JP2012118063A - 光イオン化検出器及び関連する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガスイオン化チャンバ4、少なくとも1つのイオン検知電極対6、及び少なくとも1つの増幅回路12を含む基板10と、紫外(UV)光ビームをガスイオン化チャンバ4内に送出するUVイオン化源2とを、PID1に備える。また、PID1を備えたシステムを提供する。更に、PID1を用いて呼気中の各種化合物又はガスに対する応答パターンを検出する方法を提供する。
【選択図】図1
Description
ヒトの呼吸において、呼吸時のガス流量又は圧力は、人によって異なる。別々にいくつかの試験を行った結果、呼気流量は、2〜15L/分の範囲で変動する可能性のあることがわかった。流量が変化すると、その影響がPIDセンサの基線信号(アセトンがない場合の背景信号)に及び、イオンの測定が不正確になる。試験では、ガス流量を1L/分から20L/分まで変化させると、PIDの基線電圧が最大70mV変化することがあった。基線の変化の原因は、部分的には、流入ガスがランプ及びセンサ電極に直接当たったことであると考えられる。結果的に幾つかの影響があるが、それらは例えば、イオン化ゾーンにおける温度、流量、相対位置、及び湿度の急激な変動である。これらのいずれか又はこれらが組み合わさって、センサの基線電圧の変化を引き起こした可能性もある。この問題を緩和するために、ガスディフューザプレートを設計して、ガスチャンバ内の、PIDセンサの直前に実装した。この「I」形ディフューザは、流入ガスを2つの支流に分割して、ガス流がセンサ電極に直接当たらないようにする。幾つかの試験では、この方法により、1L/分から20L/分までの流量範囲に対して、基線電圧の変動を約6mVにまで低減することができた。
脂質代謝では、アセトアセテートの脱カルボキシル化によってアセトンが生成される。これは、ヒトの呼気中で最も豊富な内因性化合物の1つである。健康な被験者のアセトンの量は、約0.2〜10ppmの範囲であり、コントロール不良の糖尿病の患者のアセトンの量はそれより多い。一日の間の異なる2つの時刻に3人のヒト個体からサンプルを採取することにより、幾つか試験を実施した。ガス管に直接接続したバクテリアフィルタマウスピース(Vacumed MQ303)を通して、各ヒト個体から2つの呼気サンプルを採取した。ヒトの呼気からの結露を防ぐために、PIDセンサを事前に79℃まで加熱した。一方のサンプルは、昼食の約1時間前に採取した。もう一方のサンプルは、昼食の約1時間後に採取した。図12及び表1は、PIDで検出された呼気アセトンのセンサ応答パターン(出力電圧)を示す。昼食前(図12)及び昼食後(データは図示せず)に取得した信号を比較すると、表1に示すように、呼気アセトン濃度は昼食後に約20%低下した。(図12のプロットにおける)センサ出力(ボルト単位)は、呼気サンプル中に存在したアセトンの量(ppm単位)を表している。この結果は、食後に脂質代謝が減るという一般認識と一致しているが、アセトンの量は、呼気アセトンの典型的な範囲に収まる。各信号ピークからのゆっくりした低下(テール)は、ガス管内の残留ガスの排出が遅いためである可能性があり、この試験のベンチトップセットアップでは、ガス管は約5フィート(内径4mm、体積にして最大19mL)である。結果として、PIDは、呼気サンプルの様々なガス混合物中に存在する各種化合物の量を定量化することができた。
PIDに好適な、様々な呼気採取方法を試験した。実験では、3通りの採取方法を試験した。それらの方法は、バクテリアフィルタマウスピースを通して直接吹き込む方法(Vacumed MQ303)、予め採取した呼気を5Lの採取袋に保管する方法(SKC)、及び予め採取した呼気を0.25LのGaSampler袋に保管する方法(Quintron)である。
2 UVランプ
4 イオン化チャンバ穴/スロット
6 イオン検知電極対
8 ヒータ
10 基板
12 増幅器
14 温度センサ
16 温度フィードバック制御回路
18 UVモニタ
20 フェンス
22 温度センサ
24 穴
26 接続ピン
28 集積回路基板
30 スロット
34 アセトン濃度が0.1ppmの場合の信号ピーク
36 アセトン濃度が0.5ppmの場合の信号ピーク
38 アセトン濃度が1ppmの信号ピーク
40 アセトン濃度が2ppmの場合の信号ピーク
42 昼食前の被験者1からのヒトの呼気サンプル中のアセトン濃度ピーク
44 昼食前の被験者2からのヒトの呼気サンプル中のアセトン濃度ピーク
46 昼食前の被験者3からのヒトの呼気サンプル中のアセトン濃度ピーク
Claims (10)
- ガスイオン化チャンバと、少なくとも1つのイオン検知電極対と、少なくとも1つの増幅回路とを含む基板と、
紫外(UV)光ビームを前記基板内の前記ガスイオン化チャンバ内に送出する、少なくとも1つのUVイオン化源と、
を備える光イオン化検出器(PID)。 - 前記基板が更に加熱素子を含む、請求項1に記載の光イオン化検出器。
- 前記基板が更に温度センサを含む、請求項1に記載の光イオン化検出器。
- 前記基板が更に温度フィードバック制御回路を含む、請求項1に記載の光イオン化検出器。
- 前記少なくとも1つの増幅回路及び前記少なくとも1つのイオン検知電極対が、漏れ電流信号を減らすための電気的ガードリングを内蔵する、請求項1に記載の光イオン化検出器。
- ガスイオン化チャンバと、少なくとも1つのイオン検知電極対と、加熱素子とを含む基板と、
紫外(UV)光ビームを前記ガスイオン化チャンバ内に送出するUVイオン化源と、
を備える光イオン化検出器(PID)。 - 温度センサと、前記基板と作用的に関連する温度フィードバック制御回路とを更に備える、請求項6に記載の光イオン化検出器。
- アセトンを検出するように構成された、請求項6に記載の光イオン化検出器。
- 光イオン化検出器(PID)及び圧力センサを備えた、ガス混合物中の化合物を測定するシステムであって、
前記PIDが、少なくとも1つの紫外(UV)イオン化源と、ガスイオン化チャンバ、少なくとも1つのイオン検知電極対、及び少なくとも1つの増幅回路を含む基板と、を備えるシステム。 - 光イオン化検出器(PID)により、呼気サンプル中の化合物を測定する方法であって、
前記呼気サンプルを前記光イオン化検出器内に誘導するステップと、
紫外(UV)光ビームを送出して前記呼気サンプルを貫通させるステップと、
前記呼気サンプルをイオン化するステップと、
前記呼気サンプル中の前記化合物の量を検出するステップと、
を含む方法。
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