JPH04501314A - ブレスサンプラー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 プレス　サンプラー 及Ｉ」と１■ 本発明は、気体サンプルの測定、内容分析のための装置ならびに方式に関わるも のである。より特定すれば、当該発明は、人体から排出される呼気を大量に（大 きな体積を）サンプリングし、その場でサンプリングされた呼気の体積中に存在 する揮発性物質の測定による分析を行い、または、サンプリングされた気体を保 管して、後に適当な分析を行うことを可能にするための方式ならびに装置に関連 したものである。

１１立ＩＪ 法施行上の目的（呼気分析など）を達成するため、あるいは医学的な目的（患者 の呼吸補助など）を達するために、一般的な用途を超えたアプリケーションが可 能な気体サンプリング装置に対する需要が、ここ２０年近い期間に次第に増大し てきている。現に、０３ＨＡ　（米国労働省職業保健局）の見積りによれば、１ ９７０年以降、職場における労働条件が合衆国連邦及び各州の規定に適合してい ることを確認するための継続的なモニタリングの必要性が次第に強く認識される ようになってきている。

呼気は、体内に装置を挿入せずに随時人手できる唯一の生物学的液体であること から、最近では、法施行上の目的や医学的な検査のために、ブリーザライザー（ 呼吸分析装置）や呼吸補助装置など数多（のアプリケーションの対象として呼気 が利用されるようになってきている。呼吸分析が多用される理由としては、一般 に、エタノールや二酸化炭素などの濃度が非常に高く、従って分析対象となる物 質の濃度も高いこと、分析対象を他の干渉物質から分離しなくてすむような装置 を用いて分析が可能であることなどがあげられる。

当初、呼気に含有されている揮発性物質の分析のために体内から排出される呼気 サンプルを採取する場合には、２種類の装置が使用されていた。すなわち、ガラ ス製サンプル管と気体用サンプリングバッグである。ガラス製のサンプル管では 採取できるサンプルの体積が限られるため、ガラス管が使用されたのはごく短い 期間であった。他方、気体用のサンプリングバッグははるかに長い期間にわたっ て活用されている。とはいえ、この装置自体が不足するようになってきたと同時 に、本質的にこの装置の使用を制約するような理由もいくつかあった。中でも最 大の制約原因としては、はとんどの場合サンプルを採取した後にバッグのかさが かなり太き（なってしまうことと、所定の分析を行うためには即座に試験施設に 送りつける必要があることがあげられる。

さらに、バッグのような気体採取用容器を使用する場合には、吸収材を用いて気 体成分を濃縮することが事実上不可能であり、長期にわたって採取された大量の 呼気の中に含まれる分析対象を測定するのは実際的ではなかった。

本発明の技術上の目的は、２種類の異なる呼気サンプル、すなわち「混合」サン プルと「最終」　（肺胞）サンプルの採取を可能にすることである。肺の深部も しくは肺胞部位にある溶媒は、血流中の溶媒と密接な関わりをもっている。肺の 深部の空気中の溶媒サンプルが採取されれば、これを肺胞サンプルもしくは最後 に吐き出される呼気（最終呼気）のサンプルとすることができる。溶媒が蒸発す るにつれて、サンプルはより上層の呼吸経路の中で希釈され、混合呼吸サンプル として知られるものになる。一般に、肺胞サンプルは血流中の溶媒と密接に関わ っているため、このサンプルは血流中の溶媒の濃度を示すものとみなされる。最 終呼気のサンプルを人手により採取する方法を用いた場合、採取対象となる人が およそ２０秒間呼吸を止めた後に息を吐き出すようにし、最初に吐き出された３ ０−５０％のサンプルを放棄した後、サンプルをサンプリング装置にかけて最終 呼気を採取することになる。自動装置を用いて最終呼気のサンプリングを行う場 合も同様の手順が用いられる。

呼気サンプル中の溶媒の濃度は通常非常に低い。そのため、分析に先立って、サ ンプリング容器（バッグ）中の分析対象物質を適当な吸収材を用いて濃縮させる 必要があることがわかってきた。さらに、分析対象物質を一定以上の時間バッグ に収めたままにしておくと、分析対象物質がバッグの表面に吸収されたり浸透し たりして、大量の損失が生じる可能性がある。気体サンプリング用のバッグを使 用する場合、サンプル採取の現場において分析対象物質を固形吸収材によって濃 縮するのが一般に不可能であることは既に明らかになっている。バッグの内容を 濃縮するには間接的な方法をとるしかない。まずサンプルをバッグ内に捕捉した 後、固形吸収材のサンプラーをバッグの一方の口に接続し、他方の口をポンプに 接続するのである。すると、バッグ内にある既知の体積の気体からサンプルが採 取される。つまり、気体サンプリング用バッグやガラス製のサンプル管では、サ ンプル中の揮発性物質を試験施設の外部で直接的に濃縮したり、採取したサンプ ルを長時間にわたって保管したりすることは不可能であった。

その後、大量の呼気をサンプリングするために上記に述べたもの以外の装置が開 発されるようになった。たとえば、ボーリンガ−（Ｂｏｅｈｒｉｎｇｅｒ）を筆 頭名義人とする米国特許第４，０４６，０１４号には、肺胞内の空気の中から呼 吸気体を採取するためのチャコールチューブ式サンプリング装置が開示されてい る。また、米国特許第４，２９７，８７１号には、サンプリング手順の開始と終 了の際に主気体流チューブ中の圧力や流体速度を変化させる方法を採用したサン プリング装置が開示されている。さらに、ライアン（Ｒｙａｎ）を筆頭名義人と した米国特許第３，８５８，５９３号には、両端に呼気の圧力により作動するチ ェックバルブがついた円筒型の肺胞気体捕捉装置を備え、側壁に円筒内に捕捉さ れた気体を適宜気体分析装置に送り込むためのバルブつきアクセスチューブを取 り付けたサンプリング装置が開示されている。これら後発の装置にも、それぞれ 、使用上不都合な欠点がある。特に、混合呼気の継続的なサンプリングや吸気の フィルタリングのための装備や、採取した気体サンプルを後の分析に備えた保管 するための設備がないという欠点がある。

免豆立且１ 以上に示したような先行技術の欠点を克服することが、当該発明の目的である。

また、気体サンプルの採取と分析に改善をもたらすことも当該発明の目的となる 。

さらに、大量の人間の呼気の中に含まれている微量成分を採取し、在来型の気体 分析装置その他を用いた分析装置によって微量の揮発物質の存在を判定すること を可能にするような呼気サンプリング装置を提供することも、当該発明の目的で ある。

多層式の吸収材を用いたサンプリング方法により、微量物質を採取することも当 該発明の目的のひと一つである。例えば、分子量の大きな物質は炭素タイプの吸 収材を用いたサンプリング装置の最初の層に採取され、最初の層を通過した分子 量の小さな物質はモルキュラーシーブ（分子ふるい）等の吸収材を用いた第二・ 第三の層で吸収されるようにする。

当該発明の目的としては、さらに、サイドストリームボート（側流ボート）をサ ンプリング以外の目的に利用できるようにすることがある。例えば、呼吸回数を 数えたいときには、側留ボートを圧力感知装置に接続し、正負の圧力インパルス を信号に転換してカウンターに記録させることができる。

溶媒や熱脱看技術によって、または液体の採取量が限界を超えた場合に、吸収物 質が脱着されるようなサンプルキャニスタ−を、本流または側流に設けることも 当該発明の目的である。

当該発明のもうひとつの目的は、吸収材を用いて主流サンプルもしくは側流サン プルを採取できるような呼気サンプリング装置を提供することである。そのため には天然チャコールと合成チャコールを含み、適当に活性化されたチャコールベ ースの吸収材を用いる。吸収材に用いられる天然チャコールとしてはココナツ炭 などがある。合成チャコールとしては活性炭クロス、石油・石炭をベースにした 活性炭、ｒ　Ｃａｒｂｏｔｒａｐ　Ｊ　ｒ　ＣａｒｂｏｓｉｅｖｅＪｒ　Ｃａｒ ｂｏｐａｃｋ　Ｊなどの登録商標の下に市販されている活性炭などがあげられる 。適当な無機吸収材の例としては、分子ふるい（合成／天然の沸石）、シリカゲ ル、ケイ藻土吸収材などがある。合成樹脂吸収材としてはｒＴｅｎａ、ｘ　Ｊ、 ｒＸＡＤ−２Ｊ、ｒ　Ｐｏｒａｐａｋ　Ｊシリーズのポリマー（ｒ　Ｐｏｒａｐ ａｋ　Ｓ　Ｊなど）、ｒ　ＣｈｒｏｍｏｓｏｒｂＪシリーズのポリマー（ｒ　Ｃ ｈｒｏｍｏｓｏｒｂｌｏｌ　Ｊなど）など、各種の多孔ポリマーが使用される。

主流及び側流からのサンプリングに使用される採取技術としては、以上に述べた もの以外に、試薬で被覆した吸収材を用いる方法がある。試薬が呼気中の分析対 象物質と反応して安定な誘導体を形成するのである。例えば、分子量の小さなア ルデヒドは２−（ヒドロキシメチル）ピペリジンで被覆したｒＸＡＤ−２Ｊに吸 収される。不安定なアルデヒドを安定なオキサゾリジン誘導体に転換し、後の分 析に備えて保存できるようにするのである。

さらに、マス−スペクトロメータなどの適当な検出手段を用いて側流のモニタリ ングを行い、呼吸ごとに分析対象物質の濃度を測定できるような呼気サンプリン グ装置を提供することも、当該発明の目的である。従来は、汚染された環境の中 でそのようなモニタリングを行うためには顔面マスクを利用するしかなかった。

複数の呼吸による呼気サンプルを採取できるようにすることも当該発明の目的と いえる。この場合、呼気（よすべて同一の吸着材を通過し、それぞれの呼気に含 まれていた分析対象物質がすべて吸収されるようにする。これによって、長期間 にわたって呼気を大量に採取し、その中の特定成分を吸収させることができるよ うになるため、非常に濃度の希薄な物質をも測定することが可能となる。

サンプルの主流・側流のいずれからも気体の採取が可能な、可変構造を備えた呼 気サンプリング装置を提供することも、当該発明の目的となる。これにより、吸 気の純化が容易になり、また、圧力気体など所定の気体だけを呼吸させることが 可能になるうえ、顔面マスクなぞにサンプルの採取を行うことができる。

マウスピースと流入チェックバルブのしぼりを除いて、呼気サンプルが接触する 部分にプラスチック製部品をほとんど含まない呼気サンプリング装置を提供する ことも、当該発明の目的のひとつである。ただし、サンプラーはＰＴＦＥ　（商 品名テフロン）など、溶媒の吸収能力が極度に低いプラスチックで作られていて もよい。

混合呼気と肺胞呼気の採取にともに利用できるような、均一のサンプラーを提供 することも、当該発明の目的である。

さらに、呼気分析の対象となる物質サンプルを随時分析することを可能にするよ うな、すなわち、採取現場で即座に分析することも、吸収材のキャニスタ−を先 端設備の揃った試験施設に送り込んでから分析することも可能であるようなシス テムを提供することも当該発明の目的である。

こらないような呼気サンプリング装置を提供することも、当該発明の目的となる 。

当該発明の別の実施例では、対象となる人物を浄化されていない大気中においた ままの状態で、かつ、吸気のフィルタリングを行うことなく、分析を行うことが できる。呼気の量を測定することにより、被験者が吸収した物質の量もしくは割 合を判断し、体内に受容された量を測定することが可能である。

当該発明は、呼気のモニタリングが望ましいと考えられるところの、以下に示す ような多数の状況に適用することができる。

ａ、呼気の中に存在するアルコールや、シンナー・接着剤の吸引によるトルエン などの揮発性溶媒その他の物質の濃度を測定することにより、薬物濫用の管理・ 取締りを行う場合。

ｂ、化粧品製造業者の宣伝効率を高めるために実施される、口中消毒剤などの揮 発性成分の測定。同様に、ニコチンなど喫煙によって呼気に含まれる揮発性成分 を測定し、禁煙や研究目的に役立てることもできるだろう。

Ｃ８疾病の進行状況の目安として用いることのできる、体内で発生する微量物質 （糖尿病の場合のアセトンなど）の測定。

ｄ、二酸化炭素、酸素を初めとする代謝物質のような、体内で発生する、あるい は人体によって消費される揮発付物成分の測定。

ｅ、有害物質汚染地域（特に有毒物質の発生する場所）で働く労働者や、そのよ うな地域の周辺に居住する人のモニタリング。

ｆ、吸収された有機溶媒の血中濃度の測定や、それらの物質から発生する呼気内 の揮発性代謝物質の測定。

ｇ０人体によって消費／生産されない窒素などの天然気体を測定し、体内管理や データ比較に用いる。

ｈ、有害物質、特に溶媒に曝されている労働者の健康管理のための、呼気に基づ いた生体被曝指標（ＢＥＩ　）などを測定するための補助手段。ＢＥＩとは、各 種の体液に含まれる有害物質の濃度の最大限度を定めたものである。このアプロ ーチは、労働者が呼吸している区域の環境が現行の州規定や連邦規制による汚染 規準に適合していることを確認する手段として、地域環境モニタリング、よりも 優れている。呼吸に基づ＜　ＢＥＩは、１９８１年以来ｒ’Ａｍｅｒｉｃａｎ　 Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａ ｌＨｙｇｉｅｎｉｓｔｓＪ　（全米政府産業衛生士会議）によって公表されてお り、労働者による有害化学物質の吸収状況は、皮膚被曝の程度や、個々の職場の 換気率に影響を及ぼすような人間工学上の違いによって、ばらつきがあることが 認められている。当該発明を補助手段として測定される呼吸に基づ＜　ＢＥＩは 、混合呼気及び肺胞呼気のサンプリングのうちいずれか一方もしくは両方に基づ くものである。ドイツ連邦共和国では現在、有害物質に曝されている労働者の呼 気に含まれる化学物質の最大レベルを定めた規準を採用している。

以上のような状況では、一般に、サンプルを一時保管した後、洗練されたサンプ ル分離技術・分析技術を用いた分析を行う必要がある。さらに、サンプルは実際 に有害物質に曝された後で時間をおいて採取される可能性もあるため、分析対象 物質の濃度は非常に低いものと考えられる。また、対象物質がもともと微量しか 存在していない場合もあろう。例えば、有害化学物質の存在確率は、測定によれ ばｌＯ億分の１から１００万分の１の範囲にとどまっている。この程度のレベル を正確に測定し、そのような微量物質を扱う規準を確立するためには、分析対象 物質を濃縮するような呼気サンプリング技術が必要になる。そのうえ、サンプル 採取現場での分析が不可能な場合には試験施設に容易に運搬できるよう、装置は コンパクトなものでなければならない。

以上に示したものを初めとする当該発明の種々の目的と、当該発明の性格及び長 所については、添付された図面類を参照しつつ、以下に述べる具体的な実施例の 説明を読むことにより明らかになるものと思われる。

゛の　゛な２口 図１は、当該発明によるサンプリング装置の第一のコンフィギユレーションを示 した詳細な図である。

図２は、当該発明によるサンプリング装置の第二のコンフィギユレーションを示 した詳細な図である。

図３は、図２に示したサンプリング装置のコンフィギユレーションの変形を示し た詳細な図である。

図４は、図１．２．３に示されたサンプリング装置実施例のいずれにも使用でき るように考案されたサンプリングキャニスタ−（濾過装置の入っている部分）の ひとつの実施例の構成部分を分解組立図で示したものである。

図５は、図１．２．３に示されたサンプリング装置実施例のいずれにも使用でき るように考案されたサンプリングキャニスタ−（濾過装置の入っている部分）の 第二の実施例の構成部分を分解組立図で示したものである。

図６及び図７は、当該発明によるサンプリング装置に使用されるチェックバルブ を装着するために用いることのできるツールを示したものである。

図８及び図９は、上記と同様のツールを示したもので、図９では前記ツールが実 際に使用されているところが示されている。

図１Ｏは、粒子状の吸収剤及び（もしくは）チャコールクロスと粒子状吸収剤の 併用に用いるために改良されたサンプルキャニスタ−の図である。

図１１は、粒子状吸収剤用に改良されたもうひとつのサンプルキャニスタ−を示 した図である。

図１２は、粒子状吸収剤を使用した肺胞サンプラーを示した図である。

図１３は、主としてチャコールクロスまたは粒子状吸収剤を恒久的に内蔵するた めに考案された主流（メインストリーム）用サンプルキャニスタ−を示した図で ある。

図１４は、サンプラーの「Ｌ字」形コンフィギユレーションを示した図である。

このサンプラーの隙間の体積は最小限まで縮小することができる。

図１５は、矩形の形状を持った主流用サンプルキャニスタ−を示した図である。

図・１６は、矩形の形状で取り外し可能な粒子状吸収剤用容器の構造を示したも のである。

図１７は、取り外し可能なチャコールクロス吸収剤に使用される矩形の容器の構 造を示したものである。

図１８は、被験者が分析対象物質の気体に被爆している最中に用いるために設計 された化学物質の体内摂取量サンプラーな示したものである。ただし、体内摂取 量を測定するためには、吸気キャニスタ−を先に取り外さなければならない。こ のサンプラーは、図１及び図２に示したサンプラーと同様、混合呼気のサンプリ ングにも用いることができる。

図１９は、図４のシステムを別の用途に使用するための、吸収剤を内蔵したサン プルキャニスタ−を示したものである。

日のラ　な百〇 当該発明は各種の形状で実施可能であるが、ここに図示されているのは「Ｙ字」 形及び「Ｔ字」形と呼ばれる２つの形態と後者の変形である。これらの形状のう ち特定のものが特定の種類のサンプリングにやや有利であるということはあるが 、ここに示した形態はすべてさまざまな種類のサンプリングに使用することが可 能である。

すなわち、図１に示した「Ｙ字」形状の場合、隙間の体積が製造誤差の範囲内で 可能な限り小さくなっている。

このため、サンプラー装置の隙間から一部流出したサンプルが再び吸入される恐 れが最小限に抑えられる。図２に示した「Ｔ字」形状では、単一の採取キャニス タ−を用いて混合呼気と最終呼気のサンプルを両方採取することが可能である。

図３に示した変形例は、主として最終呼気のみのサンプリングに用いるために考 案されたものであるが、混合呼気のみのサンプリングにも用いることができる。

以上３つの形態については、本発明は、呼気サンプルの採取後、既存の分析設備 を用いて、採取用キャニスタ−に含まれている分析対象物質を分析できるように なっている。

まず図１を見ると、サンプリング装置１００には、図２に示したような咬翼マウ スピースを取り付けることのできる管状のマウスピース支持部分１２０を備えた 本体ｌｌＯと、チャコール吸気キャニスタ−１４０を取り付けるための吸気キャ ニスタ−支持部分１３０、サンプルキャニスタ−１６０を装着するためのサンプ ルキャニスタ−取り付は部分１５０　Ｍ側流サンプルを採取するための側流ボー ト１７０かも成っている。このボート１７０は本体のほぼ中央に配置され、本体 の一方の側には本体内部への開口部がある。側流サンプルは、適当な口金または 取り付は部品によってボート１７０に取り付けられたステンレス鋼またはガラス 管に内蔵されている吸収剤によって採取されるか、同様の機械的接続方法を用い て採取される。吸気キャニスタ−支持部分１３０は、本体の一部として形成され 、管状をなすマウスピース支持部分１２０の縦の軸からおよそ１２０°の角度を なしで延びる（延長された縦軸を持つ）第一管状部分１３２を含んだ２部構造と なっている。第一管状部分１３２には、第一環状部分１３２の縦軸に対して垂直 をなす面に配置された環状の端面が含まれる。

吸気キャニスタ−支持部分１３０にはさらに、一方の端に第一環状部分の端面に 合致する表面積と形状を持った環状の面を有する第二環状部分１３３がある。第 −及び第二の２つの環状部分は、互いに向かい合う位置に配置された環状の端面 において、クランプ手段を用いて互いに固定されている。このような接続を行う にあたっては、互いの端面の間のスペースを維持するために環状のグランド（パ ツキン押え輸）もしくはシール１３４を配置する。シールとしては各種の素材が 使用できるが、ポリテトラフルオレチレンで被覆したシリコンゴムを使用するの が理想的である。

第二環状部分は環状のエツジを備えており、このエツジは、クランプで固定され 、シールで密閉された端面の前方に位置する。第二環状部分の最先端部１３６の 内側もしくは外側の面１４２にはネジ溝が刻まれ、同じくネジ溝の入ったチャコ ールキャニスタ−１４０の外側もしくは内側の面１４２と整合して連結されるよ うになっている。これによってキャニスタ−１４０は第二環状部分にしっかりと 固定される。環状のレッジ（壁状の構造から棚のように突き出した部分）には、 ２重の機能を持つインレットチェックバルブ１８０が配置される。インレットチ ェックバルブ１８０の主な機能は、（１）（吸気の）圧力がマイナスのときには 開き、吸気キャニスタ−１４０を通して外部の空気を取り入れること、（２）圧 力が加えられたときには閉じて、呼気がサンプラ一本体から吸気キャニスタ−１ ４０を通って流出するのを防ぐこと、（３）呼気サンプルの方向を定め、サンプ ラーの一部１６０にあるサンプルベッドを通過するようにすることである。

サンプルキャニスタ−支持部分１５０には第一キヤニスターハウジング部１５１ 、第二キャニスタ−保持部分１５２、体積測定装置（図示されていないが、後に 説明する）と連結した第三ハウジング部１５３が含まれている。

第一ハウジング部１５１は本体と一体成形された管状部材から構成され、この管 状部材は、吸気キャニスタ−支持部分１３２ならびにマウスピース支持部分１２ ０の双方の縦軸に対しておよそ１２０°の角度をなして配置された縦軸を持って いる。さらに、環状をなしたスリーブ１５５が管状部材の先端に取り付けられて いる。スリーブ１５５には前方に面した環状のランド部１５４があって、ポリテ トラフルオレチレン（ＰＴＦＥまたは「テフロン」）で作られた第一ガスケット Ｔ１を保持するようになっている。また、前記スリーブ１５５からは、内側に１ 組のネジ溝が刻まれた環状の腕支え１５６が前方に延びている。

スリーブ１５５内部の、ランド部１５４の前方にはサンプルキャニスタ−１６０ が収納されている。腕支え１５６の内部にネジ溝によって固定されているキャニ スタ−保持部分１５２の環状延長部分１５７は、外側にネジ溝が刻まれ、後方に 面している。第二のＰＴＦＥガスケットＴ２が、前方に面した保持部分１５２の ランド部１５０の上に支えられ、保持部分１５２がスリーブ１５５内部に後向き にぴったりはまっているときには、サンプルキャニスタ−はＰＴＦＥガスケット Ｔ１及びＴ２の間に固定された状態になる。保持部分１５２の先端部分に溶接に よって固定されたハウジング部１５３は、最後部に前方に向いた環状シート１５ ９を備えた環状のスリーブ部材から構成されている。環状シート１５９上に配置 され、固定されているのはインレットチェックバルブ１８０と同様の構造を持つ アウトレットチェックバルブ１９０である。アウトレットチェックバルブ１９０ の主な機能は、（１）（吸気の）圧力がマイナスのときに閉じて、周囲の環境か らの汚染がサンプラ一本体の中に入り込むのを防ぐこと、（２）（呼気の）圧力 が加えられたときには開き、サンプラーの一部をなすサンプルベッド１５０を通 ってサンプルが流れ込むのを可能にすること、（３）呼気サンプルの方向を定め 、サンプラーの一部１６０にあるサンプルベッドを通過するようにすることであ る。　チェックバルブ１８０，１９０はそれぞれ一方通行式のダイアフラム形弁 で一体成形型のクロスハツチサポートを備えている。サポートの中心にはバルブ のダイアフラムのためのりテーナパッド（突起状の止め具）が溶接されている。

このクロスハツチサポートは「低流体抵抗型」クロスハツチとして知られている 種類のものであり、それぞれの弁のインレット（取入れ口）もしくはアウトレッ ト（排出口）がある位置でランドに銀ロウ付けされている。クロスハツチサポー トの目的は、呼吸の間にそれぞれのダイアフラム弁を保持するための基礎を提供 することである。

図２は、「１字」形状をとった第二の呼気サンプリング装置２００を示したもの である。前述したように、この形態では混合呼気のサンプル採取が容易である。

この第二の装置には管状の本体２１０があって、本体２１０はぼ中央の開口部に ステンレス鋼製の圧縮管継手２１２が（溶接によって）固定されている。この管 継手２１２は、側流サンプルの採取を容易にするためにあるもので、継手の直径 は実施すべき特定の作業やアプリケーションに応じて選択することができる。管 状の本体２１０の一方の側（以下「インレット」側と称する）は、第一のネジ温 式連結手段２１４を通じて吸気キャニスタ−２３０を支えている。

インレットチェックバルブ２１５はネジ温式連結手段２１４の下流に位置する。

本体のインレット側と直接向かい合う側は「アウトレット」側とされ、こちらの 側には第二のネジ温式連結手段２１６を通じてサンプリングキャニスタ−２４０ が本体上に配置され、支持されている。アウトレットチェックバルブ２１７は、 第二のネジ溝式遭結部分の下流に位置している。図２においては、インレットキ ャニスタ−、マウスピース支持部分及びサンプリングキャニスタ−は、ネジ溝に よる連結手段を用いてサンプラーの本体２１０に取り付けられている。しかしな がら、上記以外の取り付は部品（テーパスリーブや０リングタイプのスリップフ ィッティングなど）を使用して、これらを接続することも可能である。通常、イ ンレット／アウトレットの２つのチェックバルブの本体はステンレス鋼のディス クから製造される。ディスクには複数の開口部（実施例においては等角に配置さ れた４個の開口部が使用されている）が設けられ、ディスクを気流が通過するた めの経路を形成している。ディスク中央にはリテーナパッドが直接溶接され、シ リコンゴム製のダイアフラムの位置がずれないよう固定するのを助けている。ア ウトレットチェックバルブ側２１７の下流にはテーパ連結部分２１８があって、 呼気の測定と記録に用いられるレスピロメーター（呼吸計）２５０が直接接続さ れている。このテーパ連結はレスピロメーターとの接続を簡単にするために行わ れるが、適当な継手や接続方法を用いて他の体積測定装置をテーパ連結部分２１ ８に接続し、その装置を使用することもできる。第三のネジ溝連結部分２１９を 通して、管状のマウスピース支持部分２２０はサンプラー装置本体２１０に連結 されている。咬翼マウスピース２６０は、管状のマウスピース支持部分２２０の 上に取り付けられる細長いスリーブ部分２６２と、口に接する部分２６４とを備 えている。

マウスピース支持部分２２０は、図３に示したように直接サンプリングキャニス タ−２４０に接続してもよい。図２を変形させた図３のものは、「最終呼気」の みのサンプル採取に適している。それゆえ、図２に示した「混合呼気」のサンプ リング装置と図３の「最終呼気」サンプリング装置は、いずれも同一のマウスピ ース支持部分に適合するように設計されている。この支持部分は、図３の形態に おいてはマウスピースとして機能する０図２及び図３のいずれの実施例において も、インレット／アウトレットのチェックバルブは、図１のサンプリング装置に 用いられているものとほぼ同じである。さらに、図２及び図３の実施例で使用さ れているサンプリングキャニスタ−２４０も、図１の実施例に用いられているも のと同じであることが望ましい。

図１４に示されているような「５字」形の設計も可能である。図１４の実施例で は、サンプラーの隙間の体積が最小限に抑えられ、サンプリングキャニスタ−が 直接呼気サンプルを通す配列になっているため、ある種の状況においては好まし くないとされる逆流圧力や乱流を生じさせる角度は存在しない。

図１に示したような７字形状を持つサンプラーは、その構造上、継続的な混合呼 気のサンプリングに特に適している。これがサンプラーのプロトタイプである０ 図１の実施例は、図示した実施例の中で最もコストがかさむ上、柔軟性も最も小 さい。吸気キャニスタ−１４０は三つ葉形のクランプ１３４によってサンプラ一 本体に取り付けられている。このクランプは、インレットチェックバルブ１８０ の交換の際に吸気キャニスタ−・アセンブリを本体から取り外すことを可能にし ている。図１に示した７字形の設計では、個々の被験者ごとにひとつのサンプラ ーを使用する場合を除き、サンプリングの直後にサンプリングキャニスタ−（多 層構造）を取り外して保管することが必要になる。その場合には、産業環境の下 でチャコールクロスの吸収剤が汚染を蒙る可能性が生じ、サンプルの信頼性が制 限される恐れもある。

三つ葉形クランプの使用を避け、製造コストを削減し、サンプラーをより柔軟性 のあるものにするため、図２のサンプラーが考案された。このサンプラーでは、 ネジ溝の刻まれた吸気キャニスタ−支持部分（図２の２１４）が丁字形の本体に 溶接されるため、三つ葉形クランプを使用する必要はなく、製造コストはかなり 減少する。既存のステンレス鋼製「１字」バイブをサンプラーの本体として使用 することも可能である。さらに、この構造では、キャニスタ−の中に取り外し可 能なサンプリング用カップを配置し、これをサンプラ一本体から取り外して分析 のために運搬できるようになっている。このキャニスタ−は、テーパ連結（図２ の２１８）を通じて直接レスピロメーターに接続することもできる。図２のよう なコンフィギユレーションにおいては、サンプラーは、図１のサンプラーと同様 に継続的な混合呼気のサンプリング（本流または側流からの）を可能にする。し かしながら、図２のサンプラーを解体し、図３のサンプラーに組み立てなおした 場合には、最終呼気のみ（もしくは混合呼気のみ）のサンプルを得ることができ る。

図２のサンプラーにおいては、インレットチェックバルブを装着するために吸気 キャニスタ−支持部分２１４を本体から切り離すことはできない。アウトレット チェックバルブ２１７はサンプリングキャニスタ−の奥のアクセス不能なチャン バに取り付けられている。そのため、インレットチェックバルブをサンプラ一本 体の内部に装着する手段と、アウトレットチェックバルブをＳＰＵキャニスタ− 内部に取り付ける手段が望まれるところである。そのために、図６及び図７に示 した装着用ツールが用いられる。このツールを使用するためには、サンプラーは 図２に示した「Ｔ」字形形状か、図１８に示されているＬ字形状をとる必要があ る。図２に２１６の番号で示されている開口部を通して、チェックバルブ装着ツ ールをインレットチェックバルブ支持部分に簡単にアクセスさせることが可能で なければならないからである。ただし、７字形の本体や、アクセスポートのない Ｌ字形の本体にインレットチェックバルブを装着させられるよう、［汎用チェッ クバルブ装着ツール］　（後段参照）が考案されている。これにより、図２に示 した丁字形のサンプラ一本体の代わりに、より隙間の体積が小さいＬ字形や７字 形の本体を採用することも可能となるわけであるが、やはり丁字形のデザインは その柔軟性において優っている。柔軟性という趣旨からいえば、サンプラ一本体 を７字形の管継手から機械加工によって製作するか、Ｌ字形の本体を組み立てる か、７字形もしくはＬ字形の本体を鋳造成形する必要がある。

要約すれば、７字形、Ｌ字形、丁字形のものは混合呼気のサンプリングを可能に するということである。特に図１に示した７字形のデザインでは、混合呼気のサ ンプリングのみが可能である。図１のデザインは、図２の丁字形のデザインに見 られるような取り外し可能なサンプリングキャニスタ−やマウスピースを備えて いないからである。しかしながら、混合呼気のサンプリングしかできないという のは、７字形のサンプラー設計の本質的な性質ではない。最終呼気もしくは混合 呼気のみのサンプル採取に関しては、前にも述べたように、図１の改造は簡単に できるからである。

図４は、当該発明によるサンプリングキャニスタ−のひとつの実施例に用いられ る構成要素を示したものである。積み重ねられた構成要素の最上部と最下部には ＰＴＦＥガスケット４０２，４［１３が位置している。これらのガスケットは、 キャニスタ−がサンプリング装置に取り付けられた後に、キャニスタ−の周囲を しっかりと密閉する役割を果たす。ザンブリング用の「積み重ね構造（スタック ）」には、円筒状で表面に凹凸のある「おもし」またはリテーナ４０４、ステン レス鋼製の第一リテーナスクリーン４０６、チャコールクロスの吸収ベッド４０ ８、ステンレス鋼製の第二リテーナスクリーン４１０が含まれる。

おもしまたはリテーナ４０４は、第一リテーナスクリーン４０６、吸収ベッド４ ０８に押し付けることによって、ベッド４０８を一定の位置に保持している。吸 収剤の粒子の吸入を防ぐため、目の細かい網目構造を備えた第二リテーナスクリ ーン４１０が、キャニスタ−４１２開口部４１３の上に置かれている。開口部４ １３は対称的な配列をなし、格子を形成しているのが理想的である。

上述したような要素の積み重ねを収納するサンプリングキャニスタ−４１２は、 チャコールクロスでできた多数の薄膜が収まるように設計されており、このチャ コールクロスの薄膜（実施例では１１枚の膜が用いられている）が吸収ベッドを 構成する。必要に応じて、隣接する吸収剤の薄膜を分離させるためにステンレス 鋼のスクリーンを用いることもできる。キャニスタ−の環状をなす壁面の内側に は、回転防止用のラグが（スポット溶接で）取り付けられている。ラグ４１４は 、リテーナ４０４の外側の環状表面にある切込み４０５と噛み合って、キャニス タ−がサンプラーのハウジングに装着される際に、リテーナ（おもし）がリテー ナスクリーン４０６を回転させるのを防止する。このようにして吸収ベッドの破 損が防止され、キャニスタ−を装着する際の微粉の形成も防ぐことができる。

図５に示したサンプリングキャニスタ−の第二の実施例は、図１．２．３のいず れかに示されたサンプリング装置の実施例に使用するために考案されたものであ る。

この実施例では、チャコールクロスの吸収剤、を用いたところが示されているが 、多孔質ポリマーやシリカゲルなど粒子状の吸収剤を用いることもできる０図５ のキャニスタ−は、凹凸のある「おもし」またはリテーナ５０４、第一クチ−ナ スクリーン５０６、第一吸収ベッド５０８、第二リテーナスクリーン５１０１第 二吸収ベツド５１６、第三リテーナスクリーン５１８などの要素の集積によって 構成されている。これらの要素の集積によるアセンブリは、ステンレス鋼製のキ ャニスタ−カップ５１２の内部に配置される。カップ５１２の底面には配列され た開口部５１３が穿たれている。カップの環状をなす表面には、回転防止用のラ グ５１４が取り付けられ、リテーナ５０４の外側の環状表面にある切込み５０５ と噛み合うようになっている。

図４に示したサンプリングキャニスタ−の第一の実施例と同様、サンプリングキ ャニスタ−の上下には２つのガスケット５０２及び５０２°が配置され、キャニ スタ−がサンプリング装置に取り付けられた後、に、キャニスタ−の周囲をしっ かりと密閉する役割を果たす。図５に示したサンプリングキャニスタ−の第二の 実施例を使用した場合、第一、第二、第三のりチーナスクリーン（５０６，５１ ０゜５１８）によって、あるいは、非常に目の細かい網目構造を持ったステンレ ス鋼のディスクを薄い金属リングの中心に配置し、これを溶接もしくははんだ付 けによって固定することによって、粒子状の吸収剤をカップ５１２の中に保持す ることができる。これらのディスクは薄い金属リングにプレスばめしてもよい。

リングの外径はカップの内径とほぼ等しい長さであることが望ましい、吸収剤は 前後の部分に分けて用いてもよ（、ディスクやスクリーンを用いて所定の位置に 保持することができる。

図示されているサンプリング装置の実施例においては、ステンレス鋼のキャニス タ−カップをキャニスタ−ハウジングもしくは支持部材から省き、その代わりに ステンレス鋼のディスクをキャニスタ−ハウジングもしくは支持部材の内側に溶 接して、カップの底に相当する部分を形成してもよい。その後で吸収ベッド及び スクリーンを集積してサンプリングキャニスタ−を作ることができる。

図１及び図２に示したサンプリング装置は、装置の作動中には、双方とも同様に 呼吸マスクとしての機能を果たす。被験者（ユーザー）はノーズクリップと咬翼 マウスピースを装着し、口だけを用いて呼吸するよう指示される。息が吸い込ま れ始めると、サンプラ一本体の内部でマイナスの圧力が発生し、アウトレットチ ェックバルブもしくは呼気チェックバルブが閉ざされて、インレットチェックバ ルブまたは吸気チェックバルブが開放され、チャコールキャニスタ−（図１では １４０　、図２では２３０の番号で表示されている）を通して新鮮な空気が流れ 込むようになる。被験者が息を吐き出すと、サンプラ一本体の内部でプラスの圧 力が発生し、インレットチェックバルブが閉ざされてアウトレットチェックバル ブが開放される。被験者の呼気に含まれている揮発性物質は、メインストリーム の気流からサンプリングキャニスタ−内部のチャコールクロス吸収剤または粒子 状吸収剤に吸収される。他の吸収剤を用いてサイドストリームの気流から吸収を 行うこともできる。

メインストリームから呼気サンプル採取の場合、呼気サンプルの体積はライト式 レスピロメーターもしくはその他の体積測定装置を用いて記録される。サイドス トリームからのサンプル採取の場合には、サンプルの体積は、一定のサンプリン グ流量によるサンプリングの継続時間を乗じた数値を記録し、被験者が息を吐き 出すのに要する時間の割合を考慮して補正を行う。実験施設の研究によれば、補 正係数はおよそ０．６５とされている。サイドストリームからのサンプル濃度に ついては、その他の測定技術を用いることもできる。ボランティアを用いた実験 によれば、サイドストリームの二酸化炭素濃度はメインストリームの濃度のおよ そ７１％であることが示されている。それゆえ、サイドストリームのサンプル濃 度測定には、大量のサンプルを採取してそれを採取サンプルの体積（サイドスト リームの実際の流量Ｘ時間）で割り、その濃度を０．７１で割って補正してメイ ンストリームの濃度に近づけるという方法をとることもできるだろう。

メインストリーム、サイドストリームのいずれについても、事前に気体サンプル バッグに気体を採取したり、バッグの内容を濃縮したりすることなく大量の混合 呼気のサンプリングが可能な方法が用いられている。この方法により、人体に吸 収された化学物質を充分な量採取し、分析に用いることが可能になる。

それぞれのサンプリング装置の実施例、すなわち図１−３の実施例において開示 されているチェックバルブは、取り外し可能な形でも、そうでない形でも装着す ることができる。取り外し不能なバルブは、ブレスばめまたは溶接によって、そ れぞれの支持構造に固定することができる。頻繁にバルブの洗浄を行う必要があ る場合や、それぞれのサンプリング装置の内部にバルブを固定したままで洗浄工 程を実施するのが実際的でない場合には、取り外し可能なチェックバルブを用い るのが望ましい。

それぞれの実施例に示されているアウトレットチェックバルブは特定の位置に置 かれているが、後を他の位置に取り付けることも可能である。例えば、アウトレ ットチェックバルブをサンプリングキャニスタ−の蒸留に設置する方が有益な場 合があるかも知れない。サンプリングキャニスタ−を被験者に装着させずとも、 吸気キャニスタ−その他の通って大気源から純化された清浄な空気が吸入される ようにし、アウトレットチェックバルブを通して大気中に呼気を吐き出させるこ とによって、被験者の肺に環境によって汚染された空気が流入しないが状態を一 定の時間保つことができる。その後に初めて、サンプリングキャニスタ−を被験 者に装着させるのである。そうすれば、サンプルの濃度は環境汚染レベルとは関 係なく、血流中の汚染レベルを反映したものとなる。

図６及び７は、当該発明によるサンプリング装置から取り外すことができるよう になっているチェックバルブのダイアフラムを装着する際に用いられる、バルブ 取り付はツールを開示したものである。図６では、ツールは、サンプリング装置 の内部に取り付けるためにバルブを挿入したときの位置にある。図７では、ツー ルはバルブが取り付けられたときの位置に描かれている。

図６及び７に示したように、ツール６００は細長いガイドチューブ６１０から構 成されており、その一方の端６１２からブツシュロッドが挿入され、もう一方の 端６１４はチェックバルブを支えるようになっている。ガイドチューブの第二の 端６１４に隣接する位置から第一の端６１２の方に向けて、ガイドチューブに沿 って細長い切込みまたはスロット６２０が延びている。薄いゲージメタル（ステ ンレス鋼が望ましい）の幅の狭いストラップ６１１はブツシュロッド６４０の一 方の端に溶接され、ブツシュロッドはガイドチューブ６１０の中に挿入され、そ こに収納される。ロッド６４０をガイドチューブ６１０に挿入する前に、ストラ ップの自由な一端をブツシュロッド６１００円周をなすエツジ表面の一方の端の 中央部に溶接し、ストラップがブツシュロッド６４０の縦の長さに沿って隣接す る位置にくるようにする。ストラップのもう一方の端は、切込みを通ってはみ出 すようになっており、この部分が外側のスリーブ部材６５０の内側の環状表面に 溶接される。スリーブ部材は、ガイドチューブ６１０の外側にかぶさる形で配置 されている。

インレット／アウトレットの２つのチェックバルブを取り付けるためには、ブツ シュロッド６４０を用いて、外側のスリーブ部材６５０をガイドチューブの上で 後方に（図６及び７でいえば右側に）動かす。その後に取り付けられるチェック バルブをガイドチューブ６１０にかぶせるように押し込み、適当な方法で保定す る。例えば、チェックバルブを弾力性・伸縮性のある素材で作り、バルブの変形 やガイドチューブとの間の摩擦による装着を行うこともできる。

ガイドチューブ６１０の第二の端６１４はインレット／アウトレットいずれかの チェックバルブ取り付は構造（前に開示したサンプラー実施例の一部をなしてい る）の中に挿入され、ガイドチューブがリテーナパッドにかぶさる形で配置され る。そこで、ガイドチューブ６１０を通してブツシュロッド６４０を押し戻し、 外側のスリーブ部材６５０がチェックバルブと噛み合って、バルブをガイドチュ ーブからリテーナの軸に向けて押し出すようにする。

チェックバルブの取り外しは長いビンセットもしくはそれに類するツールを用い て行うことができよう。

以上に説明したサンプリング装置においては、メインストリームから採取された サンプルの呼気の体積は、ライト式レスピロメーターなどの精密な体積測定装置 を用いて測定される。この場合の体積測定には、不正確かつ非実際的な技術（例 えば、呼吸により排出された水分の採取量が呼気の体積に直接比例すると推定さ れる場合に用いられる、分子ふるいなどの圧力降下吸収材による水分採取など） は使用されない。

以上に示したサンプリング装置では、メインストリーム同様、サイドストリーム からのサンプリングも可能である。サイドストリームからのサンプリングは重要 であり、当該発明によるサンプリング装置の設計にこのようなサンプリング方法 を実施する能力がとり入れられたについては、いくつかの理由がある。

（１）チャコールクロスの吸収ベッドと結び付いた圧力低下は小さいが、呼吸に 問題を抱えている被験者の場合、吸収ベッドを通して息を吐き出すことができな い恐れがある。

（２）サイドストリームからのサンプリングは、ユーザーが、特定の対象物質の 採取、分析にあたって選択的に吸収剤を使用することを可能にする。例えば、チ ャコールクロスから回収されるアルコールの量はほんのわずかであることが調査 により判明している。そのような物質の採取にはサイドストリームからのサンプ リングを使用する必要があるかも知れない。

（３）チャコールクロス吸収ベッドの場合、メチレンクロライドなどの高い蒸散 圧を持つ溶媒の吸収能力は限定されている。サイドストリームのサンプリングで は、思いのままの流量で任意の吸収剤を用いたサンプル採取が可能であり、問題 を最小限に抑えることができる。

（４）サイドストリームからのサンプルをオプションに加えることによって、同 一内容のサンプルを複数採取することが可能になる。特定の物質を捕捉するため に、流量を変化させつつ、１種類以上の吸収剤を使用することができる。

（５）サイドストリームのボートによって、サンプラーを適当な継続的モニター 装置に接続し、一呼吸ごとに測定を行うことができる。このような方法を用いた 場合、サイドストリームのボートは、労働環境の中に存在する物質によって汚染 されていない呼気サンプルについて頻繁な、かつ継続的な分析を行うことができ る。

（６）圧力センサーやフローセンサーをサイドストリームのボートに接続し、多 数の呼気の分析や、それぞれの呼気の圧力／フロー特性の分析を行うことができ る。

取り外し可能なチェックバルブアセンブリを持たないサンプラ一本体について、 隙間の少ないＹ字形のデザインを採用するためには、図８に示したようなバルブ 取り付はツールを使用しなければならない。この取り付はツールは図６及び７に 示したものと同様の機能を果たすものである。

図８を見ると、２本の中空のシリンダー（Ａｌ及び（Ｂ）がガイドチューブとし て使用され、両者は蝶番式の継手で連結されている。このようなコンフィギユレ ーションの場合、２本のガイドチューブ（Ａｌ及び（Ｂｌは、互いに対して１２ ０°前後回転することが可能であるため、ツールをサンプラ一本体に挿入する際 にリテーナパッドに対するツールの向きが正しい角度を保つ。ただし、１２０゜ 以外の角度（例えば側面にアクセスボートな持たないＬ字形のサンプラーに対し てこのツールを使用する場合には９０°）に向けることも可能である。蝶番（Ｃ １は、比較的「硬くコシ、ガイドチューブ（Ｂ）には出っ張った「ストップ」を 取り付けなければならない（図９参照）。２本のガイドチューブが互いに形成す る角度が１２０°　（あるいはそれ以外の理想の角度）よりも大きくならないよ うにするためである。ストップとして、小型の金属銀をデユープ本体ｔＢ）の蝶 番のすぐ上の位置に溶接して取り付ける。ブツシュロッド（ＤＪはガイドチュー ブのｆＡｌの部分に収納されたシリンダーである。外側のスリーブ（Ｅ）はガイ ドチューブの（旧の部分を覆ってスライドし、短い金属タンク（Ｆ）に溶接され る。ガイドチューブ（Ｂ）にはスロット（Ｇｌが切り込まれている。比較的硬い ケーブル（旧がブツシュロッド（Ｄｌ　とタンク（Ｇｌ　とを接続しており、ケ ーブルの一方の端はブツシュロッド（Ｄｌに溶接もしくはプレスばめされ、もう 一方の端は、タンク（Ｆｌ　に溶接もしくはプレスばめされている。

このツールは、図５及び６に示されているものと同様に作動する。つまり、ブツ シュロッド（ＤＪ　を引っ張ると外側のスリーブ（Ｅｌがガイドチューブ（旧に かぶさる形で引き戻され、装着位置に戻るのである。するとチェックバルブがチ ューブｆｉｌの上を滑り、ツールのｆＢｌの部分がサンプラ一本体に挿入され、 サンプラ一本体の内側の壁に対して押し付けられ、ツールを蝶番（Ｃ１の位置で およそ１２０°　（あるいはそれ以外の適当な角度）に曲げる。ブツシュロッド ｆＤｌが押されてガイドチューブ（Ａ）と（Ｂ）を通過しているケーブル（旧に 力を及ぼし、外側のスリーブｆＥ）はガイドチューブ（Ｂ）の外側をスライドし て、チェックバルブがチェックバルブ支持部分に押し込まれる。ツールの機能を より改善するためには、図８に示したようなケーブルガイドを用いてもよい。

粒子状の吸収剤を用いる場合、または粒子状の吸収剤とチャコールクロスを組み 合わせて用いる場合に使用されるサンプリングキャニスタ−の実施例が図１Ｏに 示されている。この形態においては、吸収ベッドは図５に示されているタイプの 分離したキャニスタ−５１７の内部に保持されている。あるいは、この実施例を 用いて２つないし３つのチャコールクロス製吸収ベッドを使用することもできる 。しかしながら、粒子状の吸収剤を大量に使用した場合に生じる圧力降下を最小 限にとどめるため、リテーナカップの深さは、前に説明したチャコールクロスに よるサンプリングに用いられるものよりも浅くするのが望ましい。キャニスタ− は図１Ｏに示したように互いに積み重ねられている。このような配列により、図 ４及び５に示された実施例の場合と比較してキャニスタ−内の粒子状吸収ベッド をより積極的に密閉することが可能になる。ある吸収ベッドから粒子状の吸収剤 がこぼれ出て他のベッドの吸収剤と混じり合う恐れはない。それぞれカップに入 った粒子状の吸収剤は、カップの内側の底（格子の上）と重量の太きなリテーナ の格子にスポット溶接された、目の細かいステンレス鋼のスクリーンによってカ ップ内に保たれる。

リテーナの重い格子は吸収ベッドを平坦にならす役割を果たし、サンプリング中 に吸収剤がこぼれ出るのを防ぐ。リテーナの格子の代わりに、前に説明した実施 例で示したような凹凸のある「おもし」を使用してもよい。

しかしながら、この横道は、前の実施例とは異なり、サンプラーカップの内部に あって重量のあるステンレス鋼の格子に刻まれた切込みと噛み合うべき回転防止 用ラグを備えていない。粒子状吸収剤を所定の場所にとどめておくためには非富 にしっかりとした密閉が必要である。

切込みの開口部から吸収剤がサンプラーの外部にこぼれたり、息によって吹き飛 ばされて外に出てしまうことも起こりえる。基本的に、この構造はカップの中に 別のカップがあるという設計になっている。個々の吸収ベッドが、図１０に示し たようなテフロンのガスケットによって分離または密閉されているようにするの も理想的である。

粒子状の吸収剤を使用する際には、図１０に示したキャニスタ−の代わりに、図 １１に示したようなキャニスタ−を用いることもできる。図１１のキャニスタ− は、ステンレス鋼製の２個のカップから形成されている。図では、上のカップは ｆＡｌの記号、下のカップは（旧の記号で示されている。上のカップの外径はお おむね下のカップの内径に等しい。目の細かい網目状のりチーナスクリーン（Ｃ ）（その直径は上のカップの内径に等しい）が双方のカップの内側にある格子に スポット溶接されている。さらに、図示されているように、上のカップにはリテ ーナリングｆＤ）がプレスばめされている。さらに、上部のアセンブリ全体が下 のカップの中に押し込まれ、プレスばめされている。２つのカップＡ及びＢがプ レスばめされてしまうと、互いに永久的に接着された状態になる。粒子状の吸収 剤をキャニスタ−に追加したり、キャニスタ−から取り出したりする際には、組 み立てられたキャニスタ−の側面にドリルで開けられたボート（Ｅｌを通して行 う。この穴にネジ溝を刻んでもよい。キャニスタ−に吸収剤が充填された後、こ のボートには、ネジ溝の刻まれた金属製プラグか、シラン化グラスウールやテフ ロンのプラグが差し込まれる。

同様の方向性に沿った別の実施例が図１２に示されている。この実施例は、やは り粒子状の吸収剤を用いた肺胞サンプラーのためのものである。図１２に示され た装置は、主として、肺胞からの呼気に含まれている非常に濃度の低い溶媒のサ ンプリングを企図したものである。この装置によって採取された肺胞からの空気 サンプルは、主に熱脱着法を用いて分析される。熱脱着装置は現に市販され、環 境モニタリングに幅広く利用されている。

サンプリングにはステンレス鋼またはガラスでできたチューブを使用する。この チューブの直径は一般に０．２５インチから０．６２５インチ程度で、チューブ には吸収剤が装備される。この装置では、人手による呼気サンプリング技術が用 いられる。被験者は呼気サンプルの最後の部分を吸収ベッドの中に吐き出す。呼 気中に存在していた汚染物質は吸収剤によって捕捉され、チューブは蓋をして分 析を行う試験施設に返却される。分析を行う際には、チューブを熱脱着装置の中 に挿入し、窒素などの不活性気体を流し込みながら熱を加える。不活性気体は捕 捉されていた溶媒を吸収剤から離して気体クロマトグラフに送り込み、クロマト グラフを用いて溶媒が分析される。熱脱着法の主な利点は、熱脱着工程によって 溶媒がすべて吸収ベッドから引き離され、クロマトグラフに注入され、分析され るという点である。これに対し、サンプルを溶剤で希釈して脱着を行う方法では 、サンプルのほんの一部しか分析装置に注入することができない。

従って、熱脱着法は溶剤脱着法と比較して非常に高い感度が得られることになり 、かつ、溶剤脱着法に必要な量よりもずっと少ない量の物質でも分析を行うこと ができる。

図１２のサンプラーには、外径０．６２５インチ×内径０．５７９インチ×長さ フインチのステンレス鋼製熱膜着用チューブが使用されている。すなわち、ｒ　 Ｔｅｋｍａｒ　Ｊ’　（登録商標）の熱脱着装置に使用されているものと同じで ある。呼気中に存在する溶媒は、ｒＴｅｎａｘ　Ｊ　（登録商標）などの多孔質 ポリマーのベッドに採取される。ただし、チャコールクロスを初めとする他の吸 収剤にも、サンプリングに使用できるものは多い。この装置は主として、肺胞か らの呼気サンプルの濃度が非常に低い場合に使用することを想定して作られてい る。ここでも、前後に分かれた吸収セクションが使用されている。この装置は、 図１Ｏに示した粒子状吸収剤用のサンプリングキャニスタ−と同様の形態となっ ている。熱脱着チューブ（外径０．６２５インチ）は、直径０．８６６インチ（ ２２ミリ）の先細のアダプター（Ａ）に溶接され、サンプラーの本体を形成して いる。先細のアダプターは、ライト式レスピロメーターとの接続を容易にするた めのものである。吸収剤は主副２個のステンレス鋼製カートリッジ（それぞれＢ 、Ｂ゛の記号で示されている）の中に収められており、カートリッジの外径はお よそ０．５７９インチである。それぞれのカートリッジの底は格子状になってお り、その内側に、目の細かいステンレス製のスクリーンが溶接されている。それ ぞれのカートリッジの最上部には、重量の大きなステンレス鋼でできた独立のリ テーナ格子（それぞれｃ　、　ｃ’の記号で示されている）が取り付けられてい る。各リテーナ格子の底には目の細かいステンレス製スクリーンがスポット溶接 されている。これらの格子はサンプルカートリッジの内側に滑り込み、吸収ベッ ドを所定の位置に保っている。格子の代わりにシラン化グラスウールのプラグを 用いてもよい。

サンプラーの装着方法は以下のようなものである。まず、予備カートリッジ（Ｂ ゛）をサンプラ一本体に滑り込ませる。予備カートリッジは円筒形のハウジング の底面にあるランド部（Ｄｌ　に安置される。テフロン製のガスケットｆＥ“） を予備カー１−リッジの上に挿入する。その後に主カートリッジ（旧を挿入する 。もうひとつのテフロン製ガスケットｆＥｌ　をフロントカートリッジの後ろに 配置する。カートリッジはひとたび挿入されると、リテーナチューブ（外径的０ ．５７９インチ）（Ｆ）によってサンプラ一本体の中の所定の位置に保たれ、リ テーナチューブは、図のように、上部のステンレス製リテーナ格子に圧力を加え る。リテーナチューブには（Ｉの位置に）穴が開けられており、サンプラ一本体 （Ｈの位置）にも穴がある。リテーナチューブがサンプラ一本体に挿入されると 、リテーナチューブの穴とサンプラ一本体の穴がちょうど同じ位置に重なり、ネ ジ溝のついたりテーナキ−（旧が外側のサンプラ一本体の穴を通って挿入され、 さらに本体の穴に相応する位置にある内側のりテーナチューブの穴にもキーが差 し込まれる。このような構造により、キャニスタ−が所定の位置に保たれ、アセ ンブリ全体がぴったり納まった状態に保たれる。

サンプリングが完了すると、サンプラーは分析のために試験施設に返却される。

返却されたサンプラーは、まず、ネジ溝のついたりテーナキーを外して分解され る。

次に、適当な道具（硬い棒など）を用いて、アダプターｆＡｌ　に溶接されてい るサンプル本体の開いた末端部からサンプルカートリッジをサンプラーの外に押 し出し、リテーナの円筒、主副双方のサンプルカートリッジ、テフロン製のガス ケットを含めたアセンブリ全体を除去する。

ついで、それぞれのカートリッジを別々に、内径０．５７９インチの熱脱着チュ ーブに差込む。チューブには図１１のＤと同様のランド部が溶接されている。カ ートリッジを挿入する際には、カートリッジがランド部の上でとまるようにする 。その後、分析用の熱脱着炉ユニットの内部にアセンブリを安置し、それぞれの カートリッジを個別に分析する。

ここでは、最も理想的な脱着手続として熱脱着法を挙げているが、吸収剤から分 析対象の溶媒を回収するために他の手法（溶剤脱着法、超臨界液体による抽出法 など）を適宜用いてもよい。

図１３に示した吸収剤の容器は、他のものと異なり、解体することができない。

この容器は主として医療施設での使用を想定したものであり、被曝後数日のうち に大量の呼気・をサンプリングすれば、有害物質被曝に関する愁訴が実証される 可能性がある場合に用いられるものである。このような容器のばあい、溶剤によ る脱着のために吸収剤を容器から除去することは容易でないため、熱脱着法もし くは超臨界液体による抽出法を用いる方が望ましい。

図１５のキャニスタ−は、基本的には、図２に示したキャニスタ−２４０の代わ りに用いることが可能である。

キャニスタ−の素材としては、ステンレス鋼、陽極酸化処理を施したアルミニウ ム、ＰＴＦＥ　（商標名テフロン）など、揮発性成分を吸収しない不活性な物質 を用いるのが望ましい。この図では、サンプルキャニスタ−の本体は、図１．２ ．３に示したキャニスタ−のようにネジ溝によるはめ込み式の構成部分に分かれ ていない。図４の４１２のように吸収剤容器に挿入するキャニスタ−を半分ずつ ２つにわけるのではな（、サンプリングチャンバの上にカバーを取り付けて挿入 された個々のサンプル容器を取り出すものである。リテーナのシムもサンプラー の構成に含まれている。図を見やす（するために、リテーナのシムはサンプラ一 本体の外側に示した。このシムは、図のようなリテーナボルトを用いて、サンプ ラ一本体のアウトレット末端部に恒久的に保持する形にしてもよい。このシムの 目的は、キャニスタ−が使用される際に、個々のサンプル容器を互いに対して密 閉することにある。吸収剤容器は、ややゆとりを持ってキャニスタ−に挿入され ている。キャニスタ一本体の裏側にある２本のリテーナボルトがシムに対して締 められ、シムを吸収剤容器に押し付ける。このような構成により、吸収剤の容器 をキャニスタ−から回収するのが容易になると同時に、ユーザーは、しっかり取 り付けられているサンプル容器をキャニスタ−から取り外すのに苦労しなくて済 む。さらに、他の装置には大きすぎるサンプル容器や何種類かの深さを持つサン プル容器を使用することもできる。

図１５に示されているように、カバーはサンプラ一本体にネジで留め着けられて いる、カバーを本体にシールするためにはガスケットが用いられている。本体の 最上部に軌道を設け、そこにカバーを滑らせる形で、カバーを本体に取り付ける こともできる。このような構造を採用した理由は、粒子状の吸収剤の使用が容易 になるからである。粒子状の吸収剤はおもしによって所定の位置に圧縮されてお り、サンプリングの間に吸収ベッドを通過してこぼれ出るのを防ぐことができる 。しかしながら、チャコールクロスなどのチャコールを３重の薄膜にして用いる こともできる。さらに、この図のキャニスタ−の場合、大型容器を使用する場合 に必要な重さの粒子状吸収剤を収めるために二倍の大きさを持つ吸収剤容器を用 いることも可能である。

この図の構成にはもうひとつ利点がある。チャコールクロスや目の細かい網状の スクリーンといった廃棄物が出ないことである。チャコールクロスを切り取って 円形の膜を作ったり、シートストックの四角いロールから網目状スクリーンを作 ったりする場合、ストックをすべて活用することはできないが、四角もしくは矩 形の膿を使用した場合にはそれが可能である。

図１６に示した容器チャネル支持部分は、ステンレス鋼もしくはアルミニウムの チャネルストックとは別に製作することができる。前後に配置される目の細かい ステンレス製スクリーンはおよそ４０ミリ四方で、露出した表面の面積は、チャ コールクロスを用いて本書に示されているような直径４５ミリの薄膜を作った場 合の露出面積とほぼ同じである。これらのスクリーンは、チャネル支持部分の突 き出たあ−むの中に挿入される。内側のシムアセンブリは、図のようにチャネル 支持部分の中に押し付けられ、スクリーンを所定の位置に保つ働きをする。この アセンブリを安定させるために、外側のチャネル支持部分を内側のリテーナのシ ムにスポット溶接するか、ボルトどめしてもよい。

図１７に示した容器チャネル支持部分は、粒子状吸収剤について前に述べたよう な方法で製作することができるが、チャネル支持部分はそれほど深くしてはなら ない。

チャコールの膜は非常に薄いからである。前方に配置された目の細かいステンレ ス製スクリーンは、チャネル支持部分の中に挿入される。通常、チャコールクロ スの膜の面積は４０ミリ四方で、この膿を３枚、前方のチャネル支持部分の中に ある網目スクリーン９上に敷き詰め、その後に目の大きな補助スクリーンを配置 する。次に、四角形をなした薄い内側のシムアセンブリを目の大きな補助スクリ ーンの上に挿入して、吸収剤アセンブリの位置を保つ。双葉形のスプリングで作 動する薄いシムアセンブリを内側に使用してもよい。その場合、スプリングの２ 本の脚を圧縮して挿入し、ばねが中で広がってベッドを所定の位置に保つように する。

サンプリングの形態としては、図１７に示されているタイプの３つのサンプル容 器も考えられる。この図ではサンプルキャニスタ−は前後だけでなくまん中にも チャコールクロスの膜（または他の吸収剤のＩＩＩ）を用いた吸収セクションを 備えている。このような構造は、保管している間にある吸収セクションから次の セクシ日ンに移動してしまうような、蒸気圧の高い物質の分析に使用される。こ の図のような容器の場合、サンプリングが完了した直後に個々の吸収セクション を分けることができるからである。または、４０ミリ平方のステンレスシートの ようなスペーサーを３つの吸収セクションの間に差し込んで、物質の移動を最小 限にとどめるという方法もある。吸収ベッド全体を、３倍の深さをもったチャネ ル支持部分に配置するという方法もある。まず、前方に目の細かいりチーナスク リーンを挿入し、次にチャコールクロスの前方吸収ベッド、目の大きなスペーサ ー用スクリーンの順に挿入し、最後に、目の大きなスクリーンの裏側にチャコー ルクロスの後゛部吸収ベッドを入れて、リテーナクリップでとめる。

サンプラーの形態のもうひとつのバリエーションは、被験者が吸収した特定物質 の総量の測定を可能にするものである。このコンフィギュレーシゴンは図１８に 示されているが、図のサンプラーには分析対象である物質を周囲の空気から除去 するためのフィルターがついていない。これは特に、大気汚染地域で使用するた めに設計されたものである。汚染された大気は吸気チェックバルブを通過して吸 入され、吸収剤のキャニスタ−を通じて排出される。呼気として排出された空気 が吸収剤のキャニスタ−を確かに通過し、かつ、吸入される周囲の空気がいっさ いキャニスタ−を通過していないようにするため、最低１個、できればキャニス タ−の両側に１個ずつ計２個のチェックバルブを追加する。マウスピースから導 かれる気体流路に、サンプリング用アクセスポートな設けることもできるし、イ ンレットチェックバルブを取り替えることも可能である。

人体が吸収した物質の量は、吸入された空気の体積に目的とする物質の濃度をか け、さらに、被験者の吸収率をかけて測定する。吸収率は、キャニスタ−内部の 測定量から簡単に計算することができる。■呼吸ごとに吸収された物質量から、 非県者が吸入した物質の総量を測定することができるので、それに従って計算す る。各種の分析対象物質の空気中における濃度は、人間がさらされた気体や揮発 性化学物質の充分な目安となるが、実際の吸収量を示すものではない。当該発明 を用いることにより、人体が実際に吸収した物質の総量を測定によって見積れた らという欲求に関する限り、我々はついに、容易で、あまり見当遣いなものでな く、しかも簡単に再現可能な技術を手に入れたといえる。

図１９は１部品４０４の代わりに用いることのできる単一吸収剤リテーナリング を示したものである。このリテーナはサンプリングキャニスタ−４１２に装着し て用いることができる。リングの底部は、図４に示した後部のりチーナスクリー ン４０６と連結しており、リング最上部は同じく図４のテフロン製ワッシャ４０ ２と連結している。

凹凸のあるこのリテーナリングに切込みを入れ、サンプリングキャニスタ−の回 転防止ラグと噛み合うようにしてもよい。このシステムは特定の吸収剤もしくは 特定吸収剤の組合せを使用する場合に用いることができる。

以上に述べた具体的な実施例の説明により当該発明の一般的性質が完全に明白に されたため、第三者は、既存の知識を応用することにより、当該発明の着想から 逸脱しない範囲で、前述の各種実施例を変更及び（もしくは）応用してさまざま なアプリケージ３ンを考案することができるものと思われる。そのような応用も しくは変更は、開示された実施例の均等物の範囲に納まるものであり、均等物と しての意味を持つものと解釈されるべきであるし、筆者もそのように意図してい る。本書において使用された文言は、説明の便宜を図るために用いられたもので あって限定的なものではないと解釈すべきである。

ＦＩＧ、　７ ＦＩＧＵＲＥ　３ ＦＩＧＵＲＥ　４ ＦＩＧＵＲＥ　５ ＦＩＧ、　１０ Ｆｉｇｕｒｅ　１１ 一一！−□ Ｆｉｇｕｒｅ　１３ Ｆｉｇｕｒｅ　Ｌ４ し−モ今収Ｖしブラー Ｆｉｇｕｒｅ　１５ Ｆｉｇｕｒｅ　１７ １１２次Ｏバ′１シフ１゛ Ｆｉｇｕｒｅ　１８ 補正書の写しく翻訳文）提出書 平成３年８月２日

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. １．第１，第２の端部を有する管状本体、前記第１，第２端部の中間にあたる位 置で前記管状本体に連絡し、被験者の呼気を選択的に導く第１導管手段、 空気濾過手段と、被験者が前記導管手段を介して息を吸入した際に前記空気濾過 手段を通じて周囲の空気を前記管状本体に取り入れるために選択的に作動可能な バルブ手段を備え、前記管状本体の第１端部に流体連絡している第２導管手段、 および、 サンプル採取手段と、被験者が前記導管手段を介して息を排出した際にその呼気 を前記管状本体から前記サンプル採取手段に取り入れるために選択的に作動可能 なバルブ手段を備え、前記管状本体の第２端部に流体連絡している第３導管手段 を備え、 前記第２導管手段内にある前記バルブ手段は、前記第３導管手段内にある前記バ ルブ手段が作動可能なときには作動不能となり、前記第３導管手段内にある前記 バルブ手段は、前記第２導管手段内にある前記バルブ手段が作動可能なときには 作動不能となることを特徴とする、分析対象物の含有量を後日測定するために被 験者より呼気サンプルを採取する装置。
2. ２．前記管状本体がほぼ「Ｔ字」形状をなすことを特徴とする請求の範囲第１項 に記載の装置。
3. ３．前記第１，第２，及び第３導管手段が互いにその縦軸を決定し、前記第１導 管手段の縦軸が前記管状本体の第２，第３の導管手段に対して一定の角度をなし て配置されている請求の範囲第１項記載の装置。
4. ４．前記角度が少なくとも９０度であることを特徴とする請求の範囲第３項に記 載の装置。
5. ５．前記角度が少なくとも１２０度であることを特徴とする請求の範囲第３項に 記載の装置。
6. ６．前記第２，第３の導管手段のそれぞれ内部にある前記バルブがチェックバル ブであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
7. ７．前記チェックバルブがそれぞれの導管手段から取り外し可能であることを特 徴とする請求の範囲第６項に記載の装置。
8. ８．前記サンプル採取手段が、少なくとも１個の吸収剤の床部を含む容器からな ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
9. ９．前述の少なくとも１個の吸収剤の床部が、チャコールクロスのベットである ことを特徴とする請求の範囲第８項に記載の装置。
10. １０．前記管状本体がひとつの開口部を含み、また、前記開口部に側流のサンプ リングを実施するための連結手段を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記 載の装置。
11. １１．・第１のバルブ支持端部と第２の関口端部を有する細長いガイドチューブ であって、その一方の側に形成されチューブの縦軸に沿って延びるスロットと、 チューブ内に同心円状にスライド可能な形で支持され前記樺軸に沿って動きその 一方の端部に前記チユーブから半径方向外側に延びる手段を備えるプッシュロッ ドを含むものと、 前記ガイドチユーブの縦軸に沿って移動するため該チューブの周囲に同心円状に 配置され、これにより管状導管手段におけるチェックバルブを取り付けるため、 前記ブッシュロッドがガイドチューブの第１端部から離れる方向に移動すると、 その動きに対応した方向に動き、前記バルブをガイドチューブの第１端部の上に 押しやり、そして前記プッシュロッドがガイドチューブの第１端部に向かって戻 ると、ガイドチューブの第１端部からバルブを押しやってそれぞれの導管手段に 取り付ける外側スリーブ部材とを含む、バルブを管状導管手段に挿入して取付け るための装置。
12. １２．ガイドチューブが蝶番で接続されていることを特徴とする請求の範囲第１ １項に記載の装置。
13. １３．サンプル採取手段または空気濾過手段が、吸収剤を内蔵した取り外し可能 なキャニスターであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
14. １４．サンプル採取手段または空気濾過手段が、四角形または矩形の断面を有し ていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
15. １５．吸収剤がチャコールクロスを含むことを特徴とする請求の範囲第１３また は第１４項に記載の装置。
16. １６．分析対象物を１種類以上捕捉する能力を有する吸収剤を経由してサンプル を通過させ、前記吸収剤より１種類以上の分析対象物を脱着し、吸収剤から放出 される揮発性有機化合物たる分析対象物を測定することを含んでいる、呼気サン プル中の揮発性有機化合物である分析対象物を測定する方法。
17. １７．分析対象物を１種類以上捕捉する能力を有する吸収剤を経由して複数の呼 気のサンプルを通過させ、前記吸収剤より１種類以上の分析対象物を脱着し、吸 収剤から放出される揮発性有機化合物たる分析対象物を測定することを含んでい る、複数の呼気サンプル中の揮発性有機化合物である分析対象物を測定する方法 。
18. １８．分析対象物もしくは測定される揮発性有機化合物、または分析対象物の濃 縮、吸収、放出もしくは測定を妨害する可能性のある化合物のうち、いずれかを 特に顕著に除去する能力を有する吸収剤を用いて、被験者が吸引する気体を事前 に濾過することを特徴とする請求の範囲第１６項または第１７項に記載の方法。
19. １９．分析対象物とともに一般の呼気を測定し、両者の量を比較することを特徴 とする請求の範囲第１６項または第１７項に記載の方法。
20. ２０．呼気サンプルが１回以上の呼吸による呼気を含んでいることを特徴とする 請求の範囲第１６項に記載の方法。
21. ２１．分析対象物を熱脱着法によって脱着することを特徴とする請求の範囲第１ ６項または第１７項に記載の方法。
22. ２２．呼気サンプルが肺胞からの呼気サンプルを含むことを特徴とする請求の範 囲第１５項または第１７項に記載の方法。
23. ２３．被験者の排出する呼気を受容するのに適した第１開口部、サンプル採取手 段との接続に用いられる第２開口部、周囲の空気の吸引を可能にする第３開口部 を備えた管状導管から構成され、第２、第３開口部に、呼気のみがサンプル採取 手段を通過することを可能にするバルブ手段を含み、呼気中の分析対象物を後に 測定するため分析対象物を含んだ被験者の呼吸気体から呼気サンプルのみを採取 する装置。
24. ２４．サンプル採取手段に、少なくとも１種類の分析対象物を捕捉する能力を有 する吸収剤が含まれていることを特徴とする請求の範囲第２３項に記載の装置。
25. ２５．バルブ手段がチェックバルブであることを特徴とする請求の範囲第２３項 に記載の装置。
26. ２６．採取されたサンプル中に含まれる外部の空気もしくは吸気を最小限にとど めるため、サンプル採取手段が、その上流にある少なくとも１個、もしくはその 両側にある複数のチェックバルブを含んでいることを特徴とする請求の範囲第２ ５項に記載の装置。
27. ２７．被験者が吸入する空気中に分析対象物が含まれていることを特徴とする請 求の範囲第１６項または第１７項に記載の方法。
28. ２８．被験者が吸収した分析対象物の量もしくは割合を測定するのに用いられる ことを特徴とする請求の範囲第２７項に記載の方法。