JP2016521361A - 口臭検知のための混合息ガス分析装置、および分析方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧力制御された中性ガス運搬のためのライン(1)と、；評価される混合ガスを受けるための特殊容量で、可動に接続された検体チャンバー(2)と、；ライン(1)内にガス検体を注入するための電気制御バルブ(8)と、；前記ライン(1)に注入するガス検体を受けるよう配置された温度制御微細化分離毛管コラム(4)と、；毛管コラム(4)出口のガスセンサー(5)と、；計測や獲得データの評価を管理するための制御インターフェース(6)と、からなる、口臭分析のための混合息ガス内特殊組成物の検知分離装置。
Description
本発明は、息ガスの質認証、特に口臭検知のための混合ガス分析装置および分析方法に関する。
歯槽および口腔息は、吸気とは顕著に異なる化学組成の特有ガスである。ガスの組成は、(体の退化かつ／または吸着により)吸気から減じるか、代謝物として呼気(息)に加えるかのどちらかである。この交換の特徴は、何年にも渡りよく理解されている。；例えば、グルコースの酸化代謝により、酸素が減じられ、二酸化炭素が加えられる(Philips M.,医学における息検査.Scientific American 1992:267(1):74-79)がある。Paulingらは、1971年、息内揮発性有機組成物(VOCs)濃縮のためのコールドトラッピングを採用し、一般人の息が低い濃縮下(Pauling L.Robinson AB,Teranishi R and Cary P:気液分離クロマトグラフィーによる尿蒸気と息の定量分析,Proc Nat Acad Sci USA1971:68:2374-6)で、700の異なるVOCsを含むことを発見した。この観察は、より洗練され慎重な分析を更に採用した多くの別の研究所でも継続的に確認された。1000を超える異なるVOCsが、低濃縮の一般人の息において観察された(Philips M：息内揮発性有機組成物の収集分析方法,Analytical Biochemistry 1997;247:272-278)。
息ガス分析は、呼気の中に存在する揮発性有機組成物を監視することにより、個人の医療態様における非侵襲情報を得る手段である。これにより息ガス組成は、血液アルコール検査の検体に関する数学的モデリングにより、血液内のある成分の濃縮に関係するといえる。他の応用として、呼気一酸化窒素によるぜんそく検査、舌がん検査、糖尿病検査、ハイドロゲンブレスによる果糖吸収不良検査、尿ブレスによるヘリコバクターピロリ菌検査、臓器拒絶診断が含まれる。最も一般的な応用は、主として口腔内バクテリア感染のための息内硫黄組成物に関する口臭検査である。息分析は、探知ユニットとしての質量分析を用いたガスクロマトグラフィーといった様々な測定方法により行うことができるが、ハリメーター(インタースキャン)や息分析器(例えば、Drger からDrger Alcotest3000)のような、特殊目的のためのより簡便な方法もある。
口臭診断に用いる伝統的な感覚刺激法は、口と鼻の呼気を別々に嗅ぎ、両者を比較することに基本を置く。この方法は、広く用いられるが、正確性を欠く。ハリメーターは、気体状の息組成物を特に分離することなく、簡便適切な測定デバイスを用いて、揮発性硫黄組成物を検知する。伝統的に感覚刺激測定の実施は、悪い息の評価に用いられる。最後に、ガスクロマトグラフィーを基礎としたシステムは、呼気検体内の3つの主要揮発性硫黄組成物(硫化水素、メチルメカプタン、硫化ジメチル)の分子レベルを分離計測し、発展してきた(例:オーラルクロマ)。
ガスクロマトグラフィーは、一般に気体と低沸点液体に存在する様々な化学組成物の分離と検知を用いた、うまく構築された分析技術である。この技術は、広く有機化学の研究、薬開発、法的標本分析に用いられている。ガスクロマトグラフィーは、一般に5つの主要構成要素を持つ。：運搬ガス；検体注入器；ガスクロマトグラフィーコラム；検知器；データ処理システムである。移動フェーズで用いられる運搬ガスは、ヘリウムのように高純度な不活性ガスである。運搬ガスは、分離過程を経てコラムへと流れる。検体注入器は精緻で、一般に少量の検体につき、コラムを通じて流れる運搬ガス内において気体状態で誘導する。気体状検体は一般にガスクロマトグラフにより分離される傾向の強い複数の異なる化学組成物を含む。この分離を効果ならしめるため、コラム内は、検体内の異なる化学組成物を異なる度数に吸収する安定フェーズで被覆されている。吸収におけるこれらの相違は、コラムへのトラベルダウンとして、化学組成物と違って伝搬遅れの原因となる。これにより、化学組成物内の検体の物理的分離を効果的にする。検知器はコラムの後に位置し、異なる時間にコラムから染み出して、検体内の様々な化学組成物を検知する働きをする。データ処理システムは、検知器を読み、一般に結果を保存、処理、記録することができる。
本発明の目的は、迅速な口臭診断用呼気分析装置を提案することにある。それゆえ本発明は、専ら制御された短い計測時間と明確な分離により、揮発性硫黄組成物の検知と認証を行うものである。
本発明は、混合ガス内の揮発性硫黄組成物(VSC)のような特別な化学組成物の分離装置であり、圧力制御運搬ガスのライン、交換可能な息検体収集チャンバー、気体状組成物につき半導体ガスセンサーを用いた毛管出口で選択的に検知する分離毛管コラム、および息検体注入のための自動システムからなる。
本発明は、ガスクロマトグラフィーの原理に基づく可搬式ガス分析システムを提供するにもかかわらず、口臭の特殊組成物の迅速で特殊な検知を目指した、誂えモジュールからなることを目的とする。ガス検体は、特殊容量の交換可能検体チャンバーで収集される。(このチャンバーは)挿入され、0.15から0.5バールに一般にセットされた一定制御圧力で、運搬ガスを運ぶバイパスラインから除去される。交換可能な検体チャンバーは、一般にガス検体の特殊組成物が室温で捕まり、前濃縮器壁を加熱することにより解放される前濃縮器要素として機能する。作動原理は、電気制御バルブにより検体チャンバーから、加圧周辺空気のように運搬ガス継続流に分析のため等加圧ガス検体が注入されることによる。検体は、時間を越えて重要なガス組成物を分離する温度制御微細化分離コラムを通って、運搬ガスにより運ばれる。運搬ガスの圧力、毛管コラムの長さ、その温度、内壁被覆は、検体解析が可能で最短時間になる、重要組成物の十分な分離により選択することができる。気体状組成物は、非選択だが高感度のマイクロガスセンサーを用いて、迅速な応答とリカバリー時間で、毛管コラム出口において検出される。そして、組成物は、参照ガスを用いた特殊校正に従って評価された濃縮となる、自動ピーク検知により認証される。
本発明は以下に詳述する好ましい実施形態により、更に明確に理解されるであろう。模式図に添付する(この実施形態は)例示に過ぎない。
好ましい実施形態である、本発明による装置図のダイアグラム(図1)は、運搬ガスライン(1)；交換可能な検体チャンバー(2)；検体注入ライン(3)；内壁にポリマー被覆された微細化分離コラム(4)；ガス検知器(5)；データ処理システム(6)からなる。
運搬ガスライン(1)は、システム内に、一定圧で合成されるかまたは、周辺空気を供給する。ライン(1)の圧力は、連結される検体チャンバーと同様、測定される特殊組成物の検知時間が計測時間の限界内にうまくはまるよう、一般に0.15から0.5バールの間で選択できる。圧力はポンプまたは、運搬ガスコンテナにより生成される。
分析される混合ガス(特に硫黄組成物を含む呼気の検体)は、2方向バルブ(7)を閉じた後、2つの計測間で交換できる固定容量チャンバー(2)を満たす。最も簡便な場合、チャンバー(2)は、両端にキャップのある円筒である。検体収集のために、検査では円筒(2)の中に息を直接入れさせ、運搬のためのキャップをつけて円筒を閉じる。続いて、円筒(2)は、図1に示すように装置に入れられる。検体チャンバーが入れられた後、検体容量を加圧するために、内バルブ(7)が開かれる。
ライン(3)による運搬ガスライン(1)流、およびそれに続く毛管コラム(4)への検体の注入は、事前設定した注入時間で検体を通過させるよう3方向のバルブで電気的に制御される。一般に注入時間は、0.5から3秒の間で選択可能である。注入時間の開始は計測時間の開始を設定するものである。
好ましい実施形態として、毛管コラム(4)が、長さ−断面比の高い微細化チャネルの場合があげられる。毛管コラム(4)は、PDMS(ポリジメチルシロキサン)のようなポリマーで、内部被覆されている。毛管コラム(4)の長さ、幅、高さは、気体状組成物が選択された計測時間内に分離検知されるよう設計されている。一般に、長さは1から5mの間、幅は30から150μm(ミクロン)の間、高さは50から250μm(ミクロン)の間で選択される。
気体状組成物は、非選択だが高感度のマイクロガスセンサー(5)を用いて、迅速な応答とリカバリー時間で、毛管(4)出口において検出される。非選択だが高感度のマイクロガスセンサーとは、以下の通りである。
−非選択：装置を用いた半導体ガスセンサーは、非選択である。(これは)全ての酸化、還元ガスに対して感度があることを意味する。特に、ガスセンサーは、重要なVOC(揮発性有機組成物)(例：VSC)のほとんどを検知する。センサー自体は、前処理を要するため、混合VOCの組成物を区別できない。異なるガス分子を分離するコラムを経由して、選択性が得られるならば、ガス半導体ガスセンサーは、分離時間を通じて、異なる気体状組成物を検知する。
−高感度：半導体ガスセンサーは、高感度である。(これは)重要なVOCに対し、ppb-ppmレンジで、単独の／分離した気体状組成物を検知できることを意味する。
複数のディテクター(5)は、揮発性有機組成物の検知に用いることができる。ガスセンサー(5)は、シリコンで微細化された半導体ガスセンサーでもよい。表示のように、センサー(5)は、毛管コラム(4)の出口に直接位置決めされる。センサー信号は、ピーク域比較計算と結びついた参照ガスを用いる特殊校正を用いて濃縮を評価する、自動ピーク検知により組成物を認証、量定するデータ制御システム(6)で記録される。
全計測は、検体注入のような計測段階、注入、計測時間、を自動制御するためのマイクロコントローラーよりなるデータ処理システム(6)で制御される。
更に発展した装置の好ましい実施形態としては、口臭診断のための息ガス分析があげられる。装置の要素が、H2S(硫化水素)、CH2SH(メチルメカプタン)、(CH3)2S(硫化ジメチル)のような息内特殊組成物を検知するように誂えられる。
Claims (16)
- 圧力制御された中性運搬ガス運搬のためのライン(1)と、
注入前ガス検体加圧用バイパス形状のライン(1)へ可動に接続可能で、検査用混合ガス収集のための特殊容量検体チャンバー(2)と、
検体チャンバー(2)が前記ライン(1)に接続され、前記圧力制御運搬ガスにより加圧されるとき、前記ライン(1)にガス検体を注入する方法と、
前記ライン(1)に注入するガス検体を受けるよう配置された、温度制御分離毛管コラム(4)と、
毛管コラム(4)出口のガスセンサー(5)と、
検体注入のような計測段階、注入、計測時間、を自動制御するための方法(6)からなる制御インターフェース(6)と、を有することを特徴とする混合ガス内特殊組成物の分離装置。 - 交換可能な検体チャンバー(2)が、前濃縮器要素であることを特徴とする請求項１記載の装置。
- ガスセンサー(5)が、非選択的だが高感度であることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
- 検体チャンバー(2)が前記ライン(1)に2つのバルブ(7)によってバイパスして可動に接続可能である
ことを特徴とする請求項１乃至３記載の装置。 - 自動ピーク検知による組成物認証と、ピーク域比較計算による相対濃縮のためのデータ制御システム(6)を有することを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 毛管コラム(4)の長さが1から5メートルの間、毛管コラム(4)の高さが50から250マイクロメートルの間、毛管コラム(4)の幅が30から150マイクロメートルの間からなることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 前記毛管コラム(4)は、内面がポリマーで被覆されるが満たされてはいないことを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の装置。
- ポリマーが、ポリジメチルシロキサンであることを特徴とする請求項６記載の装置。
- 周辺空気から前記運搬ガスを生成するための小規模ポンプシステムを有することを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の装置。
- 口臭診断のための前記請求項のいずれかに記載の装置。
- ライン(1)を通じて圧力制御された中性運搬ガスを運搬する過程と、
検体チャンバー(2)は前記ライン(1)に可動に接続可能であり、特殊容量の該検体チャンバー(2)内で分析するための混合ガスを収集する過程と、
検体容量加圧のため、検体チャンバー(2)を前記ライン(1)に接続する過程と、
0.5から3秒の間で選択できる注入時間で、前記ライン(1)にガス検体を注入する過程と、
温度制御された分離毛管コラム(4)において、前記ライン(1)に注入されたガス検体を受ける過程と、
高感度だが非選択的なガスセンサーを経由して、毛管コラム(4)の出口で分離ガス組成物を検出する過程と、を有することを特徴とする混合ガス内特殊組成物の分離方法。 - 注入は、0.15から0.5バールの圧力レンジで行われることを特徴とする請求項１１記載の方法。
- 小規模ポンプシステムを用いて周辺空気から前記運搬を生成することを特徴とする請求項１１または１２記載の方法。
- 組成物認証が、自動ピーク検知と、データ制御システム(6)を用いたピーク域比較計算により定義される相対濃縮と、によって達成されることを特徴とする請求項１１乃至１３記載の方法。
- 口臭分析のための前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 息内で検知された特殊組成物が、H2S(硫化水素)、かつ／またはCH2SH(メチルメカプタン)、かつ／または(CH3)2S(硫化ジメチル)であることを特徴とする請求項１５記載の方法。
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