(57)【要約】【課題】粒子状の吸着材を備えるにもかかわらず、取扱性の良い吸着器、吸着材を備える吸着器、及び吸着器を備える検出装置を提供する。【解決手段】吸着器１は、ガス透過性を有する母材１２を備える。吸着器１は、母材１２に固定されている粒子状の吸着材１０も備える。【選択図】図１
2019132814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス透過性を有する母材と、前記母材に固定されている粒子状の吸着材とを備える、
吸着器。
【請求項２】
前記吸着材は、前記母材の少なくとも一部の中に分散している、
請求項１に記載の吸着器。
【請求項３】
前記母材は、疎水性樹脂を含有する部分を有する、
請求項１又は２に記載の吸着器。
【請求項４】
前記母材は、親水性樹脂を含有する部分を有する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の吸着器。
【請求項５】
前記吸着材は、金属酸化物を含有する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の吸着器。
【請求項６】
前記吸着材は、針状粒子を含む、
請求項１から５のいずれか一項に記載の吸着器。
【請求項７】
前記吸着材のうち少なくとも一部は、互いに接触し合うことで連なっている、
請求項１から６のいずれか一項に記載の吸着器。
【請求項８】
濃縮室と、
前記濃縮室内に配置されている請求項１から７のいずれか一項に記載の吸着器とを備える、
濃縮器。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか一項に記載の吸着器と、
前記吸着器が吸着した化学物質を検知して前記化学物質に応じた信号を出力するセンサ部とを備える、
検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に吸着器、濃縮器及び検出装置に関し、詳細には、化学物質を吸着する吸着材を備える吸着器、この吸着器を備える濃縮器、及びこの吸着器を備える検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学物質を吸着する吸着材は、例えばガス中の化学物質を分析するに当たって化学物質を捕集する目的で使用される。
【０００３】
吸着材の一例として、ナノワイヤを束ねた集合体がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０４７０４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ナノワイヤの集合体の利点として、比表面積が大きいことで高い吸着性を有すること、及び集合体であることで取扱性が良いことが挙げられる。
【０００６】
一方、粒子状の吸着材は、ナノワイヤよりも容易に製造することができる。しかし、粒子状の吸着材は固定することが難しく、そのため粒子状の吸着材はナノワイヤの集合体よりも取扱性が良くない。
【０００７】
本発明の課題は、粒子状の吸着材を備えるにもかかわらず、取扱性の良い吸着器、この吸着器を備える濃縮器、及びこの吸着器を備える検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る吸着器は、ガス透過性を有する母材と、前記母材に固定されている粒子状の吸着材とを備える。
【０００９】
本発明の一態様に係る濃縮器は、濃縮室と、前記濃縮室内に配置されている前記吸着器とを備える。
【００１０】
本発明の一態様に係る検出装置は、前記吸着器と、前記吸着器が吸着した化学物質を検知して前記化学物質に応じた信号を出力するセンサ部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様によれば、粒子状の吸着材を備えるにもかかわらず、取扱性の良い吸着器、この吸着器１を備える濃縮器、及びこの吸着器を備える検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る吸着器及び濃縮器を示す概略の断面図である。
【図２】図２は、同上の濃縮器を示す斜視図である。
【図３】図３は、同上の濃縮器の制御のための構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、同上の濃縮器の変形例を示す断面図である。
【図５】図５は、同上の濃縮器の変形例を示す断面図である。
【図６】図６は、同上の濃縮器の変形例を示す断面図である。
【図７】図７は、同上の濃縮器を備える検出装置を示す概略の斜視図である。
【図８】図８は、実施例で得られたサンプル１の断面の走査型電子顕微鏡写真である。
【図９】図９は、実施例で得られたサンプル２の断面の走査型電子顕微鏡写真である。
【図１０】図１０は、実施例で得られたサンプル３の断面の走査型電子顕微鏡写真である。
【図１１】図１１は、実施例で得られたサンプル１、サンプル２及びサンプル３についての、クロマトグラムの一部を示すグラフである。
【図１２】図１２は、実施例で得られたサンプル１、サンプル２及びサンプル３についての、クロマトグラムの一部を示すグラフである。
【図１３】図１３は、実施例で得られたサンプル１、サンプル２及びサンプル３についての、クロマトグラムの一部を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
【００１４】
まず、吸着器１について、図１及び図２を参照して説明する。本実施形態に係る吸着器１は、ガス透過性を有する母材１２と、母材１２に固定されている粒子状の吸着材１０とを備える。吸着材１０は、例えば母材１２内に埋められていることで、母材１２に固定されている。この場合、吸着材１０の全体ではなく一部分が母材１２に埋まっていてもよい。吸着材１０は、母材１２上に付着していることで、母材１２に固定されていてもよい。
【００１５】
このような構成を備えるため、吸着器１は、粒子状の吸着材１０を備えるにもかかわらず、吸着材１０は母材１２中で固定されるため飛散することがない。このため、吸着器１の取扱性が良い。さらに、吸着器１がガスに曝露されると、母材１２は、ガスを透過させて吸着材１０まで到達させることができる。そのため、吸着材１０が母材１２に固定されているにもかかわらず、吸着材１０の吸着性能は損なわれにくい。
【００１６】
吸着器１の構成を、より具体的に説明する。
【００１７】
母材１２は、上記のとおり吸着材１０を固定する。母材１２は、固体であり、ガス透過性を有するのであればいかなる形状を有していてもよい。
【００１８】
母材１２の材質は、ガス透過性を有するならば、特に制限はない。母材１２は、例えばガス透過性を有する樹脂を含有する。ガス透過性を有することは、技術常識に基づいて判断される。吸着器１において、吸着材１０が母材１２で覆われていても吸着材１０が化学物質を吸着することが確認できれば、母材１２はガス透過性を有すると判断できる。樹脂のガス透過性は、例えば樹脂の自由体積の値で評価できる。樹脂の自由体積は、陽電子消滅法により測定される。自由体積とガス透過性との関係について説明する。ポリジメチルシロキサンの自由体積は約０．２ｎｍ3である。体積０．２ｎｍ3の球体の直径は約０．７４ｎｍであり、ベンゼン環の大きさにほぼ等しい。このため、ポリジメチルシロキサンは、ベンゼン環を有する分子が透過可能な程度の多孔質体であり、そのため特に良好なガス透過性を有すると評価できる。すなわち、自由体積が０．２ｎｍ3と同等以上であれば、特に良好なガス透過性を有すると評価できる。母材１２が含む樹脂の自由体積は、０．１ｎｍ3以上であることが好ましい。
【００１９】
母材１２は、ガス透過性を有する樹脂として、例えば疎水性樹脂と親水性樹脂とのうち、少なくとも一方を含有する。
【００２０】
母材１２が疎水性樹脂を含有する場合、すなわち母材１２が疎水性樹脂を含有する部分（以下、疎水部という）を有する場合、疎水部中にある吸着材１０の吸着性能は、ガス中の水分の影響を受けにくい。これは、疎水性樹脂が母材１２における水分の透過を特に阻害するためであると、考えられる。疎水性の化学物質は、例えばＬｏｇＰ（オクタノール−水分配係数）の値が０より大きな値を持つ化合物、例えばイソプロピルアルコール（ＬｏｇＰ＝０．０５）、フェノール（ＬｏｇＰ＝１．４６）、ベンズアルデヒド（ＬｏｇＰ＝１．４８）、インドール（ＬｏｇＰ＝２．１４）などである。疎水部は、母材１２の一部であってもよく、母材１２の全部であってもよい。
【００２１】
なお、疎水性樹脂が疎水性を有することは、技術常識に基づいて規定される。特に疎水性樹脂における水との接触角は８０°以上であることが好ましい。接触角は１００°以上であることがより好ましく、１００°以上１７０°以下であれば更に好ましい。なお、水の接触角は、ＪＩＳ  Ｒ３２５７：１９９９に従って測定される。疎水性樹脂の例は、ポリジメチルシロキサン（水接触角１３０〜１７０°、自由体積約０．２ｎｍ3）、ポリイソブチレン（水接触角１００〜１２０°）、パラフィン（水接触角１００〜１１０°）、ヘキサトリアコンタン（水接触角１００〜１１０°）、ナイロン（水接触角８０〜１００°）、及びポリカーボネート（水接触角８０〜９０°）を含む。
【００２２】
母材１２が親水性樹脂を含有する場合、すなわち母材１２が親水性樹脂を含有する部分（以下、親水部という）を有する場合も、親水部中にある吸着材１０の吸着性能が、ガス中の水分の影響を受けにくいことが期待できる。親水性の化学物質は、例えばオクタノール−水分配係数（ＬｏｇＰ）の値が０より小さな値を持つ化合物、例えばギ酸（ＬｏｇＰ＝−０．５４）、酢酸（ＬｏｇＰ＝−０．１７）などである。親水部は、母材１２の一部であってもよく、母材１２の全部であってもよい。
【００２３】
なお、親水性樹脂が親水性を有することは、技術常識に基づいて規定される。特に親水性樹脂における水との接触角は１００°以下であることが好ましい。接触角は８０°以下であることがより好ましく、７０°以下であれば更に好ましい。親水性樹脂の例は、ポリエチレングリコール（水接触角５〜２０°）、ポリビニルアルコール（水接触角４０〜６０°）、ポリアミド樹脂（水接触角４０〜８０°）、アクリル樹脂（水接触角６０〜８０°）及びエポキシ樹脂（水接触角７０〜８０°）を含む。
【００２４】
母材１２が、疎水部と親水部の両方を有していてもよい。この場合、吸着器１における吸着材１０のうち、疎水部中にある吸着材１０では疎水性の化学物質が効率良く吸着され、かつ吸着性能への水分による影響が特に低減され、親水部中にある吸着材１０では親水性の化学物質が効率良く吸着される。これにより、一つの吸着器１で、多種の化学物質を吸着できる。
【００２５】
吸着材１０は、化学物質と接触すると化学物質を吸着し、加熱されると化学物質を脱離させる性質を有する。吸着材１０は、上記のとおり、粒子状である。
【００２６】
吸着材１０は、少なくとも一種類の化学物質を吸着する性質を有するならば、その材質に制限はない。吸着材１０は、例えば、ＳｎＯ2、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、Ｉｎ2-xＳｎxＯ3（例えば、０．１≦ｘ≦０．２）、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2といった金属酸化物、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔといった金属、カーボン、又はシリコンを含有する。吸着材１０がカーボンを含有する場合、吸着材１０は例えばカーボンナノチューブである。
【００２７】
吸着材１０は、コアと、コアを被覆する膜であるシェルとを備えてもよい。この場合、シェルが、少なくとも一種類の化学物質を吸着する性質を有することが好ましい。コアは、上記のような金属酸化物、金属、カーボン、又はシリコンを含んでもよく、樹脂を含んでもよい。シェルは、例えば上記のような金属酸化物を含有する。
【００２８】
吸着材１０の吸着特性は、吸着材１０の材質、詳しくは吸着材１０全体の材質又はシェルの材質、に依存する。すなわち、吸着材１０全体の材質又はシェルの材質を変更することで、吸着材１０に吸着する化学物質の種類を変更できる。
【００２９】
吸着材１０は、ナノサイズであることが好ましい。吸着材１０の平均粒径は、例えば１０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下である。平均粒径は１０ｎｍ以上であることが好ましく、１０００ｎｍ以下であることも好ましい。なお、本発明における平均粒径は、電子顕微鏡写真から求めた粒径の数平均値を意味する。具体的には、電子顕微鏡写真を画像処理して得られる粒子面積から、真円換算で各粒子の直径を算出し、その平均値を求めることにより、平均粒径が得られる。吸着材１０がこのような寸法を有すると、吸着材１０は、高い比表面積を有することで、高い吸着性能を有することができる。
【００３０】
上記のとおり、吸着材１０は、例えば母材１２に埋められ、母材１２に担持され、又は母材１２に付着していることで、母材１２に固定されている。
【００３１】
吸着材１０が母材１２に埋まっている場合、吸着材１０は、例えば母材１２中の少なくとも一部に分散している。吸着材１０が分散していると、吸着材１０は良好な吸着性を発現できる。この場合、吸着材１０は、母材１２中の全体にわたって分散していてもよく、母材１２中に一部のみに分散していてもよい。母材１２中における吸着材１０が存在する部分では、吸着材１０の濃度は均一であってもよく、不均一であってもよい。
【００３２】
吸着材１０のうち少なくとも一部は、互いに接触し合うことで連なっていてもよい。吸着材１０のうち少なくとも一部が、互いに接触し合うことで連なっていると、吸着材１０から化学物質を脱離させるために加熱する際に、吸着材１０の粒子間の熱の伝達が効率良く行われる。また、吸着材１０に電流を流すことでジュール熱を生じさせることにより吸着材１０を加熱する場合、吸着材１０の粒子が電流の経路を形成できる。このため、吸着材１０の加熱効率が良好である。
【００３３】
吸着材１０は、球状粒子、針状粒子、鱗片状粒子、不定形状粒子、破砕状粒子といった、適宜の形状の粒子を含むことができる。なお、針状粒子には、繊維状粒子、ひげ状粒子、ウィスカー状粒子、棒状粒子、ロッド状粒子などと呼ばれる粒子も含まれうる。
【００３４】
特に吸着材１０が針状粒子を含む場合、吸着材１０は、高い吸着性能を有することができる。さらに、針状粒子は互いに接触しやすい。このため、針状粒子が、互いに接触し合うことで連なりやすい。そのため、吸着材１０の加熱効率を高めることが容易である。吸着材１０が針状粒子を含む場合、針状粒子の寸法は、例えば平均径１０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下、平均長１μｍ以上、１００μｍ以下、平均アスペクト比５以上、１０００以下であることが好ましい。この寸法は、電子顕微鏡写真の画像処理により粒子の外縁を２本の平行線で挟んだ距離を測定することで得られる。
【００３５】
吸着器１における吸着材１０の量は、吸着器１が適切な吸着性能を有するように適宜設計されうる。吸着材１０の量は、例えばガス透過層１２中のガス透過性を有する樹脂全体の重量に対して１ｗ／ｗ％以上、８０ｗ／ｗ％以下である。
【００３６】
本実施形態に係る吸着器１を製造するに当たっては、例えばまず、適宜の基体１３と、母材１２の原料及び吸着材１０を含有する原料液とを、用意する。基体１３の形状及び材質には、基体１３が吸着器１を固定できるのであれば、制限はない。原料液における母材１２の原料は、例えばガス透過性を有する樹脂の原料を含む。ガス透過性を有する樹脂の原料は、ガス透過性を有する樹脂そのものでもよく、反応することでガス透過性を有する樹脂になる化合物であってもよい。原料液は溶剤を更に含有してもよい。原料液が溶剤を含有すると、溶剤で原料液の粘度を調整することができ、また、ガス透過性を有する樹脂の原料が固体である場合に溶剤にガス透過性を有する樹脂の原料を溶解させて液状にすることができる。溶剤は、揮発性が高く、かつ母材１２の原料と反応しにくければ、特に制限されない。溶剤は、例えばトルエンである。
【００３７】
基体１３の上に原料液を、スピンコート法などの適宜の方法で付着させる。続いて、必要に応じて原料液を加熱することで原料液中の溶剤を揮発させる。さらに、必要に応じて、ガス透過性を有する樹脂の原料の種類に応じた適宜の方法で、ガス透過性を有する樹脂の原料を反応させる。これにより、吸着器１を製造できる。
【００３８】
吸着器１を、上記以外の適宜の方法で製造してもよい。例えばガス透過性を有する樹脂の原料と吸着材１０とを含む原料組成物を金型成形することで、吸着器１を製造してもよい。
【００３９】
次に、吸着器１を備える濃縮器２について、引き続き図１及び図２を参照して説明する。濃縮器２は、濃縮室２１と、濃縮室２１内に配置されている吸着器１とを備える。濃縮器２を使用する際は、例えば濃縮室２１内に化学物質を含むガス（以下、試料ガスともいう）を供給しながら、吸着器１に試料ガス中の化学物質を吸着させる。続いて、吸着器１から化学物質を脱離させて濃縮室２１内へ放出する。これにより、濃縮室２１内に、化学物質の濃度が試料ガスよりも高められたガス（以下、調整ガスともいう）が生成しうる。試料ガスの例は、ヒト及び動物の呼気、並びに車及び工場の排気ガスである。化学物質の例は、ケトン類、アミン類、アルコール類、芳香族炭化水素類、アルデヒド類、エステル類、有機酸、メチルメルカプタン、ジスルフィドといった揮発性有機化合物、並びに硫化水素、二酸化硫黄、二硫化炭素といった無機化合物を含む。
【００４０】
吸着器１は、吸着材１０を加熱するヒータを備えることが好ましい。吸着器１は、吸着材１０を冷却するクーラ２５を更に備えてもよい。吸着器１がヒータを備えると、化学物質を吸着した吸着材１０をヒータで加熱することで吸着材１０から化学物質を容易に脱離させることができる。さらに、吸着器１がクーラ２５を備えると、加熱された吸着材１０をクーラ２５で冷却することで、吸着材１０を速やかに化学物質を吸着可能な状態に復帰させることができる。
【００４１】
吸着材１０が導電性を有する場合、濃縮器２は、ヒータを備えず、それに代えて、吸着材１０に電気的に接続されている第一電極２２１及び第二電極２２２を備えてもよい。この場合、第一電極２２１と第二電極２２２との間に電圧が印加されると、吸着材１０がジュール熱を発することで吸着材１０が加熱される。
【００４２】
以下、吸着器１が第一電極２２１及び第二電極２２２並びにクーラ２５を備える場合の、吸着器１の具体的な構成の例を、説明する。
【００４３】
濃縮器２は、筐体２３を有し、かつ筐体２３内に濃縮室２１を有する。筐体２３は、濃縮室２１に面する一つの面である配置面２４を備える。吸着器１は濃縮室２１内の配置面２４上に配置されている。筐体２３には、互いに離間している第一電極２２１及び第二電極２２２が設けられている。第一電極２２１及び第二電極２２２の各々は、吸着材１０に接触していることで吸着材１０と電気的に接続されている。筐体２３の配置面２４の近傍には、クーラ２５が設けられている。
【００４４】
より具体的には、筐体２３は、例えば樹脂製である。筐体２３は、第一基板２３１と第二基板２３２とで構成されている。第二基板２３２は溝を有する。第二基板２３２の溝がある面に第一基板２３１が重ねられていることで、溝内の空間が濃縮室２１を構成する。筐体２３は、濃縮室２１内と濃縮室２１の外とを通じさせる取入口２６と、濃縮室２１内と濃縮室２１の外とを通じさせ、取入口２６とは異なる取出口２７とを備える。取入口２６と取出口２７とは、濃縮室２１を挟んで対向している。
【００４５】
濃縮室２１は、ガスが供給されるように構成される。濃縮室２１は、例えばガスが通過しうる流路である。すなわち、ガスは、濃縮室２１の外から取入口２６を通じて濃縮室２１内に流入し、濃縮室２１を通過してから、取出口２７を通じて濃縮室２１の外に流出しうる。濃縮室２１内におけるガスが流通する方向、すなわち取入口２６から取出口２７へ向かう方向を、以下、流通方向ともいう。
【００４６】
濃縮室２１の形状は、立方体又は直方体である。配置面２４は、立方体又は直方体における一つの面に相当し、第二基板２３２における溝の底面で構成される。なお、濃縮室２１の形状はこれに限定されない。
【００４７】
上記のとおり、第一電極２２１及び第二電極２２２の各々は、濃縮室２１内の配置面２４上に設けられる。第一電極２２１及び第二電極２２２の各々の少なくとも一部は、配置面２４と吸着器１との間に介在する。第一電極２２１及び第二電極２２２の各々の材料は、例えば、金、銅、白金又はカーボンである。
【００４８】
吸着器１は、上記のとおり、母材１２と、母材１２に固定されている粒子状の吸着材１０とを備える。母材１２は、濃縮室２１内の配置面２４上に配置されている。母材１２は、第一電極２２１及び第二電極２２２の各々に接触している。
【００４９】
吸着材１０は、針状の粒子であるが、既に説明したとおり、球状などの適宜の形状の粒子であればよい。吸着材１０は、母材１２中に分散している。母材１２中で、吸着材１０は、互いに接触し合うことで連なっている。さらに、吸着材１０は、第一電極２２１に接触している吸着材１０と、第二電極２２２に接触している吸着材１０とを含んでいる。このため、吸着材１０は第一電極２２１及び第二電極２２２と電気的に接続され、吸着器１内に、吸着材１０の連なりで構成される電流の経路が形成されている。第一電極２２１と第二電極２２２との間で吸着器１に電流を良好に流すためには、第一電極２２１と第二電極２２２との間の電気抵抗値が１０Ω以上１ｋΩ以下であることが好ましい。
【００５０】
吸着器１の厚み、すなわち母材１２の厚みは、例えば０．１μｍ以上１０００μｍ以下である。
【００５１】
なお、ここで説明している吸着器１の構成は一例であり、既に説明したように、吸着器１は種々の構成を有しうる。
【００５２】
図３に示すように、第一電極２２１及び第二電極２２２には、第一電極２２１と第二電極２２２との間に電圧を印加することで吸着材１０に電流を供給する電流供給回路２９が接続されている。また、電流供給回路２９を制御することで吸着材１０に流れる電流を制御するコントローラ２８が、電流供給回路２９に接続されている。
【００５３】
コントローラ２８は、例えば１以上のプロセッサ及びメモリを有するマイクロコンピュータにて構成されている。言い換えれば、コントローラ２８は、１以上のプロセッサ及びメモリを有するコンピュータシステムにて実現されており、１以上のプロセッサがメモリに格納されているプログラムを実行することにより、コンピュータシステムがコントローラ２８として機能する。プログラムは、コントローラ２８の各々のメモリにあらかじめ記録されていてもよく、インターネット等の電子通信回線を通じて、又はメモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。
【００５４】
クーラ２５は、第二基板２３２における、配置面２４とは反対側を向く外面に重ねて設けられている。クーラ２５は、例えば、ペルチェ素子で構成される。図３に示すように、コントローラ２８は、クーラ２５にも接続されている。コントローラ２８は、クーラ２５の動作も制御することで、吸着材１０の冷却を制御する。
【００５５】
なお、クーラ２５の位置は、吸着材１０を冷却可能であれば、どこであってもよい。例えば、クーラ２５が、第一電極２２１上又は第二電極２２２上に設けられていてもよい。
【００５６】
濃縮器２を用いて化学物質を濃縮する方法について説明する。試料ガスを濃縮室２１内へ送る。試料ガスを濃縮室２１内へ送るためには、例えば試料ガスが濃縮室２１の外から取入口２６を通じて濃縮室２１内に流入し、更に濃縮室２１内から取出口２７を通じて濃縮室２１の外へ流出するように、濃縮室２１内に気流を生じさせる。気流は、ポンプ、ファンなどの適宜の気流発生機を用いて生じさせることができる。このように気流が生じていると、吸着器１は試料ガスに曝露され、吸着器１における吸着材１０が、試料ガス中の化学物質を吸着する。気流によって濃縮室２１内の試料ガスは順次更新されるため、吸着材１０は、試料ガスに曝露されている時間に応じた量の化学物質を吸着できる。すなわち吸着材１０は、濃縮室２１の容積と同じ体積を有する試料ガス中における化学物質量の量よりも多い化学物質を、吸着できる。続いて、吸着材１０を加熱する。すなわち、本実施形態では、第一電極２２１と第二電極２２２との間に電流供給回路２９が電圧を印加することで、吸着材１０を発熱させる。なお、濃縮器２がヒータを備える場合には、ヒータで吸着材１０を加熱できる。吸着材１０を加熱すると、吸着材１０に吸着していた化学物質が、吸着材１０から脱離して、濃縮室２１内に放出される。それにより、濃縮室２１内における化学物質の濃度は、試料ガスにおける濃度よりも高くなりうる。これにより、濃縮室２１内に、化学物質の濃度が試料ガスよりも高められた調整ガスを生成させることができる。この調整ガスを、濃縮室２１の外へ送る。濃縮室２１に気流が生じたままの状態であれば、気流によって調整ガスを、取出口２７を通じて、濃縮室２１の外へ送ることができる。調整ガスを濃縮室２１の外へ送った後、必要に応じてクーラ２５で吸着材１０を冷却すると、吸着材１０を、化学物質が吸着可能な状態へ速やかに復帰させることができる。
【００５７】
濃縮器２は、複数の濃縮室２１と、各濃縮室２１に配置されている吸着器１とを備えてもよい。この場合、濃縮器２は、複数の濃縮室２１を備える一つの筐体２３を備えてもよく、一つの濃縮室２１を各々備える複数の筐体２３を備えてもよい。濃縮器２が複数の吸着器１を備える場合、濃縮器２は、複数の吸着器１の各々に対応する第一電極２２１及び第二電極２２２を備え、又は複数の吸着器１の各々に対応するヒータを備えることができる。さらに、濃縮器２は、複数の吸着器１の各々に対応するクーラ２５を備えてもよい。
【００５８】
図４に示す濃縮器２の変形例は、複数の濃縮室２１を備える。複数の濃縮室２１は、複数の濃縮室２１の流通方向がいずれも同じ方向を向くように、並列に配置されている。各濃縮室２１内に、一つの吸着器１が配置されている。
【００５９】
図５に示す濃縮器２の変形例は、一つの濃縮室２１を備える。濃縮室２１内に、複数の吸着器１が配置されている。複数の吸着器１は、濃縮室２１の流通方向に沿って一列に並んでいる。
【００６０】
図６に示す濃縮器２の変形例は、一つの濃縮室２１を備える。濃縮室２１内に、複数の吸着器１が配置されている。複数の吸着器１は、濃縮室２１の流通方向と直交する方向に沿って一列に並んでいる。
【００６１】
濃縮器２が複数の吸着器１を備える場合、複数の吸着器１におけるそれぞれの吸着材１０の材質は、互いに異なっていてもよい。吸着材１０の材質が互いに異なっていると、吸着材１０は互いに異なる吸着特性を有する。そのため、吸着材１０が一種のみの場合と比べ、濃縮器２３４において、より多くの種類の化学物質を効率良く吸着できる。
【００６２】
吸着器１を備える検出装置４について説明する。
【００６３】
検出装置４は、吸着器１と、吸着器１が吸着した化学物質を検知して化学物質に応じた信号を出力するセンサ部３１とを備える。検出装置４は、上記の濃縮器２を備えることで、吸着器１を備えてもよい。検出装置４が濃縮器２を備えると、センサ部３１は、化学物質の濃度が高められた調整ガス中の化学物質を検出することができる。この場合、検出装置４による化学物質の検出精度を高めることができ、例えば試料ガス中に微量しか含まれない化学物質を精度良く検出することも可能となる。
【００６４】
図７に、検出装置４の例を示す。この検出装置４は、検出器３と濃縮器２とを備える。検出器３はセンサ部３１を備える。濃縮器２は吸着器１を備える。濃縮器２の構成は、図１及び２と同じである。図１及び図２と共通する構成については、図７に図１及び図２と同じ符号を付して、説明を適宜省略する。
【００６５】
検出器３は、筐体３３を有し、かつ筐体３３内に検出室３２を有する。筐体３３は、例えば樹脂製である。筐体３３は、検出室３２内と検出室３２の外とを通じさせる通口３４を備える。検出器３の筐体３３と、濃縮器２の筐体２３とは、検出器３の筐体３３における通口３４が濃縮器２の筐体２３における取出口２７に通じるように、連結している。すなわち、濃縮室２１と検出室３２とは、濃縮器２の取出口２７及び検出器３の通口３４を介して、通じている。なお、本実施形態では検出器３の筐体３３と濃縮器２の筐体２３とは別個の部材であるが、検出器３の筐体２３と濃縮器２の筐体２３とが一体化して一つの部材を構成してもよい。
【００６６】
検出器３は、検出室３２内のガスを検出室３２から排出するための排出口３５を備えることが好ましい。本実施形態では、排出口３５に、気流発生機３６であるポンプが接続されている。ポンプは、検出室３２内のガスを排出口３５を通じて吸引するように動作する。このため、気流発生機３６は、気流を発生させうる。この気流は、濃縮室２１の外から濃縮器２の取入口２６を通じて濃縮室２１内に流入し、濃縮室２１内から濃縮器２の取出口２７及び検出器３の通口３４を通じて検出室３２内に流入し、更に排出口３５を通じて検出室３２外へ流出する。この気流を発生できるのであれば、気流発生機３６はポンプに限らず、例えば送風ファンでもよい。
【００６７】
検出装置４を用いてガス中の化学物質を検出する場合には、例えばまず濃縮器２の取入口２６を濃縮室２１の外にある試料ガス内に配置する。この状態で気流発生機３６を作動させることで、検出装置４内に気流を発生させる。この気流によって、試料ガスが、濃縮室２１の外から濃縮器２の取入口２６を通じて濃縮室２１内に流入し、更に濃縮室２１内から濃縮器２の取出口２７及び検出器３の通口３４を通じて検出室３２内に流入し、更に排出口３５を通じて検出室３２外へ排出される。
【００６８】
この状態で、濃縮器２が上記に説明したとおり動作することで、濃縮室２１内で調整ガスが生成され、この調整ガスが検出室３２に流入する。センサ部３１は、検出室３２に流入した調整ガス中の化学物質を検知して、この化学物質に応じた信号を出力することができる。この場合、調整ガス中の化学物質の濃度を、試料ガス中よりも高くできるので、この試料ガス中の化学物質をセンサ部３１で検知することにより、化学物質の検知精度が向上する。
【実施例】
【００６９】
１．吸着器１の作製
１−１  サンプル１
吸着材１０として、酸化タングステンの球状粒子（平均粒径１μｍ）を用意した。
【００７０】
疎水性樹脂であるポリジメチルシロキサンの原料として、ＳＹＬＧＡＲＤ  １８４  ＳＩＬＩＣＯＮＥ  ＥＬＡＳＴＯＭＥＲ  ＫＩＴに含まれる主剤及び硬化剤を用意した。主剤と硬化剤とを１０：１の質量比で混合し、更に吸着材１０を混合して、原料液を調製した。原料液１００ｍＬ中に含まれる吸着材１０の量は１０ｇである。
【００７１】
基体１３の上に原料液を、スピンコート法で、４５００ｒｐｍ、９０秒の条件で付着させてから、９５℃で４０分間加熱することで、原料液を硬化させた。これにより、吸着器１である縦２ｍｍ×横２０ｍｍ、厚み約２０μｍの寸法のサンプル１を得た。図８に、サンプル１の断面の電子顕微鏡写真を示す。
【００７２】
１−２  サンプル２
吸着材１０として、酸化タングステンの球状粒子の代わりに、酸化銅の球状粒子（平均粒径１μｍ）を用意した。それ以外はサンプル１の場合と同じ条件で、吸着器１であるサンプル２を得た。図９に、サンプル２の断面の電子顕微鏡写真を示す。
【００７３】
１−３  サンプル３
吸着材１０として、酸化タングステンの球状粒子の代わりに、酸化錫の球状粒子（平均粒径１μｍ）を用意した。それ以外はサンプル１の場合と同じ条件で、吸着器１であるサンプル３を得た。図１０に、サンプル３の断面の電子顕微鏡写真を示す。
【００７４】
２．吸着試験
上記「１．吸着器１の作製」で作製した各サンプルを、２００℃で５分間加熱してから、室温まで冷却させた。続いて、吸着器１をガラス管内に配置した状態で、ガラス管内に、予め採取しておいた人間の呼気を、５０ｍＬ／分の流量で、２０分間流通させた。
【００７５】
続いて、島津製作所製のガスクロマトグラフ質量分析計である型番ＧＣＭＳ−ＱＰ２０２０に、多機能注入口である型番ＯＰＴＩＣ４を取り付けた。この多機能注入口にサンプルを配置し、サンプルを２００℃で３分間加熱することでサンプルから化学物質を脱離させ、更に化学物質をガスクロマトグラフ質量分析計に注入して、クロマトグラムを得た。
【００７６】
測定にあたって、カラムとしては島津製作所株式会社製のＳＨ−Ｒｔｘ−２００  ＭＳを用いた。カラムの昇温条件は、まず４０℃で４分間保持し、続いて１０℃／分の昇温速度で１００℃まで昇温し、続いて２０℃／分の昇温速度で２６０℃まで昇温し、続いて２６０℃で４分間維持するものとした。マイクロジェット・クライオトラップの条件は−１００℃、３分間とした。
【００７７】
３．試験結果
上記の吸着試験で得られたクロマトグラムによると、サンプル１、サンプル２及びサンプル３のいずれの場合でも、クロマトグラムに化学物質を示す複数のピークが認められた。このため、サンプル１、サンプル２及びサンプル３は、複数種の化学物資を吸着可能であることが確認できた。
【００７８】
この傾向をより詳細に確認するために、図１１、図１２及び図１３を提示する。図１１、図１２及び図１３は、サンプル１、サンプル２及びサンプル３についてのクロマトグラムにおける、フェノール、５−エチル−２−メチル−ピリジン及びゲルマクレンＤ（（１Ｅ，６Ｅ，８Ｓ）−１−メチル−５−メチレン−８−イソプロピル−１，６−シクロデカジエン）のピークを、それぞれ示す。なお、図中の矢印は、各ピークが現れる位置を示す。
【００７９】
図１１、図１２及び図１３に示されるとおり、サンプル１、サンプル２及びサンプル３のいずれの場合でも、クロマトグラムには、フェノール、５−エチル−２−メチル−ピリジン及びゲルマクレンＤのピークが認められた。
【００８０】
また、図１１に示すとおり、フェノールのピークはサンプル１，サンプル３、サンプル２の順に強い。また、図１２に示すとおり、５−エチル−２−メチル−ピリジンのピークは、サンプル３の場合よりもサンプル１の場合及びサンプル２の場合の方が弱く、サンプル１の場合とサンプル２の場合のピークの強さは同程度である。また、図１３に示すとおり、ゲルマクレンＤのピークは、サンプル３の場合よりもサンプル１の場合及びサンプル２の場合の方が強く、サンプル１の場合とサンプル２の場合のピークの強さは同程度である。
【００８１】
上記結果によると、吸着材１０の種類によって、吸着しやすい化学物質が異なる。そのため、吸着材１０の種類の選択、複数種の吸着材１０の使用などによって、吸着器１の吸着特性を設計可能であることが確認できる。
【００８２】
上記各サンプルにおける母材１２は、いずれも疎水性樹脂であるポリジメチルシロキサンを含む。しかし、母材１２が含む樹脂がポリジメチルシロキサン以外の疎水性樹脂である場合、及び親水性樹脂である場合でも、ガス透過性を有する樹脂であれば、上記サンプルと同様の結果が期待できる。
【００８３】
また、上記サンプルのように吸着材１０が母材１２に埋まっていると、吸着材１０の吸着性能が水分に影響される場合に、母材１２が水分の影響を抑制することで吸着材１０が特に良好な吸着性能を発揮することが、期待できる。
【符号の説明】
【００８４】
１    吸着器
１０  吸着材
１２  母材
２    濃縮器
２１  濃縮室
３１  センサ部
４    検出装置
【図１】
2019132814.tif 000003
【図２】
2019132814.tif 000004
【図３】
2019132814.tif 000005
【図４】
2019132814.tif 000006
【図５】
2019132814.tif 000007
【図６】
2019132814.tif 000008
【図７】
2019132814.tif 000009
【図８】
2019132814.tif 000010
【図９】
2019132814.tif 000011
【図１０】
2019132814.tif 000012
【図１１】
2019132814.tif 000013
【図１２】
2019132814.tif 000014
【図１３】
2019132814.tif 000015