JPS5988141A - 試料ガス採取測定装置 - Google Patents

試料ガス採取測定装置

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JPS5988141A
JPS5988141A JP57197514A JP19751482A JPS5988141A JP S5988141 A JPS5988141 A JP S5988141A JP 57197514 A JP57197514 A JP 57197514A JP 19751482 A JP19751482 A JP 19751482A JP S5988141 A JPS5988141 A JP S5988141A
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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】 馴 〔発明の良用分野〕 本発明は大気圧イオン化質量分析計等の試料ガス採取装
置の改良に係シ、特に、この種装置において人間の生体
皮膚から発生する微量の揮発性有機物質からなる試料ガ
スを効率的に採取するのに好適な試料ガス採取装置に関
する。
〔従来技術〕
人体において血液中に含まれる揮発性物質は種揮の人体
の機能との関連をもっておル、それらを計測することは
人体機能の解明、さらには病気の診断において重要であ
る。この揮発性物質を血液を試料とせず、皮膚を透過す
ることによって揮発してくるガスを試料とすることは血
液を試料とした場合の問題点を解決できるので極めて有
効である。すなわち、血液の分析では血液を採取するた
めに検体に負担がかがシ、同一検体に対する連続測定が
できないこと、また、血液を採取し、測定器に導入する
までの間に生体外反応が起こり、生体内におけると同様
の測定ができないことの大きな二つの問題点が弗る。皮
膚から発生するガスを試料とするならばこの二つの問題
は解決される。
しかしながら、血液中に含まれる代謝による揮発性有機
物は極めて微量であシ、これが皮膚を透過してくるので
、更に微量となる。この微量の揮発性有機物ガスを少し
でも多く採取することは測定上重要である。
そのために、従来の皮膚から血液ガスを採取する装置は
ガス採取容器の皮膚に接する面に多数の穴のあいた金属
板をとりつけ、この穴のあいた金属板にヒータを接しさ
せて電気的に皮膚を加熱するようにしたものである。
1) P、几o1fe ; ”l;”etal  an
d  NeonatalMedical Llmi t
ed 、 l、ondon 、 19so、pp、 3
85〜449゜ 2)  p、H,olfe ; ”Non−jnvas
ive physio1gicalη Measureme*ts”、 Academic p
ress 、 l、ondon。
NeW York、 San prancisco、 
1979. I)p、333〜3446 しかしながら、このような構成ではガス採取容器の皮膚
に接する面積のうちで実際にガスを採取している有効面
積が少なく、単位時間当シのガス採取量が極めて少ない
と言う欠点があった。この装置の本来の目的は血液ガス
のうちの主成分である酸素、炭酸ガス、麻酔ガス(N2
0)を採取することにあシ、シたがって、発生ガス量が
多いため有効面積が少なくても問題とはならなかった。
しかし、採取目的物質が生体代謝による揮発性有機物ガ
スになると極めて微量となるために1このような試料ガ
スを採取するための有効面積を大きくすることが重要に
なる。
〔発明の目的〕
したがって、本発明の目的は生体皮膚から発生する微量
の揮発性有機物からなる試料ガスを効率的に採取できる
試料ガス採取装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するため罠本発明においては、キャリア
ガスを導入するだめの導入口と、生体皮膚に密着させて
この生体皮膚から発生する揮発性有機物からなる試料ガ
スを採取するための開口と、採取された試料ガスをキャ
リアガスと共に導出するための導出口とからなる試料ガ
ス採取手段と、生体皮膚を加熱することKよって揮発性
有機物ガスの発生を促進するため生体皮膚から離間して
設けられた加熱手段とによって試料ガス採取装置を構成
したことを特徴としている。
かかる本発明の特徴的な構成によって、試料ガス採取手
段の開口によって覆われる生体皮膚の全表面積が試料ガ
スの採取に対する有効面積とすることができるために生
体皮膚から発生する微量な揮発性有機物からなる試料ガ
スを効率的に採取できるようになる。その採取効率は従
来装置に比較して5〜10倍であった。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を図を用いて詳細に説明する。
第1図は本発明による試料ガス採取装置を大気圧イオン
化質量分析計と結合した時の基本構成を示したものであ
る。
同図において、キャリアガスとしての純窒素はボンベ(
図示せず)よシ供給されるが、この窒素ガスは保護弁1
、流量調整ニードルパルプ3、モレキュラーシープトラ
ップ4、試料ガス採J&容器6を経由して、生体皮膚5
よシ発生した揮発性有機物からなる試料ガスとともに大
気圧イオン化質量分析計のイオン源9に導入される。こ
のキャリアガスは大気圧イオン化質量分析計の一次イオ
ンとして必要なものである。すなわち、大気圧イオン化
質量分析計では1気圧のイオン源9にキャリアガスと微
量の試料ガスが導入されるが、この時まずコロナ放電ま
たは放射線による一次イオ化が起こる。この時生ずる一
次イオンの組成は試料ガスが微量(ppm、ppt)の
ためにはとんとかキャリアガスイオンである。次に二次
イオン化としてこのキャリアガスイオンは大気圧イオン
化質量分析計の分析部10へ導入されるあいだに中性分
子と衝突し、キャリアガスよりもイオン化ボテンシアル
の低い物質をイオン化する。1気圧のイオン源9では平
均自由行程が短かく通常イオン源9の内部で1個のイオ
ンが10’〜106回の衝突をくり返す。したがって微
量の試料ガスでもほぼ100%がこの衝突に関与し、イ
オン化される。
通常、キャリアガスとしては望素、アルゴン、ヘリウム
、酸素、空気が用いられこれらは目的物質である有機物
よシもイオン化ボテンシアルが高いため1c電荷交換反
応は速やかに進行し、逆反応は起こらない。また、通常
は試料ガスに多量の水が含まれている場合が多いが、こ
の時はキャリアガスイオンから水または水のクラスタイ
オンが生成され、これらのイオンがリアクタントイオン
となってプロトン移動反応を起こし、目的有機物をイオ
ン化する。生体皮膚5は鏡型をしたガラス製試料ガス採
取容器6と密着され、光の方向及び広がシを制御するシ
ェード8を備えた赤外線ランプ7で42〜43Cに加熱
される。試料ガス採取容器6は内径が約30胴、内容積
が約25 In tであり、赤外線ランプ8としでは2
00〜300Wのものが用いられ、生体皮膚5から20
〜4ocrnの距離に設置されている。大気圧イオン化
質量分析計のイオン源9はロータリポンプ12とイオン
源9に隣接して設けられた分析部10(10paおよび
10=paの真空室部よりなる)とへのガス流入によシ
、1気圧よりわずかに圧力が低く維持されており、試料
ガス採取容器6の内部もイオン源9の圧力とほぼ同じた
め、生体皮膚5は破線で示されるようにわずかに内方へ
吸引されて、揮発性有機物ガスをより発生し中すいよう
になっている。
試料ガス採取容器6の内部圧力はニードルパルプ3.1
1、流量計2、および保護弁1で制御される。ニードル
パルプ3.11をともに閉じた状態で流量計2が示す値
v1とニードルパルプ3゜11ともに開けた時に流量計
2が示す値V2との差(Vs  Vs)が試料ガス採取
容器6に送られるキャリアガスの流量である。生体皮膚
5が適度に吸引されるようにニードルパルプ3,11で
試料ガス採取容器6内の圧力を調整する。試料ガス採取
容器6内の圧力は0.8気圧以上、キャリアガスの流量
は100mt/分〜1t/分が良い。保護弁1は保護弁
1の前後の圧力差が大きくなった時にその弁が開き、キ
ャリアガスが流れる。通常の試料ガスの採取時には数回
7秒の開閉を行なっているが、イオン源9例の吸引の操
作ミスなどで試料ガス採取容器6内の圧力が下がシすぎ
た場合には保護弁1は開いたままの状態となる。これに
より、生体皮膚5が吸引されすぎるのを保護する。
なお、窒素ガスからなるキャリアガス中に含まれる微量
の不純物はモレキュツーシープトラップ4で除去される
本実施例では次の効果が得られる。従来装置では採取容
器の生体皮膚との接触部に皮膚加熱用の多数の穴のあい
た金属板が設置されているため揮発性有機物ガスの発生
のための有効面積が少なく、生体皮膚との全接触面積に
対し、大面積は10〜20%程度であった。これに対し
て、本実施例では試料ガス採取容器6で覆われる生体皮
膚5の全表面が有効面積であるので従来装置の数倍以上
の効率で試料ガスが採取できる。また、従来装置で有効
面積を大きくするために大面積を大きくすると加熱によ
る生体皮膚の表面温度が均一でなくなシ、穴の中央部付
近は温度が低くなって結果的に有効面積が小さくなる。
そこで、穴の中央部の温度を上げるために金属板の温度
を上げると生体皮膚を火傷させる。これに対して、本実
施例では試料ガス採取容器6で覆われている生体皮膚5
は離間して設けられた赤外線ランプ7によって容器6を
通して赤外線が均一に照射されているため生体皮膚5の
全表面が均一に加熱される。そのだめ、生体皮膚5に火
傷させることは生じない。
さらに本実施例では試料ガス採取装置が大気圧イオン化
質量分析計と直接に結合されているために、オンライン
測定が可能であり、検体の大量処理および連続測定が可
能である。
第2図は本発明1τよる試料ガス採取装置を試料ガス採
取ボンベと結合した時の基本構成を示したものである。
第1図の実施例と異なるところは試料ガス採取装置が直
接、大気圧イオン化質量分析計に結合されずに、試料ガ
ス採取ボンベ15を介在させて、オフライン的に大気圧
イオン化質量分析計に結合されることである。この試料
ガス採取ボンベ15は内容攪が2〜3tのガラス製のも
のでニードルバルブ14.16が具備されている。
試料ガス採取ボンベ15はあらかじめ1pa以下の圧力
に減圧されており、結合器13で鏡型試料ガス採取容器
6と結合される。生体皮膚5からの試料ガスの採取操作
は第1図の実施例と同様であり、第2図のニードルパル
プ14が第1図のニードルパルプ11に相当している。
試料ガス採取ボンベ15へのキャリアガスと生体皮膚5
からの試料ガスとの採取完了時点は流量計2で検出する
すなわち、あらかじめキャリアガスを流し、ニードルバ
ルブ3を閉じた状態で流量計2が示す値f1にニードル
パルプ3,14を開けて試料ガスの採取を行なっている
時の泳量計2が示す値f2が一致した時が試料ガスの採
取完了時点である。
試料ガスの採取時のキャリアガスの流量は一定(200
〜500mt/分)となるようにニードルバルブ14で
調整する。試料ガスの採取完了時点に近づくと2〜3秒
で値f2は値flに復帰するので試料ガスの採取時のキ
ャリアガスの流量はほとんど一定とみなせる。試料ガス
の採取完了した試料ガス採取ボンベ15は第1図で示し
た大気圧イオン化質量分析計のイオン源9に結合される
がニードルパルプ16側がイオン源9に、そしてニード
ルバルブ14側が高純度窒素ガスボンへに結合され、パ
ルプ14.16が開けられて窒素ガスを200mt/分
程度流すことによシ試料ガス採取ボンベ15の中の試料
ガスをイオン源9に送出する。
本実施例における効果は試料ガスの採取効率に関しては
第1図の実施例と同じであるが、オフライン的な試料採
取方法であるので、さらに次の効果が得られる。検体が
大気圧イオン化質量分析計が設置されている場所に来る
ことができない時、すなわち、各地の病院2診療所で試
料ガスの採取を行なう場合は試料ガス採取装置のみを試
料ガスの採取場所に設置することで試料ガスの採取が行
なえる。したがって、本実施例によれば大型の大気圧イ
オン化質量分析計を試料ガスの採取場所如設置しなくて
も試料ガスを採取できるので病人等を遠隔地から移動さ
せる必要が全くない。
第3図は本発明による試料ガス採取装置によって人間の
腕から採取された微量の揮発性有機物からなる試料ガス
の測定結果を示したものである。
同図から明らかなように、質量数が18(アンモニア)
、45(アセドア化デヒド)、47(エタノール)、5
9(アセトン)の揮発性有機物が観測されている。これ
らの揮発性有機物は生体代謝物として種々の病気と因果
関係があり、その測定は重要である。なお、質量数が1
9.37,55゜73の物質は水のクラスタイオンHs
O” 、 H”(H2O)zH”(HzO)s 、H’
(H2O)4  である。このように本実施例によれば
生体掌上重要な生体代謝による微量の揮発性有機物ガス
を非観血的に検出できる効果が得られる。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、試料ガス採取容器で
覆われる生体皮膚の全表面積が試料ガスの採取に対する
有効な表面積とすることができるので、生体掌上重要な
生体代謝による微量の揮発性有機物ガスを有効に採取で
きる効果が得られる。
従来族を置では血液中の主揮発性成分であるCo2゜N
2 r 02を採取するためのものであるため、試料ガ
スの採取のための有効面積は少なくても問題とはならな
かった。しかし、生体皮膚から発生する代謝による揮発
性有機物ガスは極めてその量が少なく、少しでも効率的
に採取することは重要な課題である。本発明では従来装
置に比較して5〜10倍の試料ガスの採取効率を有して
いる。
【図面の簡単な説明】
、  第1図は本発明による試料ガス採取装置を大気圧
イオン化質量分析計に結合した時の基本構成図、第2図
は本発明による試料ガス採取装置を試料ガス採取ボンベ
に結合した時の基本構成図、第3図は本発明による試料
ガス採取装置を用いて採取した試料ガスを大気圧イオン
化質量分析計によって測定したマススペクトル図である
。 1・・・保護弁、2・・・流量計、3,11,14.1
6・・・ニードルパルプ、4・・・モレキュラーシーツ
トラップ、5・・・生体皮膚、6・・・試料ガス採取容
器、7・・・赤外線ランプ、8・・・赤外線の方向、広
がりを制御するシェード、9・・・大気圧イオン化質量
分析計のイオン源、10・・・大気圧イオン化質量分析
計の分析部、12・・・ロータリポンプ、13・・・結
合器、閉 1  図 vJz  (2) 第 3 目 ?n/z

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、キャリアガスを導入するだめの導入口と、生体皮膚
    に密着させて上記生体皮膚から発生する揮発性有機物か
    らなる試料ガスを採取するための開口と、上記採取され
    た試料ガスを上記キャリアガスと共に導出するだめの導
    出口とからなる試料ガス採取手段と、上記生体皮膚を加
    熱することによって上記揮発性有機物ガスの発生を促進
    するため上記生体皮膚から離間して設けられた加熱手段
    とを備えてなることを特徴とする試料ガス採取装置。・ 2、上記試料ガス採取手段が鐘形ガラス容器からなるこ
    とを特徴とする第1項の試料ガス採取装置。 3、上記加熱手段が赤外線ランプからなることを特徴と
    する第1項の試料ガス採取装置。 4、上記試料ガス採取手段が上記試料ガスを採取中、負
    圧に維持されていることを特徴とする第1項の試料ガス
    採取装置。 5、上記試料ガス採取手段が上記導出口を介して大気圧
    イオン化質量分析計のイオン源に接続されていることを
    特徴とする第1項の試料ガス採取装置。 6、上記試料ガス採取手段が上記導出口を介して試料ガ
    ス採取ボンベに接続されていることを特徴とする第1項
    の試料ガス採取装置。
JP57197514A 1982-11-12 1982-11-12 試料ガス採取測定装置 Granted JPS5988141A (ja)

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