JP3777753B2 - Odor measuring device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスセンサの一種であるにおいセンサを使用して試料ガスに含まれるにおい成分を測定するにおい測定装置に関する。本発明のにおい測定装置は、食品や香料の品質検査、悪臭公害の定量検知、焦げ臭検知による火災警報機、更には、人物の追跡、識別、認証や薬物検査等の犯罪捜査等の幅広い分野に利用可能である。
【0002】
【従来の技術】
においセンサは、空気(又は供給された試料ガス)中に含まれるにおい成分がセンサの感応面に付着することにより生ずる該センサの物理的変化を電気的(又は光学的)に測定するものである。においセンサとしては、酸化物半導体を用いたものや導電性高分子を用いたものが知られている。
【0003】
このようなにおいセンサを利用したにおい測定装置にて、比較的低濃度の試料ガス中のにおい成分を測定する場合、被測定成分の濃度を高めるために加熱脱着法(サーマルデソープション)によるガス濃縮処理が行なわれることが多い。加熱脱着法では、まず、被測定成分を主として吸着する吸着剤を充填した濃縮管に試料ガスを流通させて、該試料ガスに含まれる被測定成分を吸着剤に吸着させる。そして、充分に被測定成分が吸着された後に、該濃縮管にキャリアガスを流しつつ吸着剤の温度を急速に上昇させる。これにより、吸着されていた被測定成分が短時間の間に離脱し、高濃度でにおいセンサに導入される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、酸化スズ等の酸化物半導体を感応膜に利用したにおいセンサでは、酸化物半導体に吸着した酸素と還元性ガスとが酸化還元反応を行なう際に生じる該酸化物半導体の導電性の変化を検出している。このため、試料成分を搬送するキャリアガスは酸素を含んだガス(例えば空気)でなければならない。すなわち、上記の如く濃縮管を用いたにおい測定装置では、濃縮管内の吸着剤が高温に加熱された状態で、酸素を含むガスが該濃縮管内を流通する。従って、吸着剤としては、酸素存在下で高温に加熱されても性能が劣化しないものを使用しなければならない。
【0005】
一般に、吸着剤はその種類によって対象成分が相違するから、上記理由により使用可能な吸着剤の種類が限定されると、対象成分も限定されてしまう。具体的には、例えば通常のカーボン系吸着剤は酸素存在下で加熱されると、吸着剤自体が酸化されて性能が大きく劣化する。このため、上述のようなにおい測定装置の濃縮管には使用することはできない。
【0006】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その主たる目的は、酸化物半導体等、におい成分の検出に酸素を必要とするにおいセンサと加熱脱着法による濃縮装置を組み合わせた場合でも、濃縮のための吸着剤の選択が限定されず、幅広い試料成分を対象とした測定が行なえるにおい測定装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明のにおい測定装置は、
a)不活性なガスを供給するガス供給手段と、
b)試料成分を吸着するとともに加熱により該試料成分を離脱する吸着剤を備えた捕集手段と、
c)試料成分を含む試料ガスを該捕集手段に導入した後に外部に排出する流路と、前記ガス供給手段より供給される不活性なガスを該捕集手段に導入する流路とを選択して切り替える流路切替手段と、
d)前記捕集手段を通過した不活性なガスに酸素又は酸素を含むガスを混入する混入手段と、
e)におい成分の検出に酸素を必要とするセンサを少なくとも含み、前記混入手段にて酸素又は酸素を含むガスが混入された不活性なガスに含まれる試料成分を検出するにおい検出手段と、
を備え、前記捕集手段に試料ガスを流通させて該捕集手段に試料成分を吸着させ、その後に前記流路切替手段を切り替えて該捕集手段に吸着されている試料成分を不活性なガス中に離脱させて、酸素又は酸素を含むガスを混入した後に前記におい検出手段に導入することを特徴としている。
【0008】
【発明の実施の形態】
前記不活性なガスは、特に酸素を避ける必要のあるプロセスで不活性なガスであって且つにおい検出手段等を腐食又は損傷する恐れのないガスであれば適宜のガスを用いることができ、例えば窒素ガス、ヘリウムガス等の希ガス、又はこれらの混合ガスを利用できる。
【0009】
本発明に係るにおい測定装置では、まず、捕集手段に試料ガスが流通するように流路切替手段を切り替える。捕集手段では、試料ガスに含まれる試料成分が吸着剤に吸着される。充分に試料成分が吸着された後に、流路切替手段を切り替えて捕集手段に窒素ガス(又は他の不活性なガス)を流す。このとき、捕集手段の吸着剤を加熱することにより、該吸着剤に吸着されていた試料成分を離脱させて窒素ガス中に放出させる。混入手段は、この試料成分を含む窒素ガスに酸素ガス又は酸素を含むガスを混入し、該混入ガスをにおい検出手段に送出する。これにより、試料成分は、酸素ガスを含む窒素ガスを主成分としたキャリアガスに乗ってにおい検出手段に到達する。におい検出手段が、酸化物半導体等を用いた、試料成分の検出の過程で酸素を必要とするものであっても、キャリアガスには酸素が含まれているので試料成分を検出することができる。一方、捕集手段には酸素ガスが流通しないので、吸着剤の加熱時にも吸着剤が酸化する恐れはない。
【0010】
また、本発明に係るにおい測定装置において、におい検出手段として、検出に酸素を必要とするセンサと、酸素を避けることが好ましい導電性高分子等を用いたセンサとの両方を併用する場合には、以下のような構成とすることができる。すなわち、におい検出手段を、検出に酸素を必要としないセンサを備えた第1検出部と、検出に酸素を必要とするセンサを備えた第2検出部とに分け、前記捕集手段を通過した不活性なガスを第1検出部に導入し、前記混入手段により該第1検出部から流出したガスに酸素又は酸素を含むガスを混入した後に第2検出部に導入する構成とする。
【0011】
この構成では、第1検出部には窒素ガスのみをキャリアガスとして試料成分が導入され、第2検出部には酸素ガスを含み窒素ガスを主成分としたキャリアガスにより試料成分が導入される。従って、第1検出部には酸素ガスが流通しないので、導電性高分子を利用したセンサ等に対しても酸化による劣化を防止することができる。一方、第2検出部には酸素ガスが流通するので、酸化物半導体を利用したにおいセンサ等を用いて試料成分の検出が行なえる。
【0012】
【実施例】
以下、本発明に係るにおい測定装置の一実施例を図を参照して説明する。図1は、本実施例のにおい測定装置のガス流路を中心とする構成図である。
【0013】
純粋な窒素ガスを充填した窒素ガス容器10のガス出口に設けられた定圧バルブ11の出口側の流路は、それぞれマスフローコントローラ等の流量制御部13、16及び不純物を除去するためのモレキュラシーブフィルタ14、17を備えた二本の第1及び第2なる窒素ガス流路12、15に分岐される。除塵用のPTFEメンブレンフィルタ19を介して試料ガス供給口18に接続された試料ガス流路と第1窒素ガス流路12とは、三方バルブ20により選択的に六方バルブ(6ポート2ポジションバルブ)21のポートaに接続される。また、第2窒素ガス流路15は六方バルブ21のポートdに接続されている。六方バルブ21のポートcとポートfとの間には、加熱用のヒータ23が付設された捕集管22が接続されている。この捕集管22には、測定対象の試料成分に応じて、例えばカーボン系吸着剤やそのほかの適宜の吸着剤が充填されている。
【0014】
六方バルブ21のポートbは、三方バルブ24により、ポンプ25と流量計26とを通過する流路又は通過しない流路に選択的に接続され、いずれも排出口27に達している。六方バルブ21のポートeは、複数のにおいセンサ29aを備える第1フローセル28aに接続され、その下流側は複数のにおいセンサ29bを備える第2フローセル28bに接続され、更にその下流側は排出口31に連なっている。においセンサ29aは、種々の試料成分に対してそれぞれ検出感度の相違する特性を有する導電性高分子を感応膜に利用したにおいセンサである。一方、においセンサ29bは、種々の試料成分に対してそれぞれ検出感度の相違する特性を有する酸化物半導体を感応膜に利用したにおいセンサである。複数のにおいセンサ29a、29bの検出信号は、におい成分の識別、分類等の処理を行なう信号処理部30に入力される。
【0015】
ポンプ33により空気供給口32から吸引された空気はタンク34に圧縮して貯蔵され、第3流量制御部35と不純物を除去するための活性炭フィルタ36とを介して、第1フローセル28aから第2フローセル28bへ連なる流路に接続されている。また、六方バルブ21、第1、第2フローセル28a、28b全体は恒温槽37内に設置されており、恒温槽37は温度調整部38により所定温度に制御される。
【0016】
制御部40には操作部39が付設されており、所定のプログラムに従って後述のように、三方バルブ20、24、六方バルブ21、ポンプ25、33、ヒータ23、温度調整部38等を制御している。なお、各流路の配管材料としては試料成分の吸着が少ないPTFEチューブを利用することが望ましいが、窒素ガス中に極力、酸素が混じることを防ぐためには、窒素ガス容器10の出口から三方バルブ20までの第1窒素ガス流路12と六方バルブ21のポートdまでの第2窒素ガス流路15とにステンレス等の金属管を、また六方バルブ21のポートcから捕集管22までの流路に不活性処理されたフェーズドシリカで内面を被覆されたステンレス管等を使用することが更に望ましい。
【0017】
次に、上記におい測定装置の動作を詳述する。
(i)試料成分の捕集
まず、制御部40は、試料ガス供給口18と六方バルブ21のポートaとが接続されるように三方バルブ20を切り替えるとともに、六方バルブ21のポートbがポンプ25に接続されるように三方バルブ24を切り替える。また、図1に破線で示す接続状態に六方バルブ21を切り替え、ポンプ25を作動させる。すると、ポンプ25の吸引力により、試料ガス供給口18から吸引された試料ガスはメンブレンフィルタ19にて塵芥等の比較的大きな固形浮遊物が除去され、三方バルブ20及び六方バルブ21を介して捕集管22に導入される(図1中の左から右方向)。更に、六方バルブ21、三方バルブ24、ポンプ25、流量計26を通って排出口27から排出される。制御部40は、流量計26による検出値が所定の値となるようにポンプ25の吸引力を制御する。
【0018】
試料ガスは、空気に測定対象のにおい成分を含むものであって、このにおい成分は複数の試料成分が混合されたものである。上記のように試料ガスが捕集管22を通過するときヒータ23による加熱は行なわれず、試料ガスに含まれる各試料成分は吸着剤に吸着される。
【0019】
一方、窒素ガス容器10のガス出口のガス圧は高いので、第2窒素ガス流路15を通して供給される窒素ガスは六方バルブ21を介して第1、第2フローセル28a、28bに流通し、排出口31から外部に排出される。これにより、においセンサ29a、29bは常時窒素ガス雰囲気中に保持される。なお、このときフローセル28b側には、窒素ガスに後述のようにタンク34から送出した空気を混入して流すようにしてもよい。
【0020】
(ii)捕集管22内のガスの置換
所定時間、捕集管22に試料ガスを流通させた後、三方バルブ20を切り替えて第1窒素ガス流路12を六方バルブ21のポートaに接続するとともに、三方バルブ24を切り替えて六方バルブ21のポートbを直接排出口27に接続する。すると、試料ガスに代わって、窒素ガス容器10より供給された窒素ガスが、第1窒素ガス流路12−三方バルブ20−六方バルブ21−捕集管22−六方バルブ21−三方バルブ24を通り、排出口27から排出される。これにより、捕集管22を含む上記流路内部に残っている試料ガスは、窒素ガスにより外部へ押し出される。このとき、捕集管22はほぼ常温に維持されるので、先に吸着剤に吸着された試料成分はそのまま残る。また、窒素ガスは極めて乾燥しているので、先の試料ガス導入時に吸着剤に吸着された水分もその大部分が窒素ガスにより外部に運び去られ、これにより一定程度までの除湿も達成される。
【0021】
(iii)においセンサへの試料成分の導入
所定時間、捕集管22に窒素ガスを流通させた後、六方バルブ21を図1に実線で示す接続状態に切り替える。すると、第2窒素ガス流路15−六方バルブ21−捕集管22−六方バルブ21−第1フローセル28a−第2フローセル28b−排出口31という流路が形成される。この状態でヒータ23に通電し、捕集管22を急速に加熱する。これにより、捕集管22内の吸着剤に吸着していた試料成分は吸着剤から離脱し、それ以前とは逆方向(図1中で右から左方向)に流通する窒素ガスに乗って第1フローセル28aまで運ばれる。ここで、捕集管22の加熱を開始した後、吸着剤から試料成分が殆ど離脱し終わるまでの期間に捕集管22を通過する窒素ガスの体積が、上記(i)において捕集管22を通過する試料ガスの体積よりも小さくなるように各部を設定することにより、試料成分が濃縮されたガスをフローセル28aに導入することができる。
【0022】
上記の如く捕集管22の温度が変化し、これにより流路抵抗が変化したときにフローセル28aに流れる窒素ガスの流量が変動すると、においセンサ29aにおいて検出誤差が生じる恐れがある。流量制御部16に例えば機械制御式の二次圧変動型マスフローコントローラを使用すると、出口側つまり上記流路の流路抵抗が変動しても通過する窒素ガスの流量を一定に保つことができる。このマスフローコントローラが正常に動作するためには、その入口側圧力と出口側圧力との差圧が一定以上確保される必要がある。そこで、この差圧が確実に得られるように、定圧バルブ11の設定圧力、管路の内径、流量制御部35を介して混入する空気の流量等を定める。これにより、窒素ガスの流量は正確に制御され、また空気の混入箇所から第1フローセル28aの方に混合ガスが逆流することもない。
【0023】
このようにして試料成分を含む窒素ガスが第1フローセル28aを通ると、においセンサ29aの導電性高分子から成る感応膜に試料成分が吸着され、においセンサ29aの電極間の電気抵抗が変化する。この抵抗変化による検出信号は順次、信号処理部30に送られる。
【0024】
ポンプ33により加圧されてタンク34に貯蔵されている空気は、流量制御部35により適宜の流量に調節され、活性炭フィルタ36により測定の外乱となる不所望の成分が除去された後に、第1フローセル28aを通過した試料成分を含む窒素ガスに混入される。空気には酸素ガスが含まれているから、第2フローセル28bには試料成分とともに酸素ガスが流入し、酸化物半導体から成る感応膜に酸素ガス分子が吸着され、試料成分の分子との間で酸化還元反応を生じる。これにより、においセンサ29bの導電性が変化し、その電極間の電気抵抗が変化する。この抵抗変化による検出信号も順次、信号処理部30に送られる。
【0025】
複数のにおいセンサ29a、29bはそれぞれ異なる特性を有しているので、例えば、或る試料成分に対して或るにおいセンサからは大きな検出信号が得られ、他のにおいセンサからは全く検出信号が得られないということがあり得る。そこで、信号処理部30は、このようにして得られる複数の検出信号を用いて、例えば主成分分析、階層的クラスタ分析処理等の所定の多変量解析処理を行ない、におい成分を総合的に識別又は分類する。
【0026】
上記試料成分の測定の期間中、六方バルブ21、第1、第2フローセル28a、28bとこれらの間を連結する流路は、温度調整部38により室温よりも高い一定温度(例えば40℃)に維持される。これにより、周囲温度の変動によるにおいセンサ29a、29bの受ける影響を軽減し、且つ、高沸点化合物が流路内壁等に付着して検出感度の安定性が損なわれることを防止することができる。
【0027】
なお、上述のような測定に関する一連の処理は、制御部40に予め設定したプログラムに従って自動的に行なうことができるが、例えば、各バルブを切り替える時間やヒータ23の加熱温度等のパラメータは、試料成分の種類に応じて適宜操作部39から設定できるようにしておくとよい。また、自動的な測定のみならず、操作部39より測定者が逐次指示を与えることにより、手動で測定の各処理を進める構成としてもよい。
【0028】
また、上記実施例では、第2フローセル28bの手前の流路で空気を混入しているが、空気に換えて純粋な酸素ガスを混入する構成としてもよい。純粋な酸素ガスを用いれば、空気と比較して混合する体積を遙かに減らすことができるので、試料成分が希釈される割合が小さく、においセンサ29bによる検出の感度の向上に有利である。
【0029】
また、第1又は第2フローセル28a、28bには、水晶振動子に合成二分子膜を被覆したにおいセンサ等、他の構造を有するにおいセンサを用いることもできる。検出に酸素を必要としないにおいセンサは、より上流側に位置する第1フローセル28a内に設置するほうが検出感度の点で有利である。その理由は、まず第一に、第2フローセル28bにおいては、混入された空気により流通ガスが希釈され、試料成分の濃度が低くなるからである。更に第二に、第1フローセル28aは流路上で捕集管22により近い位置に在るため、試料成分を含むガスが流れてくる間の試料成分の流路に沿った方向の(つまりにおいセンサに到達したときの時間的な)広がりが少なく、試料成分の濃度が相対的に高いからである。
【0030】
なお、上記実施例は一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変形や修正を行なえることは明らかである。
【0031】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るにおい測定装置では、捕集管の内部が不活性なガスで置換された後に試料成分離脱のために加熱が行なわれ、捕集管と酸化物半導体等の検出に酸素を必要とするにおいセンサとを連結する流路の途中で酸素ガスが混入される。従って、捕集管内の吸着剤が高温であるときに酸素ガスが吸着剤に接触しないため、酸化により性能が劣化する恐れがあるような吸着剤も利用することができる。これにより、吸着剤の選択の幅が広がり、測定可能な試料成分の種類も多くなる。
【0032】
また、酸素又は酸素を含むガスの混入箇所よりも上流側に導電性高分子等を用いたにおいセンサを配置し、下流側に酸化物半導体等を用いたにおいセンサを配置した構成によれば、酸素を避けることが好ましいセンサと検出に酸素を必要とするセンサという種類の異なるセンサを併用することができる。このため、測定可能な試料成分の種類が増加する。また、その上流側のにおいセンサでは酸素又は酸素を含むガスにより希釈される前の試料成分を測定しているので、試料成分の濃度が高く、高感度の測定が可能である。また、その上流側のにおいセンサでは捕集管により近い流路上で試料成分を測定しているので、試料成分の時間的な広がりが少なく、高感度の測定に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例であるにおい測定装置の構成図。
【符号の説明】
10…窒素ガス容器 11…定圧バルブ
12、15…窒素ガス流路 13、16、35…流量制御部
18…試料ガス供給口 20、24…三方バルブ
21…六方バルブ 22…捕集管
23…ヒータ 25、33…ポンプ
26…流量計 27、31…排出口
28a、28b…フローセル
29a…においセンサ(導電性高分子)
29b…においセンサ(酸化物半導体)
30…信号処理部 32…空気供給口
34…タンク 37…恒温槽
38…温度調整部 39…操作部
40…制御部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an odor measurement apparatus that measures an odor component contained in a sample gas using an odor sensor that is a kind of gas sensor. The odor measuring device of the present invention is used in a wide range of fields such as quality inspection of foods and fragrances, quantitative detection of bad odor pollution, fire alarm by detection of burnt odor, and criminal investigations such as person tracking, identification, authentication and drug inspection Is available.
[0002]
[Prior art]
The odor sensor electrically (or optically) measures a physical change of an odor component contained in air (or supplied sample gas) caused by adhering to a sensitive surface of the sensor. . As an odor sensor, one using an oxide semiconductor or one using a conductive polymer is known.
[0003]
When measuring odor components in a sample gas with a relatively low concentration using such an odor sensor, a gas by thermal desorption (thermal desorption) is used to increase the concentration of the component to be measured. Concentration treatment is often performed. In the thermal desorption method, first, a sample gas is circulated through a concentration tube filled with an adsorbent that mainly adsorbs a component to be measured, and the component to be measured contained in the sample gas is adsorbed to the adsorbent. Then, after the component to be measured is sufficiently adsorbed, the temperature of the adsorbent is rapidly raised while flowing the carrier gas through the concentration tube. As a result, the component to be measured that has been adsorbed is released in a short time, and is introduced into the odor sensor at a high concentration.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in an odor sensor that uses an oxide semiconductor such as tin oxide as a sensitive film, the change in conductivity of the oxide semiconductor that occurs when oxygen and reducing gas adsorbed on the oxide semiconductor undergo a redox reaction. Detected. For this reason, the carrier gas for transporting the sample components must be a gas containing oxygen (for example, air). That is, in the odor measuring apparatus using the concentration tube as described above, the gas containing oxygen flows through the concentration tube while the adsorbent in the concentration tube is heated to a high temperature. Therefore, an adsorbent that does not deteriorate in performance even when heated to a high temperature in the presence of oxygen must be used.
[0005]
In general, since the target component differs depending on the type of the adsorbent, if the type of adsorbent that can be used is limited for the above reason, the target component is also limited. Specifically, for example, when an ordinary carbon-based adsorbent is heated in the presence of oxygen, the adsorbent itself is oxidized and the performance is greatly deteriorated. For this reason, it cannot be used for the concentration tube of the odor measuring apparatus as described above.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its main purpose is to combine an odor sensor that requires oxygen to detect an odor component, such as an oxide semiconductor, and a concentrator using a thermal desorption method. However, the selection of the adsorbent for concentration is not limited, and an object is to provide an odor measuring apparatus capable of performing measurement on a wide range of sample components.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The odor measuring apparatus of the present invention made to solve the above problems is
a) a gas supply means for supplying an inert gas;
b) a collecting means provided with an adsorbent that adsorbs the sample components and releases the sample components by heating;
c) Select a flow path for introducing a sample gas containing a sample component to the collection means and then discharging the gas to the outside, and a flow path for introducing an inert gas supplied from the gas supply means to the collection means. Flow path switching means for switching,
d) mixing means for mixing oxygen or a gas containing oxygen into the inert gas that has passed through the collecting means;
e) at least a sensor that requires oxygen to detect odor components, and odor detection means for detecting a sample component contained in an inert gas mixed with oxygen or a gas containing oxygen by the mixing means;
A sample gas is circulated through the collecting means to adsorb the sample component to the collecting means, and then the flow path switching means is switched to inactivate the sample component adsorbed on the collecting means. It is characterized by being introduced into the odor detecting means after being separated into gas and mixed with oxygen or a gas containing oxygen.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The inert gas may be an appropriate gas as long as it is an inert gas in a process that needs to avoid oxygen and does not corrode or damage the odor detecting means. A rare gas such as nitrogen gas or helium gas, or a mixed gas thereof can be used.
[0009]
In the odor measuring apparatus according to the present invention, first, the flow path switching means is switched so that the sample gas flows through the collecting means. In the collecting means, the sample component contained in the sample gas is adsorbed by the adsorbent. After the sample components are sufficiently adsorbed, the flow path switching means is switched and nitrogen gas (or other inert gas) is passed through the collection means. At this time, by heating the adsorbent of the collecting means, the sample component adsorbed on the adsorbent is released and released into the nitrogen gas. The mixing means mixes the nitrogen gas containing the sample component with oxygen gas or a gas containing oxygen, and sends the mixed gas to the odor detection means. As a result, the sample component reaches the odor detection means on the carrier gas mainly composed of nitrogen gas containing oxygen gas. Even if the odor detecting means uses an oxide semiconductor or the like and requires oxygen in the process of detecting the sample component, the sample component can be detected because the carrier gas contains oxygen. . On the other hand, since oxygen gas does not flow through the collecting means, the adsorbent is not oxidized even when the adsorbent is heated.
[0010]
Further, in the odor measuring apparatus according to the present invention, when both a sensor requiring oxygen for detection and a sensor using a conductive polymer that preferably avoids oxygen are used as odor detecting means. The following configuration can be adopted. That is, the odor detection means is divided into a first detection section provided with a sensor that does not require oxygen for detection and a second detection section provided with a sensor that requires oxygen for detection, and passed through the collection means. An inert gas is introduced into the first detection unit, and oxygen or oxygen-containing gas is mixed into the gas flowing out from the first detection unit by the mixing unit and then introduced into the second detection unit.
[0011]
In this configuration, sample components are introduced into the first detection unit using only nitrogen gas as a carrier gas, and sample components are introduced into the second detection unit using a carrier gas containing oxygen gas and containing nitrogen gas as a main component. Accordingly, since oxygen gas does not flow through the first detection unit, it is possible to prevent deterioration due to oxidation even for a sensor using a conductive polymer. On the other hand, since oxygen gas flows through the second detection unit, the sample component can be detected using an odor sensor using an oxide semiconductor.
[0012]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of an odor measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram centering on a gas flow path of the odor measuring apparatus of the present embodiment.
[0013]
The flow paths on the outlet side of the constant pressure valve 11 provided at the gas outlet of the nitrogen gas container 10 filled with pure nitrogen gas are respectively flow control units 13 and 16 such as a mass flow controller and a molecular sieve filter 14 for removing impurities. , 17 are branched into two first and second nitrogen gas flow paths 12, 15. The sample gas flow path connected to the sample gas supply port 18 via the PTFE membrane filter 19 for dust removal and the first nitrogen gas flow path 12 are selectively selected from a six-way valve (6-port two-position valve) by a three-way valve 20. 21 is connected to port a. The second nitrogen gas flow path 15 is connected to the port d of the six-way valve 21. A collecting tube 22 provided with a heater 23 for heating is connected between the port c and the port f of the hexagonal valve 21. The collection tube 22 is filled with, for example, a carbon-based adsorbent or other appropriate adsorbent according to the sample component to be measured.
[0014]
The port b of the six-way valve 21 is selectively connected by a three-way valve 24 to a flow path that passes through the pump 25 and the flow meter 26 or a flow path that does not pass through, and both reach the discharge port 27. The port e of the hexagonal valve 21 is connected to a first flow cell 28a including a plurality of odor sensors 29a, a downstream side thereof is connected to a second flow cell 28b including a plurality of odor sensors 29b, and a further downstream side thereof is a discharge port 31. It is connected to. The odor sensor 29a is an odor sensor that uses, as a sensitive film, a conductive polymer having different detection sensitivities for various sample components. On the other hand, the odor sensor 29b is an odor sensor that uses an oxide semiconductor having different detection sensitivities for various sample components as a sensitive film. Detection signals from the plurality of odor sensors 29a and 29b are input to a signal processing unit 30 that performs processing such as identification and classification of odor components.
[0015]
The air sucked from the air supply port 32 by the pump 33 is compressed and stored in the tank 34, and the second flow from the first flow cell 28a through the third flow rate control unit 35 and the activated carbon filter 36 for removing impurities. It is connected to a flow path that continues to the flow cell 28b. In addition, the entire hexagonal valve 21 and the first and second flow cells 28 a and 28 b are installed in a thermostatic chamber 37, and the thermostatic chamber 37 is controlled to a predetermined temperature by a temperature adjusting unit 38.
[0016]
The control unit 40 is provided with an operation unit 39, which controls the three-way valve 20, 24, the six-way valve 21, the pumps 25, 33, the heater 23, the temperature adjustment unit 38, etc. according to a predetermined program as will be described later. Yes. Although it is desirable to use a PTFE tube with little sample component adsorption as the piping material for each flow path, in order to prevent oxygen from being mixed in the nitrogen gas as much as possible, a three-way valve is provided from the outlet of the nitrogen gas container 10. Stainless steel metal pipes are connected to the first nitrogen gas flow path 12 up to 20 and the second nitrogen gas flow path 15 to the port d of the hexagonal valve 21, and the flow from the port c of the hexagonal valve 21 to the collection pipe 22 It is further desirable to use a stainless steel tube whose inner surface is coated with phased silica that has been inertly treated in the path.
[0017]
Next, the operation of the odor measuring apparatus will be described in detail.
(I) Collection of sample components First, the control unit 40 switches the three-way valve 20 so that the sample gas supply port 18 and the port a of the six-way valve 21 are connected, and the port b of the six-way valve 21 is connected to the pump 25. The three-way valve 24 is switched so as to be connected. In addition, the hexagonal valve 21 is switched to the connection state indicated by the broken line in FIG. Then, the sample gas sucked from the sample gas supply port 18 is removed by the membrane filter 19 by the suction force of the pump 25, and a relatively large solid suspended matter such as dust is removed, and is trapped via the three-way valve 20 and the six-way valve 21. It is introduced into the collecting tube 22 (from left to right in FIG. 1). Further, the gas is discharged from the discharge port 27 through the six-way valve 21, the three-way valve 24, the pump 25, and the flow meter 26. The control unit 40 controls the suction force of the pump 25 so that the detection value by the flow meter 26 becomes a predetermined value.
[0018]
The sample gas contains odor components to be measured in air, and this odor component is a mixture of a plurality of sample components. As described above, when the sample gas passes through the collection tube 22, heating by the heater 23 is not performed, and each sample component contained in the sample gas is adsorbed by the adsorbent.
[0019]
On the other hand, since the gas pressure at the gas outlet of the nitrogen gas container 10 is high, the nitrogen gas supplied through the second nitrogen gas flow path 15 circulates to the first and second flow cells 28a and 28b via the hexagonal valve 21 and is discharged. It is discharged from the outlet 31 to the outside. As a result, the odor sensors 29a and 29b are always held in a nitrogen gas atmosphere. At this time, on the flow cell 28b side, air sent from the tank 34 may be mixed and flowed into the nitrogen gas as will be described later.
[0020]
(Ii) Gas replacement in the collection tube 22 After passing the sample gas through the collection tube 22 for a predetermined time, the three-way valve 20 is switched to connect the first nitrogen gas flow path 12 to the port a of the six-way valve 21. At the same time, the three-way valve 24 is switched to connect the port b of the six-way valve 21 directly to the discharge port 27. Then, instead of the sample gas, the nitrogen gas supplied from the nitrogen gas container 10 passes through the first nitrogen gas flow path 12-the three-way valve 20-the six-way valve 21-the collection tube 22-the six-way valve 21-the three-way valve 24. The gas is discharged from the discharge port 27. Thereby, the sample gas remaining inside the flow path including the collection tube 22 is pushed out by the nitrogen gas. At this time, since the collection tube 22 is maintained at substantially normal temperature, the sample component previously adsorbed by the adsorbent remains as it is. Also, since the nitrogen gas is extremely dry, most of the moisture adsorbed by the adsorbent when the sample gas is introduced is carried outside by the nitrogen gas, thereby achieving dehumidification to a certain extent. .
[0021]
(Iii) Introducing the sample component into the odor sensor After flowing nitrogen gas through the collection tube 22 for a predetermined time, the hexagonal valve 21 is switched to the connected state shown by the solid line in FIG. Then, a second nitrogen gas flow path 15-a six-way valve 21-a collecting pipe 22-a six-way valve 21-a first flow cell 28a-a second flow cell 28b-a discharge port 31 is formed. In this state, the heater 23 is energized to heat the collection tube 22 rapidly. As a result, the sample component adsorbed on the adsorbent in the collection tube 22 is detached from the adsorbent, and the first component rides on the nitrogen gas flowing in the opposite direction (right to left in FIG. 1). It is carried to one flow cell 28a. Here, after the heating of the collection tube 22 is started, the volume of the nitrogen gas passing through the collection tube 22 during the period until the sample component is almost detached from the adsorbent is the collection tube 22 in the above (i). By setting each part so as to be smaller than the volume of the sample gas passing through the gas, the gas in which the sample component is concentrated can be introduced into the flow cell 28a.
[0022]
As described above, when the temperature of the collection tube 22 changes, and the flow rate resistance changes accordingly, the flow rate of the nitrogen gas flowing in the flow cell 28a may fluctuate, which may cause a detection error in the odor sensor 29a. If, for example, a mechanically controlled secondary pressure fluctuation type mass flow controller is used for the flow rate control unit 16, the flow rate of the passing nitrogen gas can be kept constant even when the outlet side, that is, the flow path resistance of the flow path fluctuates. In order for this mass flow controller to operate normally, it is necessary to ensure a certain pressure difference between the inlet side pressure and the outlet side pressure. Therefore, the set pressure of the constant pressure valve 11, the inner diameter of the pipe line, the flow rate of air mixed in via the flow rate control unit 35, etc. are determined so that this differential pressure can be obtained reliably. As a result, the flow rate of the nitrogen gas is accurately controlled, and the mixed gas does not flow backward from the location where air is mixed into the first flow cell 28a.
[0023]
When nitrogen gas containing the sample component passes through the first flow cell 28a in this manner, the sample component is adsorbed to the sensitive film made of the conductive polymer of the odor sensor 29a, and the electric resistance between the electrodes of the odor sensor 29a changes. . Detection signals due to this resistance change are sequentially sent to the signal processing unit 30.
[0024]
The air pressurized by the pump 33 and stored in the tank 34 is adjusted to an appropriate flow rate by the flow rate control unit 35, and after the undesired components that cause measurement disturbance are removed by the activated carbon filter 36, the first It is mixed in nitrogen gas containing the sample components that have passed through the flow cell 28a. Since the oxygen gas is contained in the air, the oxygen gas flows into the second flow cell 28b together with the sample component, and the oxygen gas molecules are adsorbed on the sensitive film made of the oxide semiconductor, and between the sample component molecules. Causes a redox reaction. As a result, the conductivity of the odor sensor 29b changes, and the electrical resistance between the electrodes changes. Detection signals due to this resistance change are also sequentially sent to the signal processing unit 30.
[0025]
Since the plurality of odor sensors 29a and 29b have different characteristics, for example, a large detection signal can be obtained from a certain odor sensor for a certain sample component, and no detection signal can be obtained from other odor sensors. It may be impossible to obtain. Therefore, the signal processing unit 30 performs predetermined multivariate analysis processing such as principal component analysis and hierarchical cluster analysis processing using the plurality of detection signals obtained in this manner, and comprehensively identifies odor components. Or classify.
[0026]
During the measurement of the sample components, the six-way valve 21, the first and second flow cells 28a, 28b and the flow path connecting them are kept at a constant temperature (for example, 40 ° C.) higher than room temperature by the temperature adjustment unit 38. Maintained. As a result, it is possible to reduce the influence of the odor sensors 29a and 29b due to fluctuations in the ambient temperature, and to prevent the high-boiling-point compound from adhering to the inner wall of the flow path and the like and the stability of detection sensitivity from being impaired.
[0027]
Note that a series of processes relating to the measurement as described above can be automatically performed according to a program set in advance in the control unit 40. For example, parameters such as the time for switching each valve and the heating temperature of the heater 23 may be It is preferable that the operation unit 39 can be set as appropriate according to the type of component. Further, not only automatic measurement but also a configuration in which each measurement process is manually advanced by a measurement person sequentially giving instructions from the operation unit 39.
[0028]
Moreover, in the said Example, although air was mixed in the flow path before the 2nd flow cell 28b, it is good also as a structure which replaces with air and mixes pure oxygen gas. If pure oxygen gas is used, the volume to be mixed can be greatly reduced as compared with air. Therefore, the proportion of the sample component diluted is small, which is advantageous in improving the sensitivity of detection by the odor sensor 29b.
[0029]
The first or second flow cell 28a, 28b may be an odor sensor having another structure such as an odor sensor in which a synthetic bilayer film is coated on a quartz crystal resonator. An odor sensor that does not require oxygen for detection is more advantageous in terms of detection sensitivity if it is installed in the first flow cell 28a located on the upstream side. This is because, first of all, in the second flow cell 28b, the flow gas is diluted by the mixed air, and the concentration of the sample component is lowered. Secondly, since the first flow cell 28a is located closer to the collection tube 22 on the flow path, the first flow cell 28a is in the direction along the flow path of the sample component while the gas containing the sample component flows (that is, the odor sensor). This is because the sample component concentration is relatively high and the sample component concentration is relatively high.
[0030]
It should be noted that the above embodiment is merely an example, and it is obvious that modifications and corrections can be made as appropriate within the scope of the present invention.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, in the odor measuring apparatus according to the present invention, after the inside of the collection tube is replaced with an inert gas, heating is performed for detachment of the sample components, and the collection tube and the oxide semiconductor, etc. Oxygen gas is mixed in the middle of the flow path connecting the odor sensor that requires oxygen for detection. Therefore, since the oxygen gas does not contact the adsorbent when the adsorbent in the collection tube is at a high temperature, an adsorbent that may deteriorate in performance due to oxidation can also be used. Thereby, the selection range of the adsorbent is widened, and the types of sample components that can be measured are increased.
[0032]
In addition, according to the configuration in which an odor sensor using a conductive polymer or the like is arranged on the upstream side of the location where oxygen or oxygen-containing gas is mixed, and an odor sensor using an oxide semiconductor or the like is arranged on the downstream side, Different types of sensors can be used in combination, a sensor that preferably avoids oxygen and a sensor that requires oxygen for detection. This increases the types of sample components that can be measured. In addition, since the upstream odor sensor measures the sample component before being diluted with oxygen or a gas containing oxygen, the concentration of the sample component is high and high-sensitivity measurement is possible. Further, since the odor sensor on the upstream side measures the sample component on the flow path closer to the collection tube, the sample component is less spread over time, which is advantageous for highly sensitive measurement.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an odor measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Nitrogen gas container 11 ... Constant pressure valve 12, 15 ... Nitrogen gas flow path 13, 16, 35 ... Flow control part 18 ... Sample gas supply port 20, 24 ... Three-way valve 21 ... Six-way valve 22 ... Collection tube 23 ... Heater 25, 33 ... Pump 26 ... Flow meter 27, 31 ... Discharge port 28a, 28b ... Flow cell 29a ... Odor sensor (conductive polymer)
29b ... Odor sensor (oxide semiconductor)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 ... Signal processing part 32 ... Air supply port 34 ... Tank 37 ... Constant temperature bath 38 ... Temperature adjustment part 39 ... Operation part 40 ... Control part

Claims (1)

a)不活性なガスを供給するガス供給手段と、
b)試料成分を吸着するとともに加熱により該試料成分を離脱する吸着剤を備えた捕集手段と、
c)試料成分を含む試料ガスを該捕集手段に導入した後に外部に排出する流路と、前記ガス供給手段より供給される不活性なガスを該捕集手段に導入する流路とを選択して切り替える流路切替手段と、
d)前記捕集手段を通過した不活性なガスに酸素又は酸素を含むガスを混入する混入手段と、
e)におい成分の検出に酸素を必要とするセンサを少なくとも含み、前記混入手段にて酸素又は酸素を含むガスが混入された不活性なガスに含まれる試料成分を検出するにおい検出手段と、
を備え、前記捕集手段に試料ガスを流通させて該捕集手段に試料成分を吸着させ、その後に前記流路切替手段を切り替えて該捕集手段に吸着されている試料成分を不活性なガス中に離脱させて、酸素又は酸素を含むガスを混入した後に前記におい検出手段に導入することを特徴とするにおい測定装置。
a) a gas supply means for supplying an inert gas;
b) a collecting means provided with an adsorbent that adsorbs the sample components and releases the sample components by heating;
c) Select a flow path for discharging a sample gas containing a sample component to the outside after being introduced into the collection means, and a flow path for introducing an inert gas supplied from the gas supply means to the collection means. Flow path switching means for switching,
d) mixing means for mixing oxygen or oxygen-containing gas into the inert gas that has passed through the collecting means;
e) at least a sensor that requires oxygen to detect odor components, and odor detection means for detecting a sample component contained in an inert gas mixed with oxygen or a gas containing oxygen by the mixing means;
A sample gas is circulated through the collecting means to adsorb the sample component to the collecting means, and then the flow path switching means is switched to inactivate the sample component adsorbed on the collecting means. An odor measuring apparatus which is introduced into the odor detecting means after being separated into gas and mixed with oxygen or a gas containing oxygen.
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