(57)【要約】【課題】試験環境の湿度の影響を受けることなく匂い成分を濃縮し検体の匂い成分を検出することができる匂い検出装置を提供すること。【解決手段】本発明に係る匂い検出装置１は、検査対象物の検査面１０ａにおいて、匂い成分を含む気体を冷却して凝縮し匂い成分を含む液体Ｑを生成する冷却部２と、冷却部２により生成された液体Ｑを移動または霧化させる搬送部３と、冷却部２によって冷却された液体Ｑに電圧を与える電極４ａ，４ｂを有する電極部４と、電極部４に与えられた電圧に対応する電流値に基づいて液体Ｑの電気化学的特性を検出する判定部と、搬送部３を制御すると共に、電極部４に入力される電圧に所定の経時的変化を与えるよう制御する制御部と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物の検査面において、匂い成分を含む気体を冷却して凝縮し前記匂い成分を含む液体を生成する冷却部と、
前記冷却部により生成された前記液体を移動または霧化させる搬送部と、
前記冷却部によって冷却された前記液体に電圧を与える電極を有する電極部と、
前記電極部に与えられた前記電圧に対応する電流値に基づいて前記液体の電気化学的特性を検出する判定部と、
前記搬送部を制御すると共に、前記電極部に入力される前記電圧に所定の経時的変化を与えるよう制御する制御部と、を備える、
匂い検出装置。
【請求項２】
前記冷却部は前記検査面の第１領域を冷却し、前記第１領域で前記液体を生成し、
前記制御部は、前記搬送部に前記第１領域で冷却して凝縮された液体を前記検査面の前記電極が設けられた第２領域に移動させ、前記液体の前記電気化学的特性が前記判定部によって検出された後、前記液体を霧化させるよう制御する、
請求項１に記載の匂い検出装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記電極部に経時的に直線的に変化する電圧を与えるよう制御する、
請求項１または２に記載の匂い検出装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記電極部に経時的に変化する三角波の電圧を与えるよう制御する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の匂い検出装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記電極部に一定電圧を与えるよう制御する、
請求項１または２に記載の匂い検出装置。
【請求項６】
前記搬送部は、前記液体に弾性表面波を与える弾性表面波素子である、
請求項１から５のいずれか１項に記載の匂い検出装置。
【請求項７】
前記搬送部は、前記液体を移動させる第１振幅の振動を発生し、前記液体を霧化する第２振幅の振動を発生する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の匂い検出装置。
【請求項８】
前記搬送部は、前記液体を移動させる第１振幅の振動を発生し、前記液体を霧化する第２振幅の振動を発生する、
請求項１から７のいずれか１項に記載の匂い検出装置。
【請求項９】
前記搬送部と前記電極部とが共用されるように共用電極が形成され、
前記制御部は、前記液体に電圧を与える場合と前記液体を霧化する場合とのそれぞれの場合において前記共用電極への信号電圧の入力を切り替えるよう制御する、
請求項１から８のいずれか１項に記載の匂い検出装置。
【請求項１０】
前記電極部の前記電極に前記液体に対する電気化学的な反応性を高める触媒又は前記液体の分子の吸着性や溶解性を高める感応膜の少なくとも一方を更に備える、
請求項１から９のいずれか１項に記載の匂い検出装置。
【請求項１１】
前記搬送部によって霧化された前記液体の匂い成分を検出するＱＣＭセンサを更に備える、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の匂い検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、匂いを検出する匂い検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
検体の匂い成分を検出する技術として特許文献１に記載された匂い濃縮装置がある。この匂い濃縮装置は、匂い成分を含む気体を凝縮する冷却部と、凝縮によって生成された液体を霧化する霧化部と、霧化された匂い成分を検出する検出器とを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１８１１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された匂い濃縮装置は、霧化された匂い成分を検出する検出器に感応膜を塗布した水晶振動子からなるＱＣＭセンサを用いている。ＱＣＭセンサは、水晶振動子の電極表面に物質が吸着した際に質量に応じて共振周波数が変動する又は下がるという性質を利用して極めて微量な質量変化を計測するものである。そのため、この匂い濃縮装置を用いると、ＱＣＭセンサが検体を検出する環境の湿度の変化に対して影響を受け、計測結果が異なる場合がある。
本発明は、試験環境の湿度の影響を受けることなく匂い成分を濃縮し検体の匂い成分を検出することができる匂い検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る匂い検出装置は、検査対象物の検査面において、匂い成分を含む気体を冷却して凝縮し前記匂い成分を含む液体を生成する冷却部と、
前記冷却部により生成された前記液体を移動または霧化させる搬送部と、
前記冷却部によって冷却された前記液体に電圧を与える電極を有する電極部と、
前記電極部に与えられた前記電圧に対応する電流値に基づいて前記液体の電気化学的特性を検出する判定部と、
前記搬送部を制御すると共に、前記電極部に入力される前記電圧に所定の経時的変化を与えるよう制御する制御部と、を備える。
【０００６】
本発明は、このような構成により、検査面上で生成された匂い成分を含む液体を電極部で電気化学的に測定するため、外部環境の湿度に影響されることなく液体の検査を行うことができる。
【０００７】
本発明に係る匂い検出装置は、前記冷却部は前記検査面の第１領域を冷却し、前記第１領域で前記液体を生成し、
前記制御部は、前記搬送部に前記第１領域で冷却された液体を前記検査面の前記電極が設けられた第２領域に移動させ、前記液体の前記電気化学的特性が前記判定部によって検出された後、前記液体を霧化させるよう制御するよう構成されていてもよい。
【０００８】
本発明は、第１領域で生成された液体を搬送部が第２領域に移動させるため、液体に検査面以外の他の物体を接触させることがなく不純物等の混入する可能性を低減することができる。
【０００９】
前記制御部は、前記電極部に経時的に直線的に変化する電圧を与えるよう制御するように構成されていてもよい。
【００１０】
さらに前記制御部は、前記電極部に経時的に変化する三角波の電圧を与えるよう制御するように構成されていてもよい。
【００１１】
また、前記制御部は、前記電極部に一定電圧を与えるよう制御するように構成されていてもよい。
【００１２】
本発明は、液体に加えられる電圧に対応する電流を測定することで、匂い成分を含む液体の電気化学的特性から匂い成分を数値化することができる。
【００１３】
また、前記搬送部は、前記液体に弾性表面波を与える弾性表面波素子であるよう構成されていてもよい。
【００１４】
そして、前記搬送部は、前記液体を移動させる第１振幅の振動を発生し、前記液体を霧化する第２振幅の振動を発生するよう構成されていてもよい。
【００１５】
本発明は、搬送部が弾性表面波で液体を移動させることができ、熱の影響を受けやすい液体を低温に保ったまま計測することができる。
【００１６】
前記搬送部と前記電極部とが共用されるように共用電極が形成され、
前記制御部は、前記液体に電圧を与える場合と前記液体を霧化する場合とのそれぞれの場合において前記共用電極への信号電圧の入力を切り替えるよう制御するよう構成されていてもよい。
【００１７】
本発明は、搬送部と電極部が一体に形成されることにより、装置構成を簡略化すると共に検査対象の液体の検査を簡便化することができる。
【００１８】
前記電極部の前記電極に前記液体に対する電気化学的な反応性を高めるための触媒又は前記液体の分子の吸着性や溶解性を高める感応膜の少なくとも一方を更に備えるよう構成されていてもよい。
【００１９】
本発明は、検査対象である液体の検査において液体に対する電気化学的な反応性や、液体の分子の吸着性や溶解性を高める構成を有することによって検査時間を短縮することができる。
【００２０】
前記搬送部によって霧化された前記液体の匂い成分を検出するＱＣＭセンサを更に備えるよう構成されていてもよい。
【００２１】
本発明は、検査対象である液体を電気化学的に分析する電極部に加えてさらにＱＣＭセンサを備えることにより、得られた液体の電気化学的性質の評価結果の信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る匂い検出装置によると、試験環境の湿度の影響を受けることなく匂い成分を濃縮し検体の匂い成分を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態に係る匂い検出装置の装置構成を示す図である。
【図２】実施形態に係る匂い検出装置の使用状態を示す図である。
【図３】搬送部によって液体Ｑを移動させる状態を示す図である。
【図４】アコースティックストリーミング現象の原理を示す図である。
【図５】酢酸を含む液体の電気化学的特性を示すグラフである。
【図６】酢酸を含む液体の電気化学的特性を示すグラフである。
【図７】アンモニアを含む液体の電気化学的特性を示すグラフである。
【図８】アンモニアを含む液体の電気化学的特性を示すグラフである。
【図９】蒸留水の電気化学的特性を示すグラフである。
【図１０】蒸留水の電気化学的特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る匂い検出装置について説明する。
【００２５】
図１は、実施形態に係る匂い検出装置１の装置構成を示すブロック図である。匂い検出装置１は、匂い成分を有する液体の電気化学的特性を検出することにより匂い成分を分析するための装置である。図示されるように、匂い検出装置１は、検査対象物（液体）を冷却する冷却部２と、冷却された液体を移動させる搬送部３と、移動した液体に電圧を与える電極部４と、電圧が与えられたときの液体に流れる電流値に基づいて液体の電気化学的特性を検出する判定部５と、判定結果や測定値を記憶する記憶部８と、上記の各構成を駆動するための駆動回路７と、上記各構成を総合的に制御する制御部６とを備える。
【００２６】
これらの機能部のうち少なくとも判定部５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサが判定プログラムを実行することにより実現される。また、判定部５以外の機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアが協働するものであってもよい。
【００２７】
図２は、実施形態に係る匂い検出装置１の使用状態を示す図である。図示するように、板状の圧電基板１０に各構成要素が設けられている。圧電基板１０は、圧電性材料によって形成されている。圧電基板１０の上面側は、検査対象物を載置して検査を行う検査面１０ｃである。検査対象物は、匂い成分を含む液体Ｑである。検査面１０ｃは、液体Ｑを載置して凝縮するための第１領域Ｒ１と、液体Ｑの電気化学的性質を検査するための第２領域Ｒ２とに分けられている。第１領域は、搬送部３と電極部４との間の領域である。
【００２８】
第２領域Ｒ２は、電極部４が配置された領域である。後述のように第１領域Ｒ１において液体Ｑが凝縮される。第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１から移動してきた液体Ｑが電極部４を介して検査される領域である。圧電基板１０において、第１領域Ｒ１の下面１０ｄ側には、冷却部２が設けられている。圧電基板１０の一端１０ａ側には、搬送部３が設けられている。圧電基板１０の他端１０ｂ側には、電極部４が設けられている。
【００２９】
冷却部２は、例えばペルチェ素子である。冷却部２のペルチェ素子の冷却面２ａが圧電基板１０の下面１０ｄに接していることにより、検査面１０ｃの第１領域Ｒ１が冷却される。冷却温度は、例えば＋１度前後に設定される。冷却された第１領域Ｒ１には、匂い成分を含む気体Ｍが噴霧される。気体Ｍには水蒸気も混合されている。匂い成分を含む気体Ｍは、冷却された検査面１０ｃの第１領域Ｒ１に接触すると匂い成分を含む液体Ｑに凝縮される。この凝縮は、液体Ｑの匂い成分の濃縮の効果がある。気体を噴霧する方法等は、例えば特許文献１に記載された方式を用いることができる。第１領域Ｒ１に液体Ｑを滴下してもよい。冷却部２の高温側２ｂには例えばヒートシンク（不図示）等が設けられており、ＤＣファン（不図示）によって冷却される。冷却部２は、制御部６が制御する駆動回路７によって駆動される。
【００３０】
搬送部３は、例えば弾性表面波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）を発生させるＳＡＷデバイスである。搬送部３は、検査面１０ｃ上に設けられた一対の櫛歯状の電極（Inter Digital Transducer：ＩＤＴ）からなる櫛形電極３ａ，３ｂを有する。搬送部３は、一対の櫛形電極３ａ，３ｂと圧電基板１０とにより、後述のように液体Ｑを検査面１０ｃ上で移動させたり霧化させたりすることができる。搬送部３は、駆動回路７によって駆動される。搬送部３は、制御部６が制御する駆動回路７によって所定の信号電圧Ｔが与えられ駆動される。後述のように搬送部３は、駆動回路７によって信号電圧Ｔが与えられることにより液体Ｑの移動や霧化を行う。搬送部３は、液体Ｑを移動させるアクチュエータとなる。
【００３１】
図３は、搬送部３によって液体Ｑを移動させる状態を示す図である。圧電性材料からなる圧電基板１０は、外部から電界を与えられると歪む性質がある。一対の櫛形電極３ａ，３ｂに信号電圧Ｔを与えると圧電効果により、隣り合う櫛形電極３ａ，３ｂ間の圧電基板１０にひずみが生じ圧電基板１０の検査面１０ｃ上に弾性表面波Ｗが励振される。
【００３２】
図４は、アコースティックストリーミング現象の原理を示す図である。信号電圧Ｔの強度を変化させると弾性表面波Ｗの振幅が変化し、所定の振幅に対して液体Ｑが検査面１０ｃ上を搬送されたり霧化されたりする現象が生じる。所定の振幅において液体Ｑに表面張力波Ｃが励振され、液体Ｑが細かい粒Ｄとなって霧化される現象をアコースティックストリーミング現象という。
【００３３】
例えば、搬送部３が液体Ｑに第１振幅の弾性表面波Ｗを与えると液体Ｑは、第１領域Ｒ１から第２領域Ｒ２に移動する。そして、搬送部３が液体Ｑに第２振幅の弾性表面波Ｗを与えると液体Ｑに表面張力波Ｃが励振され、第２領域Ｒ２から霧化される。その後、すべての液体Ｑは検査面１０ｃ上に残らずに霧化される。
【００３４】
電極部４は、検査面１０ｃ上に設けられた一対の櫛歯状の電極からなる櫛形電極４ａ，４ｂを有する。櫛形電極４ａ，４ｂは、液体Ｑに電圧を与え、そのときに流れる電流値から液体Ｑの電気化学的特性を検出する電極である。液体Ｑが搬送された後、液体Ｑは、櫛形電極４ａ，４ｂの上に留まる。液体Ｑが上に乗った状態で櫛形電極４ａ，４ｂには制御部６が制御する駆動回路７によって所定の電圧Ｓが与えられる。電圧Ｓは、櫛形電極４ａ，４ｂに制御部６が制御する駆動回路７によって経時的変化を伴って与えられる。
【００３５】
電圧は、例えば直流の一定電圧によって与えられる場合と、三角波によって与えられる場合がある。櫛形電極４ａ，４ｂに与えられる電圧Ｓが所定の値を超えると液体Ｑに酸化還元電流が流れる。このときの電流値Ｕを判定部５が検出する。三角波によって電圧が与えられる場合は、櫛形電極４ａ，４ｂにおいて電極電位が直線的に掃引され、応答電流を測定するサイクリックボルタンメトリー(Cyclic Voltammetry：CV)が行われる。
【００３６】
判定部５は、経時的変化を伴う電流値Ｕを検出する。判定部５は、櫛形電極４ａ，４ｂに与えられた電圧Ｓに対応する電流値Ｕに基づいて液体Ｑの電気化学的特性を判定する。液体Ｑと電気化学的特性との相関関係から、液体Ｑの匂い成分を特定することができる。判定結果は記憶部８に記憶され、判定部５は、過去のデータを参照することができる。判定部５は、記憶されたデータに基づいて新たに計測された液体Ｑに含まれる匂い成分を検出することができる。匂い検出装置１によると、電極部４で液体Ｑを液体の状態のままで検査するため、検出結果が外的環境の湿度の影響を受けることがない。
【００３７】
液体Ｑの電気化学的特性を電極部４で検査した後、液体Ｑは、搬送部３が励振する弾性表面波Ｗによって電極部４から残らず霧化される。即ち搬送部３は、第１領域Ｒ１で冷却された液体Ｑを検査面１１ａの櫛形電極４ａ，４ｂが設けられた第２領域Ｒ２に移動させ、液体Ｑの電気化学的特性が判定部５によって検出された後、液体Ｑを霧化させる。これにより、検査面１０ｃ上において液体Ｑは残留せず、検査面１０ｃは洗浄する必要はない。液体Ｑを霧化した後、検査面１０ｃ上において異なる検査対象物を検査することができる。
【００３８】
[実験例]
図５及び図６は、酢酸を含む液体の電気化学的特性を示すグラフである。実験は、５モル濃度の１μｌの液体サンプルを用いて行われた。電極部４に滴下された酢酸の液体に経時的変化により電圧を与え、判定部５によってそのときの電流値が検出された。サンプルには−１Ｖから＋１Ｖまでの電圧が掃引速度０．０２Ｖ／秒となるような三角波によって与えられた。この掃引速度の値は、揮発性物質である酢酸の蒸発を防ぐために決定された。図示するように、電圧−時間及び電流−時間曲線において、正の電流のピークは約０．２７５μＡであり、負の電流のピークは約−０．１７５μＡであった。その後、掃引速度を固定して、３μｌ、５μｌの異なる体積のサンプルに対して実験が行われた。体積が異なっていても、グラフの形状（サイクリックボルタモグラム）に変化は見られなかった。
【００３９】
図７及び図８は、アンモニアを含む液体の電気化学的特性を示すグラフである。アンモニアに対しても同様の条件で実験が行われた。図９及び図１０は、蒸留水の電気化学的特性を示すグラフである。これらのデータは、例えばk平均法（k-means clustering）、ニューラルネットワーク、ＳＶＭ(Support Vector Machine)によって分類される。多次元データは、例えばボルタンメトリー曲線をスライスしタイムスライスにしタイムスライスの間の領域を計算することによって得られる。匂い検出装置１によって匂い成分を含む様々な液体の電気化学的特性を測定することにより、匂い成分を具体的に数値化されたデータとして分類することができる。
【００４０】
上述したように匂い検出装置１によると、匂い成分を含む検査対象を液体の状態で検査するため、外的環境の湿度の影響を受けることなく検出結果を出力することができる。また、匂い検出装置１によると、冷却部２で凝縮された匂い成分を含む液体Ｑを搬送部３で励振される弾性表面波Ｗで電極部４に移動させることができる。このとき、匂い検出装置１によると、液体に検査面以外の他の物体を接触させることがなくなるので不純物等の混入する可能性を低減することができる。
【００４１】
匂い検出装置１によると、液体Ｑを低温の状態を保つため、熱の影響を受けやすい液体Ｑのデータを正確に計測することができる。そして、匂い検出装置１は、検査された液体Ｑを搬送部３で励振される弾性表面波Ｗで電極部４から全て霧化するため、検査面１０ｃを洗浄する必要がない。そして、匂い検出装置１によると検査面１０ｃ上において複数の異なる検査対象物を順次検査して、連続的に検出対象物の電気化学的特性を分析することができる。
【００４２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００４３】
例えば、上記実施形態の電極部４の櫛形電極４ａ，４ｂに触媒を設け、液体Ｑの検査時の電気化学的な反応性を高めて匂い検出装置１を高機能化してもよい。また、検査面１０ｃ上に分子の吸着性や溶解性を高める感応膜を形成し、匂い成分の凝縮によって生成された液体を吸着させてもよい。そして、電極部４の上方にＱＣＭセンサを設け、液体Ｑを搬送部３で霧化する際に液体Ｑに関するデータを計測し、電極部４で計測された電気化学的特性に関するデータと組み合わせて液体Ｑを分析し、得られた液体Ｑの電気化学的性質の評価結果の信頼性を向上させてもよい。
【００４４】
また、一対の櫛型電極３ａ，３ｂ及び一対の櫛型電極４ａ，４ｂを一体化して、液体Ｑの電気化学的特性を検出する電極部４と、液体Ｑを霧化する搬送部３（霧化器）と兼用するように構成してもよい。例えば、搬送部３の櫛形電極３ａ，３ｂと電極部４の櫛形電極４ａ，４ｂとを共用するように共用電極を形成してもよい。この共用電極の下方に冷却部２を設け、冷却によって匂い成分を含む気体を冷却する。そして、冷却によって凝縮されて生成した液体Ｑに共用電極によって電圧を与え、液体Ｑに流れる電流を検出することで液体の電気化学的特性を検出してもよい。
【００４５】
その後、この共用電極への入力を切り替えて信号電圧を与え、霧化器として動作させて液体Ｑを除去するようにしてもよい。即ち、搬送部３と電極部４とが共用されるように形成された共用電極に対し、制御部６は、液体Ｑに電圧を与える場合と液体Ｑを霧化する場合とのそれぞれの場合において共用電極への信号電圧の入力を切り替えるよう制御してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１…検出装置、２…冷却部、２ａ…冷却面、２ｂ…高温側、３…搬送部、３ａ…櫛形電極、３ｂ…櫛形電極、４…電極部、４ａ…櫛形電極、４ｂ…櫛形電極、５…判定部、６…制御部、７…駆動回路、８…記憶部、１０…圧電基板、１０ａ…一端、１０ｂ…他端、１０ｃ…検査面、１０ｄ…下面、１１ａ…検査面、Ｃ…表面張力波、Ｄ…粒、Ｍ…気体、Ｑ…液体、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域、Ｓ…電圧、Ｔ…信号電圧、Ｕ…電流値、Ｗ…弾性表面波
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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