JP2018532997A

JP2018532997A - 多床収着剤管及びその使用

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Publication number: JP2018532997A
Application number: JP2018512926A
Authority: JP
Inventors: ヒューゴフーベルトゥスノーベル; ルードヨハネステオドルスソアーズ; タマラマセアエリザベスナイセン; ヨハネスウェダ
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2016-09-09
Publication date: 2018-11-08
Also published as: US11054412B2; RU2745392C2; CN108027377B; WO2017042716A1; RU2018113175A3; CN108027377A; EP3347722A1; RU2018113175A; US20180246078A1

Abstract

健康及び病気における呼気分析は、呼吸ヘルスケア連続体全体に採用される可能性を有し、臨床的関心が高まってきている分野である。しかし、現在、呼気回収の標準がなく、また、高湿度の呼気を予備濃縮する最適なやり方が分かっていない。収着剤材料の最適な組み合わせと、高湿度状態において、広範囲の呼気分子を定量的に捕捉することを可能にする試料取り扱い方法とが説明される。本発明は、例えばベッドサイドにある呼気分析用の将来のデバイスの予備濃縮ユニットに適用可能である。

Description

［0001］本願は、２０１５年９月１１日を出願日とする米国仮特許出願第６２／２１７３６１号の優先権を主張する。

［0002］健康及び病気における呼気分析は、臨床的関心が高まってきている分野である。息を生体試料として使用することは、息の回収が安価であり、行うのが簡単であり、本質的に非侵襲的であるため、魅力的である。これは、病院から家庭までの様々な応用範囲でヘルスケア関連全体に採用される可能性がある。

［0003］ＢｕｓｚｅｗｓｋｉＢ、ＫｅｓｙＭ、ＬｉｇｏｒＴ、ＡｍｍａｎＡによる論文「Human exhaled air analytics: biomarkers of diseases」（ＢｉｏｍｅｄＣｈｒｏｍａｔｏｇｒ．２００７年６月、２１（６）、５５３〜６６）に実例が挙げられるように、従来技術の文献は、息中の多くの様々な揮発性有機化合物（ＶＯＣ）が病気に関連付けられてきていることを教示する。病気に関連付けられる特定のＶＯＣは、エタン、アセトン、アセトアルデヒドといった低炭素（「Ｃ」）数を有する高揮発性分子から、オクタデカンといった超重分子と多岐にわたる。２つの例示的な論文、即ち、１．Ｈａｋｉｍ，Ｍ他による「Volatile Organic Compounds of Lung Cancer and Possible Biochemical Pathways」（Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２０１２年、１１２、５９４９〜５９６６）、及び、２．ＡｍａｎｎＡ、ＣｏｓｔｅｌｌｏＢｄｅＬ、ＭｉｅｋｉｓｃｈＷ、ＳｃｈｕｂｅｒｔＪ、ＢｕｓｚｅｗｓｋｉＢ、ＰｌｅｉｌＪ、ＲａｔｃｌｉｆｆｅＮ、ＲｉｓｂｙＴによる「The human volatilome: volatile organic compounds (VOCs) in exhaled breath, skin emanations, urine, faeces and saliva」（ＪＢｒｅａｔｈＲｅｓ．２０１４年９月、８（３）、０３４００１）によって、この関連付けが説明されている。

［0004］集められた息からＶＯＣを捕獲する一般的に使用される方法は、収着剤含有吸着管の使用である。収着剤の例としては、ガラスビーズ並びにＣａｒｂｏｓｉｅｖｅ、Ｃａｒｂｏｘｅｎ（商標）、Ｃａｒｂｏｔｒａｐ（商標）、Ｔｅｎａｘ（商標）ＴＡ、Ｔｅｎａｘ（商標）ＧＲ及びＣａｒｂｏｇｒａｐｈの商標名の物質が挙げられる。Ｔｅｎａｘ（商標）は、例えばオランダのアペルドールンにあるＢｕｃｈｅｍ社の登録商標である。Ｃａｒｂｏｘｅｎ（商標）及びＣａｒｂｏｔｒａｐ（商標）は、例えばミズーリ州セントルイスにあるＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社の登録商標である。これらの材料の独特な特性により、収着剤−化合物相互作用の安定性及びそれらの水に対する親和性は様々である。

［0005］図１は、幾つかの使用可能な収着剤／化合物の組み合わせのグラフ１０を示す。ＣａｒｂｏｓｉｅｖｅＳＩＩＩは、最小有機物の捕獲に適した大表面積炭素分子ふるいであり、有機物中の炭素原子数は、ｘ軸上に、Ｃ１（メタン）からＣ２４（テトラコサン）までとして示されている。ＣａｒｂｏｓｉｅｖｅＳＩＩＩは、他のほとんどの樹脂よりも水に対しより高い親和性を有するが、その小さい孔の大きさによって、最大の揮発性有機物捕獲能力が提供される。

［0006］Ｔｅｎａｘ（登録商標）ＴＡは、２．６−ジフェニレンオキシドをベースにした多孔質ポリマー樹脂である。これは、空気から又は液体若しくは固体試料マトリクスからパージされた揮発性物質及び半揮発性物質の捕獲のために特別にデザインされた。ＥＰＡ及びＮＩＯＳＨは共に、それらの標準方法におけるＴｅｎａｘの使用を規定している。ＴｅｎａｘＴＡは、不純物レベルの低い低ブリード物質であり、過去に流通していたＴｅｎａｘ−ＧＣに取って代わっている。ＴｅｎａｘＴＡは、カラム充填剤、及び、有機揮発性化合物及び半揮発性化合物用のトラップの両方として適用可能である。ＳｈｏｒｔＰａｔｈＴｈｅｒｍａｌＤｅｓｏｒｐｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍと併せて、Ｓ．Ｉ．Ｓ社のＰｕｒｇｅａｎｄＴｒａｐシステムといった熱的脱着技術を使用して、ｐｐｂ及びｐｐｔレベルでの揮発性有機物の検出を実現することができる。ＴｅｎａｘＴＡは、水に対するその親和性が低いことにより、水中の揮発性有機化合物の分析を含む高含水試料からの揮発性物質のパージ及び捕獲に特に有用である。ＴｅｎａｘＴＡは、当初は捕獲剤としてデザインされていたＴｅｎａｘを特殊加工したものであり、不純物レベルが非常に低い。

［0007］Ｔｅｎａｘ（登録商標）ＧＲ化合物は、Ｔｅｎａｘ（登録商標）ＴＡと３０％のグラファイトとの複合材料である。結果として得られる材料は、ほとんどの揮発性有機物に対してより高い漏出点容量を与えるが、依然として水に対する親和性は低い。更に、ＴｅｎａｘＧＲは、３５０℃まで、その高い温度安定性を維持する。これらの特性によって、ＴｅｎａｘＧＲは、空気、水及び固体試料からの揮発性物質の捕獲に理想的な吸着剤となる。ＳｈｏｒｔＰａｔｈＴｈｅｒｍａｌＤｅｓｏｒｐｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍと併せて、Ｓ．Ｉ．Ｓ社のＰｕｒｇｅａｎｄＴｒａｐシステムといった熱的脱着技術を使用して、ｐｐｂ及びｐｐｔレベルでの揮発性有機物の検出を実現することができる。

［0008］Ｔｅｎａｘ（商標）ＧＲは、水中の揮発性有機化合物の分析を含む高含水試料からの揮発性物質のパージに特に有用である。その密度は、ＴｅｎａｘＴＡの密度の２倍であるため、より多いＴｅｎａｘＧＲ樹脂を脱着管内に入れることができ、これにより、小さい樹脂床上に揮発性物質を保持する能力が増加する。

［0009］Ｃａｒｂｏｔｒａｐ及びＣａｒｂｏｔｒａｐＣは、水に対するそれらの親和性が低いことにより、中沸点ボイラを介したＣ４／Ｃ５からの様々な有機検体の捕獲に理想的な吸着性樹脂である黒鉛化されたカーボンブラックである。これらは、脱着管内の高背圧を阻止する粗メッシュサイズ（２０／４０）を有する。

［0010］Ｃａｒｂｏｘｅｎ（商標）は、ポリマー前駆物質の熱分解後に残る多孔質の炭素骨格下部構造である炭素分子ふるい（ＣＭＳ）を含む。これらの粒子は、球状で（顆粒状粒子よりも充填床性能が優れている）、硬く、砕けにくく（充填性に優れ、壊れない）、多孔性が高く（表面積が大きい）、Ｃ２〜Ｃ５のｎ−アルカンと相対的な検体サイズを有する分子に使用され、また、疎水性であることにより、高湿度環境において使用することができる。一般に、ＣＭＳ吸着剤は、球状の黒鉛化ポリマー炭素（ＳＧＰＣ）及び黒鉛化カーボンブラック（ＧＣＢ）吸着剤に比べ、より大きい相対吸着強度を提供する。Ｃａｒｂｏｘｅｎ吸着剤はテーパ孔を有し、結果として、吸着及び脱着の両方に対して優れた熱力学特性を有している（どの吸着剤よりも優れた熱力学性能を有している）。それらの界面化学は特定の標的検体に合わせられる。

［0011］Ｃａｒｂｏｔｒａｐ（登録商標）吸着剤は、多孔質でも非多孔質でもよい黒鉛化カーボンブラック（ＧＣＢ）である。黒鉛化処理によって、吸着特性及び脱着特性（必要に応じて）の高い高純度の表面が得られる。表面相互作用は、分散（ロンドン）力にのみ依存する。これらの粒子は、粒状で、砕けやすく、また、Ｃ３〜Ｃ２０＋のｎ−アルカンと相対的な検体サイズを有する分子に使用される。これらは、疎水性であることにより、高湿度環境において使用することができる。一般に、ＧＣＢ吸着剤は、炭素分子ふるい（ＣＭＳ）吸着剤に比べ、より弱い相対吸着強度を、また、球状の黒鉛化ポリマー炭素（ＳＧＰＣ）吸着剤に比べ、同様の相対吸着強度を提供する。Ｃａｒｂｏｔｒａｐ吸着剤粒子は、２０／４０メッシュである。これらの大きい粒子によって、過度に圧力が下がることなく高い流量が可能にされる。

［0012］Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ（商標）充填剤は、Ｃａｒｂｏｐａｃｋ充填剤に相当する黒鉛化カーボンブラックである。黒鉛化カーボンブラックには、３つの異なるタイプ、即ち、Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ（商標）１２及び５がある。固定相を有さなければならない珪藻土とは異なり、Ｃａｒｂｏｔｒａｐｈ（商標）充填剤は、任意の表面改質なく分配特性を有する。

［0013］Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ（商標）充填剤は、固定相で改質されてもよく、これにより、固有の選択性が与えられる。Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ（商標）１は、Ｃａｒｂｏｐａｃｋ（商標）Ｂに相当し、黒鉛化及び粒状化によって得られる。Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ（商標）１は、１００ｍ２／ｇの表面積を有する。Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ（商標）１−ＴＤ（Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ１ＴＤとも呼ばれる）は、熱脱離作業に適している２０／４０の粗メッシュを有する。最高温度は５００℃である。Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ（商標）１ＳＣは、Ｃａｒｂｏｐａｃｋ（商標）ＢＨＴと似ている。これは、ＳＦ６、ＳＯ２、Ｈ２Ｓ、ＣＯＳの硫黄化合物、メルカプタン及び二硫化物の分離のために特別に製造されたＣａｒｂｏｇｒａｐｈ（商標）１の１つのタイプである。これは、油脂製品中の硫黄の分析にも適している。最高温度は２２５℃である。Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ（商標）２は、Ｃａｒｂｏｐａｃｋ（商標）Ｃに相当する。これは、１０ｍ２／ｇの比表面積を有する。これは、揮発性有機化合物の分離のためにコーティングされていない吸着剤充填剤として単独使用することができる。Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ（商標）２−ＴＤは、熱脱離作業に適している２０／４０の粗メッシュを有する。最高温度は５００℃である。Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ（商標）５ＴＤは、Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ１ＴＤの比表面積の約５倍である約５６０ｍ^２／ｇの比表面積を有する中から強の強度の収着剤である。Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ（商標）５ＴＤは、５０℃乃至１５０℃の沸点を有するｎ−Ｃ３／４乃至ｎ−Ｃ８の近似検体揮発性範囲を有する。Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ５ＴＤ用の例示的な検体は、軽質炭化水素である。Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ１ＴＤ及び５ＴＤは共に疎水性である。

［0014］しかし、従来技術には幾つかの問題が依然としてある。例えば息試料の捕捉及び分析の実践は、依然としてその初期段階にあるので、現在では、息を捕捉及び保管するための標準化された方法はない。

［0015］通常、収着剤材料と試料ボリュームとの組み合わせにおいて、かなり無作為な選択が行われている。呼気の高湿度、合わない試料ボリューム及び収着剤材料の間違った選択によってもたらされる複雑な要因により、呼気分子の定量的捕捉ができない。したがって、間違った捕捉は更に、データからの間違った推定にもつながる。

［0016］図２に、適切な水管理の必要性が説明される。図２は、様々な相対湿度（ＲＨ）において収着剤管上で吸収可能である水分量をグラフ２０で示す。２１℃における１００％のＲＨにおいて、５ｍｇの水が吸収される。これは、揮発性物質体積比１０億分の１（ｐｐｂＶ）で息中にある関心化合物のほとんどの＞１０^６倍である。収着剤の活性部位に対する水とＶＯＣとの競争によって、ＶＯＣの捕獲があまり効率的でなくなる。この低効率化によって、関心分子が消失し（即ち、濁質漏出）、再現性が悪くなる。

［0017］次に、試料中の高含水量は、クロマトグラフィ処理には有害である。例えば高含水量は、注入中の問題、分離の消失及び高速カラム劣化を引き起こす。

［0018］従来技術では、小さい及び／又は極性／水溶性ＶＯＣを不可逆的に捕獲可能である湿度／湿気トラップの使用によりもたらされる制限の解決策が必要である。本発明は、適切な順序及び割合での収着剤管材料の組み合わせの新規且つ非自明の選択によって、これらの制限を解決する。

［0019］様々な収着剤を組み合わせて、１つの収着剤試料採取管とすることは知られているが、本発明者は、収着剤、管内のそれらの配置及びそれらの割合の最適な組み合わせを見出した。更に、本発明者は、後の分析のために管内に関心のＶＯＣを保持しつつ、捕捉した水分を管から除去するのに必要である乾燥ガスの最適なボリュームを見出した。

［0020］本発明に原理によれば、ＶＯＣを定量的に捕獲及び放出可能である、試料採取方法と組み合わされた多床試料採取管が説明される。関心のＶＯＣは、ブタン（Ｃ４）の沸点とペンタデカン（Ｃ１５）との間の沸点を有する化合物と多岐にわたる。水分が余分にあることにより、クロマトグラフ及び捕獲問題なく、呼気にあるような高湿度（０〜１００％ＲＨ）のガスフロー／環境から有機化合物を捕獲できる。試料を捕獲後、管は、非常にクリーンなガス（例えばヘリウム、窒素）を用いて乾燥され、余分な水分が除去される。上記方法は、管試料内の湿度の＞９９％を除去できる。管／方法の組み合わせは、１０億分の１（ｐｐｂ）以下のレベルで存在する有機化合物を捕獲及び放出することを可能にする。

［0021］本発明者は、最大試料採取ボリュームが、収着剤の量にリニア（線形的に）に関連することに注目する。例えば量を２倍にすることは、最大試料採取ボリュームを２倍にし、更に、乾燥時間も２倍にする。収着剤の量及び試料採取ボリュームを増やすと、上記方法の検出の制限が少なくなる。

［0022］多床試料採取管を乾燥する方法の後、管は、ＶＯＣを消失することなく、少なくとも１か月間、（例えば冷蔵庫内に）保管される。

［0023］上記原理によれば、多床収着剤管は、１つの端から第２の端にガスのフローを導く試料採取管１００を含む。試料採取管１００は、１つの端の近くで管内に配置され、ＴｅｎａｘＧＲと実質的に同様の化学組成を有する物質の第１のボリューム１２０と、内に、第１のボリュームと第２の端との間に配置され、Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ５ＴＤと実質的に同様の化学組成を有する物質の第２のボリューム１４０とを含む。第１のボリューム及び第２のボリュームの割合は、それぞれ、約２１．５％及び７８．５％である。

［0024］別の実施形態では、上記多床収着剤管は、約８５ミリグラムの第１のボリュームの量と、約３００ミリグラムの第２のボリュームの量とを有する。

［0025］本発明の代替の実施形態では、１つの端から第２の端にガスのフローを導く試料採取管２００を含む多床収着剤管が説明される。試料採取管２００は、１つの端の近くで管内に配置され、ＴｅｎａｘＴＡと実質的に同様の化学組成を有する物質の第１のボリューム２１０と、管内に、第１のボリュームと第２の端との間に配置され、Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ１ＴＤと実質的に同様の化学組成を有する物質の第２のボリューム２２０と、管内に、第２のボリュームと第２の端との間に配置され、Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ５ＴＤと実質的に同様の化学組成を有する物質の第３のボリューム２３０とを含む。第１のボリューム、第２のボリューム及び第３のボリュームの割合は、それぞれ、約１２．１％、１６．５％及び７１．４％である。

［0026］本発明の別の実施形態では、それぞれ、ＴｅｎａｘＧＲ、Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ５ＴＤ、ＴｅｎａｘＴＡ、Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ１ＴＤ又はＣａｒｂｏｇｒａｐｈ５ＴＤと実質的に同様の化学組成を有する２つ以上の化合物を含む多床収着剤管を提供するステップを含むソースからの湿りガスのＶＯＣ含有量を分析する方法が説明される。上記方法は次に、水及び１つ以上の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含有する湿りガスの第１のボリュームを、多床収着剤管内に通し、これにより、ＶＯＣ及び水は収着剤管内に保持される、第１の通過ステップ、及び、乾燥ガスの第２のボリュームを、第１の通過ステップ中に収着剤管によって保持された水の量を除去するのに十分な時間の間、多床収着剤管内に通す第２の通過ステップへと進む。上記方法は更に、第１の通過ステップ中に収着剤管によって保持されたＶＯＣを除去するように、多床収着剤管を脱着させるステップと、除去されたＶＯＣを分析して、ＶＯＣの量及び同一性を決定するステップとを説明する。

［0027］上記方法の一実施形態は、上記ソースが、医用ベンチレータ呼気管側流、回収袋、保育器内の空気ボリューム、高湿度の部屋内の空気ボリューム及び内燃機関からの排ガスからなる群のうちの１つから選択されることを含む。第１のボリュームは約１．２リットルであってよい。第２のボリュームは、収着剤管によって保持された水の約９９パーセントを除去するのに十分であるように選択されてよい。

［0028］上記方法の別の実施形態は、２つ以上の化合物のうちの１つの化合物は、約８５ミリグラムのＴｅｎａｘＧＲと実質的に同様の化学組成の化合物であり、２つ以上の化合物のうちの第２の化合物は、約３００ミリグラムのＣａｒｂｏｇｒａｐｈ５ＴＤと実質的に同様の化学組成の化合物であり、更に、第１のボリュームは約１．２リットルであり、更に、第２のボリュームは、約７分間の持続時間につき、約１００標準立方センチメートルであると説明する。

［0029］上記方法の別の実施形態では、２つ以上の化合物のうちの１つ化合物は、約１２．１体積百分率のＴｅｎａｘＴＡと実質的に同様の化学組成物の化合物であり、２つ以上の化合物のうちの第２の化合物は、約１６．５体積百分率のＣａｒｂｏｇｒａｐｈ１ＴＤと実質的に同様の化学組成の化合物であり、２つ以上の化合物のうちの第３の化合物は、約７１．４体積百分率のＣａｒｂｏｇｒａｐｈ５ＴＤと実質的に同様の化学組成の化合物であり、更に、第１のボリュームは約１．２リットルであり、更に、第２のボリュームは、約６．５分間の持続時間につき、１分あたり約１００標準立方センチメートルである。材料のこれらの組み合わせを用いて、最適な脱着ステップは、収着剤管を、約４分間、約セ氏２２５度まで加熱するステップを含んでよい。

［0030］上記方法は更に、第２の通過ステップと脱着ステップとの間に、約２か月の最大保管期間の間、収着剤管を保管するステップを含んでよい。上記方法の分析ステップは、ＶＯＣの同一性を、Ｃ４からＣ１５に及ぶ有機分子のうちの１つ以上として含んでよい。第１のボリュームは、２つ以上の化合物の量に、サイズに関してリニアに関連してよい。第２のボリュームは、２つ以上の化合物の量に、サイズに関してリニアに関連してよい。

［0031］別の実施形態では、上記方法は、実質的に自動化されてもよく、第１の通過ステップ及び第２の通過ステップが、不揮発性コンピュータメモリ内にあるソフトウェアプログラムの制御下で試料採取デバイスによって自動的に行われる。

［0032］図１は、有用な収着剤の様々な炭化水素に対する適用可能性で構成された当該有用な収着剤の例示的なセットを示す。［0033］図２は、相対湿度の関数として吸収剤管内の水の捕獲を示す。［0034］図３は、２つの異なる吸収剤及びそれらの相対量の最適化された配置を有する本発明の吸収剤管の第１の実施形態を示す。［0035］図４は、３つの異なる吸収剤及びそれらの相対量の最適化された配置を有する本発明の吸収剤管の第２の実施形態を示す。［0036］図５は、湿りガス試料を捕捉、乾燥、保管及び分析する方法のための方法フローチャートを示す。

［0037］本発明の試料採取管は、少なくともＣ４からＣ１５に及ぶ有機化合物の捕獲を可能にする収着剤の様々な組み合わせ及び割合から成っている。多少吸着管は、試料採取後、測定されるべき有機化合物のいずれも失うことなく、（窒素、ヘリウム及び空気といった）非常にクリーンなガスで吸着剤が十分に乾燥され、管内の湿度の＞９９％を取り除くようなやり方で構成される。

［0038］管の脱着は、試料採取された有機化合物及び吸着床自体の熱劣化を最小限に抑えるためにできるだけ低い温度で行われるべきであり、これにより、検体の消失及び不所望な有機化合物の導入が低減される。

［0039］本発明者は、収着剤管内の捕獲材料の以下の特定の組み合わせ及び割合が、本発明の目的を最適に果たすことを見出した。具体的には、これらの組み合わせ及び割合は、人間を含む動物からの湿気のある呼気試料の捕獲に適している。

［0040］第１の実施形態
［0041］次に、図３を参照するに、１００％のＲＨのガスストリームから少なくともＣ４からＣ１５まで変化する大きい範囲の揮発性物質を定量的に捕獲するために、多床収着剤管の以下の最適な組成が開示される。

［0042］試料採取管１００は、図３の左矢印によって示されるように、一端から入り、図３の右矢印によって示されるように、第２の端から出る流体ガスから試料を捕捉する。試料採取管自体は、第１のボリューム（２１．５ｖｏｌ％）のＴｅｎａｘＧＲと実質的に同様の物質１２０と、第２のボリューム（７８．５ｖｏｌ％）のＣａｒｂｏｇｒａｐｈ５ＴＤと実質的に同様の物質１４０とで満たされるように配置される。図示されるように、ＴｅｎａｘＧＲ材料は、Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ５ＴＤ材料よりも収着剤管の入口の近くに（即ち、上流に）配置される。したがって、Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ５ＴＤ材料は、ＴｅｎａｘＧＲ材料の下流に及び第２の端のより近くに配置される。第１のボリューム及び第２のボリュームの割合は、示されるように、それぞれ、ボリュームで約２１．５％及び７８．５％である。

［0043］この吸着管を使用する際、試料採取ボリュームは、吸着床のボリュームによって制限される。試料ボリュームが収着剤床のボリュームにどのように関連するかの一例を以下に示す。

［0044］収着剤管の試料採取床が、８５ｍｇのＴｅｎａｘＧＲと３００ｍｇのＣａｒｂｏｇｒａｐｈ５ＴＤで満たされている場合、最適な試料ボリュームは、１．２リットル（Ｌ）である。試料採取後、管は、乾燥している非常にクリーンなガスの１分あたり１００標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）のフローを使用して乾燥されなければならない。乾燥時間も、吸着床のサイズによって決定される。本実施形態では、管は、７分間乾燥される。試料採取及び乾燥後、脱着が２２５℃において４分間（これもこの吸着床のサイズに基づいている）行われる。

［0045］高湿度ガス（例えば人間の息）のストリームから試料が採取される場合、この組み合わせは、人間の病気の後の診断に有益となりうるＣ４〜Ｃ１５の有機物を定量的に捕獲及び放出することができる。

［0046］第２の実施形態
［0047］次に、図４を参照するに、１００％のＲＨのガスストリームから少なくともＣ４からＣ１５まで変化する大きい範囲の揮発性物質を定量的に捕獲するために、多床収着剤管の以下の最適な組成が開示される。

［0048］試料採取管２００は、図４の左矢印によって示されるように、一端から入り、図４の右矢印によって示されるように、第２の端から出る流体ガスから試料を捕捉する。試料採取管２００自体は、上流入口から下流出口までそれぞれ配置される第１のボリューム（１２．１ｖｏｌ％）のＴｅｎａｘＴＡと実質的に同様の物質２１０と、第２のボリューム（１６．５ｖｏｌ％）のＣａｒｂｏｇｒａｐｈ１ＴＤと実質的に同様の物質２２０と、第３のボリューム（７１．４ｖｏｌ％）のＣａｒｂｏｇｒａｐｈ５ＴＤと実質的に同様の物質２３０とで満たされるように配置される。図示されるように、第１のボリューム２１０は、収着剤管２００内で、入口端に最も近くに配置され、第２のボリューム２２０は、収着剤管２００内で、第１のボリュームと第２の出口端との間に配置され、第３のボリューム２３０は、収着剤管２００内で、第２のボリューム２２０と第２の出口端との間に配置される。第１、第２及び第３のボリュームの割合は、示されるように、それぞれ、ボリュームで約１２．５％、１６．５％及び７１．４％である。

［0049］この例示的な吸着管２００を使用する際、試料採取ボリュームは、吸着床のボリュームによって制限される。試料採取後、管２００は、乾燥している非常にクリーンなガスの１００ｓｃｃｍのフローを使用して乾燥される。最適な乾燥時間は、吸着床のサイズによって決定され、したがって、この場合、管２００は、６．５分間乾燥される。

［0050］試料採取及び乾燥後、脱着が２２５℃において４分間（この吸着床のサイズに基づいている）行われる。

［0051］高湿度ガス（例えば人間の息）のストリームから試料が採取される場合、この組み合わせは、人間の病気の後の診断に有益となりうるＣ４〜Ｃ１５の有機物を定量的に捕獲及び放出することができる。

［0052］収着剤と試料ボリュームとの上記組み合わせは、高湿度ガスフロー／環境内で広範囲の揮発性有機化合物を捕捉するのに特に最適化されている。応用の一例は、呼気分析である。息からの試料採取は、人工呼吸器を装着している患者（集中治療、患者モニタリング、ホームモニタリング）における側流を介して行われてよい。患者が回収袋に息を吹き込み、そこから試料が回収される（患者モニタリング、ホームモニタリング）。

［0053］応用分野の別の例は、新生児からの息が直接モニタリングされるか又は保育室内の空気がモニタリングされる新生児モニタリングである（新生児モニタリング）。

［0054］屋内空気、温室及び湿潤気候における周囲空気といった高湿度環境に存在する、又は、内燃機関排ガスから採取された試料からの有機化合物の他の予備濃縮も、本発明の収着剤管１００／２００と共に有益である。

［0055］図５を参照するに、あるソースからの湿りガスのＶＯＣ含有量を分析する方法５００が説明される。当該ソースは、好適には、医用換気デバイスから受け取る呼気ガスのソースであり、例えば医用ベンチレータ呼気管側流、回収袋、保育器内の空気ボリューム又は高湿度の部屋の空気ボリュームであるが、例えば内燃機関からの排ガスのように非医療目的であってもよい。

［0056］方法５００は、提供ステップ５０２から開始する。提供ステップ５０２は、２つ以上の化合物を含む多床収着剤管を提供することを含む。各化合物は、ＴｅｎａｘＧＲ、Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ５ＴＤ、ＴｅｎａｘＴＡ又はＣａｒｂｏｇｒａｐｈ１ＴＤと実質的に同様の化学組成を有する。この提供ステップにおける収着剤管の例は、第１の実施形態及び第２の実施形態において説明されたが、化合物の他の同様の組み合わせ及び割合であってよい。

［0057］上記方法は、水と１つ以上の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）とを含有する第１のボリュームの湿りガスを、多床収着剤管に通す第１の通過ステップ５０４に進む。これにより、ＶＯＣ及び水は収着剤管内に保持される。試料ガスボリュームは、上記されたように、収着剤管内にある化合物の量及びタイプに最適なボリュームであるように制御されるべきである。例えば第１のボリュームは、上記２つ以上の化合物の量に、サイズに関してリニアに関連する。前例のボリュームは、第１の実施形態の組み合わせについて、１．２Ｌである。この第１の通過ステップ５０４が終了すると、収着剤管の組成は、水及びＶＯＣの試料を保持し、ＶＯＣは、第１のボリュームにあるＶＯＣに比例する。

［0058］次に、試料は、乾燥ステップ５０６を介して乾燥される。第２の通過のステップ５０６では、第１の通過ステップ中に収着剤管によって保持された水の量を取り除くのに十分な時間の間、第２のボリュームの乾燥ガスが多床収着剤管を通される。好適には、第２のボリュームは、収着剤管によって保持された水の約９９％を取り除くのに十分である。第２のボリュームは、試料の予想されるタイプ及び使用される特定の収着剤管化合物に基づいて予め決定されても、収着剤管を通過後の乾燥ガスの湿度に基づいて動的に決定されてもよい。一実施形態では、この第２のボリュームは、収着剤管内にある上記２つ以上の化合物の量に、サイズに関してリニアに関連する。第１の実施形態の収着剤管を使用する方法では、第２のボリュームは、好適には、約７分の持続時間につき、約１００ｓｃｃｍである。第２の実施形態の収着剤管を使用する方法では、第２のボリュームは、好適には、約６．５分の持続時間につき、約１００ｓｃｃｍである。

［0059］試料は、ステップ５０６において乾燥されると、後の分析のために、任意選択的に保管される。このような保管は、しばしば、費用有効性の理由から有益である（複数の分析を１つの場所で一度に行う、診断トレンド等）。したがって、保管ステップ５０８において、乾燥したＶＯＣ試料を含有する収着剤管は、保管場所に保管される。好適には、冷蔵保管される。本発明者は、試料は、最大約２か月の保管期間までその精度を保持することを見出している。

［0060］試料が乾燥された後、或いは、ステップ５０８において、試料が所望期間、保管された後、試料は、更なる処理のために取り出される。本発明の方法における次のステップは、脱着ステップ５１０である。ステップ５１０は、第１の通過ステップ中に、収着剤管によって保持されたＶＯＣを取り除くように多床収着剤管を脱着することを含む。１つの好適な実施形態では、脱着ステップ５１０は更に、収着剤管を約２２５℃に約４分間加熱して、保持されたＶＯＣを放出することを含む。脱着されたＶＯＣは、次に、分析に利用可能となる。

［0061］上記方法は更に、ＶＯＣの量及び同一性を決定するために、除去済みの脱着したＶＯＣを分析する分析ステップ５１２を含む。分析ステップ５１２は、ＶＯＣ同一性を、Ｃ４からＣ１５に及ぶ有機分子のうちの１つ以上の有機分子として特定し且つ定量化するのに適している。次に、ＶＯＣの同一性及び量に関する情報は、出力ステップ５１４に渡される。出力ステップは、好適には、方法のユーザによって容易に理解可能である情報の視覚的又はコンピュータ記録表示である。

［0062］上記方法は、手動で又は実質的に自動化されて行われてよい。具体的には、第１の通過ステップ５０４及び第２の通過ステップ５０６の何れか又は両方が、不揮発性コンピュータメモリ内のソフトウェアプログラムの制御下で自動試料採取デバイスによって自動的に行われてよい。

［0063］上記デバイス、方法及び表示への追加の変更は、本発明の範囲に含まれる。例えば特定の収着剤管組成の選択は、材料の正確な説明から幾分異なってよい。具体的には、組成は、請求項に掛かる混合物の請求項に掛かるメリットに影響を及ぼさない少数含有物に関しては異なる場合がある。方法は、例えば各収着剤管内の材料の量に依存して、本発明の範囲内で幾分異なってよい。

Claims

１つの端から第２の端にガスのフローを導く試料採取管と、
前記１つの端の近くで前記試料採取管内に配置され、ＴｅｎａｘＧＲと実質的に同様の化学組成を有する物質の第１のボリュームと、
前記試料採取管内に、前記第１のボリュームと前記第２の端との間に配置され、Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ５ＴＤと実質的に同様の化学組成を有する物質の第２のボリュームと、
を含み、
前記第１のボリューム及び前記第２のボリュームの割合は、それぞれ、約２１．５％及び７８．５％である、多床収着剤管。
前記第１のボリュームの量は、約８５ミリグラムであり、前記第２のボリュームの量は、約３００ミリグラムである、請求項１に記載の多床収着剤管。
１つの端から第２の端にガスのフローを導く試料採取管と、
前記１つの端の近くで前記試料採取管内に配置され、ＴｅｎａｘＴＡと実質的に同様の化学組成を有する物質の第１のボリュームと、
前記試料採取管内に、前記第１のボリュームと前記第２の端との間に配置され、Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ１ＴＤと実質的に同様の化学組成を有する物質の第２のボリュームと、
前記試料採取管内に、前記第２のボリュームと前記第２の端との間に配置され、Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ５ＴＤと実質的に同様の化学組成を有する物質の第３のボリュームと、
を含み、
前記第１のボリューム、前記第２のボリューム及び前記第３のボリュームの割合は、それぞれ、約１２．１％、１６．５％及び７１．４％である、多床収着剤管。
ソースからの湿りガスの揮発性有機化合物（ＶＯＣ）含有量を分析する方法であって、
それぞれ、ＴｅｎａｘＧＲ、Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ５ＴＤ、ＴｅｎａｘＴＡ又はＣａｒｂｏｇｒａｐｈ１ＴＤと実質的に同様の化学組成を有する２つ以上の化合物を含む多床収着剤管を提供するステップと、
水及び１つ以上のＶＯＣを含有する湿りガスの第１のボリュームを、前記多床収着剤管内に通し、これにより、前記ＶＯＣ及び前記水は、前記多床収着剤管内に保持される、第１の通過ステップと、
乾燥ガスの第２のボリュームを、前記第１の通過ステップ中に前記多床収着剤管によって保持された前記水の量を除去するのに十分な時間の間、前記多床収着剤管内に通す第２の通過ステップと、
前記第１の通過ステップ中に前記多床収着剤管によって保持された前記ＶＯＣを除去するために、前記多床収着剤管を脱着させるステップと、
前記ＶＯＣの量及び同一性を決定するために、除去された前記ＶＯＣを分析するステップと、
を含む、方法。
前記ソースは、医用ベンチレータ呼気管側流、回収袋、保育器内の空気ボリューム、高湿度の部屋内の空気ボリューム及び内燃機関からの排ガスからなる群のうちの１つから選択される、請求項４に記載の方法。
前記第１のボリュームは、約１．２リットルである、請求項４に記載の方法。
前記第２のボリュームは、前記多床収着剤管によって保持された前記水の約９９パーセントを除去するのに十分である、請求項４に記載の方法。
前記２つ以上の化合物のうちの１つの化合物は、約８５ミリグラムのＴｅｎａｘＧＲと実質的に同様の化学組成の化合物であり、前記２つ以上の化合物のうちの第２の化合物は、約３００ミリグラムのＣａｒｂｏｇｒａｐｈ５ＴＤと実質的に同様の化学組成の化合物であり、更に、前記第１のボリュームは、約１．２リットルであり、更に、前記第２のボリュームは、約７分間の持続時間につき、１分あたり約１００標準立方センチメートルである、請求項４に記載の方法。
前記２つ以上の化合物のうちの１つ化合物は、約１２．１体積百分率のＴｅｎａｘＴＡと実質的に同様の化学組成物の化合物であり、前記２つ以上の化合物のうちの第２の化合物は、約１６．５体積百分率のＣａｒｂｏｇｒａｐｈ１ＴＤと実質的に同様の化学組成の化合物であり、前記２つ以上の化合物のうちの第３の化合物は、約７１．４体積百分率のＣａｒｂｏｇｒａｐｈ５ＴＤと実質的に同様の化学組成の化合物であり、更に、前記第１のボリュームは、約１．２リットルであり、更に、前記第２のボリュームは、約６．５分間の持続時間につき、１分あたり約１００標準立方センチメートルである、請求項４に記載の方法。
前記脱着ステップは更に、前記多床収着剤管を、約４分間、約セ氏２２５度まで加熱するステップを含む、請求項８又は９に記載の方法。
前記第２の通過ステップと前記脱着ステップとの間に、約２か月の最大保管期間の間、前記多床収着剤管を保管するステップを更に含む、請求項４に記載の方法。
前記分析ステップにおいて、ＶＯＣの同一性は、Ｃ４からＣ１５に及ぶ有機分子のうちの１つ以上である、請求項４に記載の方法。
前記第１のボリュームは、前記２つ以上の化合物の量に、サイズに関してリニアに関連する、請求項４に記載の方法。
前記第２のボリュームは、前記２つ以上の化合物の量に、サイズに関してリニアに関連する、請求項４に記載の方法。
前記第１の通過ステップ及び前記第２の通過ステップは、不揮発性コンピュータメモリ内にあるソフトウェアプログラムの制御下で試料採取デバイスによって自動的に行われる、請求項４に記載の方法。