及び一酸化炭素ガス等の生体ガス濃度を測定する方法及びその装置測定に関するものであり、更に詳しくは、呼気を採集し、それを測定するガスセンサとして、水素及び一酸化炭素ガス等の生体ガスと触媒材との触媒反応による発熱を、熱電変換効果により電圧信号に変換し、それを検出信号として検出するガス検出センサを用いて、これらの生体ガスを高感度に選択的に計測、測定する、呼気中の水素及び一酸化炭素ガス等の生体ガスの濃度を測定する方法及びその簡易型測定装置に関するものである。本発明は、ヒトの呼気中の水素又は一酸化炭素等の生体ガスを高感度に高選択的に計測、測定する方法及びその簡易型測定装置を提供し、被験者の病態生理学的な解析を簡便かつ高感度に行うことを可能とする新しい診断手法を提供するものである。   The present invention relates to a method for measuring the concentration of biological gases such as hydrogen and carbon monoxide gas in human exhalation and apparatus measurement thereof, and more particularly, as a gas sensor for collecting exhalation and measuring it. The heat generated by the catalytic reaction between a biological gas such as carbon monoxide gas and the catalytic material is converted into a voltage signal by the thermoelectric conversion effect, and these biological gases are increased using a gas detection sensor that detects it as a detection signal. The present invention relates to a method for measuring the concentration of biological gas such as hydrogen and carbon monoxide gas in exhaled gas, which is selectively measured and measured for sensitivity, and a simplified measuring device thereof. The present invention provides a method for measuring and measuring a biological gas such as hydrogen or carbon monoxide in human exhalation with high sensitivity and a simple measurement apparatus thereof, and allows easy pathophysiological analysis of a subject. The present invention also provides a new diagnostic technique that can be performed with high sensitivity.

通常、乳糖等の糖質は、胃で消化され、小腸で吸収される。しかし、糖質の吸収不良があると、小腸で吸収されなかった糖質は、そのまま大腸に到達する。ヒトの大腸内には、数百種の腸内細菌が常在し、腸内細菌叢(水素産生菌、メタン産生菌等)が、吸収されなかった糖質を用いて発酵することにより、水素(又はメタン)等の生体ガスを産生する。ここで発生した水素(又はメタン)ガスは、血液循環を介して呼気中に排泄される。この原理を利用して、糖質の消化吸収不全等を診断する方法が、呼気中生体ガス測定法である。   Usually, sugars such as lactose are digested in the stomach and absorbed in the small intestine. However, if there is a poor absorption of carbohydrates, the carbohydrates that are not absorbed in the small intestine reach the large intestine as they are. In the human large intestine, hundreds of intestinal bacteria are resident, and the intestinal flora (hydrogen-producing bacteria, methane-producing bacteria, etc.) is fermented with carbohydrates that have not been absorbed. Produces biogas such as (or methane). The hydrogen (or methane) gas generated here is excreted into the exhaled breath through the blood circulation. A method of diagnosing digestive insufficiency and the like of carbohydrates using this principle is a method for measuring a living gas in breath.

呼気中の生体ガス濃度を分析することで、ヒトの健康状態又はストレスを評価することができる。例えば、水素は、腸内細菌の産生するガスが腸管から吸収され、呼気中に出ることから、呼気中の生体ガスの水素は、腸内細菌の活動の様を如実に反映し、消化機能低下のストレスマーカとなる。同じく、呼気中の生体ガスのメタンは、腸内メタン産生菌が産生するが、発生メカニズム等は不明確(水素と連動)である。同じく、呼気中の可燃性ガスの一酸化炭素は、フリーラヂカル、活性酸素による生体損傷(炎症)の酸化ストレスマーカとして知られている。   By analyzing the concentration of biogas in the exhaled breath, the human health condition or stress can be evaluated. For example, hydrogen is absorbed from the intestinal tract and the gas produced by intestinal bacteria is released into the exhaled breath, so the hydrogen of the living gas in the breath clearly reflects the activity of the intestinal bacteria and decreases digestive function. It becomes a stress marker. Similarly, intestinal methane-producing bacteria produce methane, a biogas in exhaled breath, but the generation mechanism is unclear (in conjunction with hydrogen). Similarly, carbon monoxide in combustible gas in exhaled breath is known as an oxidative stress marker for free radical and biological damage (inflammation) caused by active oxygen.

このように、呼気中の水素は、腸内細菌の産生するガスであり、全てのヒトが産生しており、摂食物の質や吸収状態により水素の生成量が大きく変動し、それが、個人によって相違する。また、呼気中の一酸化炭素は、Heme oxygenase(HO)によって、Heme核の壊裂から産生されるが、ヘム酸化酵素は、酸化ストレスにより誘導され、一酸化炭素濃度は増加する。呼気中の一酸化炭素は、フリーラジカル、活性酸素による生体損傷、各種炎症等の酸化ストレスマーカとなる。更に、呼気中のメタンは、消化管内の細菌により作られるガス成分で、腸管から吸収され、呼気中に排泄される。呼気中に含まれる水素、一酸化炭素、メタンの生体ガスの産生を計測、測定することで、ヒトの病態生理学的な解析を行うことが可能である。   In this way, exhaled hydrogen is a gas produced by intestinal bacteria, which is produced by all humans, and the amount of hydrogen produced varies greatly depending on the quality of food intake and the state of absorption. It depends on. In addition, carbon monoxide in exhaled air is produced from Heme nucleus disruption by Heme oxygenase (HO), but heme oxidase is induced by oxidative stress, and the carbon monoxide concentration increases. Carbon monoxide in exhaled breath serves as an oxidative stress marker for free radicals, living body damage due to active oxygen, various inflammations, and the like. Furthermore, methane in the breath is a gas component produced by bacteria in the digestive tract, absorbed from the intestinal tract, and excreted in the breath. It is possible to analyze human pathophysiology by measuring the production of hydrogen, carbon monoxide and methane biogas contained in exhaled breath.

例えば、呼気中の水素・メタン検査は、終末呼気を採取して測定する方法で、基本的に無侵襲検査法(痛みのない検査)であり、頻繁に呼気採取しても、技術的にも、また、被験者に対しても全く問題にならない。しかし、採取ガスを分析するためには、高価な分析設備を必要とするため、診療室で簡易に分析することは困難である。   For example, the test for hydrogen and methane in exhaled breath is a method that collects and measures end-tidal air, and is basically a non-invasive test method (a test without pain). Also, it does not matter at all for the subject. However, in order to analyze the collected gas, an expensive analysis facility is required, so that it is difficult to analyze it simply in the clinic.

近年、採取したガスを外来の処置室等で分析できる簡易型呼気装置が開発されている(例えば、株式会社タイヨウ、生体ガス測定システム トライライザーmBA−3000)。この装置は、高価な設備としての分析機器とは違い、図1に示されるような構成の装置であり、ガスクロマトグラフィ分析を原理とした簡易型呼気分析装置として開発されたものである。   In recent years, a simple expiratory device capable of analyzing collected gas in an outpatient treatment room or the like has been developed (for example, Taiyo Corporation, biological gas measurement system Tri riser mBA-3000). Unlike an expensive analytical instrument, this apparatus is configured as shown in FIG. 1 and has been developed as a simple breath analysis apparatus based on the principle of gas chromatography analysis.

また、この装置は、図2に示されるようなガスクロマトグラフィのピークから、ガス種とその量を分析することが可能であり、分析用キャリアーガスは、室内空気を用いているため、専用のガスが不要であり、測定時間は、4−10分程度である、等の特徴を有する。尚、図2は、水素、メタン、一酸化炭素の濃度を、ガスクロマトグラフィからの時間差のピーク強度から分析計測したものである。   In addition, this apparatus can analyze the gas species and their amounts from the peak of gas chromatography as shown in FIG. 2, and the carrier gas for analysis uses indoor air, so a dedicated gas is used. Is unnecessary, and the measurement time is about 4 to 10 minutes. FIG. 2 is an analysis and measurement of the concentration of hydrogen, methane, and carbon monoxide from the peak intensity of the time difference from gas chromatography.

上記計測技術では、ガス検知部に用いられるセンサは、可燃性ガスに高感度な半導体式センサ素子を利用している。代表的な製品は、フィガロ技研のTGS821、TGS2600等のセンサ素子である。これらは、半導体式センサ素子を用いているため、検出信号が、上記測定技術では、特に、湿度の影響を大きく受け、経時変化(ドリフト)する等の問題がある。これらの問題があるため、上記計測技術では、特に、ppmレベルの低濃度水素・メタン測定を精度よく定量的に行なうためには、専用の校正ガスで機器を校正する必要がある。また、この種の装置は、ガス選択性を与えるために、ガスクロマトグラフィ部分を含め、機器の形態が大きくなり、高価な装置となる。   In the measurement technique described above, the sensor used in the gas detector uses a semiconductor sensor element that is highly sensitive to flammable gas. Typical products are sensor elements such as TGS821 and TGS2600 from Figaro Giken. Since these use semiconductor type sensor elements, there is a problem that the detection signal is greatly influenced by humidity, and is subject to change with time (drift) in the measurement technique. Because of these problems, in the above measurement technique, it is necessary to calibrate the instrument with a dedicated calibration gas, particularly in order to accurately and quantitatively measure the low concentration hydrogen / methane at the ppm level. In addition, in order to provide gas selectivity, this type of apparatus has a large equipment configuration including a gas chromatography portion, and becomes an expensive apparatus.

一方、本発明者らは、触媒反応と熱電変換機能とを組み合せた動作原理を利用して、水素の触媒燃焼により発生した温度差を素子自ら電圧を信号とする熱電式ガスセンサを開発している。この熱電式ガスセンサは、1)触媒を選択することで水素(又は一酸化炭素)選択性のセンサとすることが可能であり(非特許文献1、2参照)、2)センサの触媒温度を100℃として湿気の影響を無くすことが可能であり(非特許文献3参照)、3)マイクロセンサ触媒燃焼で発生した熱を効率的に電圧信号に変換することが可能である(非特許文献4参照)、等の特徴を有している。   On the other hand, the present inventors have developed a thermoelectric gas sensor that uses a temperature difference generated by catalytic combustion of hydrogen as a signal of the element itself using an operating principle that combines a catalytic reaction and a thermoelectric conversion function. . This thermoelectric gas sensor can be made 1) a hydrogen (or carbon monoxide) selective sensor by selecting a catalyst (see Non-Patent Documents 1 and 2). 2) The catalyst temperature of the sensor is set to 100. It is possible to eliminate the influence of moisture as ° C (see Non-Patent Document 3), and 3) it is possible to efficiently convert heat generated by microsensor catalytic combustion into a voltage signal (see Non-Patent Document 4). ), Etc.

例えば、呼気中の水素を測定するためには、数ppm−数百ppmの濃度範囲の水素を高感度に選択的に検出する必要がある。特に、呼気中には多くの種類の生体ガスが含まれているため、例えば、その中から水素のみの情報を取り出すためには、生体ガスに対する選択性が高選択性であることが非常に重要である。   For example, in order to measure hydrogen in exhaled breath, it is necessary to selectively detect hydrogen in a concentration range of several ppm to several hundred ppm with high sensitivity. In particular, since exhaled air contains many types of biological gases, for example, in order to extract only hydrogen information from them, it is very important that the selectivity for biological gases is high. It is.

Shin, W., Matsumiya, M., Izu,N., and Murayama, N., “Hydrogen-selective Thermoelectric Gas Sensor”, Sens.Actuators, B, 93 (2003) 304-308Shin, W., Matsumiya, M., Izu, N., And Murayama, N., “Hydrogen-selective Thermoelectric Gas Sensor”, Sens. Actuators, B, 93 (2003) 304-308 Matsumiya, M., Shin, W., Izu,N., and Murayama, N., “Thermoelectric CO Gas Sensor Using Thin-film Catalyst ofAu and Co3O4”, J. Electrochem. Soc., 151 (1), H7-H10 (2004)Matsumiya, M., Shin, W., Izu, N., and Murayama, N., “Thermoelectric CO Gas Sensor Using Thin-film Catalyst of Au and Co3O4”, J. Electrochem. Soc., 151 (1), H7- H10 (2004) Sawaguchi, N., Tajima, K.,Shin, W., Izu, N., Matsubara, I., and Murayama, N., “Effect of humidity on the sensing property ofthermoelectric hydrogen sensor”, Sens. Actuators, B, 108 (2005) 461-466Sawaguchi, N., Tajima, K., Shin, W., Izu, N., Matsubara, I., and Murayama, N., “Effect of humidity on the sensing property ofthermoelectric hydrogen sensor”, Sens. Actuators, B, 108 (2005) 461-466 Nishibori M., Shin W., Houlet,L., Tajima, K., Izu, N., Itoh, T., Murayama, N. and Matsubara, I., “New Structural Design ofMicro-thermoelectric Sensor for Wide range Hydrogen detection”, J. Ceram. Soc. Japan, vol.114, p 853-856 (2006)Nishibori M., Shin W., Houlet, L., Tajima, K., Izu, N., Itoh, T., Murayama, N. and Matsubara, I., “New Structural Design of Micro-thermoelectric Sensor for Wide range Hydrogen detection ”, J. Ceram. Soc. Japan, vol.114, p 853-856 (2006)

このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、呼気中の水素及び一酸化炭素等の生体ガス濃度を高感度に高選択的に計測できると共に、全体の計測、測定システムを簡易型にすることが可能な新しい測定方法及びその測定装置を開発することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、ガスセンサとして、本発明者らが開発した熱電式ガスセンサを用いることにより、生体ガス成分を高感度に高選択的に測定可能であり初期の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。   In such a situation, in view of the prior art, the present inventors can measure the concentration of biogas such as hydrogen and carbon monoxide in exhaled breath with high sensitivity and overall measurement, As a result of accumulating earnest research with the goal of developing a new measurement method and measurement device capable of simplifying the measurement system, by using the thermoelectric gas sensor developed by the present inventors as a gas sensor, The present inventors have found that the biogas component can be measured with high sensitivity and high selectivity and can achieve the initial purpose, and the present invention has been completed.

本発明は、呼気中の水素及び一酸化炭素等の生体ガス濃度を高感度に高選択的に計測、測定することができるガス測定方法及びその測定装置であって、ガスセンサとして、本発明者らが開発した熱電式ガスセンサを呼気中の水素及び一酸化炭素等の生体ガス濃度の計測に用いて、全体の計測、測定システムを簡便にすることを可能とした生体ガス濃度の測定方法及びその簡易型測定装置を提供することを目的とするものである。   The present invention is a gas measuring method and apparatus for measuring and measuring biological gas concentrations such as hydrogen and carbon monoxide in expired gas with high sensitivity and high sensitivity. Has developed a thermoelectric gas sensor for measuring the concentration of living gases such as hydrogen and carbon monoxide in exhaled breath, and has made it possible to simplify the overall measurement and measurement system and its simplified measurement method. An object of the present invention is to provide a mold measuring apparatus.

上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
(1)熱電式ガスセンサを用いて呼気中の生体ガス濃度を測定する方法であって、呼気中の生体ガス成分と触媒材との触媒反応による発熱を、熱電変換により電圧信号に変換し、それを検出信号として検出することにより呼気中の生体ガス成分の濃度を測定することを特徴とする呼気中の生体ガス濃度測定方法。
(2)ヒトの呼気を採取し、該呼気中に含まれる生体ガス成分の濃度を定量する、前記(1)に記載の呼気中の生体ガス濃度測定方法。
(3)呼気中の生体ガス成分と選択的に触媒反応する触媒材を用いて、該触媒反応による発熱を、熱電変換により電圧信号に変換し、それを検出信号として検出する、前記(1)に記載の呼気中の生体ガス濃度測定方法。
(4)生体ガス成分と触媒反応する触媒材として、水素又は一酸化炭素又はメタンガスに選択的に触媒反応する触媒材を用いることで、水素又は一酸化炭素又はメタン濃度を選択的に測定する、前記(3)に記載の呼気中の生体ガス濃度測定方法。
(5)触媒材として、白金系の貴金属合金、白金と酸化物の複合体又は白金系の貴金属合金と酸化物の複合体からなる複合触媒部材を使用し、呼気中に含まれる水素ガス濃度を選択的に測定する、前記(4)に記載の呼気中の生体ガス濃度測定方法。
(6)触媒材として、金系の貴金属合金、金と酸化物の複合体又は金系の貴金属合金と酸化物の複合体からなる複合触媒部材を使用し、呼気中に含まれる一酸化炭素ガス濃度を選択的に測定する、前記(4)に記載の呼気中の生体ガス濃度測定方法。
(7)触媒材として、Pt/酸化物触媒とAu/酸化物触媒を使用し、呼気中に含まれる水素及び一酸化炭素濃度を選択的に測定する、前記(4)に記載の呼気中の生体ガス濃度測定方法。
(8)生体ガス成分と触媒反応する触媒材の温度条件を、100℃から150℃の範囲のいずれかの温度に制御することにより、計測に必要な呼気ガス量を低減する、前記(4)に記載の呼気中の生体ガス濃度測定方法。
(9)前記(1)から(8)のいずれか1項に記載の測定方法に用いる生体ガス成分濃度の測定装置であって、ガスセンサとして、生体ガス成分と触媒材との触媒反応による発熱を、熱電変換により電圧信号に変換し、それを検出信号として検出するガス検出センサを含むことを特徴とする呼気中の生体ガス成分濃度の測定装置。
(10)除湿フィルタと、呼気を取り込むためのエアーポンプと、ガスセンサ部を構成要素として含み、該ガスセンサ部が生体ガス成分と触媒材との触媒反応による発熱を、熱電変換により電圧信号に変換し、それを検出信号として検出するガス検出センサからなり、クロマトグラフィーもしくは分離膜を用いるガス分離手段を含まないことを特徴とする、前記(9)に記載の呼気中の生体ガス成分濃度の測定装置。
(11)前記(1)から(8)のいずれか1項に記載の測定方法を使用して、ヒトの呼気中の生体ガス濃度を検出することを特徴とする簡易診断方法。
The present invention for solving the above-described problems comprises the following technical means.
(1) A method for measuring the concentration of a living gas in exhaled air using a thermoelectric gas sensor, wherein the heat generated by the catalytic reaction between the exhaled living gas component and the catalyst material is converted into a voltage signal by thermoelectric conversion. A method for measuring a concentration of a biological gas in expired air, wherein the concentration of the biological gas component in the expired air is measured by detecting the detection signal as a detection signal.
(2) The method for measuring a concentration of a living gas in the breath according to (1), wherein human breath is collected and the concentration of a living gas component contained in the breath is quantified.
(3) Using a catalyst material that selectively catalyzes with a biogas component in exhaled air, heat generated by the catalytic reaction is converted into a voltage signal by thermoelectric conversion, and is detected as a detection signal. 2. A method for measuring a concentration of a living gas in exhaled breath according to 1.
(4) As a catalyst material that undergoes a catalytic reaction with a biogas component, a hydrogen, carbon monoxide, or methane gas is selectively used to selectively measure hydrogen, carbon monoxide, or methane concentration. The method for measuring a concentration of biological gas in exhaled breath according to (3) above.
(5) As a catalyst material, a platinum-based noble metal alloy, a composite of platinum and oxide, or a composite catalyst member made of a platinum-based noble metal alloy and oxide is used, and the concentration of hydrogen gas contained in exhaled air is adjusted. The method for measuring a concentration of biological gas in expired air according to (4), wherein the concentration is selectively measured.
(6) Carbon monoxide gas contained in exhaled air, using a gold-based noble metal alloy, a composite of gold and oxide, or a composite catalyst member made of a gold-based noble metal alloy and oxide as a catalyst material The method for measuring a concentration of biological gas in exhaled breath according to (4), wherein the concentration is selectively measured.
(7) Pt / oxide catalyst and Au / oxide catalyst are used as catalyst materials, and hydrogen and carbon monoxide concentrations contained in exhaled gas are selectively measured. Biogas concentration measurement method.
(8) The amount of exhaled gas required for measurement is reduced by controlling the temperature condition of the catalyst material that undergoes a catalytic reaction with the biogas component to any temperature in the range of 100 ° C. to 150 ° C. (4) 2. A method for measuring a concentration of a living gas in exhaled breath according to 1.
(9) A biogas component concentration measuring device used in the measurement method according to any one of (1) to (8), wherein the gas sensor generates heat due to a catalytic reaction between the biogas component and the catalyst material. An apparatus for measuring a concentration of a biological gas component in exhaled breath, comprising a gas detection sensor that converts a voltage signal by thermoelectric conversion and detects it as a detection signal.
(10) A dehumidifying filter, an air pump for taking in exhaled air, and a gas sensor unit are included as components, and the gas sensor unit converts heat generated by a catalytic reaction between a biological gas component and a catalyst material into a voltage signal by thermoelectric conversion. The apparatus for measuring a concentration of a biological gas component in exhaled breath according to (9), comprising a gas detection sensor for detecting the detection signal as a detection signal and not including a gas separation means using chromatography or a separation membrane. .
(11) A simple diagnostic method characterized by detecting a biogas concentration in human expiration using the measurement method according to any one of (1) to (8).

次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、熱電式ガスセンサを用いて呼気中の生体ガス濃度を測定する方法であって、生体ガスと触媒材との触媒反応による発熱を、熱電変換により電圧信号に変換し、それを検出信号として検出することにより呼気中の生体ガス濃度を測定することを特徴とするものである。
Next, the present invention will be described in more detail.
The present invention relates to a method for measuring the concentration of a living gas in exhaled air using a thermoelectric gas sensor, wherein heat generated by a catalytic reaction between the living gas and a catalyst material is converted into a voltage signal by thermoelectric conversion, and this is detected signal. It is characterized by measuring the concentration of biological gas in exhaled breath by detecting as.

本発明では、ヒトの呼気を採取し、該呼気中に含まれる生体ガス濃度を定量すること、呼気中の生体ガス成分と選択的に触媒反応する触媒材を用いて、該触媒反応による発熱を、熱電変換により電圧信号に変換し、それを検出信号として検出すること、を好ましい実施の態様としている。   In the present invention, human breath is collected, the concentration of the biogas contained in the exhalation is quantified, and a catalytic material that selectively catalyzes with the biogas component in the exhalation is used to generate heat generated by the catalytic reaction. It is a preferred embodiment that a voltage signal is converted by thermoelectric conversion and detected as a detection signal.

本発明では、生体ガス成分と触媒反応する触媒材として、水素又は一酸化炭素又はメタンガスに選択的に触媒反応する触媒材を用いることで、水素又は一酸化炭素又はメタンを選択的に濃度測定すること、触媒材として、白金系の貴金属合金、白金と酸化物の複合体又は白金系の貴金属合金と酸化物の複合体からなる複合触媒部材を使用し、呼気中に含まれる水素ガス濃度を選択的に測定すること、を好ましい実施の態様としている。   In the present invention, the concentration of hydrogen, carbon monoxide, or methane is selectively measured by using a catalyst material that selectively reacts with hydrogen, carbon monoxide, or methane gas as a catalyst material that undergoes a catalytic reaction with a biogas component. The catalyst material is a platinum-based precious metal alloy, a composite catalyst member made of a platinum-oxide composite or a platinum-based precious metal alloy-oxide composite, and the concentration of hydrogen gas contained in the breath is selected. Is a preferred embodiment.

本発明では、触媒材として、金系の貴金属合金、金と酸化物の複合体又は金系の貴金属合金と酸化物の複合体からなる複合触媒部材を使用し、呼気中に含まれる一酸化炭素ガス濃度を選択的に測定すること、触媒材として、Pt/酸化物触媒とAu/酸化物触媒を使用し、呼気中に含まれる水素及び一酸化炭素濃度を選択的に測定すること、を好ましい実施の態様としている。   In the present invention, as the catalyst material, a gold-based noble metal alloy, a composite catalyst member made of a gold-oxide composite or a gold-based precious metal alloy-oxide composite is used, and carbon monoxide contained in exhaled air. It is preferable to selectively measure the gas concentration, and to selectively measure the concentration of hydrogen and carbon monoxide contained in exhaled air using Pt / oxide catalyst and Au / oxide catalyst as the catalyst material. This is an embodiment.

また、本発明は、上記方法を用いて呼気中の生体ガス濃度を測定する際に、生体ガス成分と触媒反応する触媒材の温度条件を100℃から150℃の範囲のいずれかの温度に制御することにより、計測に必要な呼気ガス量を低減すること、を特徴とするものである。   Further, the present invention controls the temperature condition of the catalyst material that undergoes a catalytic reaction with the biological gas component to any temperature within the range of 100 ° C. to 150 ° C. when measuring the concentration of the biological gas in the expiration using the above method. By doing so, the amount of exhaled gas required for measurement is reduced.

更に、本発明は、上記方法に用いる測定装置であって、ガスセンサとして、生体ガス成分と触媒材との触媒反応による発熱を、熱電変換により電圧信号に変換し、それを検出信号として検出するガス検出センサを含むことを特徴とするものであり、除湿フィルタと、呼気を取り込むためのエアーポンプと、ガスセンサ部を構成要素として含み、該ガスセンサ部が生体ガス成分と触媒材との触媒反応による発熱を、熱電変換により電圧信号に変換し、それを検出信号として検出するガス検出センサからなり、クロマトグラフィーもしくは分離膜を用いるガス分離手段を含まないこと、を好ましい実施の態様としている。   Furthermore, the present invention is a measuring apparatus used in the above method, and as a gas sensor, heat generated by a catalytic reaction between a biological gas component and a catalyst material is converted into a voltage signal by thermoelectric conversion and detected as a detection signal. A detection sensor is included, and includes a dehumidification filter, an air pump for taking in exhaled air, and a gas sensor unit as constituent elements, and the gas sensor unit generates heat due to a catalytic reaction between a biological gas component and a catalyst material. Is a gas detection sensor that converts the signal into a voltage signal by thermoelectric conversion and detects it as a detection signal, and does not include gas separation means using chromatography or a separation membrane.

本発明者らが開発した熱電式ガスセンサは、触媒反応と熱電変換機能とを組み合わせた動作原理で(図3参照)、例えば、水素の触媒燃焼により発生した温度差を素子自ら電圧を信号とするため、従来の半導体式や接触燃焼式の水素センサに比較して、以下のような特徴を有している。   The thermoelectric gas sensor developed by the present inventors is based on an operating principle that combines a catalytic reaction and a thermoelectric conversion function (see FIG. 3). For example, a temperature difference generated by catalytic combustion of hydrogen is used as a signal for the element itself. Therefore, it has the following characteristics as compared with the conventional semiconductor type or catalytic combustion type hydrogen sensor.

すなわち、熱電式ガスセンサは、1)触媒を選択することで水素(又は一酸化炭素)等の生体ガス選択性を可能にしたセンサであり、2)センサの触媒温度を100℃として湿気の影響を無くすことが可能であり、3)周囲温度の変動の影響を受けにくく、4)計測可能な濃度範囲が広く、5)ドリフトが無い、という特徴を持っていることから、これを、呼気中の水素及び一酸化炭素等の生体ガス濃度の計測手段に用いると、全体の測定システムを簡便な構成にすることが可能となる。   That is, a thermoelectric gas sensor is a sensor that enables biogas selectivity such as hydrogen (or carbon monoxide) by selecting a catalyst, and 2) the sensor temperature of the sensor is set to 100 ° C. to influence the humidity. 3) It is less susceptible to changes in ambient temperature, 4) has a wide measurable concentration range, and 5) has no drift. When used as a means for measuring the concentration of biological gases such as hydrogen and carbon monoxide, the entire measurement system can be made simple.

この熱電式ガスセンサ素子の高感度、高選択、高速な応答のためには、素子をマイクロ素子化することが有効である。本発明者らは、シリコンウェハ上に、薄膜状の熱電膜、触媒膜、電極、配線、ヒータを集積したマイクロ素子を開発した。シリコン基板上に、熱電素子、ヒータ、電極、配線、触媒等を集積し、更に、基板の裏側を選択的に取り除くプロセスにより、マイクロ素子を作製する。   In order to achieve high sensitivity, high selection, and high speed response of this thermoelectric gas sensor element, it is effective to make the element into a micro element. The present inventors have developed a micro device in which a thin film thermoelectric film, catalyst film, electrode, wiring, and heater are integrated on a silicon wafer. A microelement is manufactured by a process in which a thermoelectric element, a heater, an electrode, wiring, a catalyst, and the like are integrated on a silicon substrate, and the back side of the substrate is selectively removed.

図4に、マイクロ熱電式水素センサの作製プロセスを示す。これを具体的に説明すると、本発明では、例えば、複数の異なる触媒材を配設した基板、ガスと触媒材の触媒反応による発熱の温度差を電気信号に変換する熱電変換部から構成されるセンサ素子が用いられる。これにより、呼気中に含まれる生体ガスの特定ガス成分を高感度に高選択的に検出することが可能である。触媒材としては、白金/金系の貴金属合金、白金/金と酸化物の複合体又は白金/金系の貴金属合金と酸化物複合体からなる複合触媒材が例示される。   FIG. 4 shows a manufacturing process of a micro thermoelectric hydrogen sensor. Specifically, the present invention includes, for example, a substrate on which a plurality of different catalyst materials are disposed, and a thermoelectric conversion unit that converts a temperature difference of heat generated by the catalytic reaction between the gas and the catalyst material into an electrical signal. A sensor element is used. Thereby, it is possible to detect the specific gas component of the biological gas contained in the exhalation with high sensitivity and high selectivity. Examples of the catalyst material include a platinum / gold noble metal alloy, a composite of platinum / gold and an oxide, or a composite catalyst material made of a platinum / gold noble metal alloy and an oxide composite.

触媒は、例えば、ペースト状の材料を素子表面に形成してから加熱処理して焼成することにより作製することができる。この場合、例えば、最終的な触媒の構造が酸化物のナノ粒子と、その表面に数ナノメートルの大きさの貴金属とが分散された複合体となるように、予め原料配合及びその微細構造を設計し、原料のペーストを調製し、ペースト状に素子表面に形成し、焼成する。   The catalyst can be produced, for example, by forming a paste-like material on the element surface and then heat-treating and baking. In this case, for example, the raw material composition and its microstructure are previously set so that the final catalyst structure is a composite in which oxide nanoparticles and a noble metal having a size of several nanometers are dispersed on the surface. Design, prepare a raw material paste, form a paste on the element surface, and fire.

酸化物のナノ粒子としては、例えば、アルミナ、シリカ、酸化スズのナノ粒子、また、貴金属としては、例えば、Pt、Pd、Au、また、微細構造としては、例えば、酸化物の表面に金属のナノ粒子が所定の分散状態で分散されている構造、が例示される。また、触媒からの発熱エネルギーが周辺に伝わらないように、例えば、熱伝導の低いメンブレンの上に触媒が形成される。   Examples of the oxide nanoparticles include alumina, silica, and tin oxide nanoparticles, and examples of the noble metals include Pt, Pd, and Au. An example is a structure in which nanoparticles are dispersed in a predetermined dispersion state. Further, for example, the catalyst is formed on a membrane having low heat conduction so that the heat generated from the catalyst is not transmitted to the periphery.

本発明において、触媒用粉末及びペースト材料の調製は、例えば、市販の塩化白金、塩化パラジウムの水溶液を作り、直接、酸化物の粉末と混ぜて、これを加熱乾燥することで出発原料の触媒用粉末を調製し、これを、例えば、テルピネオールとエチルセルロース等で作ったビークルと混合し、ペースト状の材料を調製する。   In the present invention, the catalyst powder and paste material can be prepared, for example, by preparing a commercially available platinum chloride or palladium chloride aqueous solution, directly mixing it with the oxide powder, and heating and drying this for the catalyst of the starting material. A powder is prepared and mixed with a vehicle made of, for example, terpineol and ethyl cellulose to prepare a paste-like material.

微細パターンの形成は、例えば、素子の所定の位置に、ディスペンサを用いて触媒を塗布し、例えば、300℃で1時間加熱して触媒を作製することで行われる。触媒の大きさは、例えば、直径約0.5〜2.0mmの円形、あるいは幅0.5〜1.5mmの正方形のパターンとして形成することができる。   The formation of the fine pattern is performed, for example, by applying a catalyst to a predetermined position of the element by using a dispenser and heating at 300 ° C. for 1 hour to produce the catalyst. The size of the catalyst can be formed, for example, as a circular pattern having a diameter of about 0.5 to 2.0 mm or a square pattern having a width of 0.5 to 1.5 mm.

一酸化炭素を検出する触媒としては、例えば、粒子径が5nm以下の金の粒子を酸化チタンや酸化鉄等に担持させたAu/TiO触媒等が例示される。また、水素を検出する触媒としては、例えば、Pt系のPt/Al触媒が例示される。これらの触媒は、例えば、金属酸化物担体を浸漬した塩化物金酸水溶液をpH6〜10の範囲内で一定に保持し、熟成することにより、水酸化金を担体上にだけ析出・沈澱させた後、水洗・乾燥後、空気中で25℃、30分焼成することで作製することができる。 Examples of the catalyst for detecting carbon monoxide include an Au / TiO 2 catalyst in which gold particles having a particle diameter of 5 nm or less are supported on titanium oxide, iron oxide, or the like. Examples of the catalyst for detecting hydrogen include a Pt-based Pt / Al 2 O 3 catalyst. In these catalysts, for example, a chloroauric acid aqueous solution in which a metal oxide support is immersed is kept constant within a range of pH 6 to 10, and aged to precipitate and precipitate gold hydroxide only on the support. Then, after washing and drying, it can be produced by firing in air at 25 ° C. for 30 minutes.

このAu/TiO触媒として、例えば、触媒組成が3wt%Au/TiOで、金粒子径が2.8nm(TEM標準偏差0.8nm)の超微粒子の触媒材が例示される。この場合、文献(例えば、特開2006−047276号公報)に記載のペースト作製法を利用して、触媒材を素子上に塗布、集積化することができる。 As this Au / TiO 2 catalyst, for example, a catalyst material having a catalyst composition of 3 wt% Au / TiO 2 and a gold particle diameter of 2.8 nm (TEM standard deviation 0.8 nm) is exemplified. In this case, the catalyst material can be applied and integrated on the element by using a paste manufacturing method described in the literature (for example, JP-A-2006-047276).

本発明では、マイクロセンサ素子を構築し、使用することができる。例えば、熱電式ガスセンサ素子において、触媒からの発熱エネルギーが周辺に伝わらないように、熱伝導の低いメンブレの上に、ディスペンサを用いて触媒の微細パターンを形成して、マイクロ素子を作製することができる。この場合、マイクロ熱電式ガスセンサ素子の作製プロセスは、基本的には、基板に、熱遮蔽のためのメンブレンを形成する工程、このメンブレン上に、熱電変換材料膜パターン、ヒータパターン、配線パターン、及び触媒材料パターンを形成する工程から構成される。   In the present invention, a microsensor element can be constructed and used. For example, in a thermoelectric gas sensor element, a micro element can be produced by forming a fine pattern of a catalyst using a dispenser on a membrane having low thermal conductivity so that heat generated from the catalyst is not transmitted to the surroundings. it can. In this case, the fabrication process of the micro thermoelectric gas sensor element basically includes a step of forming a membrane for heat shielding on the substrate, a thermoelectric conversion material film pattern, a heater pattern, a wiring pattern, and the like on the membrane. It consists of the process of forming a catalyst material pattern.

図5に、作製したマイクロ熱電式水素センサの写真を示す。水素センサ素子のデザインは、1)素子熱容量を最小化すること、2)熱拡散を効率的に防止すること、を目的に適宜決定する。熱遮蔽のために形成したメンブレンの面内に、ヒータ、熱電薄膜、及び電極を集積する。メンブレンの作製には、例えば、KOH溶液を用いたシリコン基板の異方性ウェットエッチング技術を利用することができる。厚み300nm程度のSiGe熱電薄膜は、スパッタ法で形成し、結晶化のために、高温熱処理プロセスを行う。   FIG. 5 shows a photograph of the produced micro thermoelectric hydrogen sensor. The design of the hydrogen sensor element is appropriately determined for the purpose of 1) minimizing the element heat capacity and 2) efficiently preventing thermal diffusion. A heater, a thermoelectric thin film, and an electrode are integrated in the surface of the membrane formed for heat shielding. For the production of the membrane, for example, an anisotropic wet etching technique for a silicon substrate using a KOH solution can be used. A SiGe thermoelectric thin film having a thickness of about 300 nm is formed by sputtering, and a high temperature heat treatment process is performed for crystallization.

水素燃焼触媒として、アルミナに白金を担持させたセラミックス触媒を集積化したマイクロセンサ素子は(図5参照)、薄膜触媒を用いた素子に比べて、水素に対する信号電圧が飛躍的に向上する。図6に、触媒温度を100℃にしたマイクロ熱電式水素センサの電圧信号の水素濃度依存性を示す。このマイクロ熱電式センサは、従来のバルクタイプのセンサに比較して、マイクロセンサ触媒燃焼で発生した熱を効率的に電圧信号に変換することができる。   As a hydrogen combustion catalyst, a microsensor element in which a ceramic catalyst in which platinum is supported on alumina is integrated (see FIG. 5), the signal voltage for hydrogen is dramatically improved as compared with an element using a thin film catalyst. FIG. 6 shows the dependence of the voltage signal of the micro thermoelectric hydrogen sensor with the catalyst temperature of 100 ° C. on the hydrogen concentration. This micro thermoelectric sensor can efficiently convert heat generated by catalytic combustion of a micro sensor into a voltage signal as compared with a conventional bulk type sensor.

このため、特に、水素濃度が低濃度側での特性が向上し、水素濃度0.5ppmの低濃度から5%の高濃度まで、直線性の優れた応答特性を示す。本発明の、熱電式ガスセンサを利用した呼気中生体ガス濃度計測、測定の全体システムは、図7に示すよう、シリカゲルを筒等に詰めた簡易除湿フィルタと呼気を取り込むためのエアーポンプとセンサから構成される簡便なものである。   For this reason, in particular, the characteristics when the hydrogen concentration is low are improved, and response characteristics with excellent linearity are exhibited from a low concentration of 0.5 ppm to a high concentration of 5%. As shown in FIG. 7, the entire system for measuring the concentration of living biological gas in the breath using the thermoelectric gas sensor of the present invention is composed of a simple dehumidification filter in which silica gel is packed in a cylinder, an air pump and a sensor for taking in the breath. It is a simple structure.

本発明では、熱電式ガスセンサを用いることで、湿気に依存しない安定した性能が発揮できることが分かった。しかし、実際の環境では、ヒトの呼気は、36℃で相対湿度95%以上の高温多湿のガスであり、これを、そのままシステムに入れると、通常、システムの温度は、室温25℃前後のため、システムの中に結露が生じる等の問題が発生する。本発明の測定装置では、上述の市販の装置のように、湿度を丁寧に除去する必要はないが、例えば、シリカゲル程度の簡易除湿部を設けることで、測定システムの安定性を確保することが可能である。   In this invention, it turned out that the stable performance which does not depend on moisture can be exhibited by using a thermoelectric gas sensor. However, in an actual environment, human exhalation is a hot and humid gas with a relative humidity of 95% or higher at 36 ° C, and when this is put into the system as it is, the temperature of the system is usually around 25 ° C at room temperature. Problems such as the occurrence of condensation in the system occur. In the measuring apparatus of the present invention, it is not necessary to carefully remove the humidity as in the above-described commercially available apparatus. However, for example, by providing a simple dehumidifying unit of about silica gel, the stability of the measuring system can be ensured. Is possible.

従来、熱電式ガスセンサは、可燃性ガスの測定用センサとして公知であるが、ヒトの呼気中の生体ガスの分析に使用された例は無く、しかも、36℃で相対湿度95%以上の多湿条件下で生体ガス成分を高感度に高選択的に検知できるか否かは全く不明であった。本発明は、後記する実施例に示した実験を重ねた結果、ヒトの呼気中の生体ガス成分を、高湿度条件下においても、高感度に高選択的に分析し得ることを実証したものであり、これらの知見は、文献の記載からは全く予期し得ない新規かつ格別のものである。   Conventionally, a thermoelectric gas sensor is known as a sensor for measuring a combustible gas. However, no thermoelectric gas sensor has been used for analysis of biological gas in human exhalation, and the relative humidity is not less than 95% at 36 ° C. It was completely unknown whether biogas components can be detected with high sensitivity and high selectivity. As a result of repeated experiments shown in the examples described later, the present invention has demonstrated that biogas components in human breath can be analyzed with high sensitivity and high selectivity even under high humidity conditions. Yes, these findings are new and exceptionally unexpected from the literature.

前述のように、本発明では、呼気中の水素を選択的に検知する触媒材としては、例えば、白金系の貴金属合金、白金と酸化物の複合体又は白金系の貴金属合金と酸化物の複合体からなる複合触媒部材が例示される。また、呼気中の一酸化炭素を選択的に検知する触媒材としては、例えば、金系の貴金属合金、金と酸化物の複合体又は金系の貴金属合金と酸化物の複合体からなる複合触媒部材が例示される。また、呼気中の水素及び一酸化炭素を選択的に検知する触媒材としては、例えば、Pt/酸化物触媒とAu/酸化物触媒が例示されるが、同効の触媒材であれば同様に使用することで可能であり、これらに制限されるものではない。   As described above, in the present invention, as a catalyst material that selectively detects hydrogen in the breath, for example, a platinum-based noble metal alloy, a platinum-oxide composite, or a platinum-based noble metal alloy-oxide composite The composite catalyst member which consists of a body is illustrated. Examples of the catalyst material that selectively detects carbon monoxide in the breath include, for example, a gold-based noble metal alloy, a composite of gold and an oxide, or a composite catalyst composed of a composite of a gold-based noble metal alloy and an oxide. The member is exemplified. In addition, examples of the catalyst material that selectively detects hydrogen and carbon monoxide in exhaled air include Pt / oxide catalyst and Au / oxide catalyst. It is possible to use it, but it is not limited to these.

本発明では、上記方法を用いて呼気中の生体ガス濃度を測定する際に、生体ガス成分と触媒反応する触媒材の温度条件を100℃から150℃の範囲のいずれかの温度に制御することにより、低濃度ガスに対する応答速度及び安定時間を向上させ、計測に必要な被験者から採取する呼気ガス量を低減し、計測時間を短縮することが可能となる。本発明では、ヒトの呼気中の生体ガス濃度を検出することを可能とする簡易診断手法と手段を構築し、提供することができる。   In the present invention, the temperature condition of the catalyst material that undergoes a catalytic reaction with the biogas component is controlled to any temperature in the range of 100 ° C. to 150 ° C. when the biogas concentration in the exhaled breath is measured using the above method. Thus, it is possible to improve the response speed and the stabilization time for the low-concentration gas, reduce the amount of exhaled gas collected from the subject necessary for measurement, and shorten the measurement time. In the present invention, it is possible to construct and provide a simple diagnostic technique and means that can detect a biogas concentration in human breath.

本発明では、上記方法に用いる測定装置として、除湿フィルタと、呼気を取り込むためのエアーポンプと、ガスセンサ部を構成要素として含み、該ガスセンサ部が生体ガス成分と触媒材との触媒反応による発熱を、熱電変換により電圧信号に変換し、それを検出信号として検出するガス検出センサからなり、クロマトグラフィーもしくは分離膜を用いるガス分離手段を含まないことを特徴とする呼気中の生体ガス濃度測定装置が用いられる。上記装置を構成する除湿フィルタ、エアーポンプ、及びガスセンサ部の具体的な構成は、特に限定されるものではなく、必要に応じて任意に設計することができる。   In the present invention, the measurement device used in the above method includes a dehumidifying filter, an air pump for taking in exhaled air, and a gas sensor unit as constituent elements, and the gas sensor unit generates heat due to a catalytic reaction between a biological gas component and a catalyst material. An apparatus for measuring a concentration of a living body gas in a breath, comprising a gas detection sensor that converts a voltage signal by thermoelectric conversion and detects it as a detection signal, and does not include a gas separation means using chromatography or a separation membrane Used. The specific configurations of the dehumidifying filter, the air pump, and the gas sensor unit that constitute the device are not particularly limited, and can be arbitrarily designed as necessary.

本発明により、次のような効果が奏される。
(1)ヒトの呼気中の水素又は一酸化炭素等の生体ガスを高感度に高選択的に計測、測定する方法及びその簡易型測定装置を提供することができる。
(2)上述の市販の装置のように、特殊な除湿機構を設けて呼気サンプリングガスの湿度を下げなくても、シリカゲル程度の簡易除湿部を設けることで足りる。
(3)ガスを選択・選別するためのガスクロマトグラフィ等が必要とされないため、システムを簡便な構造に構成することができる。
(4)低濃度ガスに対する応答速度及び安定時間が短いため、計測に必要な被験者から採取する呼気ガス量が少なく、負担が少ない。
(5)複雑な除湿部、ガスクロマトグラフィ部が必要とされないため、ガス流を制御するエアーポンプも簡単で小型でも十分計測可能である。
(6)従来の簡易型分析装置では、図2に示されるようなガスクロマトグラフィのピークから、ガス種とその量を分析するが、本発明の熱電式水素センサのシステムでは、センサ自らがガス選択性であるため、ガスクロマトグラフィ部分が不要である。
(7)これらのことから、コンパクトな装置で、十数秒以内で水素(又は一酸化炭素)等の生体ガス濃度を高精度で計測、測定することが可能である。
(8)ヒトの呼気中の生体ガス濃度を検出することを可能とする簡易診断手法を提供することができる。
The present invention has the following effects.
(1) It is possible to provide a method for measuring and measuring a biological gas such as hydrogen or carbon monoxide in human exhalation with high sensitivity and high sensitivity, and a simple measuring device thereof.
(2) It is sufficient to provide a simple dehumidifying unit of about silica gel without providing a special dehumidifying mechanism and reducing the humidity of the breath sampling gas as in the above-mentioned commercially available apparatus.
(3) Since a gas chromatography or the like for selecting and selecting a gas is not required, the system can be configured in a simple structure.
(4) Since the response speed and the stabilization time for low-concentration gas are short, the amount of exhaled gas collected from the subject necessary for measurement is small and the burden is small.
(5) Since a complicated dehumidifying part and gas chromatography part are not required, the air pump for controlling the gas flow is simple and small enough to be measured.
(6) The conventional simple analyzer analyzes the gas species and their amounts from the peak of gas chromatography as shown in FIG. 2. In the thermoelectric hydrogen sensor system of the present invention, the sensor itself selects the gas. Therefore, the gas chromatography part is unnecessary.
(7) From these things, it is possible to measure and measure the concentration of biological gas such as hydrogen (or carbon monoxide) with high accuracy within a few dozen seconds with a compact device.
(8) It is possible to provide a simple diagnostic technique that can detect the concentration of biological gas in human breath.

次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited at all by the following Examples.

図8に示す簡易型呼気分析装置に、半導体式ガスセンサと、熱電式水素センサとを用いてガス濃度計測を行い、その違いを実験で確認した。使用したセンサ素子としては、半導体式センサは、市販センサ素子TGS821(フィガロ技研製)であり、熱電式水素センサは、マイクロ熱電式水素センサ(非特許文献4と同様のプロセスで作製した素子)であった。   The gas concentration measurement was performed on the simplified breath analysis apparatus shown in FIG. 8 using a semiconductor gas sensor and a thermoelectric hydrogen sensor, and the difference was confirmed by experiments. As a sensor element used, a semiconductor sensor is a commercially available sensor element TGS821 (manufactured by Figaro Giken), and a thermoelectric hydrogen sensor is a micro thermoelectric hydrogen sensor (an element manufactured by a process similar to Non-Patent Document 4). there were.

(1)実験の詳細
室内の空気(シリカゲルによる除湿後と同程度)をガス採集用袋に採集し、その袋に水素を計量注入し、(水素/空気)となるよう調製した混合模擬ガスを準備した。この混合ガスを300ccmの流量でガスセンサ部に流し、ガスセンサからの信号を記録した。サンプリングガスとフローガスの2つのガスを同じくサンプリング袋に入れ、切り替えて流した。ガスの湿度は、室温で相対湿度約20%であった。
(1) Details of the experiment Indoor air (same as after dehumidification with silica gel) is collected in a gas collection bag, hydrogen is metered into the bag, and the mixed simulated gas prepared to become (hydrogen / air) Got ready. This mixed gas was passed through the gas sensor section at a flow rate of 300 ccm, and a signal from the gas sensor was recorded. Two gases, a sampling gas and a flow gas, were also put in the sampling bag and switched to flow. The humidity of the gas was about 20% relative humidity at room temperature.

(2)定量的な検知性能
図9に示すように、熱電式水素センサから、1000ppmレベルまで定量的な計測が可能な信号が得られた。これを基に検量線を引くことで、呼気中の水素濃度を定量的に評価した。
(2) Quantitative detection performance As shown in FIG. 9, a signal capable of quantitative measurement up to 1000 ppm level was obtained from the thermoelectric hydrogen sensor. By drawing a calibration curve based on this, the hydrogen concentration in the breath was quantitatively evaluated.

(3)メタンガスの干渉特性
図10に示すように、熱電式水素センサと半導体式ガスセンサのメタンガスによる干渉特性(メタンガスのみ)を調べた。熱電式水素センサは、100ppmのメタンガスには殆ど応答しなかった。通常の呼気中のメタン濃度は、最大で100ppm程度であり、熱電式水素センサは、この応用では、メタンに応答しないと考えても良い。
(3) Interference characteristics of methane gas As shown in FIG. 10, the interference characteristics of methane gas (only methane gas) of a thermoelectric hydrogen sensor and a semiconductor gas sensor were examined. The thermoelectric hydrogen sensor hardly responded to 100 ppm of methane gas. The methane concentration in normal exhalation is about 100 ppm at the maximum, and it may be considered that the thermoelectric hydrogen sensor does not respond to methane in this application.

1000ppmのメタンガスには、熱電式水素センサでも応答が見られた。しかし、応答した信号の大きさは、水素ガス換算で5ppm以下であり、無視できる程度と考えられる。半導体式のセンサの場合は、メタンに応答した。また、水素ガスの応答に比べて小さく、約1/10の信号であつた。   Response to 1000 ppm methane gas was also observed with a thermoelectric hydrogen sensor. However, the magnitude of the response signal is 5 ppm or less in terms of hydrogen gas, and is considered negligible. The semiconductor sensor responded to methane. Moreover, it was small compared with the response of hydrogen gas, and the signal was about 1/10.

しかし、実際の呼気の場合、水素とメタンは混合された状態であり、この状態で水素の濃度計測にメタンの量が合わせられると正確な計測ができなくなる。図11に、水素ガスとメタンガスを混合した場合の熱電式水素センサと半導体式ガスセンサのメタンガスによる干渉特性を示す。熱電式水素センサの場合、メタンガスによる影響は殆ど無いことが分かった。しかし、半導体式センサは100ppmのメタンでも干渉特性があった。   However, in the case of actual exhalation, hydrogen and methane are in a mixed state, and if the amount of methane is adjusted to the hydrogen concentration measurement in this state, accurate measurement cannot be performed. FIG. 11 shows interference characteristics of a thermoelectric hydrogen sensor and a semiconductor gas sensor due to methane gas when hydrogen gas and methane gas are mixed. In the case of a thermoelectric hydrogen sensor, it was found that there was almost no influence by methane gas. However, the semiconductor sensor has interference characteristics even at 100 ppm of methane.

(4)湿度の影響・ガスセンサの違い
室内の空気(シリカゲルによる除湿後と同程度)をガス採集用袋に採集し、その袋に水素を計量注入し、20ppm(水素/空気)となるように調製した混合ガスを準備した。また、高湿度ガスを別途準備し、これも20ppm(水素/空気)となるように調製した。これらの混合ガスを300ccmの流量でガスセンサ部に流して、熱電式水素センサと半導体式ガスセンサからの信号を記録した。サンプリングガスとフローガスの2つのガスを同じくサンプリング袋に入れ、切り替えて流した。
(4) Humidity effects / Gas sensor differences Indoor air (same as after dehumidification with silica gel) is collected in a gas collection bag, and hydrogen is metered into the bag to reach 20 ppm (hydrogen / air). The prepared mixed gas was prepared. Further, a high-humidity gas was separately prepared and prepared so as to be 20 ppm (hydrogen / air). These mixed gases were passed through the gas sensor section at a flow rate of 300 ccm, and signals from the thermoelectric hydrogen sensor and the semiconductor gas sensor were recorded. Two gases, a sampling gas and a flow gas, were also put in the sampling bag and switched to flow.

(5)熱電式水素センサ
熱電式水素センサと半導体式センサは、高湿度のガスに影響を受ける。熱電式水素センサの場合は、高濃度の水素計測の場合、殆ど影響が無いが、PPMレベルとなると、図10に示したような影響が発生する。そのため、簡易的な処置でも、計測するガスをシリカゲル等の乾燥剤を通し、湿度を落せば、図10の乾燥の状態のような計測が、再現性良く繰り返し、定量的に、図9のような検量が可能であることが分かった。
(5) Thermoelectric hydrogen sensor Thermoelectric hydrogen sensors and semiconductor sensors are affected by high humidity gases. In the case of a thermoelectric hydrogen sensor, there is almost no influence in the case of high concentration hydrogen measurement, but when the PPM level is reached, the influence shown in FIG. 10 occurs. Therefore, even in a simple procedure, if the gas to be measured is passed through a desiccant such as silica gel and the humidity is lowered, the measurement like the dry state in FIG. 10 is repeated with good reproducibility and quantitatively as shown in FIG. It was found that accurate calibration was possible.

(6)半導体式センサ
半導体式センサは、可燃性ガスの選択性は悪いが、ppmレベルの低濃度でも高感度に応答する特性を示す。しかし、その動作原理から、全ての検知濃度範囲において、分析ガスに含まれている湿度にも敏感に応答する。その傾向としては、図10に示したように、湿度が高いと応答電圧が大きくなる。
(6) Semiconductor type sensor The semiconductor type sensor shows the characteristic of responding to high sensitivity even at low concentrations of ppm level, although the selectivity of combustible gas is poor. However, due to its operating principle, it responds sensitively to the humidity contained in the analysis gas in the entire detected concentration range. As the tendency, as shown in FIG. 10, when the humidity is high, the response voltage increases.

他の問題としては、図10からも、ガス流の切替の際に、応答が遅いこと、計測ガスから空気に切り替えても、信号が残ってしまい、ベースラインヘ素早く戻ることができないこと、等の問題が確認できる。このセンサとガスクロマトグラフィとを組み合わせた呼気分析装置の場合、ガスクロマトグラフィが時間差によるガス分別原理を用いるため、このような、立ち上がり、立下りの応答特性の問題は、ガス濃度計測に致命的な問題となる。   As other problems, as shown in FIG. 10, when the gas flow is switched, the response is slow, and even when switching from the measurement gas to the air, the signal remains, and it is not possible to quickly return to the baseline. The problem can be confirmed. In the case of a breath analyzer that combines this sensor and gas chromatography, gas chromatography uses the principle of gas separation based on time difference, so such problems of rising and falling response characteristics are fatal problems for gas concentration measurement. It becomes.

熱電式水素センサを用いて呼気測定を行った。具体的には、図8に示されるような簡易型分析システムに、熱電式水素センサを用いて呼気ガス濃度計測を行った。呼気採取としては、30代の男性(本発明者ら)から呼気採集袋に呼気を吹き込んで採敗した。採取ガスを300ccmの流量でガスセンサ部に流して、ガスセンサからの信号を記録した。採取ガスとフローガスの2つのガスを同じくサンプリング袋に入れ、切り替えて流した。この呼気の熱電式水素センサを用いた簡易型呼気分析装置による呼気中の水素濃度測定結果を図13に示す。熱電式水素センサの応答は、経過時間100sでの応答で2.6μVであり、検量線から考えると、6.5ppmの水素と計測された。   Breath measurement was performed using a thermoelectric hydrogen sensor. Specifically, exhaled gas concentration was measured using a thermoelectric hydrogen sensor in a simple analysis system as shown in FIG. As for exhalation collection, a 30-year-old man (the present inventors) infused exhalation into an exhalation collection bag and lost the breath. The sampling gas was flowed through the gas sensor section at a flow rate of 300 ccm, and the signal from the gas sensor was recorded. Two gases, sampling gas and flow gas, were also put in the sampling bag and switched to flow. FIG. 13 shows the result of measuring the hydrogen concentration in the breath by a simple breath analyzer using the thermoelectric hydrogen sensor of the breath. The response of the thermoelectric hydrogen sensor was 2.6 μV in response at an elapsed time of 100 s, and it was measured to be 6.5 ppm of hydrogen when considered from the calibration curve.

図8に示されるような簡易型分析システムに、熱電式水素センサを用いてガス濃度計測を行った。その際、触媒温度100℃から150℃まで、ガス流量300ccmから100ccmまで変化させ、触媒温度とガス流量による応答速度の違いを確認した。   The gas concentration was measured using a thermoelectric hydrogen sensor in a simple analysis system as shown in FIG. At that time, the catalyst temperature was changed from 100 ° C. to 150 ° C. and the gas flow rate was changed from 300 ccm to 100 ccm, and the difference in response speed depending on the catalyst temperature and the gas flow rate was confirmed.

(1)実験の詳細
温度25℃・相対湿度55%に調整した空気を、ガス採集用袋に採集し、その袋に水素を計量注入し、(水素/空気)となるよう調製した混合模擬ガスを準備した。この混合ガスを300ccmから100ccmの流量でガスセンサ部に流し、ガスセンサからの信号を記録した。サンプリングガスとフローガスの2つのガスを同じくサンプリング袋に入れ、空気30秒・混合模擬ガス150秒・空気60秒と切り替えて計測を行った。
(1) Details of the experiment The mixed simulated gas was prepared so that air adjusted to a temperature of 25 ° C and a relative humidity of 55% was collected in a gas collection bag, and hydrogen was metered into the bag to become (hydrogen / air). Prepared. This mixed gas was passed through the gas sensor section at a flow rate of 300 ccm to 100 ccm, and a signal from the gas sensor was recorded. Two gases of sampling gas and flow gas were put in the same sampling bag, and measurement was performed by switching between air 30 seconds, mixed simulation gas 150 seconds, and air 60 seconds.

(2)触媒温度100℃での応答特性
図14に、触媒温度100℃での応答特性を示す。水素濃度1000ppmにおいて、300ccmでは、立ち上がりは早いが、徐々に電圧が低下し、ガス切り替え後、安定するまでに60秒程度かかった。また、100ccmでは、ガス置換のタイムラグがあるが、ガス切り替え後、60秒程度で電圧が安定するため、安定するまでに必要なガス量は、流速に依存せず一定であると言える。水素濃度100ppmにおいて、300ccm,100ccmともに、ガス切り替え後、安定するまで150秒程度かかった。また、流速により最大応答値が変化した。
(2) Response characteristics at a catalyst temperature of 100 ° C. FIG. 14 shows the response characteristics at a catalyst temperature of 100 ° C. At a hydrogen concentration of 1000 ppm, at 300 ccm, the rise was fast, but the voltage gradually decreased and it took about 60 seconds to stabilize after gas switching. Further, at 100 ccm, there is a time lag of gas replacement, but the voltage stabilizes in about 60 seconds after gas switching. Therefore, it can be said that the amount of gas necessary for stabilization is constant regardless of the flow rate. At a hydrogen concentration of 100 ppm, it took about 150 seconds for both 300 ccm and 100 ccm to stabilize after gas switching. Moreover, the maximum response value changed with the flow rate.

(3)触媒温度125℃での応答特性
図15に、触媒温度125℃での応答特性を示す。水素濃度1000ppmにおいて、300ccmでは、立ち上がりが早く、ガス切り替え後、20秒程度で電圧が安定した。また、100ccmでは、ガス置換のタイムラグがあるが、ガス切り替え後、安定するまでの時間は40秒程度であった。水素濃度100ppmにおいて、300ccmでは、ガス切り替え後、20秒程度で電圧が安定し、ガス置換のタイムラグがあるが、100ccmでさえ、ガス切り替え後、40秒程度で安定した。
(3) Response characteristics at a catalyst temperature of 125 ° C. FIG. 15 shows the response characteristics at a catalyst temperature of 125 ° C. At a hydrogen concentration of 1000 ppm, at 300 ccm, the rise was fast and the voltage stabilized in about 20 seconds after gas switching. Further, at 100 ccm, there is a time lag of gas replacement, but the time until gas is stabilized after gas switching is about 40 seconds. At a hydrogen concentration of 100 ppm, at 300 ccm, the voltage stabilized after about 20 seconds after gas switching and there was a time lag for gas replacement, but even at 100 ccm, it stabilized after about 40 seconds after gas switching.

(4)触媒温度150℃での応答特性
図16に、触媒温度150℃での応答特性を示す。水素濃度1000ppmにおいて、300ccmでは、立ち上がりが早く、ガス切り替え後、20秒程度で電圧が安定した。また、100ccmでは、ガス置換のタイムラグがあるが、ガス切り替え後、安定するまでの時間は40秒程度であった。水素濃度100ppmにおいて、300ccmでは、ガス切り替え後、20秒以内に電圧が安定し、ガス置換のタイムラグがあるが、100ccmでさえ、ガス切り替え後、40秒程度で安定した。
(4) Response characteristics at a catalyst temperature of 150 ° C. FIG. 16 shows the response characteristics at a catalyst temperature of 150 ° C. At a hydrogen concentration of 1000 ppm, at 300 ccm, the rise was fast and the voltage stabilized in about 20 seconds after gas switching. Further, at 100 ccm, there is a time lag of gas replacement, but the time until gas is stabilized after gas switching is about 40 seconds. At a hydrogen concentration of 100 ppm, at 300 ccm, the voltage stabilized within 20 seconds after gas switching, and there was a time lag for gas replacement, but even at 100 ccm, it stabilized at about 40 seconds after gas switching.

(5)触媒温度と流量による応答速度の違い
触媒温度を125℃にした場合、100℃の場合と比べて、格段に応答速度及びガス切り替え後、安定するまでの時間が速くなることが分かった。しかしながら、触媒温度150℃の場合は、125℃の場合と比べ、大きく改善される点は見られなかった。
(5) Difference in response speed depending on catalyst temperature and flow rate It was found that when the catalyst temperature was set to 125 ° C, the response time and the time to stabilization became much faster after gas switching than when the temperature was 100 ° C. . However, when the catalyst temperature was 150 ° C., no significant improvement was observed compared to the case of 125 ° C.

(6)計測に必要とされるガス量
計測に必要とされるガス量は、上述の結果から、以下の表1のように見積もることができた。
(6) Gas amount required for measurement The gas amount required for measurement could be estimated as shown in Table 1 below from the above results.

触媒温度を変えることで、低濃度計測での反応時間(応答速度)を速め、計測に必要なガス流量を少なくすることができた。例えば、動作温度を100℃から125℃にすることで、水素濃度100ppmの計測に必要なガス量は、最大1/6となる。このことは、測定時間の短縮及び測定に必要な呼気ガス採取量の減少等、測定時の被験者に対する負担を減少させることにつながることを意味する。   By changing the catalyst temperature, the reaction time (response speed) in low concentration measurement was increased, and the gas flow rate required for measurement could be reduced. For example, when the operating temperature is changed from 100 ° C. to 125 ° C., the gas amount necessary for measuring the hydrogen concentration of 100 ppm becomes 1/6 at the maximum. This means that the burden on the subject at the time of measurement, such as shortening the measurement time and reducing the amount of exhaled gas collected for measurement, is reduced.

ガスの選択性について検討するために、図8に示されるような簡易型分析システムに、熱電式水素センサを用いて、干渉ガスに対する濃度計測を行った。温度25℃・相対湿度55%に調整した空気を、ガス採集用袋に採集し、その袋に、一酸化炭素あるいはイソブタンを計量注入して調製した混合ガスを準備した。この混合ガスを300ccmの流量でガスセンサ部に流し、ガスセンサからの信号を記録した。混合ガスとフローガスの2つのガスを同じくサンプリング袋に入れ、空気30秒・混合模擬ガス150秒・空気60秒と切り替えて計測を行った。   In order to examine the gas selectivity, the concentration of interference gas was measured using a thermoelectric hydrogen sensor in a simple analysis system as shown in FIG. Air adjusted to a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 55% was collected in a gas collection bag, and a mixed gas prepared by metering carbon monoxide or isobutane into the bag was prepared. This mixed gas was passed through the gas sensor section at a flow rate of 300 ccm, and a signal from the gas sensor was recorded. Two gases, a mixed gas and a flow gas, were also put in a sampling bag, and measurement was performed by switching between air 30 seconds, mixed simulation gas 150 seconds, and air 60 seconds.

(1)一酸化炭素
図17に、一酸化炭素の場合の計測結果を示す。一酸化炭素単独ガスに対して、動作温度100℃では、100ppm,10ppm共に検知しないことが分かった。しかしながら、動作温度が高くなるにつれ、検知感度が高くなり、10ppmに対しても応答を示した。一酸化炭素は、触媒表面に吸着することで被毒となり、水素の燃焼を阻害しうるが、この場合、一酸化炭素を燃焼するため、被毒とはならず、水素検知の妨げにならないことが分かった。
(1) Carbon monoxide FIG. 17 shows the measurement results in the case of carbon monoxide. It was found that neither 100 ppm nor 10 ppm was detected at an operating temperature of 100 ° C. with respect to the carbon monoxide single gas. However, as the operating temperature increased, the detection sensitivity increased and the response was shown even at 10 ppm. Carbon monoxide can be poisoned by adsorbing on the catalyst surface and inhibit hydrogen combustion, but in this case, carbon monoxide is burned, so it is not poisoned and does not interfere with hydrogen detection. I understood.

(2)イソブタン
図18に、イソブタンの場合の計測結果を示す。イソブタンに対して、動作温度150℃でも検知せず、動作温度200℃以上で、わずかに検知し始めた。したがって、本発明の分析に影響を与える恐れはないことが分かった。
(2) Isobutane FIG. 18 shows the measurement results for isobutane. For isobutane, no detection was made even at an operating temperature of 150 ° C., and a slight detection started at an operating temperature of 200 ° C. Therefore, it has been found that there is no risk of affecting the analysis of the present invention.

以上詳述したように、本発明は、呼気中の生体ガスを測定する方法及びその簡易型測定装置に係るものであり、本発明により、コンパクトな装置で、十数秒以内の短時間で、呼気中の水素又は一酸化炭素ガス濃度を高感度に計測、測定することができる、呼気中の生体ガス濃度測定方法及びその簡易型測定装置を提供することができる。本発明は、ヒトの呼気中の水素又は一酸化炭素等の生体ガスを高感度に高選択的に計測、測定する方法及びその簡易型測定装置を提供し、被験者の病態生理学的な解析を簡便かつ高感度に行うことを可能とする新規診断手法を提供するものとして有用である。   As described above in detail, the present invention relates to a method for measuring a biological gas in exhaled breath and a simple measuring apparatus thereof. According to the present invention, exhaled breath can be obtained in a short time within a few tens of seconds with a compact apparatus. It is possible to provide a method for measuring the concentration of living body gas in exhaled breath and a simple measuring device thereof that can measure and measure the concentration of hydrogen or carbon monoxide gas in the chamber with high sensitivity. The present invention provides a method for measuring and measuring a biological gas such as hydrogen or carbon monoxide in human exhalation with high sensitivity and a simple measurement apparatus thereof, and allows easy pathophysiological analysis of a subject. In addition, it is useful for providing a new diagnostic technique that can be performed with high sensitivity.

本発明では、熱電式ガスセンサを用いるため、センサ自体がガス選択性であり、そのため、ガスクロマトグラフィ部分が不要であり、システム全体を簡便にすることができる。本発明は、ヒトの呼気中の水素又は一酸化炭素ガス濃度を計測して、糖質の消化吸収不全等を診断することを可能とする、システム全体が簡便で、低コストの簡易診断装置を提供するものとして有用である。   In the present invention, since the thermoelectric gas sensor is used, the sensor itself is gas-selective, so that the gas chromatography portion is unnecessary and the entire system can be simplified. The present invention provides a simple and low-cost simple diagnostic device that measures the concentration of hydrogen or carbon monoxide gas in human breath and is capable of diagnosing carbohydrate digestion and absorption failure. Useful for providing.

簡易型呼気分析装置の構成を示す。The structure of a simple breath analysis apparatus is shown. 市販の簡易型呼気分析装置からの測定例(H:23.0ppm、CO:89ppm、CH:1.2ppm)株式会社タイヨウのホームページ(http://www.t-taiyo.com/)から抜粋を示す。Measurement example from a commercially available simple breath analyzer (H 2 : 23.0 ppm, CO: 89 ppm, CH 4 : 1.2 ppm) From the Taiyo Corporation website (http://www.t-taiyo.com/) An excerpt is shown. 水素ガスとPt触媒との触媒発熱から発生する局部的な温度差を熱電変換材料により電圧信号に変換する動作原理で水素ガスを検知する熱電式ガス(水素)センサを示す。1 shows a thermoelectric gas (hydrogen) sensor that detects hydrogen gas on the operating principle of converting a local temperature difference generated from catalyst heat generation between hydrogen gas and a Pt catalyst into a voltage signal by a thermoelectric conversion material. マイクロ熱電式水素センサの作製プロセスを示す。The manufacturing process of a micro thermoelectric hydrogen sensor is shown. マイクロ熱電式水素センサの写真を示す。A photograph of a micro thermoelectric hydrogen sensor is shown. マイクロ熱電式水素センサの電圧信号の水素濃度依存性を示す。The hydrogen concentration dependence of the voltage signal of a micro thermoelectric hydrogen sensor is shown. 熱電式水素センサを用いた簡易型呼気分析装置の構成を示す。A configuration of a simple breath analysis apparatus using a thermoelectric hydrogen sensor is shown. 熱電式水素センサを用いた簡易型呼気分析装置の写真を示す。A photograph of a simple breath analysis apparatus using a thermoelectric hydrogen sensor is shown. 熱電式水素センサの水素ガス濃度依存性を示す。The dependence of the thermoelectric hydrogen sensor on the hydrogen gas concentration is shown. 熱電式水素センサと半導体式ガスセンサのメタンガスによる干渉特性(メタンガスのみ)を示す。Interference characteristics (only methane gas) of methane gas between thermoelectric hydrogen sensor and semiconductor gas sensor are shown. 熱電式水素センサと半導体式ガスセンサのメタンガスによる干渉特性(水素ガスとメタンガスを混合した場合)を示す。Interference characteristics of thermoelectric hydrogen sensor and semiconductor gas sensor with methane gas (when hydrogen gas and methane gas are mixed) are shown. 熱電式水素センサと半導体式ガスセンサの湿度依存性を示す。The humidity dependence of a thermoelectric hydrogen sensor and a semiconductor gas sensor is shown. 熱電式水素センサを用いた簡易型呼気分析装置による呼気測定結果を示す。The exhalation measurement result by a simple exhalation analyzer using a thermoelectric hydrogen sensor is shown. 触媒温度100℃での応答特性を示す。The response characteristics at a catalyst temperature of 100 ° C. are shown. 触媒温度125℃での応答特性を示す。The response characteristics at a catalyst temperature of 125 ° C. are shown. 触媒温度150℃での応答特性を示す。The response characteristics at a catalyst temperature of 150 ° C. are shown. 一酸化炭素に対する、動作温度100℃、125℃、150℃での応答特性を示す。Response characteristics with respect to carbon monoxide at operating temperatures of 100 ° C., 125 ° C., and 150 ° C. are shown. イソブタンに対する、動作温度150℃、200℃での応答特性を示す。Response characteristics for isobutane at operating temperatures of 150 ° C. and 200 ° C. are shown.

Claims (11)

熱電式ガスセンサを用いて呼気中の生体ガス濃度を測定する方法であって、呼気中の生体ガス成分と触媒材との触媒反応による発熱を、熱電変換により電圧信号に変換し、それを検出信号として検出することにより呼気中の生体ガス成分の濃度を測定することを特徴とする呼気中の生体ガス濃度測定方法。   A method for measuring the concentration of biological gas in exhaled air using a thermoelectric gas sensor, which converts the heat generated by the catalytic reaction between the exhaled biological gas component and the catalyst material into a voltage signal by thermoelectric conversion and detects it. A method for measuring a concentration of a biological gas in expired air, wherein the concentration of the biological gas component in expired air is measured by detecting as ヒトの呼気を採取し、該呼気中に含まれる生体ガス成分の濃度を定量する、請求項1に記載の呼気中の生体ガス濃度測定方法。   The method for measuring a concentration of a living gas in exhaled breath according to claim 1, wherein human breath is collected and the concentration of a living gas component contained in the exhaled breath is quantified. 呼気中の生体ガス成分と選択的に触媒反応する触媒材を用いて、該触媒反応による発熱を、熱電変換により電圧信号に変換し、それを検出信号として検出する、請求項1に記載の呼気中の生体ガス濃度測定方法。   The exhalation according to claim 1, wherein a heat generation by the catalytic reaction is converted into a voltage signal by thermoelectric conversion and detected as a detection signal using a catalyst material that selectively catalyzes with a biological gas component in exhaled breath. Method for measuring the concentration of living body gas 生体ガス成分と触媒反応する触媒材として、水素又は一酸化炭素又はメタンガスに選択的に触媒反応する触媒材を用いることで、水素又は一酸化炭素又はメタン濃度を選択的に測定する、請求項3に記載の呼気中の生体ガス濃度測定方法。   The hydrogen, carbon monoxide, or methane concentration is selectively measured by using a catalyst material that selectively reacts with hydrogen, carbon monoxide, or methane gas as a catalyst material that catalyzes with a biogas component. 2. A method for measuring a concentration of a living gas in exhaled breath according to 1. 触媒材として、白金系の貴金属合金、白金と酸化物の複合体又は白金系の貴金属合金と酸化物の複合体からなる複合触媒部材を使用し、呼気中に含まれる水素ガス濃度を選択的に測定する、請求項4に記載の呼気中の生体ガス濃度測定方法。   As a catalyst material, a platinum-based noble metal alloy, a composite catalyst member made of a platinum-oxide composite or a platinum-based noble metal alloy-oxide composite is used, and the concentration of hydrogen gas contained in exhaled gas is selectively selected. The method for measuring a concentration of biological gas in exhaled breath according to claim 4, which is measured. 触媒材として、金系の貴金属合金、金と酸化物の複合体又は金系の貴金属合金と酸化物の複合体からなる複合触媒部材を使用し、呼気中に含まれる一酸化炭素ガス濃度を選択的に測定する、請求項4に記載の呼気中の生体ガス濃度測定方法。   The catalyst material is a gold-based noble metal alloy, a composite of gold and oxide, or a composite catalyst member made of a gold-based noble metal alloy and oxide, and the concentration of carbon monoxide gas contained in the exhaled air is selected. The method for measuring a concentration of biological gas in exhaled breath according to claim 4, wherein the concentration is measured automatically. 触媒材として、Pt/酸化物触媒とAu/酸化物触媒を使用し、呼気中に含まれる水素及び一酸化炭素濃度を選択的に測定する、請求項4に記載の呼気中の生体ガス濃度測定方法。   The biogas concentration measurement in exhaled breath according to claim 4, wherein Pt / oxide catalyst and Au / oxide catalyst are used as catalyst materials, and hydrogen and carbon monoxide concentrations contained in exhaled gas are selectively measured. Method. 生体ガス成分と触媒反応する触媒材の温度条件を、100℃から150℃の範囲のいずれかの温度に制御することにより、計測に必要な呼気ガス量を低減する、請求項4に記載の呼気中の生体ガス濃度測定方法。   The expiration | expired_air of Claim 4 which reduces the amount of expiration | expired_gas required for a measurement by controlling the temperature conditions of the catalyst material which carries out a catalytic reaction with a biogas component in any temperature of the range of 100 to 150 degreeC. Method for measuring the concentration of biogas in the body. 請求項1から8のいずれか1項に記載の測定方法に用いる生体ガス成分濃度の測定装置であって、ガスセンサとして、生体ガス成分と触媒材との触媒反応による発熱を、熱電変換により電圧信号に変換し、それを検出信号として検出するガス検出センサを含むことを特徴とする呼気中の生体ガス成分濃度の測定装置。   The biogas component concentration measuring apparatus used in the measurement method according to any one of claims 1 to 8, wherein the gas sensor generates heat generated by a catalytic reaction between the biogas component and the catalyst material, and a voltage signal is obtained by thermoelectric conversion. A device for measuring a concentration of a biological gas component in exhaled breath, comprising a gas detection sensor that converts the gas into a gas and detects it as a detection signal. 除湿フィルタと、呼気を取り込むためのエアーポンプと、ガスセンサ部を構成要素として含み、該ガスセンサ部が生体ガス成分と触媒材との触媒反応による発熱を、熱電変換により電圧信号に変換し、それを検出信号として検出するガス検出センサからなり、クロマトグラフィーもしくは分離膜を用いるガス分離手段を含まないことを特徴とする、請求項9に記載の呼気中の生体ガス成分濃度の測定装置。   A dehumidifying filter, an air pump for taking in exhaled air, and a gas sensor unit are included as components, and the gas sensor unit converts heat generated by a catalytic reaction between a biogas component and a catalyst material into a voltage signal by thermoelectric conversion. The apparatus for measuring a concentration of a biological gas component in exhaled breath according to claim 9, comprising a gas detection sensor that detects a detection signal and does not include gas separation means using chromatography or a separation membrane. 請求項1から8のいずれか1項に記載の測定方法を使用して、ヒトの呼気中の生体ガス濃度を検出することを特徴とする簡易診断方法。   A simple diagnostic method, wherein the biogas concentration in human breath is detected using the measurement method according to any one of claims 1 to 8.
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