(57)【要約】窒素酸化物濃度測定装置（１０）は、気体流路（１６）内に配置されたゼロスクラバ（１３）と、制御部（２８）と、を備える。ゼロスクラバ（１３）は、マウスピース（１１）からチャンバ（１５）に向かって気体流路（１６）内を流れる呼気に対して、第１期間及び第２期間のうち第１期間において脱ＮＯ処理を施す。制御部（２８）は、第１期間に出力される差動電圧値（Ｖｄ）を基準とする第２期間に出力される差動電圧値（Ｖｄ）に基づいて、呼気に含まれるＮＯの濃度を取得する。
2012127794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポルフィリン又はその誘導体の金属錯体を含有する検出エレメントと、
呼気を受け入れるマウスピースと、
前記検出エレメントを収容するチャンバと、
前記マウスピースと前記チャンバとに連通する気体流路と、
前記気体流路内に配置されており、前記マウスピースから前記チャンバに向かって前記気体流路内を流れる呼気に対して、前記第１期間及び前記第１期間に続く第２期間のうち第１期間において脱ＮＯ処理を施す脱ＮＯ部と、
前記第１及び第２期間において、前記検出エレメントに光を照射する光源と、
前記第１及び第２期間において、前記検出エレメントから出射される光のうち所定波長を有する光の量を示す電圧値を出力する電圧値出力部と、
前記第１期間に前記電圧値出力部から出力される電圧値を基準とする前記第２期間に前記電圧値出力部から出力される電圧値に基づいて、前記呼気に含まれるＮＯの濃度を取得する制御部と、
を備える窒素酸化物濃度測定装置。
【請求項２】
前記気体流路は、前記脱ＮＯ部を収容する第１流路と、前記第１流路の両端に繋がる第２流路と、前記第１流路と前記第２流路との分岐点に配置される第１流路切換え部と、を有し、
前記第１流路切換え部は、前記第１期間において前記第２流路を閉じ、前記第２期間において前記第１流路を閉じる、
請求項２に記載の窒素酸化物濃度測定装置。
【請求項３】
前記気体流路は、前記第１流路と前記第２流路との合流点に配置される第２流路切換え部を有し、
前記第２流路切換え部は、前記第１期間において前記第２流路を閉じ、前記第２期間において前記第１流路を閉じる、
請求項２に記載の窒素酸化物濃度測定装置。
【請求項４】
前記脱ＮＯ部は、前記第２期間に続く第３期間において、呼気に前記脱ＮＯ処理を施し、
前記電圧値出力部は、前記第１及び第２期間に続く前記第３期間において、前記検出エレメントから出射される光のうち所定波長を有する光の量を示す電圧値を出力し、
前記制御部は、前記第１、第２及び第３期間において前記電圧値出力部から出力される第１、第２及び第３電圧値を取得し、前記第１及び第３電圧値に基づいて前記第２電圧値を校正することによって生成される第４電圧値に応じて、前記呼気に含まれるＮＯの濃度を取得する、
請求項１に記載の窒素酸化物濃度測定装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１期間の終了時に前記電圧値出力部から出力される電圧値を前記第１電圧値として取得し、前記第３期間の終了時に前記電圧値出力部から出力される電圧値を前記第３電圧値として取得する、
請求項４に記載の窒素酸化物濃度測定装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１期間中に前記電圧値出力部から出力される複数の電圧値の平均値を前記第１電圧値として取得し、前記第３期間中に前記電圧値出力部から出力される複数の電圧値の平均値を前記第３電圧値として取得する、
請求項４に記載の窒素酸化物濃度測定装置。
【請求項７】
前記所定波長は、第１波長と、前記第１波長と異なる第２波長とを含み、
前記電圧値出力部は、前記第１波長を有する光の量と、前記第２波長を有する光の光との差分を示す電圧値を出力する、
請求項４に記載の窒素酸化物濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一酸化窒素等の窒素酸化物濃度を測定する窒素酸化物濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一酸化窒素（以下、「ＮＯ」と言う。）は、筋弛緩因子の本体として発見されて以来、ＮＯの生理作用が明らかになったことで、ＮＯ濃度の測定結果が、神経情報伝達物質や感染症の程度を示す指標として利用されている。
特に、呼気中のＮＯ濃度の測定結果を、近年増え続ける喘息やアレルギーによる気道感染の程度を示す指標として用いることで、患者に負担をかけない非侵襲での疾病の診断が可能になるとして注目されている。呼気中のＮＯガス濃度は、正常人では２ｐｐｂ〜２０ｐｐｂであるが、喘息やアレルギーなどの気道炎症時には約３倍に増大することが知られている。そのため、呼気ＮＯガスを測定することで、患者の気道炎症の程度の判定や、喘息治療薬の投薬量の決定など喘息の治療指針に利用できる。【０００３】
特許文献１では、ＮＯに反応するポルフィリンを含有する検出エレメントを用いて、窒素酸化物濃度を測定する手法が記載されている。具体的に、特許文献１に記載の手法では、以下のようにしてＮＯ濃度が測定されている。まず、電圧値出力部は、検出エレメントがＮＯを含有しない気体に暴露される第１期間と、第１期間に続いて検出エレメントが呼気に暴露される第２期間とにおいて、検出エレメントによる反射光の光量変化を示す電圧値を出力する。次に、制御部は、第１期間中に出力される第１電圧値と、第２期間中に出力される第２電圧値とを取得して、第２電圧値から第１電圧値を減算することで第２電圧値をゼロ点校正する。続いて、制御部は、ゼロ点校正後の第２電圧値に基づいて、呼気に含まれるＮＯの濃度を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０６１５３６号
【発明の概要】
【０００５】
（発明が解決しようとする課題）
ここで、特許文献１では、第１期間に供給されるＮＯを含有しない気体の生成方法について特に触れられていないが、例えば、装置の外部から取り込まれる外気に対して脱ＮＯ処理を施すことが簡便な生成方法として考えられる。しかしながら、このような手法では、測定時の呼気成分によって脱ＮＯ処理後の気体成分が変動するおそれがあるため、呼気に含まれるＮＯの濃度を精度良く測定することができないという問題がある。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、呼気に含まれるＮＯの濃度を精度良く測定可能な窒素酸化物濃度測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
（課題を解決するための手段）
第１の態様に係る窒素酸化物濃度測定装置は、検出エレメントと、マウスピースと、チャンバと、気体流路と、脱ＮＯ部と、光源と、電圧値出力部と、制御部と、を備える。検出エレメントは、ポルフィリン又はその誘導体の金属錯体を含有する。マウスピースは、呼気を受け入れる。チャンバは、検出エレメントを収容する。気体流路は、マウスピースとチャンバとに連通する。脱ＮＯ部は、気体流路内に配置されており、マウスピースからチャンバに向かって気体流路内を流れる呼気に対して、第１期間及び第１期間に続く第２期間のうち第１期間において脱ＮＯ処理を施す。光源は、第１期間及び第１期間に続く第２期間において、検出エレメントに光を照射する。電圧値出力部は、第１及び第２期間において、検出エレメントから出射される光のうち所定波長を有する光の量を示す電圧値を出力する。制御部は、電圧値出力部から出力される電圧値に基づいて、呼気に含まれるＮＯの濃度を取得する。
【０００７】
（発明の効果）
本発明によれば、呼気に含まれるＮＯの濃度を精度良く測定可能な窒素酸化物濃度測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】窒素酸化物濃度測定装置の概略構成を模式的に示すブロック図。
【図２】窒素酸化物濃度測定装置の内部構成を模式的に示すブロック図。
【図３】窒素酸化物濃度測定装置において用いられる検出エレメントに担持されるポルフィリン誘導体の金属錯体（ＣｏＴ（ｄｔＢｕ）ＰＰ）の構造を示す図。
【図４】ＣｏＴ（ｄｔＢｕ）ＰＰの吸収スペクトルグラフ。
【図５】制御部の構成を示す機能ブロック図。
【図６】差動電圧値の推移を示す差動電圧値曲線の一例を示すグラフ。
【図７】ベースラインの一例を示すグラフ。
【図８】差動電圧値の推移を示す差動電圧値曲線の一例とベースラインの一例とを示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なっている場合がある。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１０】
［窒素酸化物濃度測定装置１０の概略構成］
実施形態に係る窒素酸化物濃度測定装置１０の概略構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る窒素酸化物濃度測定装置１０の概略構成を模式的に示すブロック図である。
【００１１】
窒素酸化物濃度測定装置１０は、喘息患者等（以下、「使用者」という。）の呼気に含まれる一酸化窒素（以下、「ＮＯ」という。）の濃度を測定する装置である。窒素酸化物濃度測定装置１０は、マウスピース１１、ＮＯスクラバ１２、ゼロスクラバ１３、ドライヤ１４、チャンバ１５、気体流路１６、上流バルブ１７、中流バルブ１８および下流バルブ１９を備える。
【００１２】
マウスピース１１は、使用者の呼気を受け入れる。使用者は、マウスピース１１を口に当てて、呼気を窒素酸化物濃度測定装置１０内に吹き入れることができる。
ＮＯスクラバ１２は、外気を取り込むための図示しない通気孔を有する。ＮＯスクラバ１２は、脱ＮＯ性を有する材料（例えば、過マンガン酸カリウムや活性炭など）を内蔵する。ＮＯスクラバ１２は、通気孔から流入する外気に脱ＮＯ処理を施す。なお、本実施形態において、“脱ＮＯ”とは、“ＮＯの除去”を意味する。
【００１３】
ゼロスクラバ１３（「脱ＮＯ部」の一例）は、気体流路１６内においてマウスピース１１の下流に配置される。ゼロスクラバ１３は、脱ＮＯ性を有する材料（例えば、過マンガン酸カリウムや活性炭など）を内蔵する。ゼロスクラバ１３は、マウスピース１１から流入する呼気に脱ＮＯ処理を施す。具体的に、ゼロスクラバ１３は、後述する第１期間において呼気に脱ＮＯ処理を施し、後述する第２期間において呼気に脱ＮＯ処理を施さない。さらに、ゼロスクラバ１３は、後述する第３期間においても呼気に脱ＮＯ処理を施す。
【００１４】
ドライヤ１４は、気体流路１６内においてチャンバ１５の上流に配置される。ドライヤ１４は、除湿性を有する材料（例えば、シリカゲルなど）を内蔵する。ドライヤ１４は、チャンバ１５に流入する呼気（脱ＮＯ済みの呼気を含む。）に除湿処理を施す。
【００１５】
チャンバ１５は、検出エレメント３０をセットするための筐体である。チャンバ１５は、後述するＬＥＤ光源２１（図２参照）の出射光を通過させる構造を有する。
気体流路１６は、マウスピース１１とＮＯスクラバ１２とに繋がる。また、気体流路１６は、マウスピース１１とチャンバ１５とに繋がる。気体流路１６は、例えば筒状の送気管によって構成される。気体流路１６は、第１流路１６ａと第２流路１６ｂとを含む。第１流路１６ａは、マウスピース１１とチャンバ１５との間に形成される。第１流路１６ａは、ゼロスクラバ１３を収容する。第２流路１６ｂは、マウスピース１１とチャンバ１５との間に形成され、第１流路１６ａの両端に繋がっている。
【００１６】
上流バルブ１７は、２位置切換え型バルブである。上流バルブ１７は、気体流路１６内においてマウスピース１１の下流に配置される。上流バルブ１７は、後述する制御部２８（図２参照）による位置切換え制御に応じて、マウスピース１１が繋がる相手先を切り換える。具体的に、上流バルブ１７は、使用者が外気を吸い込んでいる間はチャンバ１５へ向かう流路を閉塞し、使用者が呼気を吹き込んでいる間はＮＯスクラバ１２へ向かう流路を閉塞する。
【００１７】
中流バルブ１８（「第１流路切換え部」の一例）は、２位置切換え型バルブである。中流バルブ１８は、気体流路１６内において第１流路１６ａと第２流路１６ｂとの分岐点Ａに配置される。中流バルブ１８は、制御部２８による位置切換え制御に応じて、第１流路１６ａ又は第２流路１６ｂを閉塞する。具体的に、中流バルブ１８は、使用者が呼気を吹き込んでいる場合において、第２流路１６ｂの閉塞と、第１流路１６ａの閉塞と、第２流路１６ｂの閉塞とを順次行う。
【００１８】
下流バルブ１９（「第２流路切換え部」の一例）は、２位置切換え型バルブである。下流バルブ１９は、気体流路１６内において第１流路１６ａと第２流路１６ｂとの合流点Ｂに配置される。下流バルブ１９は、制御部２８による位置切換え制御に応じて、中流バルブ１８と同様に、第２流路１６ｂの閉塞と、第１流路１６ａの閉塞と、第２流路１６ｂの閉塞とを順次行う。
【００１９】
［窒素酸化物濃度測定装置１０の内部構成］
実施形態に係る窒素酸化物濃度測定装置１０がＮＯ濃度を測定するための内部構成について、図面を参照しながら説明する。図２は、実施形態に係る窒素酸化物濃度測定装置１０の内部構成を模式的に示すブロック図である。
【００２０】
窒素酸化物濃度測定装置１０は、ＬＥＤ光源２１、駆動回路２２、レンズ２３、ダイクロイックミラー２４、４１５ｎｍ光量検出部２５、４３５ｎｍ光量検出部２６、差動演算処理部２７、制御部２８、および記憶部２９を備える。
【００２１】
ＬＥＤ光源２１（「光源部」の一例）は、チャンバ１５内にセットされる検出エレメント３０に対して、所定の条件下において光を照射する。検出エレメント３０の構成については後述する。
【００２２】
駆動回路２２は、ＬＥＤ光源に供給する電流値を変化させることによって、検出エレメント３０に照射される光の量を調整する。本実施形態では、駆動回路２２は、イニシャライズ時と測定時との少なくとも２種類の電流を印加するように構成される。
【００２３】
レンズ２３及びダイクロイックミラー２４は、チャンバ１５と４１５ｎｍ光量検出部２５及び４３５ｎｍ光量検出部２６との間に順次配置される。ダイクロイックミラー２４は、レンズ２３を介して受け取った検出エレメント３０からの透過光のうち、４３５ｎｍ付近の波長の光（以下、「４３５ｎｍ光」という。）を反射し、その他の波長の光を透過する。
【００２４】
４１５ｎｍ光量検出部２５は、ダイクロイックミラー２４を透過した光の進路上に配置される。４１５ｎｍ光量検出部２５は、図２に示すように、バンドパスフィルタ２５ａ、レンズ２５ｂ、フォトダイオード２５ｃ、および電流／電圧変換回路２５ｄを備える。
【００２５】
バンドパスフィルタ２５ａは、４１５ｎｍ付近の波長の光（以下、「４１５ｎｍ光」という。）だけを透過させる光学フィルタである。すなわち、バンドパスフィルタ２５ａは、ダイクロイックミラー２４を透過した光から４１５ｎｍ光だけをレンズ２５ｂへ導く。レンズ２５ｂは、バンドパスフィルタ２５ａを透過した４１５ｎｍ光を、フォトダイオード２５ｃへ導く。フォトダイオード２５ｃは、レンズ２５ｂを通過した４１５ｎｍ光の光量（以下、「４１５ｎｍ光量」という。）に応じた電流を出力する。電流／電圧変換回路２５ｄは、フォトダイオード２５ｃから出力される電流値を電圧値に変換して差動演算処理部２７に出力する。以上の構成により、４１５ｎｍ光量検出部２５は、４１５ｎｍ光量に係る電圧値Ｖ415を出力する。
【００２６】
４３５ｎｍ光量検出部２６は、ダイクロイックミラー２４に反射された４３５ｎｍ光の進路上に配置される。そして、４３５ｎｍ光量検出部２５は、図２に示すように、バンドパスフィルタ２６ａ、レンズ２６ｂ、フォトダイオード２６ｃ、および電流／電圧変換回路２６ｄを備える。
【００２７】
バンドパスフィルタ２６ａは、４３５ｎｍ光だけを透過させる。レンズ２６ｂは、バンドパスフィルタ２６ａを透過した光をフォトダイオード２６ｃへ導く。フォトダイオード２６ｃは、レンズ２６ｂを透過した４３５ｎｍ光の光量（以下、「４３５ｎｍ光量」という。）に応じた電流を出力する。電流／電圧変換回路２６ｄは、フォトダイオード２６ｃから出力される電流値を電圧値に変換して差動演算処理部２７に出力する。以上の構成により、４３５ｎｍ光量検出部２６は、４３５ｎｍ光量に係る電圧値Ｖ435を出力する。
【００２８】
差動演算処理部２７は、４１５ｎｍ光量検出部２５から出力される電圧値Ｖ415と、４３５ｎｍ光量検出部２６から出力される電圧値Ｖ435とに基づいて、４１５ｎｍ光量と４３５ｎｍ光量との差分を示す差動電圧値Ｖｄを出力する。本実施形態において、差動電圧値Ｖｄは、電圧値Ｖ415から電圧値Ｖ435を減算することによって求められる。
【００２９】
なお、本実施形態において、４１５ｎｍ光量検出部２５と、４３５ｎｍ光量検出部２６と、差動演算処理部２７とは、所定波長（４１５ｎｍ波長と４３５ｎｍ波長とを含む。）の光量に係る電圧値を出力する「電圧値出力部」を構成する。
【００３０】
制御部２８は、差動演算処理部２７から出力される差動電圧値Ｖｄに基づいてＮＯ濃度を取得する。また、制御部２８は、上流バルブ１７、中流バルブ１８及び下流バルブ１９の位置切換え制御を行う。また、制御部２８は、イニシャライズ電流及び測定電流の供給タイミングを駆動回路２２に指示する。制御部２８の構成及び機能については後述する。
記憶部２９は、差動演算処理部２７から出力される差動電圧値Ｖｄに基づいてＮＯ濃度を取得するため用いられる検量線を規定する変換式などを記憶する。
【００３１】
［検出エレメント３０］
検出エレメント３０は、基材と、基材に担持された、ポルフィリン又はその誘導体の金属錯体（以下、単に「金属錯体」と称することがある）とを備える。
基材は、職布、不織布、多孔体等であってもよい。基材は、セルロース；ガラス繊維；ポリエステル、ポリプロピレン等のポリマー等で形成されていてもよい。ポリエステルとして、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）が挙げられる。ポルフィリンは、基材中に入り込んでいることが好ましい。例えば、ポルフィリンは基材中に染み込んでいてもよいし、練りこまれていてもよい。
【００３２】
金属錯体としては、窒素酸化物に暴露されることでその吸収スペクトルが変化するものが用いられる。
ポルフィリンの誘導体は、ポルフィリン骨格に任意の置換基が結合した物質を包含する。置換基としては、分岐してもよいアルキル基、アルキレン基、及びアリール基等の炭化水素基；メトキシ基及びエトキシ基等のアルコキシ基；ハロゲン基；ヒドロキシ基；アミノ基；イミノ基；ニトロ基；カルボニル基等が挙げられる。
【００３３】
金属錯体において、ポルフィリンと配位結合を形成する金属としては、コバルト、鉄、マグネシウム等が挙げられる。
本実施形態において、検出エレメント３０は、不織布と、滴下されることによって不織布に染み込んだ金属錯体とを備える。また、検出エレメント３０は、金属錯体として、図３に示すＣｏＴ（ｄｔＢｕ）ＰＰ、すなわちフェニル基の３．５位に位置するターシャリーブチル基（ｔ−Ｂｕ）を有するポルフィリン誘導体のＣｏ錯体を備える。
【００３４】
図４に示すように、ＣｏＴ（ｄｔＢｕ）ＰＰは、コバルトの価数が２であるとき（Ｃｏ（ＩＩ））、４１５ｎｍ〜４２０ｎｍ付近に吸光ピークを有する。コバルトの価数は、ＮＯに暴露することで二価から三価（Ｃｏ（ＩＩＩ））に変化する。Ｃｏ（ＩＩＩ）は、４３５ｎｍ〜４４０ｎｍ付近に吸収ピークを有する。検出エレメント３０が被検出ガスに暴露されたとき、被検出ガス中のＮＯ濃度が高ければ、吸収スペクトルの変化は大きく、ＮＯ濃度が低ければ、吸収スペクトルの変化は小さい。
【００３５】
よって、被検出ガスに暴露する前の検出エレメント３０からの所定波長の透過光量と、暴露した後の検出エレメントからの所定波長の透過光量とを比較することで、ＮＯ濃度を測定することができる。
本実施形態では、後述するように、４１５ｎｍ光量と４３５ｎｍ光量の差分を検出エレメントの被検出ガス暴露の前後で取得し、さらにその差分の電圧値と変換式とに基づいてＮＯ濃度を取得する。
【００３６】
なお、ポルフィリン又はその誘導体の構成（置換基の種類）及び金属元素に応じて、検出に用いられる光の波長は変更可能である。
また、本実施形態において、窒素酸化物濃度測定装置１０は、ＬＥＤ光源２１によって濃度検出時よりも強い光を検出エレメント３０に照射することによって、検出エレメントを初期化（以下、「イニシャライズ」という。）する。初期化とは、検出エレメントを検出対象物質に暴露していない状態とすることである。本実施形態では、錯体の中心金属はコバルトであり、上述したように、コバルトの価数の二価から三価への変化に基づいてＮＯ濃度が測定される。しかし、被検出ガスに暴露しなくても、検出エレメント３０が大気中のＯ２又はＣＯと反応することでコバルトはＣｏ（ＩＩ）からＣｏ（ＩＩＩ）に変化する。このような変化は、検出精度を低下させる。よって、被検出ガスに暴露する前に、イニシャライズによって、コバルトがＣｏ（ＩＩ）に還元される。
【００３７】
［制御部２８の構成］
実施形態に係る制御部２８の構成について、図面を参照しながら説明する。図５は、実施形態に係る制御部２８の構成を示す機能ブロック図である。以下、制御部２８の構成を機能とともに説明する。
制御部２８は、バルブ制御部１００と、駆動回路制御部１１０と、差動電圧値取得部１２０と、ベースライン取得部１３０と、ゼロ点校正部１４０と、ＮＯ濃度取得部１５０と、を備える。
【００３８】
バルブ制御部１００は、上述の位置切換え制御を実行する。具体的に、バルブ制御部１００は、使用者が外気を吸い込んでいる間はチャンバ１５へ向かう流路を上流バルブ１７によって閉塞し、使用者が呼気を吹き込んでいる間はＮＯスクラバ１２へ向かう流路を上流バルブ１７によって閉塞する。これにより、ＮＯスクラバ１２による脱ＮＯ処理済みの外気が使用者に吸い込まれた後に、使用者が吹き込む呼気がチャンバ１５に送られる。
【００３９】
また、バルブ制御部１００は、使用者が呼気を吹き込んでいる場合において、最初の所定期間（例えば、５秒程度。以下、「第１期間」という。）は、中流バルブ１８及び下流バルブ１９によって第２流路１６ｂを閉塞する。バルブ制御部１００は、第１期間に続く所定期間（例えば、５秒程度。以下、「第２期間」という。）は、中流バルブ１８及び下流バルブ１９によって第１流路１６ａを閉塞する。バルブ制御部１００は、第２期間に続く所定期間（例えば、５秒程度。以下、「第３期間」という。）は、中流バルブ１８及び下流バルブ１９によって第２流路１６ｂを閉塞する。これにより、第１期間中はゼロスクラバ１３による脱ＮＯ処理済みの呼気がチャンバ１５に送られ、第２期間中は脱ＮＯ処理されない呼気がチャンバ１５に送られ、第３期間中はゼロスクラバ１３による脱ＮＯ処理済みの呼気が再びチャンバ１５に送られる。従って、検出エレメント３０は、第１期間中は脱ＮＯ処理済みの呼気に暴露され、第２期間中は呼気そのものに暴露され、第３期間中は脱ＮＯ処理済みの呼気に暴露される。
【００４０】
駆動回路制御部１１０は、イニシャライズ電流及び測定電流の供給タイミングを駆動回路２２に指示する。具体的に、駆動回路制御部１１０は、検出エレメント３０がチャンバ１５内にセットされた場合に、イニシャライズ電流の供給を駆動回路２２に指示する。また、駆動回路制御部１１０は、使用者が呼気を吹き込んでいる場合に、測定電流の供給を駆動回路２２に指示する。駆動回路制御部１１０は、第３期間の終了時に測定電流の停止を駆動回路２２に指示する。
【００４１】
差動電圧値取得部１２０は、差動演算処理部２７から出力される差動電圧値Ｖｄをリアルタイムに取得する。ここで、図６は、差動電圧値Ｖｄの推移を示す差動電圧値曲線ＶＣの一例を示すグラフである。図６に示すように、差動電圧値曲線ＶＣは、第１期間（時刻ｔ０〜時刻ｔ１）に対応する第１差動電圧値曲線ＶＣ１と、第２期間（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）に対応する第２差動電圧値曲線ＶＣ２と、第３期間（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）に対応する第３差動電圧値曲線ＶＣ３とを含む。差動電圧値曲線ＶＣは、差動電圧値取得部１２０からリアルタイムに出力される差動電圧値Ｖｄの集合である。
【００４２】
なお、図６に示す例では、第２差動電圧値曲線ＶＣ２が測定時間の経過に伴って徐々に低下しており、第２差動電圧値曲線ＶＣ２が安定していないことがわかる。同様に、第１差動電圧値曲線ＶＣ１及び第３差動電圧値曲線ＶＣ３も測定時間の経過に伴って全体的に低下していることがわかる。
【００４３】
ベースライン取得部１３０は、第１差動電圧値曲線ＶＣ１と第３差動電圧値曲線ＶＣ３とに基づいて、差動電圧値曲線ＶＣをゼロ点校正するためのベースラインＢＬを取得する。ここで、図７は、ベースラインＢＬの一例を示すグラフである。本実施形態において、ベースラインＢＬは、第１期間の終了時刻ｔ１における第１差動電圧値Ｖt1と、第３期間の終了時刻ｔ３における第３差動電圧値Ｖt3とに基づいて内挿されている。ベースラインＢＬは、座標ｐ（第１差動電圧値Ｖt1、時刻ｔ１）と座標ｑ（第３差動電圧値Ｖt3、時刻ｔ３）とを結ぶ直線である。
【００４４】
ゼロ点校正部１４０は、ベースラインＢＬに基づいて差動電圧値曲線ＶＣをゼロ点校正する。これによって、第２差動電圧値曲線ＶＣ２に含まれる複数の差動電圧値（以下、「複数の第２差動電圧値Ｖt2」という。）のゼロ点が合わされる。このような複数の第２差動電圧値Ｖt2のゼロ点校正によって、複数の第４差動電圧値を含む第４差動電圧値曲線ＶＣ４が生成される。
【００４５】
ＮＯ濃度取得部１５０は、ゼロ点校正部１４０によって生成された第４差動電圧値曲線ＶＣ４に応じて、呼気に含まれるＮＯの濃度を取得する。具体的に、ＮＯ濃度取得部１５０は、検量線を示す変換式によって第４差動電圧値曲線ＶＣを変換することによって、ＮＯの濃度の推移を取得する。ＮＯ濃度取得部１５０は、ＮＯの濃度の推移が安定している期間の平均値を、呼気に含まれるＮＯの濃度として取得する。
【００４６】
［作用及び効果］
（１）実施形態に係る窒素酸化物濃度測定装置１０は、気体流路１６内に配置されたゼロスクラバ１３を備える。ゼロスクラバ１３は、マウスピース１１からチャンバ１５に向かって気体流路１６内を流れる呼気に対して、第１期間及び第２期間のうち第１期間において脱ＮＯ処理を施す。制御部２８は、第１期間に出力される差動電圧値Ｖｄを基準とする第２期間に出力される差動電圧値Ｖｄに基づいて、呼気に含まれるＮＯの濃度を取得する。
【００４７】
このように、制御部２８では、ゼロスクラバ１３によって脱ＮＯ処理が施された呼気を用いてゼロ点校正がなされている。従って、外気に対して脱ＮＯ処理を施すことによってゼロ点校正用の気体を生成する場合に比べて、脱ＮＯ処理後の気体成分が変動することを抑制できるので、呼気に含まれるＮＯの濃度を精度良く測定することができる。
また、外気を取り込むためのコンプレッサなどを配置する必要がないため、窒素酸化物濃度測定装置１０の構成を簡素化することができる。
【００４８】
（２）気体流路１６内において第１流路１６ａと第２流路１６ｂとの分岐点に配置される中流バルブ１８（「第１流路切換え部」の一例）は、第１期間において第２流路を閉じ、第２期間において第１流路を閉じる。
【００４９】
従って、使用者が呼気を吹き込んでいる間に、脱ＮＯ済みの呼気と、脱ＮＯされていない呼気とを交互にチャンバ１５に流すことができる。そのため、チャンバ１５とは別に、呼気を一時保管するための保管室を設ける必要がない。その結果、窒素酸化物濃度測定装置１０の構成を簡素化できる。
【００５０】
（３）窒素酸化物濃度測定装置１０は、気体流路１６内において第１流路１６ａと第２流路１６ｂとの合流点に配置される下流バルブ１９（「第２流路切換え部」の一例）を備える。下流バルブ１９は、第１期間において第２流路を閉じ、第２期間において第１流路を閉じる。
【００５１】
従って、第２流路１６ｂからチャンバ１５へ向かう呼気が第１流路１６ａ内のゼロスクラバ１３と接触することを抑制できる。そのため、呼気に含まれるＮＯの濃度が気体流路１６内で変動することを抑制できるので、呼気に含まれるＮＯの濃度をより正確に測定することができる。
【００５２】
（４）実施形態に係る窒素酸化物濃度測定装置１０において、制御部２８は、第１期間中に取得される第１差動電圧値曲線ＶＣ１と、第３期間中に取得される第３差動電圧値曲線ＶＣ３とに基づいて、第２期間中に取得される第２差動電圧値曲線ＶＣ２をゼロ点校正する。制御部２８は、ゼロ点校正によって生成される第４電圧値に応じて、呼気に含まれるＮＯの濃度を取得する。
【００５３】
ここで、本発明者らは、第２差動電圧値曲線ＶＣ２が測定時間の経過に伴って変動（本実施形態では“低下”）する原因について鋭意検討した。その結果、第１差動電圧値曲線ＶＣ１と第３差動電圧値曲線ＶＣ３とが測定時間とともに変動するものであり（図６参照）、かつ、この変動は測定回ごとに異なる傾向を有するという知見を得た。これは、測定時の照射光によって、検出エレメント３０中のコバルトと呼気中の酸素との脱離平衡に微少な変化が発生するからである。そのため、第１差動電圧値曲線ＶＣ１のみに基づいて第２差動電圧値曲線ＶＣ２をゼロ点校正すれば、ＮＯ濃度の測定結果にバラツキが生じるおそれがある。
【００５４】
そこで、本実施形態では、上述の通り、第１差動電圧値曲線ＶＣ１と第３差動電圧値曲線ＶＣ３とに応じて取得されるベースラインＢＬに基づいて、第２差動電圧値曲線ＶＣ２がゼロ点校正されている。すなわち、ゼロ点の変化に対応するベースラインＢＬを内挿することによって、差動電圧値曲線ＶＣを精度良くゼロ点校正できるので、ＮＯ濃度の測定精度を向上させることができる。
【００５５】
（５）実施形態に係る制御部２８は、第１期間の終了時刻ｔ１における第１差動電圧値Ｖt1と、第３期間の終了時刻ｔ３における第３差動電圧値Ｖt3とを取得する。制御部２８は、第１差動電圧値Ｖt1と第３差動電圧値Ｖt3とに基づいてベースラインＢＬを取得する。
【００５６】
ここで、第１差動電圧値Ｖt1は、第２期間に最も近い終了時刻ｔ１における電圧値であり、第３差動電圧値Ｖt3は、第２期間後において最も差動電圧値Ｖｄが安定するときの電圧値である。従って、ベースラインＢＬをゼロ点の変化に精度良く対応させることができるので、ＮＯ濃度の測定精度をより向上させることができる。
【００５７】
（６）差動演算処理部２７は、４１５ｎｍ光量と４３５ｎｍ光量との差分を示す電圧値を出力する。従って、４１５ｎｍ光量と４３５ｎｍ光量の一方のみを検出する場合に比べて、より微少な光量変化を検出できるので、ＮＯ濃度の検出感度を向上させることができる。
【００５８】
［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５９】
（Ａ）上記実施形態において、制御部２８は、差動演算処理部２７からリアルタイムに差動電圧値Ｖｄを取得することとしたが、これに限られるものではない。制御部２８は、差動演算処理部２７から出力される差動電圧値Ｖｄのうち一部の差動電圧値Ｖｄのみを取得してもよい。例えば、制御部２８は、第１期間の所定時刻と第３期間の所定時刻に取得した２つの差動電圧値Ｖｄに基づいて、第２期間の所定時刻に取得した１つの差動電圧値Ｖｄをゼロ点校正してもよい。すなわち、制御部２８は、差動電圧値曲線ＶＣを取得しなくてもよい場合がある。
【００６０】
（Ｂ）上記実施形態において、制御部２８は、第１期間の終了時刻ｔ１における第１差動電圧値Ｖt1と、第３期間の終了時刻ｔ３における第３差動電圧値Ｖt3とに基づいてベースラインＢＬを取得することとしたが、これに限られるものではない。
例えば、制御部２８は、第１差動電圧値Ｖt1に代えて、第１期間の複数の差動電圧値すべての平均値を取得してもよい。同様に、制御部２８は、第３差動電圧値Ｖt3に代えて、第３期間の複数の差動電圧値すべての平均値を取得してもよい。
【００６１】
また、制御部２８は、第１期間および第３期間における代表的な差動電圧値に基づくのではなく、第１期間および第３期間における複数の差動電圧値に基づいてベースラインＢＬを取得することができる。例えば、制御部２８は、最小二乗法によって第１期間および第３期間の複数の差動電圧値から得られる近似直線や近似曲線をベースラインＢＬとして取得することができる。
【００６２】
（Ｃ）上記実施形態において、検出エレメントの基材は、光を透過することとしたが、これに限られるものではない。検出エレメントの基材は、光を反射するように構成されていてもよく、窒素酸化物濃度測定装置は、検出エレメントからの透過光量からでなく、反射光量を検出することで種々の信号を得るように構成されていてもよい。この場合には、センサの基材として、アルミナやシリコン、シリコンカーバイト、ガリウム砒素、セラミック、プラスチック、金属等の光を反射する基材を用いることができる。従って、４１５ｎｍ光量検出部２５及び４３５ｎｍ光量検出部２６は、検出エレメントから出射される光を検出可能であればよい。
【００６３】
（Ｄ）上記実施形態において、４１５ｎｍ光及び４３５ｎｍ光の両方に基づいてＮＯの濃度を測定することしたが、これに限られるものではない。窒素酸化物濃度測定装置１０は、単一波長の光の光量変化のみに基づいてＮＯの濃度を測定してもよい。
【００６４】
（Ｅ）上記実施形態において、イニシャライズは、検出エレメント３０への光の照射によって実行されることとしたが、イニシャライズは、検出エレメント３０に熱を加えることで実行されてもよい。
【００６５】
（Ｆ）上記実施形態において、ベースラインＢＬは、直線的に設定されることとしたが、曲線的に設定されてもよい。
【００６６】
（Ｇ）上記実施形態では特に触れていないが、窒素酸化物濃度測定装置１０は、呼気の流量を測定する流量測定器、温度を検出する温度計、或いは、測定されたＮＯの濃度を表示する表示モニターなどを備えてもよい。
【００６７】
（Ｈ）上記実施形態において、ベースライン取得部１３０は、第１差動電圧値曲線ＶＣ１と第３差動電圧値曲線ＶＣ３とに基づいて、差動電圧値曲線ＶＣをゼロ点校正するためのベースラインＢＬを取得することとしたが、これに限られるものではない。ベースライン取得部１３０は、第１差動電圧値曲線ＶＣ１のみに基づいてベースラインＢＬを取得してもよい。この場合には、図８に示すように、第２期間の終了時刻ｔ２において、チャンバ１５へのガスの供給やバルブ制御部１００による開閉制御を終了するとともに、駆動回路制御部１１０が第２期間の終了時刻ｔ２に測定電流の停止を駆動回路２２に指示すればよい。この場合であっても、脱ＮＯ処理が施された呼気を用いてゼロ点校正をすることができるため、呼気に含まれるＮＯの濃度を精度良く測定することができる。
【００６８】
なお、この場合においても、ベースラインＢＬの設定方法は適宜選択可能であり、最小二乗法によって第１期間の複数の差動電圧値Ｖｄから得られる近似直線や近似曲線をベースラインＢＬとしてもよく、第１期間の複数の差動電圧値Ｖｄの平均値をベースラインＢＬとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の窒素酸化物濃度測定装置は、呼気に含まれるＮＯの濃度を精度良く測定できので、窒素酸化物の濃度を測定するセンサに対して広く適用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１０…窒素酸化物濃度測定装置
１１…マウスピース
１２…ＮＯスクラバ
１３…ゼロスクラバ（「脱ＮＯ部」の一例）
１４…ドライヤ
１５…チャンバ
１６…気体流路
１６ａ…第１流路
１６ｂ…第２流路
１７…上流バルブ
１８…中流バルブ（「第１流路切換え部」の一例）
１９…下流バルブ（「第２流路切換え部」の一例）
２１…ＬＥＤ光源（「光源部」の一例）
２２…駆動回路
２３…レンズ
２４…ダイクロイックミラー
２５…４１５ｎｍ光量検出部
２６…４３５ｎｍ光量検出部
２７…差動演算処理部
２８…制御部
２９…記憶部
３０…検出エレメント
１００…バルブ制御部
１１０…駆動回路制御部
１２０…差動電圧値取得部
１３０…ベースライン取得部
１４０…ゼロ点校正部
１５０…ＮＯ濃度取得部
【図１】
2012127794.tif 000003
【図２】
2012127794.tif 000004
【図３】
2012127794.tif 000005
【図４】
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【図５】
2012127794.tif 000007
【図６】
2012127794.tif 000008
【図７】
2012127794.tif 000009
【図８】
2012127794.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成25年9月12日(2013.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポルフィリン又はその誘導体の金属錯体を含有する検出エレメントと、
呼気を受け入れるマウスピースと、
前記検出エレメントを収容するチャンバと、
前記マウスピースと前記チャンバとに連通する気体流路と、
前記気体流路内に配置されており、前記マウスピースから前記チャンバに向かって前記気体流路内を流れる呼気に対して、第１期間及び前記第１期間に続く第２期間のうち前記第１期間において脱ＮＯ処理を施す脱ＮＯ部と、
前記第１及び第２期間において、前記検出エレメントに光を照射する光源と、
前記第１及び第２期間において、前記検出エレメントから出射される光のうち所定波長を有する光の量を示す電圧値を出力する電圧値出力部と、
前記第１期間に前記電圧値出力部から出力される電圧値を基準電圧として、前記第２期間に前記電圧値出力部から出力される電圧値に基づいて、前記呼気に含まれるＮＯの濃度を取得する制御部と、
を備える窒素酸化物濃度測定装置。
【請求項２】
前記気体流路は、前記脱ＮＯ部を収容する第１流路と、前記第１流路の両端に繋がる第２流路と、前記第１流路と前記第２流路との分岐点に配置される第１流路切換え部と、を有し、
前記第１流路切換え部は、前記第１期間において前記第２流路を閉じ、前記第２期間において前記第１流路を閉じる、
請求項１に記載の窒素酸化物濃度測定装置。
【請求項３】
前記気体流路は、前記第１流路と前記第２流路との合流点に配置される第２流路切換え部を有し、
前記第２流路切換え部は、前記第１期間において前記第２流路を閉じ、前記第２期間において前記第１流路を閉じる、
請求項２に記載の窒素酸化物濃度測定装置。
【請求項４】
前記脱ＮＯ部は、前記第２期間に続く第３期間において、呼気に前記脱ＮＯ処理を施し、
前記電圧値出力部は、前記第１及び第２期間に続く前記第３期間において、前記検出エレメントから出射される光のうち所定波長を有する光の量を示す電圧値を出力し、
前記制御部は、前記第１、第２及び第３期間において前記電圧値出力部から出力される第１、第２及び第３電圧値を取得し、前記第１及び第３電圧値に基づいて前記第２電圧値を校正することによって生成される第４電圧値に応じて、前記呼気に含まれるＮＯの濃度を取得する、
請求項１に記載の窒素酸化物濃度測定装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１期間の終了時に前記電圧値出力部から出力される電圧値を前記第１電圧値として取得し、前記第３期間の終了時に前記電圧値出力部から出力される電圧値を前記第３電圧値として取得する、
請求項４に記載の窒素酸化物濃度測定装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１期間中に前記電圧値出力部から出力される複数の電圧値の平均値を前記第１電圧値として取得し、前記第３期間中に前記電圧値出力部から出力される複数の電圧値の平均値を前記第３電圧値として取得する、
請求項４に記載の窒素酸化物濃度測定装置。
【請求項７】
前記所定波長は、第１波長と、前記第１波長と異なる第２波長とを含み、
前記電圧値出力部は、前記第１波長を有する光の量と、前記第２波長を有する光の量との差分を示す電圧値を出力する、
請求項４に記載の窒素酸化物濃度測定装置。
【請求項８】
前記第１期間の前の外気が吸い込まれる期間において、前記外気に対して脱NO処理を施す外気用脱NO部をさらに備え、
前記制御部は、前記外気が吸い込まれる期間において、前記外気が前記外気用脱NO部によって脱NO処理が施されるように制御し、呼気が吹き込まれる期間のうち前記第１期間において、前記脱NO部により脱NO処理が施されるように制御し、呼気が吹き込まれる期間のうち前記第２期間において、前記脱NO部により脱NO処理が施されない呼気が前記チャンバに送られるように制御する、
請求項１から７のいずれか一項に記載の窒素酸化物濃度測定装置。
【請求項９】
前記気体流路は、前記マウスピースと前記チャンバの間に形成され、前記脱NO処理部を収容する第１流路と、前記マウスピースと前記チャンバの間に形成され、前記第１流路の両端に繋がっている第２流路とを有し、
前記気体流路において、前記マウスピースの下流に配置される上流バルブと、
前記気体流路において、前記第１流路と前記第２流路との分岐点に配置される中流バルブと、
前記気体流路において、前記第１流路と前記第２流路との合流点に配置される下流バルブと、をさらに備え、
前記制御部は、前記外気が吸い込まれる期間において、前記外気用脱NO部から前記チャンバへ向かう前記気体流路を前記上流バルブによって閉塞し、前記呼気が吹き込まれる期間のうち前記第１期間において、前記中流バルブ及び前記下流バルブによって前記第２流路を閉塞し、前記呼気が吹き込まれる期間のうち前記第２期間において、前記中流バルブ及び前記下流バルブによって前記第１流路を閉塞するように制御する、
請求項８に記載の窒素酸化物濃度測定装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
（課題を解決するための手段）
第１の態様に係る窒素酸化物濃度測定装置は、検出エレメントと、マウスピースと、チャンバと、気体流路と、脱ＮＯ部と、光源と、電圧値出力部と、制御部と、を備える。検出エレメントは、ポルフィリン又はその誘導体の金属錯体を含有する。マウスピースは、呼気を受け入れる。チャンバは、検出エレメントを収容する。気体流路は、マウスピースとチャンバとに連通する。脱ＮＯ部は、気体流路内に配置されており、マウスピースからチャンバに向かって気体流路内を流れる呼気に対して、第１期間及び第１期間に続く第２期間のうち第１期間において脱ＮＯ処理を施す。光源は、第１期間及び第１期間に続く第２期間において、検出エレメントに光を照射する。電圧値出力部は、第１及び第２期間において、検出エレメントから出射される光のうち所定波長を有する光の量を示す電圧値を出力する。制御部は、第１期間に電圧値出力部から出力される電圧値を基準電圧として、第２期間に電圧値出力部から出力される電圧値に基づいて、呼気に含まれるＮＯの濃度を取得する。
【国際調査報告】
2012127794.tif 000011
2012127794.tif 000012
2012127794.tif 000013
2012127794.tif 000014
2012127794.tif 000015
2012127794.tif 000016