(57)【要約】【課題】小型化が可能で比較的簡易な構造を有し、検体ガス中の多成分の化学物質を効率良く高精度で定量できる化学物質検出装置ならびに、複数の呼気中疾病マーカ物質を効率良く高精度で定量でき、もって被験者が抱える疾病を正確に診断することができる疾病診断用の化学物質検出装置を提供する。【解決手段】ガス導入口およびガス排出口を有するチャンバと、ガス導入口に接続された、検体ガスをチャンバ内に導入するためのガス導入経路と、ガス排出口に接続された、検体ガスをチャンバから排出するためのガス排出経路と、チャンバ内に配置された、化学物質を検出するためのセンサ素子を基板上に配置してなる１または２以上のセンサアレイと、該センサ素子からの信号を受信する信号受信手段と、検体ガスの物理的状態を検知する参照センサとを備え、チャンバ内に配置されたセンサアレイは総計で２以上のセンサ素子を備える化学物質検出装置が提供される。【選択図】図１
2012112651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検体ガスに含まれる化学物質の濃度を測定する化学物質検出装置であって、
ガス導入口およびガス排出口を有するチャンバと、
前記ガス導入口に接続された、前記検体ガスを前記チャンバ内に導入するためのガス導入経路と、
前記ガス排出口に接続された、前記検体ガスを前記チャンバから排出するためのガス排出経路と、
前記チャンバ内に配置された、前記化学物質を検出するためのセンサ素子を基板上に配置してなる１または２以上のセンサアレイと、
前記センサ素子からの信号を受信する信号受信手段と、
を備える化学物質検出装置。
【請求項２】
検体ガスに含まれる複数の化学物質の濃度を測定する化学物質検出装置であって、
前記チャンバ内に配置された１または２以上のセンサアレイは、総計で２以上の前記センサ素子を備える請求項１に記載の化学物質検出装置。
【請求項３】
前記検体ガスの物理的状態を検知する参照センサをさらに備える請求項１または２に記載の化学物質検出装置。
【請求項４】
前記参照センサは、前記ガス導入経路内部に設置される請求項３に記載の化学物質検出装置。
【請求項５】
前記参照センサは、前記検体ガスの温度を検知する温度センサ、相対湿度を検知する湿度センサ、または、温度および／もしくは相対湿度を検知する温湿度センサである請求項３または４に記載の化学物質検出装置。
【請求項６】
前記参照センサは、前記検体ガスの流量を検知するセンサである請求項３または４に記載の化学物質検出装置。
【請求項７】
前記センサ素子からの信号に基づいて算出される前記化学物質の濃度は、前記参照センサにより得られる前記検体ガスの物理的状態に関する情報に基づいて補正される請求項３〜６のいずれかに記載の化学物質検出装置。
【請求項８】
前記チャンバは、その側面に前記ガス導入口および前記ガス排出口を有しており、
前記センサアレイの少なくとも１つは、前記ガス導入口および前記ガス排出口よりも低い位置または高い位置に配置される請求項２〜７のいずれかに記載の化学物質検出装置。
【請求項９】
前記チャンバ内に配置された２つのセンサアレイを備え、
一方のセンサアレイは、前記ガス導入口および前記ガス排出口よりも低い位置に配置され、
他方のセンサアレイは、前記ガス導入口および前記ガス排出口よりも高い位置に配置される請求項８に記載の化学物質検出装置。
【請求項１０】
前記検体ガスは、前記チャンバ内の雰囲気ガスよりも比重の小さい前記化学物質を含み、
前記２以上のセンサ素子のうち、いずれか１以上のセンサ素子は、前記ガス導入口および前記ガス排出口よりも高い位置に配置されたセンサアレイの基板上に配置される請求項８または９に記載の化学物質検出装置。
【請求項１１】
前記検体ガスは、前記チャンバ内の雰囲気ガスよりも比重の大きい前記化学物質を含み、
前記２以上のセンサ素子のうち、いずれか１以上のセンサ素子は、前記ガス導入口および前記ガス排出口よりも低い位置に配置されたセンサアレイの基板上に配置される請求項８〜１０のいずれかに記載の化学物質検出装置。
【請求項１２】
前記検体ガスは、比重の異なる２種以上のガス状の前記化学物質を含み、
少なくとも１つのセンサアレイは、２以上のセンサ素子を備え、
前記２以上のセンサ素子は、より比重の大きい化学物質を検出するためのセンサ素子が、より前記ガス導入口に近い位置になるように配置される請求項８〜１１のいずれかに記載の化学物質検出装置。
【請求項１３】
前記センサ素子は、半導体センサまたはナノ構造体センサを含む請求項１〜１２のいずれかに記載の化学物質検出装置。
【請求項１４】
前記ナノ構造体センサは、その前記化学物質を検出する部位がカーボンナノチューブから構成される請求項１３に記載の化学物質検出装置。
【請求項１５】
前記ナノ構造体センサは、その前記化学物質を検出する部位が金属錯体によって表面修飾されたカーボンナノチューブから構成される請求項１３に記載の化学物質検出装置。
【請求項１６】
少なくとも１つのセンサアレイは、その基板上に配置されたいずれか１以上のセンサ素子の温度を制御するセンサ温度制御手段を備える請求項１〜１５のいずれかに記載の化学物質検出装置。
【請求項１７】
前記センサ温度制御手段は、加熱素子または冷却素子を含む請求項１６に記載の化学物質検出装置。
【請求項１８】
少なくとも１つのセンサアレイは、２以上のセンサ素子と前記冷却素子とを有し、
前記冷却素子により温度制御されるセンサ素子は、前記センサアレイが有する他のセンサ素子よりも、より前記ガス排出口に近い位置に配置される請求項１７に記載の化学物質検出装置。
【請求項１９】
少なくとも１つのセンサアレイは、２以上のセンサ素子を有し、
隣り合う前記センサ素子同士を熱的に隔てる断熱手段をさらに備える請求項１６〜１８のいずれかに記載の化学物質検出装置。
【請求項２０】
前記断熱手段は、前記隣り合うセンサ素子の間に位置する基板内に介在された断熱材または前記隣り合うセンサ素子の間に位置する基板に形成された溝を含む請求項１９に記載の化学物質検出装置。
【請求項２１】
前記チャンバ内を流通する前記検体ガスの流量を制御するガス流量制御手段をさらに備える請求項１〜２０のいずれかに記載の化学物質検出装置。
【請求項２２】
前記ガス流量制御手段は、抵抗管、選択透過膜、マスフローコントローラまたは定流量ポンプである請求項２１に記載の化学物質検出装置。
【請求項２３】
いずれかの前記センサ素子からの信号に基づいて算出される前記化学物質の濃度は、該センサ素子の検出対象である化学物質以外の物質が該センサ素子の信号に与える影響に関する情報に基づいて補正される請求項１〜２２のいずれかに記載の化学物質検出装置。
【請求項２４】
ヒト呼気に含まれる化学物質の濃度を測定する化学物質検出装置であって、
前記化学物質の濃度と疾病との関連性を示す疾病データベースをさらに備える請求項１〜２３のいずれかに記載の化学物質検出装置。
【請求項２５】
前記疾病データベースを参照して、得られた前記化学物質の濃度値から、被験者の疾病を診断可能に構成される請求項２４に記載の化学物質検出装置。
【請求項２６】
ヒト呼気に含まれる複数の化学物質の濃度を測定する化学物質検出装置であって、
前記複数の化学物質は、ＮＯ、ＣＯおよびＨ2Ｏ2を含む請求項２４または２５に記載の化学物質検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検体ガスに含まれる各種化学物質の濃度を効率良くかつ精度良く測定できる化学物質検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ヒト呼気中に微量に存在する揮発性物質の濃度を測定し、その増減から代謝反応および生化学的病態メカニズム等を明らかにすることによって、これまで知られていなかった新しい生体情報を非侵襲にモニタリングする研究が盛んである。現在日本では、医療費の増大および医療保険制度の崩壊などが危惧されており、予防医療社会の実現が待ち望まれている。そのためには、個人で手軽にかつ迅速に健康状態をチェックできるシステムが必要である。そして、個人の健康状態を手軽かつ迅速に把握するために用いられる生体検体としては、血液、尿、汗、唾液および呼気等が知られている。これらの生体検体のなかでも、特に呼気は、体内において肺胞の空気と毛細血管中の血液とは非常に薄い膜で隔てられているだけであることから、疾病に関する生体情報を多く含んでいることが知られている。
【０００３】
たとえば、呼気中のエタン、ペンタンおよびＨ2Ｏ2（過酸化水素）は、酸化ストレスとの相関が高く、呼気中のこれらの濃度が高くなると、脂質酸化、喘息、気管支炎という症状が現れてくる。また、呼気中のＮＯ（一酸化窒素）、ＣＯ（一酸化炭素）およびＨ2Ｏ2は、肺疾患との相関が高く、呼気中のこれらの濃度が高くなると、喘息やＣＯＰＤ（慢性閉塞性肺炎）の症状が見られる。また、呼気中のＨ2（水素）およびカーボンアイソトープは、胃腸疾患との相関が高く、呼気中のこれらの濃度が高くなると、消化不良、胃炎、十二指腸潰瘍の症状が見られる。さらに、呼気中のアセトンは、代謝異常との相関が高く、呼気中のアセトン濃度が高くなると、糖尿病の症状が見られる。一方、呼気中のアセトン濃度が、健康なヒトと比較して低い場合には、メタボリック症候群の傾向が見られる。
【０００４】
このように、呼気に含まれる特定の物質を定量することにより、被験者が抱える疾病をある程度診断することが可能となっている。本明細書中においては、疾病に連動して呼気中濃度が有意に増減する物質を「呼気中疾病マーカ物質」と称する。
【０００５】
近年、呼気中疾病マーカ物質を、機器を用いて検出し疾病を診断するという機器がいくつか開発されている。たとえば、呼気中のＮＯ濃度を測定し、喘息の度合いを判定する機器として、Ａｅｒｏｃｒｉｎｅ社のＮＩＯＸ  ＭＩＮＯ（登録商標）という機器が発売されている（ａｅｒｏｃｒｉｎｅ社ホームページ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｅｒｏｃｒｉｎｅ．ｃｏｍ／）（非特許文献１参照）。これは、喘息の発作時に放出されるＮＯ濃度を検知して喘息を診断するというものである。
【０００６】
また、特開２００４−７７４６７号公報（特許文献１）には、ガスクロマトグラフィを利用して呼気中の特定のガス成分を分離し、検出器を用いて分離されたガス成分の濃度を測定するガス分析装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−７７４６７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ａｅｒｏｃｒｉｎｅ社ホームページ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｅｒｏｃｒｉｎｅ．ｃｏｍ／）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記非特許文献１に記載の機器においては、検出できる呼気中疾病マーカ物質は１種類のみである。一方、ＣＯＰＤなどの喘息以外の肺疾患においても、喘息と同様に呼気中のＮＯ濃度が上昇する傾向があり、１種類の呼気中疾病マーカ物質の定量では、どのような肺疾患なのかを正確に診断することができない。
【００１０】
また、上記特許文献１に記載のガス分析装置は、高価である；装置サイズが大きい；カラムの昇温および恒温が必須である；取り扱いに専門性を有する；ならびに、メンテナンスが煩雑である；などの諸問題を有しており、パーソナルユースは不可能であると考えられる。
【００１１】
このように、呼気中疾病マーカ物質の分析（定量）を行なう従来の分析装置においては、呼気中疾病マーカ物質が共通する疾病を区別できないため、被験者の疾病を正確に診断することができず、一方、診断精度を高めようとすると、装置の簡略化およびコストダウン等が困難であるという問題があり、手軽にかつ正確に疾病を診断することができなかった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、小型化が可能で比較的簡易な構造を有し、検体ガス中の多成分の化学物質を効率良く高精度で定量できる化学物質検出装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、小型化が可能で比較的簡易な構造を有する化学物質検出装置であって、複数の呼気中疾病マーカ物質を効率良く高精度で定量でき、もって被験者が抱える疾病を正確に診断することができる、疾病診断用の化学物質検出装置（疾病診断装置）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の化学物質検出装置は、検体ガスに含まれる化学物質の濃度を測定する化学物質検出装置であって、ガス導入口およびガス排出口を有するチャンバと、ガス導入口に接続された、検体ガスをチャンバ内に導入するためのガス導入経路と、ガス排出口に接続された、検体ガスをチャンバから排出するためのガス排出経路と、チャンバ内に配置された、化学物質を検出するためのセンサ素子を基板上に配置してなる１または２以上のセンサアレイと、センサ素子からの信号を受信する信号受信手段とを備えることを特徴とする。本発明の化学物質検出装置は、検体ガスに含まれる複数の化学物質の濃度を測定する化学物質検出装置であって、チャンバ内に配置された１または２以上のセンサアレイは、総計で２以上のセンサ素子を備えるものであってもよい。
【００１４】
本発明の化学物質検出装置は、検体ガスの物理的状態を検知する参照センサをさらに備えることが好ましい。参照センサは、ガス導入経路内部に設置されることが好ましい。参照センサは、検体ガスの温度を検知する温度センサ、相対湿度を検知する湿度センサ、または、温度および／もしくは相対湿度を検知する温湿度センサであってよい。また、参照センサは、検体ガスの流量を検知するセンサであってもよい。本発明の化学物質検出装置においては、好ましくは、センサ素子からの信号に基づいて算出される化学物質の濃度は、参照センサにより得られる検体ガスの物理的状態に関する情報に基づいて適切に補正される。
【００１５】
チャンバは、その側面に前記ガス導入口および前記ガス排出口を有しており、センサアレイの少なくとも１つは、ガス導入口およびガス排出口よりも低い位置または高い位置に配置されることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の化学物質検出装置は、チャンバ内に配置された２つのセンサアレイを備えていてもよい。この場合、一方のセンサアレイは、ガス導入口およびガス排出口よりも低い位置に配置され、他方のセンサアレイは、ガス導入口およびガス排出口よりも高い位置に配置されることが好ましい。
【００１７】
検体ガスが上記チャンバ内の雰囲気ガスよりも比重の小さい化学物質を含む場合、上記２以上のセンサ素子のうち、いずれか１以上のセンサ素子は、ガス導入口およびガス排出口よりも高い位置に配置されたセンサアレイの基板上に配置されることが好ましい。また、検体ガスが上記チャンバ内の雰囲気ガスよりも比重の大きい化学物質を含む場合、上記２以上のセンサ素子のうち、いずれか１以上のセンサ素子は、ガス導入口およびガス排出口よりも低い位置に配置されたセンサアレイの基板上に配置されることが好ましい。
【００１８】
また、検体ガスは、比重の異なる２種以上のガス状の化学物質を含み、少なくとも１つのセンサアレイが２以上のセンサ素子を備える場合において、該２以上のセンサ素子は、より比重の大きい化学物質を検出するためのセンサ素子が、よりガス導入口に近い位置になるように配置されることが好ましい。
【００１９】
センサ素子は、半導体センサまたはナノ構造体センサを含むことが好ましい。すなわち、本発明の化学物質検出装置は、半導体センサあるいはナノ構造体センサ、またはこれらの双方を含むことが好ましい。
【００２０】
ナノ構造体センサとしては、その化学物質を検出する部位がカーボンナノチューブまたは金属錯体によって表面修飾されたカーボンナノチューブから構成されたものを好ましく用いることができる。
【００２１】
少なくとも１つのセンサアレイは、その基板上に配置されたいずれか１以上のセンサ素子の温度を制御するセンサ温度制御手段を備えていてもよい。センサ温度制御手段は、加熱素子または冷却素子を含むことが好ましい。すなわち、センサアレイは、加熱素子あるいは冷却素子、またはこれら双方を含むことが好ましい。少なくとも１つのセンサアレイが２以上のセンサ素子と冷却素子とを有する場合、該冷却素子により温度制御されるセンサ素子は、該センサアレイが有する他のセンサ素子よりも、よりガス排出口に近い位置に配置されることが好ましい。
【００２２】
少なくとも１つのセンサアレイが、センサ温度制御手段を備え、該センサアレイが２以上のセンサ素子を有する場合、該センサアレイは、隣り合うセンサ素子同士を熱的に隔てる断熱手段をさらに備えることができる。断熱手段としては、隣り合うセンサ素子の間に位置する基板内に介在された断熱材あるいは隣り合うセンサ素子の間に位置する基板に形成された溝、またはこれらの双方が好適に用いられる。
【００２３】
また、本発明の化学物質検出装置は、チャンバ内を流通する検体ガスの流量を制御するガス流量制御手段をさらに備えることができる。ガス流量制御手段としては、抵抗管、選択透過膜、マスフローコントローラおよび定流量ポンプを挙げることができる。
【００２４】
本発明の化学物質検出装置においては、いずれかのセンサ素子からの信号に基づいて算出される化学物質の濃度は、必要に応じて、該センサ素子の検出対象である化学物質以外の物質が該センサ素子の信号に与える影響に関する情報に基づいて適切に補正される。
【００２５】
また、本発明は、ヒト呼気に含まれる化学物質の濃度を測定する化学物質検出装置であって、化学物質の濃度と疾病との関連性を示す疾病データベースをさらに備える化学物質検出装置を提供する。当該化学物質検出装置は、ヒト呼気に含まれる化学物質（呼気中疾病マーカ物質）の濃度を測定し、得られた濃度値から、疾病データベースを参照して被験者の疾病を診断する疾病診断装置として好適である。本発明の化学物質検出装置は、ヒト呼気に含まれる複数の化学物質の濃度を測定するものであることが好ましい。
【００２６】
測定対象となる上記複数の化学物質（呼気中疾病マーカ物質）は、少なくともＮＯ、ＣＯおよびＨ2Ｏ2を含むことが好ましい。本発明の化学物質検出装置（疾病診断装置）によれば、これらの濃度を測定することにより、同じ疾患に属する類似の疾病を区別することが可能となり、より正確な疾病判定を行なうことができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、小型で簡易な構造を有するとともに、検体ガス中の１種または２種以上の化学物質を効率良く高精度で定量できる化学物質検出装置を提供することができる。また、本発明によれば、小型で簡易な構造を有するとともに、１種または２種以上の呼気中疾病マーカ物質を効率良く高精度で定量でき、もって疾病を正確に診断することができる疾病診断用化学物質検出装置（疾病診断装置）を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の化学物質検出装置の好ましい一例を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１の化学物質検出装置に用いられるセンサアレイを模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明の化学物質検出装置における基板上に配置されたセンサ素子の並び方の一例を模式的に示す平面図である。
【図４】本発明におけるセンサ素子として用いることができる半導体センサの一例を示す模式図である。
【図５】本発明におけるセンサ素子として用いることができる、金属錯体により表面修飾されたカーボンナノチューブから構成されるセンシング部を備えたナノ構造体センサの一例を示す模式図である。
【図６】センサ温度制御手段を備えるセンサアレイの一例を模式的に示す斜視図である。
【図７】センサ温度制御手段および断熱手段を備えるセンサアレイの一例を模式的に示す斜視図である。
【図８】本発明の化学物質検出装置の全体構成の一例を模式的に示す図である。
【図９】ガス流量制御手段を備える化学物質検出装置の例を模式的に示す斜視図である。
【図１０】実施例１で作製した化学物質検出装置を模式的に示す斜視図および断面図である。
【図１１】実施例１で用いた過酸化水素センサユニットを模式的に示す図である。
【図１２】ＮＯを検出するセンサ素子がＮＯを検出した際の抵抗値の変化の一例を示す図である。
【図１３】実施例１における呼気分析実験の概要を示す模式的な図である。
【図１４】実施例２で作製した化学物質検出装置を模式的に示す斜視図および断面図である。
【図１５】実施例３の疾病診断装置を模式的に示す図である。
【図１６】喘息、ＣＯＰＤ、ＣＦおよび肺がんに係る各呼気中疾病マーカ物質の閾値濃度の、健常時における呼気中疾病マーカ物質濃度に対する比、ならびに、実施例３および参考例４で得られた各呼気中疾病マーカ物質のヒト呼気中の実測濃度の、健常時における呼気中疾病マーカ物質濃度に対する比をレーダーチャート化した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。また、図面における長さ、大きさ、幅などの寸法関係は、図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法を表してはいない。
【００３０】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の化学物質検出装置の好ましい一例を模式的に示す斜視図である。また、図２は、図１の化学物質検出装置１に用いられているセンサアレイ１０を模式的に示す斜視図である。図１に示される化学物質検出装置１は、検体ガスに含まれる複数の目的化学物質の当該検体ガス中の濃度を測定するための装置である。
【００３１】
図１に示される化学物質検出装置１は、側面にガス導入口１２ａおよびガス排出口１３ａを有する直方体のチャンバ１１；ガス導入口１２ａに接続された中空状のガス導入経路１２；ガス排出口１３ａに接続された中空状のガス排出経路１３；チャンバ１１内の上部および下部に配置された、複数のセンサ素子１０１を備えるセンサアレイ１０；ガス導入経路１２内に設置された参照センサ１４；および、各センサ素子１０１からの信号を受信する信号受信手段（図１において図示せず）から主に構成される。センサアレイ１０と信号受信手段とは、導線１５によって電気的に接続されており、また、センサアレイ１０は、センサ信号測定用の電力を供給するための定電圧電源装置（図示せず）とも接続されている。なお、導線１５は、チャンバ１１の上面および下面に設けられた、導線１５を通すことができる程度の大きさを有する開口を介してチャンバ１１外部に引き出されている。
【００３２】
図２を参照して、センサアレイ１０は、基板１００と、基板１００の一方の表面上に配置された複数のセンサ素子１０１と、基板１００の他方の表面に形成された各センサ素子１０１からの信号を信号受信手段に送信するための回路（図示せず）とから構成される。
【００３３】
ガス導入経路１２内に設置された参照センサ１４は、チャンバ１１内に導入される、分析対象である検体ガス（たとえばヒト呼気）の分析時における物理的状態を検知するためのセンサである。本実施形態の化学物質検出装置においては、濃度測定の対象となる検体ガス中の化学物質（以下、目的化学物質とも称する）の定量（検体ガス中の濃度の測定）を正確なものとするために、参照センサ１４による検体ガスの物理的状態の検知結果に基づいて、各センサ素子１０１からの信号を適切に補正する。
【００３４】
上記構成を有する化学物質検出装置１において、ガス導入経路１２におけるガス導入口１２ａ側とは反対側の端部より、ガス導入経路１２内に導入された検体ガスは、参照センサ１４によりその物理的状態（たとえば、検体ガスの温度、相対湿度など）が検知された後、チャンバ１１内に入り、ガス排出経路１３より排出される。この際、チャンバ１１の上部および下部に配置されたセンサアレイ１０が有する複数のセンサ素子１０１によって、目的化学物質が検出される。得られたセンサ素子１０１の検出信号（目的化学物質の接触による信号変化）は、導線１５を介して信号受信手段（デジタルマルチメータなど）に送られ、データの収集がなされる。該データは、典型的には、信号受信手段に接続されたコンピュータに蓄積される。センサ素子１０１の検出結果より求められる検体ガス中における目的化学物質の濃度は、参照センサ１４によって検知された、チャンバ１１内に導入される検体ガスの物理的状態に関する情報に基づいて、より正確な濃度値に補正される。
【００３５】
以下、本実施形態の化学物質検出装置についてより詳細に説明する。
（チャンバ、ガス導入経路およびガス排出経路）
チャンバは、その内部に配置されるセンサアレイを支持するとともに、センサアレイの周囲（ガス導入口およびガス排出口）を密閉状態（あるいは略密閉状態）にするための中空部材である。チャンバの形状は、特に制限されず、直方体のほか、球体、斜方体などであってもよい。チャンバは、軽量で耐久性の高い材料から構成されることが好ましく、このような材料としては、たとえば、アクリル樹脂、ポリプロピレン樹脂等の樹脂材料を挙げることができる。
【００３６】
チャンバは、検体ガスをチャンバ内に導入するためのガス導入口および検体ガスをチャンバ外へ排出するためのガス排出口を有している。ガス導入口およびガス排出口はともに、チャンバ内空間とチャンバ外部と接続するチャンバ壁を貫通する貫通口である。ガス導入口およびガス排出口の位置は、特に制限されないが、センサアレイがチャンバ内の上部および／または下部に配置される（たとえば、図１に示されるように、センサアレイがチャンバ内部の天井面および／または底面に接するように配置される）場合には、チャンバ側面に配置されることが好ましい。より好ましくは、ガス導入口およびガス排出口は次のように配置される。
（Ａ）センサアレイがチャンバ内の下部に配置される場合、ガス導入口およびガス排出口は、チャンバ側面であって、センサアレイを構成するセンサ素子よりも高い位置に配置される（すなわち、センサアレイは、ガス導入口およびガス排出口よりも低い位置に配置される）。
（Ｂ）センサアレイがチャンバ内の上部に配置される場合、ガス導入口およびガス排出口は、チャンバ側面であって、センサアレイを構成するセンサ素子よりも低い位置に配置される（すなわち、センサアレイは、ガス導入口およびガス排出口よりも高い位置に配置される）。
（Ｃ）センサアレイがチャンバ内の下部および上部に配置される場合、ガス導入口およびガス排出口は、チャンバ側面であって、下部のセンサアレイを構成するセンサ素子よりも高く、上部のセンサアレイを構成するセンサ素子よりも低い位置に配置される。
【００３７】
センサ素子に対して、上記のようにガス導入口およびガス排出口を配置することにより、目的化学物質の比重などの物理的性質を利用して、複数の目的化学物質を効率良くかつ精度良く検出することが可能となる。
【００３８】
ガス導入口とガス排出口との位置関係は、特に制限されないが、検体ガスが全てのセンサ素子上を通過できるよう、チャンバの一側面にガス導入口を設け、該側面に対向する側面にガス排出口を設けることが好ましい。また、検体ガスの圧力損失の観点からは、ガス排出口は、ガス導入経路の経路方向（ガス導入経路より導入される検体ガスの進行方向）の延長線上に位置することが好ましい。
【００３９】
ガス導入経路は、ガス導入口に接続される中空部材であって、検体ガスをチャンバ内へ誘導するためのものである。また、ガス排出経路は、ガス排出口に接続される中空部材であって、目的化学物質検出後の検体ガスをチャンバ内からチャンバ外部の所望の位置へ排出するためのものである。ガス導入経路およびガス排出経路の形状は、検体ガスの流通が妨げられない限り特に制限されず、その断面形状は、たとえば、四角形、円形、楕円形などとすることができる。ガス導入経路およびガス排出経路は、軽量で耐久性の高い材料から構成されることが好ましく、このような材料としては、たとえば、アクリル樹脂、ポリプロピレン樹脂等の樹脂材料を挙げることができる。
【００４０】
（センサアレイおよびセンサ素子）
上記したように、センサアレイは、基板と、基板の一方の表面上に配置された複数のセンサ素子と、基板の他方の表面に形成された各センサ素子からの信号を信号受信手段に送信するための回路とから構成される。ここでいうセンサ素子からの信号とは、目的化学物質の接触による信号変化を意味し、たとえば、センサ素子全体の抵抗値またはコンダクタンスの変化などである。この信号変化から、目的化学物質の検体ガス中の濃度を算出することが可能となる。基板としては、たとえば、ガラスエポキシ樹脂製基板（エポキシ樹脂にガラス不織布を織り込んで積層プレスして得られる基板）、紙フェノール製基板（紙にフェノール樹脂を含浸させたもの）、セラミック製基板等を用いることができる。
【００４１】
化学物質検出装置が備えるセンサ素子の数は、１以上あれば特に制限されず、濃度測定の対象となる目的化学物質の数を考慮して決定される。センサ素子の数は好ましくは２以上である。通常、濃度測定の対象となる目的化学物質の数と同じ数のセンサ素子が設けられ、１つの目的化学物質に対して１つのセンサ素子が割り当てられる。ただし、化学物質検出装置は、測定対象となる目的化学物質数を超える数のセンサ素子を有していてもよい。このような付加的なセンサ素子は、たとえば、別途の化学物質測定において必要となる場合がある。
【００４２】
化学物質検出装置が備えるセンサアレイの数は、１または２以上であり、好ましくは１または２である。１つのセンサアレイに対し、少なくとも１つのセンサ素子が設けられる。化学物質検出装置が１つのセンサアレイを有する場合、このセンサアレイは、好ましくは、チャンバ内の上部または下部に配置される（たとえば、図１に示されるように、チャンバ内部の天井面または底面に接するように配置される）。また、化学物質検出装置が２つのセンサアレイを有する場合、これらのセンサアレイは、好ましくは、それぞれチャンバ内の上部および下部に配置される（たとえば、図１に示されるように、それぞれチャンバ内部の天井面および底面に接するように配置される）。これにより、目的化学物質の比重などの物理的性質を利用して、複数の目的化学物質を効率良くかつ精度良く検出することが可能となる。化学物質検出装置が１つのセンサアレイを有する場合において、チャンバ内の上部に設置するか、下部に設置するかは、目的化学物質の比重などの物理的性質を考慮して決定される。
【００４３】
１つのセンサアレイがチャンバ内の上部または下部に配置される場合、当該センサアレイは、そのセンサ素子を有する側の面がチャンバの内側を向くように設置される。また、２つのセンサアレイがチャンバ内の上部および下部に配置される場合、これらのセンサアレイは、同様にそのセンサ素子を有する側の面がチャンバの内側を向くように（各センサアレイが有するセンサ素子が対向するように）設置される。
【００４４】
なお、センサアレイを３以上用い、これらをたとえば、チャンバ内の上部と下部とに分けて配置することも可能である。
【００４５】
次に、目的化学物質の物理的性質を考慮した、センサ素子のチャンバ内における配置について説明する。図３は、本発明の化学物質検出装置における基板上に配置されたセンサ素子の並び方の一例を模式的に示す平面図である。図３に示されるセンサアレイ１０において、基板１００上には、センサ素子１０１が（ｍ×ｎ）個設置されている。ｍはチャンバ内における検出ガスの流通方向（図３に示される例において、ガス導入経路１２からガス排出経路１３に至る方向）へのセンサ素子１０１の順列を示し、ｎはチャンバ内における検出ガスの流通方向に垂直な方向へのセンサ素子１０１の順列を示す。ｍは０，１，２，・・・であり、ｎは０，±１，±２，・・・である。ｍ、ｎの値が０に近いほど、ガス導入経路１２（したがって、ガス導入口１２ａ）に近いことを示す。
【００４６】
検体ガスがチャンバ内に導入された際における、検体ガスに含まれる目的化学物質のチャンバ内における拡散挙動は、その目的化学物質の比重などの物理的性質に応じて異なる。具体的には、検体ガス中の、チャンバ内の雰囲気ガスより比重の大きい目的化学物質は、ガス導入口よりも下方（チャンバ底面方向）へ拡散し、チャンバ内の雰囲気ガスより比重の小さい目的化学物質は、ガス導入口よりも上方（チャンバ天井面方向）へ拡散する。このように、目的化学物質の物理的性質を考慮してセンサ素子を配置することにより、各目的化学物質をより効率的にかつ正確に検出することが可能となる。チャンバ内の雰囲気ガスとしては、たとえば空気が挙げられる。
【００４７】
さらに具体的に説明すると、センサ素子のチャンバ内における配置を決定する際には、まず、目的化学物質を選定した後、その目的化学物質の比重とチャンバ内の雰囲気ガスの比重とを比較し、チャンバ内の雰囲気ガスより比重が小さい群と大きい群とに分ける。チャンバ内の雰囲気ガスより比重が小さい目的化学物質が存在する場合、このような物質は、ガス導入口よりも上方（チャンバ天井面方向）へ拡散することから、センサアレイは、チャンバ内の上部であって、ガス導入口およびガス排出口よりも高い位置に設置される。チャンバ内の雰囲気ガスより比重が大きい目的化学物質が存在する場合、このような物質は、ガス導入口よりも下方（チャンバ底面方向）へ拡散することから、センサアレイは、チャンバ内の下部であって、ガス導入口およびガス排出口よりも低い位置に設置される。チャンバ内の雰囲気ガスより比重が小さい目的化学物質およびチャンバ内の雰囲気ガスより比重が大きい目的化学物質の双方が存在する場合には、上記２つのセンサアレイが用いられる。
【００４８】
次に、上記それぞれの群において、目的化学物質の比重を相対的に比較し、比重が大きい目的化学物質から順位付けを行なう。この順位付けに基づき、最も高順位の目的化学物質の検出に用いるセンサ素子１０１を図３における（０，０）の位置（すなわち、ガス導入経路に最も近い位置）に配置する。それ以外の目的化学物質については、順位が高いものほどガス導入経路に近くになるよう配置し、最も順位が低いものが、ガス排出経路に一番近い位置に配置される。
【００４９】
また、センサ素子の配置を決定するにあたっては、目的化学物質の揮発性が考慮されてもよい。相対的に揮発性の高い目的化学物質ほど奥へ（すなわち、図３に示される例において、よりガス排出経路１３の近くへ）拡散し、相対的に揮発性の低い目的化学物質ほど手前へ（すなわち、図３に示される例において、よりガス導入経路１２の近くへ）拡散することから、揮発性のより低い目的化学物質を検出するセンサ素子ほど、ガス導入経路に近くになるよう配置することが考えられる。
【００５０】
（センサ素子の構成）
センサ素子としては、半導体センサ、ナノ構造体センサなどを用いることができ、目的化学物質の種類に応じて、半導体センサあるいはナノ構造体センサのみを用いてもよいし、半導体センサおよびナノ構造体センサの双方を用いてもよい。図４は、本発明におけるセンサ素子として用いることができる一般的な半導体センサの一例を示す模式図である。図４に示される半導体センサは、正極１０４、負極１０５からなる２つの電極；当該２つの電極に接触するように配置された、目的化学物質を検出する部位であるセンシング部１０６；センシング部１０６の下部に位置するセンサ温度制御手段１０２；２つの電極に接するように配置され、２つの電極およびセンシング部１０６とセンサ温度制御手段１０２との間に位置する絶縁体１０７；ならびに、定抵抗１０８からなる。
【００５１】
センシング部１０６は、主に金属酸化物からなり、空気中の酸素を吸着する性質をもつ。この際、吸着酸素はセンシング部１０６中の自由電子をトラップしており、この状態では半導体センサ全体の抵抗値は高い。このセンシング部１０６に対して、目的化学物質を含む検体ガス、たとえばＣＯを含む空気を接触させると、センシング部１０６の表面の酸素とＣＯが反応してＣＯ2となり、センシング部１０６から離れる。つまり、センシング部１０６の表面の酸素が減少し、トラップされていた電子が解放されるため、これにより半導体センサ全体の抵抗値が減少する。この抵抗値の変動を、定抵抗１０８における電圧ＶRLの変化を測定することによって算出し、検体ガス中の目的化学物質の有無および含有量を明らかにすることができる。なお、半導体センサにおいては、目的化学物質に対する十分な検出感度を得るために、通常、センサ温度制御手段１０２が設けられる。また、絶縁体１０７としては、熱伝導性が高い材料を用いることが好ましい。
【００５２】
半導体センサは、ＣＯ、炭素原子を含む有機ガス（たとえば、炭化水素ガス、アルコール等）、Ｈ2等の可燃性ガスなどの目的化学物質を検出するためのセンサ素子として好適に用いることができる。
【００５３】
ナノ構造体センサは、センシング部がナノスケールの導電性物質によって構成されること、および、必ずしもセンサ温度制御手段および絶縁体を伴わないこと以外はすべて上記半導体センサにおける構造と同一とすることができる。ナノスケールの導電性物質としては、後述するカーボンナノチューブの他に、カーボンナノファイバーなどが好適に用いられる。カーボンナノチューブ等のナノスケールの導電性物質を、センシング部を構成する材料として用いることにより、小型、軽量で常温にて高感度なセンサ素子を実現することができる。
【００５４】
カーボンナノチューブから構成されたセンシング部を備えるナノ構造体センサにおいて、当該センシング部は、具体的には、カーボンナノチューブの集合体からなる。このセンシング部に対して、目的化学物質を含む検体ガスを接触させると、センシング部の表面に目的化学物質が吸着し、これによりナノ構造体センサ全体の抵抗値が変化する。この抵抗値の変動を、定抵抗における電圧ＶRLの変化を測定することによって算出し、検体ガス中の目的化学物質の有無および含有量を明らかにすることができる。
【００５５】
カーボンナノチューブから構成されるセンシング部の作製法としては、フィルム状カーボンナノチューブを溶媒中に分散させた後、メンブレンフィルタなどでろ過して作製する方法や、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置などを用いて基板上にカーボンナノチューブを直接成長させる方法などがある。
【００５６】
また、ナノ構造体センサとして、金属錯体により表面修飾されたカーボンナノチューブから構成されるセンシング部を備えたナノ構造体センサを用いることも有効である。カーボンナノチューブに金属錯体による表面修飾を施すことにより、特定の目的化学物質に対する吸着選択性をさらに向上させることができ、これにより、目的化学物質の検出精度をより向上させることができる。
【００５７】
図５は、本発明におけるセンサ素子として用いることができる、金属錯体により表面修飾されたカーボンナノチューブから構成されるセンシング部を備えたナノ構造体センサの一例を示す模式図である。図５に示されるナノ構造体センサは、正極１０４、負極１０５からなる２つの電極；当該２つの電極に接触するように配置された、目的化学物質を検出する部位であるセンシング部１０６；および、定抵抗１０８からなる。センシング部１０６は、金属触媒１０９により表面修飾されたカーボンナノチューブの集合体からなる。このセンシング部１０６に対して、目的化学物質を含む検体ガスを接触させると、センシング部１０６の金属錯体１０９の一部に特定の目的化学物質が選択的に吸着し、これによりナノ構造体センサ全体の抵抗値が変化する。この抵抗値の変動を、定抵抗１０８における電圧ＶRLの変化を測定することによって算出し、検体ガス中の目的化学物質の有無および含有量を明らかにすることができる。
【００５８】
金属錯体は、特定の目的化学物質を選択的に吸着するものが好ましく、たとえば、ＮＯを選択的に吸着するコバルト（ＩＩ）フタロシアニン；ＣＯを選択的に吸着する鉄（ＩＩ）フタロシアニン；ペンタンを吸着する銅（ＩＩ）フタロシアニン；アセトンを選択的に吸着するマンガン（ＩＩ）フタロシアニンなどを挙げることができる。
【００５９】
金属錯体により表面修飾されたカーボンナノチューブから構成されるセンシング部の作製法としては、あらかじめカーボンナノチューブに金属錯体を付着、含有させ、該ナノチューブを溶媒中に分散させた後、メンブレンフィルタなどでろ過して作製する方法や、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置などを用いて基板上にカーボンナノチューブを直接成長させた後、金属錯体を含む溶液をインクジェット等により噴霧して塗布する方法などがある。
【００６０】
ここで、センサアレイは、上記した図４に示されるように、センサアレイが有するいずれか１つ以上のセンサ素子の温度を制御するセンサ温度制御手段を備えていてもよい。検体ガスに含まれる不揮発性物質等の一部の目的化学物質は、検体ガス温度や検体ガス中の他の物質の存在などにより、気体、液体、固体のいずれかの状態、またはこれらのうちの２以上の複合状態で存在していると考えられる。このような不揮発性物質等の目的化学物質をセンサ素子により精度よく検出するためには、そのセンサ素子が良好な検出精度を示すような物理状態となるように、目的化学物質の物理的状態を適切に誘導することが好ましい。たとえば、センサ素子が気体に対してより良好な検出精度を示す場合には、不揮発性または難揮発性の目的化学物質の気化を促進するために、センシング部を加熱することが好ましい。また上記したように、センサ素子として半導体センサ等を用いる場合においては、検出感度を向上させるために、センサ素子を適切な温度に調整する必要が生じ得る。また、センサ素子が液体に対してより良好な検出精度を示す場合には、不揮発性または難揮発性の目的化学物質の凝縮を促進するために、センシング部を冷却することが好ましい。このように、センサ温度制御手段を設けることにより、目的化学物質の物理状態（温度を含む）を、これを検出するセンサ素子に適した物理状態に導くことができるため、センサ素子の検出精度を高めることができ、もって正確な目的化学物質濃度を得ることができる。
【００６１】
上記のように、センサ温度制御手段としては、センサ素子を加熱する加熱素子（たとえばヒータ）であってもよいし、これを冷却する冷却素子であってもよい。また、センサアレイが、加熱することが好ましいセンサ素子および冷却することが好ましいセンサ素子の双方を含む場合には、センサアレイは、加熱素子および冷却素子の双方を備えていてもよい。センサ温度制御手段として加熱素子および／または冷却素子を用いることにより、比較的簡便かつ安価な方法で、目的化学物質の物理状態を、これを検出するセンサ素子に適した物理状態に導くことができ、センサ素子の検出精度を高めることができる。
【００６２】
図６は、センサ温度制御手段を備えるセンサアレイの一例を模式的に示す斜視図である。図６に示されるように、センサ温度制御手段１０２は、該当するセンサ素子１０１の周辺、または周辺および下部に設けることができる。このような構成は、たとえば、センサ素子１０１の基板１００側表面より大きいセンサ温度制御手段１０２を、基板１００の表面に埋め込み、または基板１００上に積層し、このセンサ温度制御手段１０２上にセンサ素子１０１を設置することにより得ることができる。ただし、センサ温度制御手段の加熱に対して十分な耐熱性を有しない基板を用いる場合には、基板とセンサ温度制御手段との間に断熱手段を設けるなど、センサ温度制御手段と基板とが直接接しないようにすることが好ましい。
【００６３】
なお、上述のように、図３を参照して、不揮発性または難揮発性の目的化学物質は、よりガス導入経路１２の近くへ拡散することから、不揮発性または難揮発性の目的化学物質の気化を促進するための加熱手段（加熱素子）を有するセンサ素子は、ガス導入経路１２に比較的近い位置に配置されることが好ましい。一方、不揮発性または難揮発性の目的化学物質の凝縮を促進するための冷却手段（冷却素子）を有するセンサ素子は、他の目的化学物質までもが凝縮してしまう可能性をできるだけ排除するために（より具体的には、他の目的化学物質までもが凝縮し、その結果、該目的化学物質の濃度が低く測定されてしまうことを防止するために）、他のすべての目的化学物質を検出するセンサ素子より下流側の位置、すなわちガス排出経路（ガス排出口）に最も近い位置に配置されることが好ましい。
【００６４】
また、センサアレイが、いずれか１つ以上のセンサ素子の温度を制御するセンサ温度制御手段を備える場合、該温度制御が他のセンサ素子の検出精度に影響を与えないように、断熱手段を備えていてもよい。これにより、センサアレイが温度制御を要するセンサ素子と温度制御が不要なセンサ素子を含む場合であっても、温度制御を要するセンサ素子に対してなされた温度制御が、温度制御が不要なセンサ素子に与える影響を排除することができ、それぞれのセンサ素子は、高い検出精度を維持することができる。
【００６５】
図７は、センサ温度制御手段および断熱手段を備えるセンサアレイの一例を模式的に示す斜視図である。図７に示されるセンサアレイにおいては、センサ素子１０１−（ｍ，ｎ）に設けられたセンサ温度制御手段１０２による温度制御が、隣り合うセンサ温度制御手段を有しないセンサ素子１０１−（ｍ’，ｎ’）の検出精度に影響を与えないよう、センサ素子１０１−（ｍ，ｎ）とセンサ素子１０１−（ｍ’，ｎ’）との間に断熱手段１０３が設けられている。具体的には、センサ素子１０１−（ｍ，ｎ）とセンサ素子１０１−（ｍ’，ｎ’）との間に設けられた断熱手段１０３によって、基板１００が、センサ素子１０１−（ｍ，ｎ）が形成されている側の基板とセンサ素子１０１−（ｍ’，ｎ’）が形成されている側の基板とに隔てられている。なお、断熱手段によって隔てられる２つのセンサ素子は、いずれか一方がセンサ温度制御手段を有するものであってもよく、双方がセンサ温度制御手段を有するものであってもよい（たとえば、一方が加熱素子であり、他方が冷却素子である場合など）。
【００６６】
断熱手段としては、隣り合うセンサ素子同士を熱的に隔てることができる限り特に制限されないが、たとえば、センサ素子１０１−（ｍ，ｎ）とセンサ素子１０１−（ｍ’，ｎ’）との間に位置する基板１００内に介在させるグラスウール等の断熱材；および、センサ素子１０１−（ｍ，ｎ）とセンサ素子１０１−（ｍ’，ｎ’）との間に位置する基板１００を掘削することにより形成された溝などを挙げることができる。これらの断熱手段は、それぞれ単独で用いることができ、あるいは組み合わせて用いることもできる。これらの断熱手段は、比較的簡便かつ安価に形成できるとともに、良好な断熱効果が得られる点で好ましい。
【００６７】
（参照センサ）
参照センサ（図１における参照センサ１４）は、チャンバ内に導入される検体ガスの物理的状態を検知するためのセンサ素子である。本実施形態の化学物質検出装置においては、各センサ素子から送信される検出信号の変化より求められる検体ガス中における目的化学物質の濃度を、参照センサによって検知された、チャンバ内に導入される検体ガスの物理的状態に関する情報に基づいて、より正確な濃度値に補正される。参照センサにより検知されるべき検体ガスの物理的状態としては、特に制限されないが、とりわけ検体ガスの温度や相対湿度がセンサ素子の検出信号（したがって、それから算出される目的化学物質の濃度）に大きな影響を与えることから、検体ガスの温度、相対湿度などが挙げられる。この場合、検体ガスの温度または相対湿度のみが参照センサによって検知されてもよいし、両者が検知されてもよい。また、参照センサは、検体ガスの流量を検知するセンサであってもよい。
【００６８】
検体ガスの温度および／または相対湿度を検知するための参照センサとしては、市販の温度センサ、湿度センサまたは温湿度センサを用いることができる。温湿度センサとしては、たとえば、クリマテック株式会社製の小型温湿度センサ「ＣＶＳ−ＨＭＰ−５０」などを用いることができる。検体ガスの流量を検知するセンサとしては、キーエンス社製「ＦＤ−Ｖ４０」、ＳＵＮＸ社製「ＦＭ−２００」等の流量センサ、あらかじめ流量特性についてデータを取得したカーボンナノチューブセンサなどを用いることができる。
【００６９】
参照センサを設置する位置は、化学物質検出装置内での検体ガスの流通方向に関して、チャンバより上流側であることが好ましく、より好ましくは、チャンバより上流側であって、かつガス導入口の近傍である。したがって、参照センサは、ガス導入経路内に設置されることが好ましく、ガス導入経路内であって、ガス導入口近傍（さらに好ましくは直前）に設置されることが好ましい。このような位置に参照センサを設置することにより、チャンバ内に導入され、センサ素子によって検出されることになる検体ガスの検出時における物理的状態をより正確に測定することができる。
【００７０】
なお、参照センサと上記した信号受信手段（デジタルマルチメータなど）と接続することにより、参照センサの検出信号を信号受信手段に送信し、このデータを、センサアレイの各センサ素子からの信号データとともに、信号受信手段に接続されたコンピュータに蓄積するようにしてもよい。これにより、各センサ素子からの信号データに基づいて求められる検体ガス中における目的化学物質の濃度の補正計算を該コンピュータに行なわせることができる。
【００７１】
（信号受信手段）
信号受信手段は、各センサ素子（参照センサを含んでいてもよい）の検出信号を受信する手段であり、導線（図１における導線１５）によってセンサアレイと接続されている。信号受信手段としては、デジタルマルチメータが好ましく用いられる。この場合、デジタルマルチメータに受信、収集された検出信号データは、アナログデータからデジタルデータへと変換される。図８は、本実施形態の化学物質検出装置の全体構成の一例を模式的に示す図である。図８に示されるように、本実施形態の化学物質検出装置は、ＵＳＢインターフェース２２を介してデジタルマルチメータ２１に接続されたコンピュータ２０をさらに有していてもよい。コンピュータ２０は、デジタルデータの蓄積および該データを目的化学物質濃度へ変換する計算を行なう。コンピュータ２０は、たとえば、データを送受信するインターフェース２０１、計算を行なうＣＰＵ２０２およびデータを蓄積するデータ記憶部２０３を含む（図８参照）。本実施形態においては、上記参照センサによって検知された、チャンバ内に導入される検体ガスの物理的状態に関する情報に基づく、目的化学物質の濃度値の補正計算は、ＣＰＵ２０２に行なわせることができる。
【００７２】
（ガス流量制御手段）
化学物質検出装置は、チャンバ内を流通する検体ガスの流量を制御するガス流量制御手段をさらに備えることが好ましい。ガス流量制御手段は、チャンバ内を流通する検体ガスの流量を任意のある一定値に保持することができるものであることが好ましい。このようなガス流量制御手段を備えることにより、チャンバ内を流通する検体ガスの流量が一定に保たれるため、センサ素子から安定した検出信号が得られるとともに、検出感度や検出精度が検体ガスの流量に左右されるセンサ素子を使用する場合であっても、安定した検出信号を得ることが可能となる。
【００７３】
図９は、ガス流量制御手段を備える化学物質検出装置の例を模式的に示す斜視図である。図９に示すように、ガス流量制御手段としては、抵抗管、選択透過膜、マスフローコントローラおよび定流量ポンプなどを好適に用いることができる。
【００７４】
図９（ａ）は、ガス流量制御手段として抵抗管１６ａを用いた場合の一例である。抵抗管１６ａは、ガス導入経路よりも流路の径を小さくする、もしくは長くするなどし、圧力損失を生じさせることで、一定圧力下における検体ガスの流量を制限する。抵抗管１６ａをガス導入経路より前（検体ガス流通方向における上流側）に接続することで、一定流量の検体ガスをチャンバ内に流通させることができる。抵抗管１６ａの材料は、ガス吸着性の乏しい材料であれば特に限定されないが、ガラス、石英、ステンレスなどが好ましい。
【００７５】
図９（ｂ）は、ガス流量制御手段として選択透過膜１６ｂを用いた場合の一例である。目的化学物質の中で最も分子サイズが大きいガスおよび空気などのチャンバ内の雰囲気を構成するガスが通過できるような選択透過膜１６ｂを用いることで、圧力損失が生じ、抵抗管１６ａの場合と同様に一定圧力下における検体ガスの流量を制限する。選択透過膜１６ｂの素材は、上記条件を満たす限り特に限定されない。選択透過膜１６ｂは、たとえば、ガス導入経路内に設置することができる。
【００７６】
図９（ｃ）は、ガス流量制御手段としてマスフローコントローラ１６ｃを用いた場合の一例である。マスフローコントローラ１６ｃは、検体ガスの流量をあらかじめ設定入力しておけば、自動的に検体ガスの流量をモニタリングし、設定値になるように制御する。マスフローコントローラ１６ｃの種類は特に限定されないが、小型で携帯可能なサイズのものが好ましい。マスフローコントローラ１６ｃは、たとえば、ガス導入経路より前（検体ガス流通方向における上流側）に接続することができる。
【００７７】
図９（ｄ）は、ガス流量制御手段として定流量ポンプ１６ｄを用いた場合の一例である。この例の場合、定流量ポンプ１６ｄ内にマスフローコントローラが備わっており、検体ガスの流量をあらかじめ設定入力しておけば、設定値の流量で検体ガスが流通するようにポンプを自動制御するため、チャンバ内の検体ガスの流量を一定にすることができる。定流量ポンプ１６ｄの種類は特に限定されないが、小型で携帯可能なサイズのものが好ましい。定流量ポンプ１６ｄは、たとえば、ガス排出経路より後（検体ガス流通方向における下流側）に接続することができる。
【００７８】
＜第２の実施形態＞
本実施形態の化学物質検出装置は、上記した図８に示される構成と同様の構成とすることができる。ただし、本実施形態の化学物質検出装置においては、上記第１の実施形態と同様、参照センサにより得られる検体ガスの物理的状態の情報に基づく目的化学物質の濃度値の補正とともに、化学物質検出装置が備えるいずれかのセンサ素子が、検出対象とする目的化学物質以外の物質に対しても感度を有する場合を考慮した濃度値の補正を行なう。
【００７９】
用いるセンサ素子によっては、特定の一種の化学物質に対してのみ感度を有するのではなく、検出対象とする目的化学物質以外の物質に対しても感度を有することがある。たとえば、一般的な金属酸化物半導体センサなどにおいては、おおむね吸着される化学物質の炭素数や構造によって、反応に寄与する酸素濃度は決まってしまい、原理上、単一センサ素子で類似構造の化学物質を見分けることがほぼ不可能である。このようなセンサ素子を用いる場合、特に、このような２種以上の物質に感度を示すセンサ素子を複数用いる場合には、それぞれのセンサ素子が対象とする目的化学物質の濃度を正確に算出するために、多変量解析を用いてデータを横断的に解析し、結果を補正することが好ましい。複数のセンサ素子における検出される複数の目的化学物質およびその検出感度を多元的に解析することにより、各センサ素子におけるそれぞれの目的化学物質の検出信号を分離できる。
【００８０】
多変量解析手法の一例として、重回帰分析を挙げることができる。各センサ素子は、それが作製された時点で、各物質に対する感度が決まる。本実施形態においては、選択性が低いセンサ素子について、あらかじめ、そのセンサ素子の検出対象である目的化学物質以外の物質（妨害物質）がセンサ素子の抵抗値変化に及ぼす影響についてデータを取っておく。これらのデータを用いて抵抗変化量（信号変化）を目的変量に、センサ素子の抵抗値をもたらす目的化学物質の各濃度を説明変量として重回帰分析を行ない、各物質濃度に対して重み付けを行なうことで、各センサ素子における回帰方程式が得られる。この回帰方程式に基づき、検出対象である目的化学物質のみによる抵抗変化量を導き出し、高精度に補正された目的化学物質濃度を得ることができる。
【００８１】
＜第３の実施形態＞
本実施形態の化学物質検出装置は、ヒト呼気に含まれる１種また２種以上の目的化学物質の濃度を測定し、あらかじめ蓄積された、目的化学物質の濃度と疾病との関連性を示す疾病データベースを参照して、目的化学物質の濃度と、被験者の疾病とを関連付けることにより、被験者の疾病を診断する疾病診断用の化学物質検出装置（疾病診断装置）に関する。本実施形態の化学物質検出装置は、基本的には、上記した第１または第２の実施形態と同様の構成とすることができる。本実施形態では、上記第１および第２の実施形態における検体ガスとして、ヒト呼気を用いる。また、本実施形態の化学物質検出装置によりその濃度が測定される目的化学物質は、上述した呼気中疾病マーカ物質である。本実施形態の化学物質検出装置によれば、複数の呼気中疾病マーカ物質の同時定量が可能となることから、手軽にかつ正確に疾病を診断できる小型で非侵襲な疾病診断装置を実現することができる。
【００８２】
複数の呼気中疾病マーカ物質と疾病との関連性については、すでに多くが明らかになっている。本実施形態の化学物質検出装置においては、このような複数の呼気中疾病マーカ物質と疾病との関連性を疾患別にレーダーチャート化したデータベースが、コンピュータ２０内のデータベース部にあらかじめ収められている（図８参照）。ここで、複数の呼気中疾病マーカ物質と疾病との関連性を疾患別にレーダーチャート化したデータベースとは、たとえば、その疾病であると一般的に判断できる、複数の呼気中疾病マーカ物質の最小濃度（閾値濃度）が、疾患別に、かつそれぞれの疾病ごとにレーダーチャート化されたデータベースなどである。
【００８３】
本実施形態の化学物質検出装置（疾病診断装置）においては、好ましくは、ある疾病に対応する複数の呼気中疾病マーカ物質を検出するための複数のセンサ素子を用いて化学物質検出装置が構築される。用いられるセンサ素子は、ある特定の疾病を診断するためのセンサ素子のみであってもよいし、複数の疾病を診断可能とするために、様々な種類の呼気中疾病マーカ物質を検出する各種のセンサ素子を搭載してもよい。本実施形態の化学物質検出装置を用い、呼気分析を行なうと、各センサ素子から送信された信号変化データは、呼気中疾病マーカ物質の濃度に変換されるとともに、適切な補正がなされてコンピュータ２０内のデータ記憶部２０３にレーダーチャート化されて蓄積される（呼気中疾病マーカ物質の濃度への変換計算および補正は、たとえばコンピュータ２０のＣＰＵ２０２によって行なうことが可能である）。そして、レーダーチャート化された呼気中疾病マーカ物質濃度は、コンピュータ２０のデータベース部にあらかじめ蓄積された疾患別にレーダーチャート化された呼気中疾病マーカ物質の濃度と疾病との関連性を示す疾病データベースと比較され、最も近接したパターンを持つ疾病を、その被験者の疾病と仮定（推察）する。次に、被験者がこの疾病に実際にかかっているかどうか（疾病危険性）を評価する。具体的には、化学物質検出装置により定量された実測の複数の呼気中疾病マーカ物質濃度と、各疾病における複数の呼気中疾病マーカ物質の閾値濃度とをそれぞれ比較し、前者が全体的に高ければ上記で仮定した「疾病にかかっている」と診断し、全体的に低ければ「疾病にかかっていない」と診断する。この診断基準においては、たとえば、呼気中疾病マーカ物質の閾値濃度より大きい値が出た場合を「レベル５（疾病危険性大）」とし、呼気中疾病マーカ物質の閾値濃度よりはるかに小さく、パターンを為さない場合を「レベル１（疾病危険性なし）」とし、これらの間を均等にレベル分けして、５段階評価で表示することができる。ただし、今後医学的見地からの修正や改善があれば、この限りではない。
【００８４】
なお、上記のようなレーダーチャートパターンの解析による疾病の特定および疾病危険性の評価は、コンピュータ２０が行なうことも勿論可能である。
【００８５】
代表的な疾患およびそれに分類される疾病と、その疾病に関連付けられる呼気中疾病マーカ物質およびその閾値濃度を表１に示す。
【００８６】
【表１】
2012112651.tif 000003
【００８７】
上記表１においては、ある疾病に関連付けられる呼気中疾病マーカ物質として、１種の呼気中疾病マーカ物質のみを例示的に示しているが、ある１つの疾病に対して、複数の呼気中疾病マーカ物質が関連付けられることが一般的に知られてきている。本実施形態の化学物質検出装置によれば、複数の呼気中疾病マーカ物質の濃度定量を行ない、得られた複数の呼気中疾病マーカ物質の濃度値に基づいて、被験者がその疾病にかかっているかどうかの診断を行なうことができるため、１種のみの呼気中疾病マーカ物質に基づく診断と比較して、より正確に診断を行なうことができる。
【００８８】
本実施形態の化学物質検出装置により定量される呼気中疾病マーカ物質の組み合わせとしては、たとえば、ＮＯ、ＣＯおよびＨ2Ｏ2の組み合わせが挙げられる。これら３種の呼気中疾病マーカ物質は、いずれも喘息、ＣＯＰＤ（慢性閉塞性肺炎）、ＣＦ（嚢胞性線維症）および肺がん等の肺疾患に関連付けられるものである。また、ペンタンもこのような肺疾患に関連付けられる呼気中疾病マーカ物質であることから、ペンタンを加えた４種を肺疾患に関連付けられる呼気中疾病マーカ物質として測定してもよい。このように、複数（好ましくは３種、より好ましくは４種）の呼気中疾病マーカ物質濃度を測定することにより、同じ疾患に属する類似の疾病を区別することが可能となり、より正確な疾病判定を行なうことができる。本実施形態の化学物質検出装置によれば、年々患者数が増加している種々の肺疾患において、どの肺疾患なのかという簡易診断が可能となり、患者が取るべき対策や医療機関が明確になるため、疾病の進行を遅らせる手立てのひとつとなる。
【実施例】
【００８９】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００９０】
＜実施例１＞
ヒト呼気中の目的化学物質の濃度を測定するために好適に用いられる、下記の構成を有する化学物質検出装置２を作製し、下記方法にて呼気分析実験を行なった。
【００９１】
（化学物質検出装置の構成）
（１）化学物質検出装置の全体構成
図１０は、実施例１で作製した化学物質検出装置２を模式的に示す斜視図（図１０（ａ））および断面図（図１０（ｂ））である。本実施例で作製した化学物質検出装置２は、基本的には、図８に示される化学物質検出装置と同様の構成を有している。すなわち、本実施例の化学物質検出装置２は、側面にガス導入口１２ａおよびガス排出口１３ａを有する直方体のチャンバ１１；ガス導入口１２ａに接続された中空状のガス導入経路１２；ガス排出口１３ａに接続された中空状のガス排出経路１３；チャンバ１１内の上部に配置されたセンサ素子１０１ｃを備えるセンサアレイ１０ａ；チャンバ１１内の下部に配置されたセンサ素子１０１ａおよび１０１ｂを備えるセンサアレイ１０ｂ；ガス導入経路１２内に設置された参照センサ１４；および、各センサ素子からの信号を受信する信号受信手段としてのデジタルマルチメータ２１（図８を併せて参照）；ＵＳＢインターフェース２２を介してデジタルマルチメータ２１に接続されたコンピュータ２０（図８を併せて参照）；および、ガス導入経路１２におけるガス導入口１２ａ側とは反対側の端部に接続されたガス流量制御手段としてのマスフローコントローラ１６ｃから構成される。各センサアレイの裏面回路に接続された導線１５が、チャンバ１１の上面および下面に設けられた開口部から引き出されており、これらの導線１５の他端は、デジタルマルチメータ２１に接続されている。ガス導入口１２ａおよびガス排出口１３ａは、チャンバ１１側面であって、下部のセンサアレイ１０ｂが有するセンサ素子１０１ａおよび１０１ｂよりも高く、上部のセンサアレイ１０ａが有するセンサ素子１０１ｃよりも低い位置に配置されている。また、ガス排出口１３ａは、ガス導入経路１２の経路方向の延長線上に位置している。
【００９２】
チャンバ１１の外形は、縦５ｃｍ×横５ｃｍ×高さ８ｃｍである。チャンバ１１、ガス導入経路１２およびガス排出経路１３は、それぞれアクリル樹脂より構成されている。また、各センサアレイの基板としては、ガラスエポキシ樹脂基板（エポキシ樹脂にガラス不織布を織り込んで積層プレスして得られる基板）を用いた。基板のセンサ素子が設置される側の表面には銅パターンが形成されている。
【００９３】
この化学物質検出装置２は、目的化学物質として、ＮＯ、ＣＯおよびＨ2Ｏ2を検出する化学物質検出装置である。
【００９４】
（２）センサ素子の配置
チャンバ１１内の上部に設置されたセンサアレイ１０ａが備えるセンサ素子１０１ｃは、ＣＯを検出するためのセンサ素子である。センサ素子１０１ｃには、センサ温度制御手段１０２としての白金ヒータが設けられている。また、チャンバ１１内の下部に設置されたセンサアレイ１０ｂが備えるセンサ素子１０１ａおよび１０１ｂは、それぞれＮＯ、Ｈ2Ｏ2を検出するためのセンサ素子である。センサアレイ１０ｂにおいて、センサ素子１０１ａおよび１０１ｂは、ガス導入口１２ａとガス排出口１３ａと結ぶ直線の直下に配置されており、ＮＯを検出するためのセンサ素子１０１ａがよりガス導入口１２ａに近くに配置されており、Ｈ2Ｏ2を検出するためのセンサ素子１０１ｂがよりガス排出口１３ａに近くに配置されている。このような３種のセンサ素子の配置は、チャンバ内の雰囲気ガスである空気に対する目的化学物質の比重を考慮して決定した。表２に、ＮＯ、ＣＯ、Ｈ2Ｏ2の空気に対する比重等について示す。なお、表２におけるペンタンについては、後述する。
【００９５】
【表２】
2012112651.tif 000004
【００９６】
表２からわかるように、Ｈ2Ｏ2は難揮発性であり、液体として検出されることが好ましいことから、Ｈ2Ｏ2を検出するセンサ素子１０１ｂは、センサアレイ１０ｂのなかで最もガス排出経路１３に近い位置に配置することとした。また、ＮＯ、ＣＯおよび空気は、比重の大きい順に並べると、ＮＯ＞空気（比重１）＞ＣＯとなるため、図１０（ｂ）に示すように、チャンバ１１上面にＣＯを検出するセンサ素子１０１ｃを配置し、チャンバ１１の底面にＮＯを検出するセンサ素子１０１ａを配置し、かつ、ガス導入経路１２に近い方から順に、ＮＯを検出するセンサ素子１０１ａ、Ｈ2Ｏ2を検出するセンサ素子１０１ｂとなるように配置した。ＣＯを検出するガスセンサ素子１０１ｃにセンサ温度制御手段１２０としての白金ヒータを設けたのは、ＣＯに対して十分な検出感度を得るためである。
【００９７】
（３）ＮＯを検出するセンサ素子
ＮＯがコバルト（ＩＩ）フタロシアニン（以下、ＣｏＰｃ）中のＣｏに選択的に吸着することが検証されたことから、ＮＯを検出するセンサ素子１０１ａには、ＣｏＰｃにより表面修飾されたカーボンナノチューブからなるセンシング部を備えるナノ構造体センサを選択した。ＮＯを検出するセンサ素子１０１ａの作製手順は次のとおりである。
【００９８】
まず、ＣｏＰｃ粉末（和光純薬社製）を１．４ｍｇ秤量しサンプル瓶に投入し、テトラヒドロフラン（以下、ＴＨＦ）５０ｍＬを加えて十分に溶解させ、ＣｏＰｃ  ０．０５ｍＭの標準溶液を作製した。次に、シングルウォールカーボンナノチューブ（以下、ＳＷＣＮＴ；本荘ケミカル製）を２ｍｇ秤量しサンプル瓶に投入し、ＣｏＰｃ  ０．０５ｍＭの標準溶液を５ｍＬ加え、３０分間超音波分散を行ない、これをメンブレンフィルタにてろ過して回収した。このフィルタを別のサンプル瓶に入れ、ＣｏＰｃ  ０．０５ｍＭの標準溶液を５ｍＬ加えてＳＷＣＮＴを剥離し、メンブレンフィルタを回収後、再び３０分間超音波分散して、これをメンブレンフィルタにてろ過して回収した。同様の操作をもう一度行ない、計３回の表面修飾を行なった。ＳＷＣＮＴ回収メンブレンフィルタをサンプル瓶に入れ、エタノール５０ｍＬを加えてＳＷＣＮＴを剥離し、メンブレンフィルタを回収後、３０分間超音波分散を行ない、ＣｏＰｃ表面修飾ＳＷＣＮＴ分散液を作製した。ついで、このＣｏＰｃ表面修飾ＳＷＣＮＴ分散液を２ｍＬ量り取り、メンブレンフィルタでろ過し、センサアレイ用の基板に両面テープで貼り付け後、ＣｏＰｃ表面修飾ＳＷＣＮＴからなるセンシング部の両端それぞれから基板上の銅パターンに向かって、銀ペーストにより正極および負極を作製し、ＮＯを検出するセンサ素子１０１ａを得た。
【００９９】
（４）ＣＯを検出するセンサ素子
ＣＯが鉄（ＩＩ）フタロシアニン（以下、ＦｅＰｃ）中のＦｅに選択的に吸着することが検証されたことから、ＣＯを検出するセンサ素子１０１ｃには、鉄（ＩＩ）フタロシアニンにより表面修飾されたカーボンナノチューブからなるセンシング部を備えるナノ構造体センサを選択した。ＣＯを検出するセンサ素子１０１ｃの作製手順は、ＣｏＰｃに代えて、ＦｅＰｃ粉末（和光純薬社製）を用いたこと以外は、ＮＯを検出するセンサ素子１０１ａと同様とした。
【０１００】
（５）Ｈ2Ｏ2を検出するセンサ素子
Ｈ2Ｏ2を検出するセンサ素子１０１ｂには、Ｈ2Ｏ2の検出精度を上げるために、ほとんどガス状態である検体ガスを冷却、凝縮し、Ｈ2Ｏ2を液体状態で検出できる、二酸化マンガン固定化膜と溶存酸素センサとからなる冷却機能を備えた過酸化水素センサユニットを選択した。
【０１０１】
図１１は、過酸化水素センサユニット（センサ素子１０１ｂ）を模式的に示す図である。図１１（ａ）は、過酸化水素センサユニットの全体図である。また、図１１（ｂ）は、過酸化水素センサユニットに用いる専用ホルダの断面図であり、図１１（ｃ）は専用ホルダの斜視図である。
【０１０２】
図１１を参照して、過酸化水素センサユニット（センサ素子１０１ｂ）を次の手順で作製した。まず、ニトロフェニルオクチルエーテルにポリ塩化ビニルを溶かし、さらに二酸化マンガン粉末を添加して乾燥させることにより、二酸化マンガン固定化膜６１を作製した。また、塩化カリウム水溶液からなる電解液６７と、電解液６７に浸漬されたＰｔ電極６５およびＡｇ電極６６と、電極間の電流値を測定するための電流計６８とから構成された溶存酸素センサ７０を用意した。次に、溶存酸素センサ７０と二酸化マンガン固定化膜６１とが酸素選択透過膜６４としてのテフロン膜を間に挟んで密着するように、金属部６２を備える専用ホルダ６０で固定した。また、専用ホルダ６０にペルチェ素子６３が密着するように設置した。専用ホルダ６０は、検体ガスが接触する側に金属部６２を備えており、金属部６２の検体ガス接触側の面は、専用ホルダ６０が有する空洞部に向けて傾斜している。
【０１０３】
上記構成を有する過酸化水素センサユニット（センサ素子１０１ｂ）において、ペルチェ素子６３によって冷却された金属部６２の傾斜面に検体ガスが接触すると、該傾斜面上に検体ガス凝縮液７１が生成する。この凝縮液は、一定の大きさ以上になると、その重みにより二酸化マンガン固定化膜６１へと流れていき、検体ガス凝縮液７１中のＨ2Ｏ2は、二酸化マンガン固定化膜６１中の二酸化マンガンの触媒作用により還元され、酸素が発生する。生成した酸素は、酸素選択透過膜６４を透過し、溶存酸素センサ７０にて検出される。その酸素濃度は、電流計６８が示す電流値を測定することにより得ることができ、得られた酸素濃度値から検体ガス中のＨ2Ｏ2濃度を知ることができる。
【０１０４】
（６）参照センサ、マスフローコントローラおよびデジタルマルチメータ
参照センサ１４には、小型温湿度センサ（クリマテック株式会社製）を用いた。ガス流量制御手段としてのマスフローコントローラ１６ｃには、マスフローコントローラ（コフロック製）を用いた。また、信号受信手段としてのデジタルマルチメータ２１には、デジタルマルチメータ（アジレント社製）を用いた。デジタルマルチメータ２１には、ＵＳＢインターフェース２２を介してコンピュータ２０が接続されている。コンピュータ２０は、図８に示されるように、データを送受信するインターフェース２０１、計算を行なうＣＰＵ２０２およびデータを蓄積するデータ記憶部２０３を含む。
【０１０５】
（各センサ素子の信号変化に基づく目的化学物質濃度の算出）
各センサ素子から送信された信号変化（センサ素子１０１ａおよび１０１ｃについては、センサ素子全体の抵抗値の変化であり、センサ素子１０１ｂについては、電流計６８が示す電流値の変化である。）を、目的化学物質の検体ガス中における濃度に換算するために、あらかじめ呼気分析実験前に、各センサ素子について、様々な目的化学物質濃度における信号変化を測定し、これより、各センサ素子における、そのセンサ素子が検出する目的化学物質の濃度と、そのセンサ素子の特性値ｙとの関係式（検量線）を作成した。ここで、特性値ｙは、下記式（１）で示される。
【０１０６】
ｙ（％）＝（目的化学物質検出時のコンダクタンス−目的化学物質検出直前のコンダクタンス）／（目的化学物質検出直前のコンダクタンス）×１００            （１）
ただし、Ｈ2Ｏ2を検出するセンサ素子１０１ｂにおいては、上記式（１）中のコンダクタンスは、電流計６８が示す電流値である。センサ素子の特性値ｙは、センサ素子を作製する際におけるセンシング部構成材料および表面修飾物質の種類および量、ならびに電極の配置等により一義的に決まる。
【０１０７】
センサ素子の特性値ｙを求める際に用いた抵抗値と目的化学物質濃度との関係を示すデータプロファイルの一例として、図１２に、ＮＯを検出するセンサ素子１０１ａがＮＯを検出した際の抵抗値の変化の一例を示す。図１２において、横軸は経過時間（ｓｅｃ）であり、縦軸は抵抗値（ｋΩ）である。図１２におけるＡまでは、ＮＯを含まない試験ガスを供給し、Ａの時点で、供給するガスをＮＯを含む試験ガスに切り替え、さらに、Ｂの時点で、再度ＮＯを含まない試験ガスに切り替えた。図１２に示されるように、センサ素子がＮＯを検出すると抵抗値が上昇し、ある一定値に達することがわかる。この一定値を様々なＮＯ濃度について求め、ＮＯの濃度とセンサ素子の特性値ｙとの関係式（検量線）を作成した。他のセンサ素子についても同様である。なお、検量線作成において、上記試験ガスとしては、検体ガスがヒト呼気であることを想定して、Ｎ2７９％、Ｏ2１６％およびＣＯ2５％からなる混合ガス（空気とほぼ同様の組成、相対湿度は０である）を用いた。
【０１０８】
表３〜５はそれぞれ、上記方法により測定された種々の目的化学物質濃度におけるセンサ素子の特性値ｙを示している。表３はＮＯを検出するセンサ素子１０１ａについての結果であり、表４はＣＯを検出するセンサ素子１０１ｃについての結果であり、表５はＨ2Ｏ2を検出するセンサ素子１０１ｂについての結果である。試験ガスの流量は、５００ｍｌ／ｍｉｎとした。
【０１０９】
【表３】
2012112651.tif 000005
【０１１０】
【表４】
2012112651.tif 000006
【０１１１】
【表５】
2012112651.tif 000007
【０１１２】
上記表３〜５のデータに基づき、最小二乗法を用いて、下記式（２）〜（４）で示される、試験ガスに含まれる目的化学物質の濃度ｘ（単位：ｐｐｂ）とセンサ素子の特性値ｙ（単位：％）との直線近似関係式（検量線）を求めた。
【０１１３】
〔ＮＯを検出するセンサ素子１０１ａ〕
ｙNO＝−０．０６２１５ｘNO        （２）
（式中、ｘNOは、検体ガスに含まれるＮＯの濃度、すなわち、ＮＯの体積／（ＮＯの体積＋試験ガスの体積）［ｐｐｂ］を示し、ｙNOは、ＮＯを検出するセンサ素子１０１ａのそのＮＯ濃度における特性値［％］である。下記式（３）および（４）についても同様。）
〔ＣＯを検出するセンサ素子１０１ｃ〕
ｙCO＝０．０１３３２ｘCO          （３）
〔Ｈ2Ｏ2を検出するセンサ素子１０１ｂ〕
ｙH2O2＝０．０１００８ｘH2O2        （４）
上記（２）〜（４）の関係式より、各センサ素子の信号変化から各目的化学物質の濃度を算出することが可能となる。本実施例では、上記のような単回帰解析（すなわち、特性値ｙが１つの変数ｘを用いて表される）により、目的化学物質濃度が求められる。
【０１１４】
（検出ガスの湿度データに基づく補正）
本実施例の化学物質検出装置を用いた目的化学物質の定量においては、得られる目的化学物質濃度の正確性をより向上させるために、上記式から求められる目的化学物質濃度ｘを、参照センサ１４からの検出データに基づき適切に補正する。具体的には、あらかじめ呼気分析実験前に、ＮＯを検出するセンサ素子１０１ａ、ＣＯを検出するセンサ素子１０１ｃのそれぞれについて、様々な検体ガスの相対湿度における特性値変化を測定し、これより、各センサ素子における、特性値ｙと相対湿度との関係式（検量線）を作成した。結果を表６および表７に示す。なお、検量線作成において、試験ガスとしては、上記と同様、Ｎ2７９％、Ｏ2１６％およびＣＯ2５％からなる混合ガス（ただし、表６および７に示される相対湿度を示す水分を含有する）を用いた。
【０１１５】
表６は、ＮＯを検出するセンサ素子１０１ａにおける、検体ガス中の相対湿度（％）を種々変化させたときの特性値を示している。検体ガス中のＮＯ濃度（すなわち、ＮＯの体積／（ＮＯの体積＋試験ガスの体積）［ｐｐｂ］）は、１００ｐｐｂに固定して測定を行なった。また、表７は、ＣＯを検出するセンサ素子１０１ｃにおける、検体ガス中の相対湿度（％）を種々変化させたときの特性値を示している。検体ガス中のＣＯ濃度（すなわち、ＣＯの体積／（ＣＯの体積＋試験ガスの体積）［ｐｐｂ］）は、５００ｐｐｂに固定して測定を行なった。なお、Ｈ2Ｏ2を検出するセンサ素子１０１ｂについては、検出ガスを液体状態にしてからの検出し、該液体はほとんどが水分であることは、検体ガスの相対湿度データによる補正の対象には含めなかった。
【０１１６】
【表６】
2012112651.tif 000008
【０１１７】
【表７】
2012112651.tif 000009
【０１１８】
上記表６および７のデータに基づき、最小二乗法を用いて、下記式（５）および（６）で示される、検体ガスの相対湿度ＲＨ（単位：％）とセンサ素子の特性値ｙ（単位：％）との直線近似関係式（検量線）を求めた。
【０１１９】
〔ＮＯを検出するセンサ素子１０１ａ〕
ｙ’NO＝ｙNO,RH=0−０．０９０１ＲＨ        （５）
（式中、ＲＨは、検体ガス（試験ガス＋水分＋ＮＯ）の相対湿度［％］を示す。ｙ’NOは、検体ガスの相対湿度がＲＨ［％］である場合におけるＮＯを検出するセンサ素子１０１ａの特性値［％］を示す。また、ｙNO,RH=0は、相対湿度が０％である場合における特性値［％］を示す。下記式（６）についても同様。）
〔ＣＯを検出するセンサ素子１０１ｃ〕
ｙ’CO＝ｙCO,RH=0−０．０１９５６ＲＨ        （６）
したがって、参照センサ１４から得られる検体ガスの相対湿度ＲＨ（％）を上記式（５）のＲＨに代入し、呼気分析実験において実測される特性値をｙ’NOに代入することにより、相対湿度が０である場合における特性値ｙNO,RH=0を算出し、これを、上記式（２）のｙNOに代入することにより、検体ガスに含まれる水分に起因する特性値が排除され、純粋にＮＯに起因する特性値のみを考慮したＮＯ濃度を得ることができる。ＣＯについても同様である。
【０１２０】
（化学物質検出装置を用いた呼気分析実験）
図１３は、呼気分析実験の概要を示す模式的な図である。以下、図１３に基づいて本実施例で行なった呼気分析実験について説明する。まず、図１３（ａ）に示すように、Ａバルブ３０１およびＢバルブ３０２の２つの切換バルブを有する１Ｌ容量の洗浄済みテドラーバッグ３０を準備した。そして、Ａバルブ３０１にマウスピース３１を設置し、Ａバルブ３０１を開とし、Ｂバルブ３０２は閉じた状態とした。被験者であるヒトは大きく息を吸い込んだ後、１０秒間息を止め、１０秒間息を吐いた後、マウスピースをくわえて、残りのヒト呼気をテドラーバッグ３０内に収集し、すぐにＡバルブ３０１を閉じた。次に、図１３（ｂ）に示すように、ガスタイトシリンジ３２を用いてＢバルブ３０２から１００ｍＬの呼気を採取した。
【０１２１】
次に、図１３（ｃ）に示すように、ガスタイトシリンジ３２の先端針をガス導入経路１２の端部に設置したマスフローコントローラ１６ｃの注入口に刺し込み、ガスタイトシリンジ３２にほぼ一定の負荷をかけて、ヒト呼気を、ガス導入経路１２からチャンバ１１内に導入し、参照センサ１４によりヒト呼気の相対湿度データを取得するとともに、各センサ素子からの信号変化を取得した。各センサ素子からの信号データは、コンピュータ２０に蓄積した。得られたデータから、上記式（２）〜（６）を用いて、相対湿度データにより補正されたヒト呼気中のＮＯおよびＣＯ濃度、ならびにＨ2Ｏ2濃度を算出した。
【０１２２】
＜比較例１＞
参照センサ１４が設置されていないことを除いては、すべて実施例１と同様にして化学物質検出装置を構築し、ヒト呼気の相対湿度データによる補正を行なわないこと以外は、実施例１と同様にしてＮＯ、ＣＯおよびＨ2Ｏ2濃度を算出した。
【０１２３】
＜参考例１＞
上記実施例１および比較例１で得られた各目的化学物質濃度の正確性を評価するために、テドラーバッグ３０内のヒト呼気中の実際のＮＯ濃度、ＣＯ濃度およびＨ2Ｏ2濃度を、それぞれ下記の装置を用いて定量した。
ＮＯ濃度：日本サーモ社製ＮＯ濃度測定装置、
ＣＯ濃度：島津製作所社製ＧＣ−ＦＩＤ、
Ｈ2Ｏ2濃度：ＧＬサイエンス社製ＨＰＬＣ＋ＥＣＤ。
【０１２４】
実施例１および比較例１のＮＯ用センサ素子（センサ素子１０１ａ）、ＣＯ用センサ素子（センサ素子１０１ｃ）およびＨ2Ｏ2用センサ素子（センサ素子１０１ｂ）の実測された特性値、ならびに参照センサ１４から得られたヒト呼気の相対湿度（実施例１のみ）を表８に示す。また、表９に、表８に示される実測された特性値から、上記式（２）〜（４）に基づいて算出されるＮＯ、ＣＯおよびＨ2Ｏ2のヒト呼気中の濃度を示す（実施例１）。表９には、上記参考例１で測定した、ＮＯ、ＣＯおよびＨ2Ｏ2の実際の濃度も併せて示している。ここで、表９に示される実施例１のＮＯおよびＣＯの濃度は、表８に示される実測された特性値および相対湿度から、上記式（２）、（３）、（５）および（６）に基づいて算出されたものであり、ヒト呼気中の水分の影響を排除した、補正された濃度である。一方、比較例１のＮＯおよびＣＯの濃度は、表８に示される実測された特性値のみから、上記式（２）および（３）に基づいて算出されたものであり、ヒト呼気中の水分の特性値への影響は考慮されていない。
【０１２５】
【表８】
2012112651.tif 000010
【０１２６】
【表９】
2012112651.tif 000011
【０１２７】
表９に示される結果から明らかなように、Ｈ2Ｏ2用センサ素子以外のセンサ素子においては、その特性値は、呼気中の水分に大きく影響を受けるが、このような水分の影響を参照センサにより得られるデータに基づき適切に排除し、特性値の補正を行なうことにより、極めて正確な目的化学物質濃度が得られることがわかる。
【０１２８】
ここで、表１０は、ＮＯを検出するセンサ素子１０１ａにおける、検体ガス（試験ガス）の流量（ｍｌ／ｍｉｎ）を種々変化させたときの特性値および特性値校正定数ｋNO（基準流量を５００ｍｌ／ｍｉｎとしたときの各流量における特定値ｙのずれを補正するための係数であり、各流量における特性値を、基準流量での特性値で割ったもの。）を示している。検体ガス中のＮＯ濃度（すなわち、ＮＯの体積／（ＮＯの体積＋試験ガスの体積）［ｐｐｂ］）は、５０ｐｐｂに固定して測定を行なった。
【０１２９】
【表１０】
2012112651.tif 000012
【０１３０】
上記表１０のデータに基づき、最小二乗法を用いると、検体ガスの流量ｕ（単位：ｍｌ／ｍｉｎ）とセンサ素子の特性値校正係数ｋNOとの間の関係は、下記式で近似される。
【０１３１】
ｋNO＝０．０００１４ｕ＋０．９２４３５
すべてのセンサの基本特性は、この基準流量にて測定されている。基準流量以外の流量で検体ガスを導入する場合であっても、得られる特性値に校正係数をかけることにより、基準流量における特性値に補正することができる。このような検体ガスの流量の補正は、化学物質検出装置がガス流量制御手段を有しない場合や検体ガスの流量が少なすぎて基準流量を確保できない場合に有効である。
【０１３２】
表１０は、ＮＯを検出するセンサ素子１０１ａの場合を示しているが、センサ素子の種類により流量特性は異なるため、上記した相対湿度に基づく補正の場合と同様に、センサ素子ごことに上記関係式を求めておく。また、検体ガス中の目的化学物質濃度によっても、流量特性が異なるため、各濃度ごとに上記関係式を求めておくことが好ましい。
【０１３３】
＜実施例２＞
ヒト呼気中の目的化学物質の濃度を測定するために好適に用いられる、下記の構成を有する化学物質検出装置３を作製し、下記方法にて呼気分析実験を行なった。
【０１３４】
（化学物質検出装置の構成）
（１）化学物質検出装置の全体構成
図１４は、実施例２で作製した化学物質検出装置３を模式的に示す斜視図（図１４（ａ））および断面図（図１４（ｂ））である。本実施例で作製した化学物質検出装置３は、チャンバ１１内の上部に配置されたセンサアレイ１０ａが、ＣＯを検出するためのセンサ素子１０１ｃに加えて、ペンタンを検出するためのセンサ素子１０１ｄをさらに備えること以外は、基本的に実施例１の化学物質検出装置２と同様である。すなわち、この化学物質検出装置３は、目的化学物質として、ＮＯ、ＣＯ、Ｈ2Ｏ2およびペンタンを検出する化学物質検出装置である。
【０１３５】
（２）センサ素子の配置
チャンバ１１内の上部に設置されたセンサアレイ１０ａが備えるセンサ素子１０１ｃは、ＣＯを検出するためのセンサ素子であり、センサ素子１０１ｄは、ペンタンを検出するためのセンサ素子である。センサ素子１０１ｃには、センサ温度制御手段１０２としての白金ヒータが設けられている。また、チャンバ１１内の下部に設置されたセンサアレイ１０ｂが備えるセンサ素子１０１ａおよび１０１ｂは、それぞれＮＯ、Ｈ2Ｏ2を検出するためのセンサ素子である。センサアレイ１０ａにおいて、センサ素子１０１ｃおよび１０１ｄは、ガス導入口１２ａとガス排出口１３ａと結ぶ直線の直上に配置されており、ＣＯを検出するためのセンサ素子１０１ｃがよりガス導入口１２ａに近くに配置されており、ペンタンを検出するためのセンサ素子１０１ｄがよりガス排出口１３ａに近くに配置されている。同様に、センサアレイ１０ｂにおいて、センサ素子１０１ａおよび１０１ｂは、ガス導入口１２ａとガス排出口１３ａと結ぶ直線の直下に配置されており、ＮＯを検出するためのセンサ素子１０１ａがよりガス導入口１２ａに近くに配置されており、Ｈ2Ｏ2を検出するためのセンサ素子１０１ｂがよりガス排出口１３ａに近くに配置されている。このような４種のセンサ素子の配置は、チャンバ内の雰囲気ガスである空気に対する目的化学物質の比重を考慮して決定されており、センサ素子１０１ｄ以外については既に述べた。上記した表２に示されるように、ペンタン、ＣＯおよび空気は、比重の大きい順に並べると、空気（比重１）＞ＣＯ＞ペンタンとなるため、ペンタンを検出するセンサ素子１０１ｄは、上部のセンサアレイに配置し、かつ、ＣＯよりも比重が小さく、より遠くまで運ばれやすいことから、ＣＯを検出するセンサ素子１０１ｃより下流側（ガス排出経路１３により近い側）に配置することとした。上部のセンサアレイ１０ａにおいて、センサ素子１０１ｃに設けられた白金ヒータの加熱が、センサ素子１０１ｄに悪影響を与えないように、センサ素子１０１ｃとセンサ素子１０１ｄとの間に位置する基板に、断熱手段１０３として、幅５ｍｍ×深さ５ｍｍの長方形状の溝を形成した。
【０１３６】
（３）ＮＯを検出するセンサ素子
本実施例の化学物質検出装置３で用いたＮＯを検出するセンサ素子１０１ａは、実施例１の化学物質検出装置２で用いたＣｏＰｃにより表面修飾されたカーボンナノチューブからなるセンシング部を備えるナノ構造体センサと同じセンサ素子である。
【０１３７】
（４）ＣＯを検出するセンサ素子
本実施例では、ＣＯを検出するセンサ素子１０１ｃとして、図４に示される構造を有し、センシング部を構成する金属酸化物として酸化スズを用いた半導体センサを用いた。
【０１３８】
（５）Ｈ2Ｏ2を検出するセンサ素子
本実施例の化学物質検出装置３で用いたＨ2Ｏ2を検出するセンサ素子１０１ｂは、実施例１の化学物質検出装置２で用いた過酸化水素センサユニットと同じセンサ素子である。
【０１３９】
（６）ペンタンを検出するセンサ素子
ペンタンがＣｕ（ＩＩ）フタロシアニン（以下、ＣｕＰｃ）中のＣｕに吸着することが検証されたことから、ペンタンを検出するセンサ素子１０１ｄには、Ｃｕ（ＩＩ）フタロシアニンにより表面修飾されたカーボンナノチューブからなるセンシング部を備えるナノ構造体センサを選択した。ペンタンを検出するセンサ素子１０１ｄの作製手順は、ＣｏＰｃに代えて、ＣｕＰｃ粉末（和光純薬社製）を用いたこと以外は、実施例１で用いたＮＯを検出するセンサ素子と同様とした。
【０１４０】
（７）参照センサ、マスフローコントローラおよびデジタルマルチメータ
参照センサ１４、マスフローコントローラ１６ｃおよびデジタルマルチメータ２１は、実施例１と同じものである。デジタルマルチメータ２１には、ＵＳＢインターフェース２２を介してコンピュータ２０が接続されている。コンピュータ２０は、図８に示されるように、データを送受信するインターフェース２０１、計算を行なうＣＰＵ２０２およびデータを蓄積するデータ記憶部２０３を含む。
【０１４１】
（各センサ素子の信号変化に基づく目的化学物質濃度の算出）
各センサ素子から送信された信号変化（センサ素子１０１ａ、１０１ｃおよび１０１ｄについては、センサ素子全体の抵抗値の変化であり、センサ素子１０１ｂについては、電流計６８が示す電流値の変化である。）を、目的化学物質の検体ガス中における濃度に換算するために、実施例１と同様にして、あらかじめ呼気分析実験前に、各センサ素子について、様々な目的化学物質濃度における信号変化を測定し、これより、各センサ素子における、そのセンサ素子が検出する目的化学物質の濃度と、そのセンサ素子の特性値ｙとの関係式（検量線）を作成した。
【０１４２】
なお、検量線作成において、試験ガスとしては、実施例１と同様に、Ｎ2７９％、Ｏ2１６％およびＣＯ2５％からなる混合ガス（相対湿度は０である）を用いた。試験ガスの流量は、５００ｍｌ／ｍｉｎとした。
【０１４３】
表１１および１２はそれぞれ、ＣＯを検出するセンサ素子１０１ｃ、ペンタンを検出するセンサ素子１０１ｄについて、上記方法により測定された種々の目的化学物質濃度におけるセンサ素子の特性値ｙを示している。
【０１４４】
【表１１】
2012112651.tif 000013
【０１４５】
【表１２】
2012112651.tif 000014
【０１４６】
上記表１１および１２のデータに基づき、最小二乗法を用いて、下記式（７）および（８）で示される、試験ガスに含まれる目的化学物質の濃度ｘ（単位：ｐｐｂ）とセンサ素子の特性値ｙ（単位：％）との直線近似関係式（検量線）を求めた。
【０１４７】
〔ＣＯを検出するセンサ素子１０１ｃ〕
ｙCO＝−０．０１０４９８ｘCO          （７）
（式中、ｘCOは、検体ガスに含まれるＣＯの濃度、すなわち、ＣＯの体積／（ＣＯの体積＋試験ガスの体積）［ｐｐｂ］を示し、ｙCOは、ＣＯを検出するセンサ素子１０１ｃのそのＣＯ濃度における特性値［％］である。下記（８）についても同様。）
〔ペンタンを検出するセンサ素子１０１ｄ〕
ｙpentane＝−０．０１４８９７ｘpentane          （８）
ＮＯを検出するセンサ素子１０１ａおよびＨ2Ｏ2を検出するセンサ素子１０１ｂについては、上記式（２）および（４）を本実施例でも用いた。
【０１４８】
（検出ガスの湿度データに基づく補正）
得られる目的化学物質濃度の正確性をより向上させるために、実施例１と同様にして、ＣＯを検出するセンサ素子１０１ｃおよびペンタンを検出するセンサ素子１０１ｄについて、目的化学物質濃度を固定し、特性値ｙと検体ガスの相対湿度との関係式（検量線）を作成した。結果を表１３および表１４に示す。なお、検量線作成において、試験ガスとしては、上記と同様、Ｎ2７９％、Ｏ2１６％およびＣＯ2５％からなる混合ガス（ただし、表１２および１３に示される相対湿度を示す水分を含有する）を用いた。
【０１４９】
【表１３】
2012112651.tif 000015
【０１５０】
【表１４】
2012112651.tif 000016
【０１５１】
上記表１３および１４のデータに基づき、最小二乗法を用いて、下記式（９）および（１０）で示される、検体ガスの相対湿度ＲＨ（単位：％）とセンサ素子の特性値ｙ（単位：％）との直線近似関係式（検量線）を求めた。
【０１５２】
〔ＣＯを検出するセンサ素子１０１ｃ〕
ｙ’CO＝ｙCO,RH=0−０．００８８９５ＲＨ        （９）
（式中、ＲＨは、検体ガス（試験ガス＋水分＋ＣＯ）の相対湿度［％］を示す。ｙ’COは、検体ガスの相対湿度がＲＨ［％］である場合におけるＣＯを検出するセンサ素子１０１ｃの特性値［％］を示す。また、ｙCO,RH=0は、相対湿度が０である場合における特性値［％］を示す。下記式（１０）についても同様。）
〔ペンタンを検出するセンサ素子１０１ｄ〕
ｙ’pentane＝ｙpentane,RH=0−０．０２２０４ＲＨ        （１０）
ＮＯを検出するセンサ素子１０１ａについては、上記式（５）を本実施例でも用いた。
【０１５３】
（多変量解析による目的化学物質濃度の補正）
本実施例で用いるＮＯを検出するセンサ素子１０１ａおよびＨ2Ｏ2を検出するセンサ素子１０１ｂは、それぞれＮＯ、Ｈ2Ｏ2に対して選択的に感度を示し、他の物質に対しては感度を示さない。一方、本実施例のＣＯを検出するセンサ素子１０１ｃは、ペンタンに対しても感度を示し、また、ペンタンを検出するセンサ素子１０１ｄは、ＣＯに対してもやや感度を示す。すなわち、これら２つのセンサ素子は、目的とする化学物質以外のガス（妨害ガス）に対しても特性値を示す。したがって、このような２種以上の物質に感度を示すセンサ素子を複数用いる場合には、それぞれのセンサ素子が対象とする目的化学物質の濃度を正確に算出するために、多変量解析を用いてデータを横断的に解析し、結果を補正することが好ましく、本実施例においては、重回帰分析による補正を行なった。詳細は次のとおりである。
【０１５４】
表１５および表１６に、相対湿度０％における、ペンタンを検出するためのセンサ素子１０１ｄおよび、ＣＯを検出するためのセンサ素子１０１ｃの、様々な濃度のペンタンとＣＯとの混合気体に対する特性値を示した。表１５は、実測値から得られた生データそのままであり、表１６は、これらのデータを標準化した場合のデータである。標準化とは、あるデータ値とそのデータ集の平均を、そのデータ集の分散で割ることで規準化することを意味しており、回帰分析の際、データ間のスケールが大きく異なる場合や、データ間の単位が異なる場合に通常実施される。表１６のデータを重回帰分析すると、下記式（１１）および（１２）で示される回帰方程式が得られた。
【０１５５】
【表１５】
2012112651.tif 000017
【０１５６】
【表１６】
2012112651.tif 000018
【０１５７】
〔ＣＯを検出するセンサ素子１０１ｃ〕
ｙ’’CO＝−８．４５７４ｘCO−２８．４４２７ｘpentane        （１１）
（式中、ｙ’’COは、ＣＯを検出するセンサ素子１０１ｃの、ＲＨ＝０％における妨害ガス（ペンタン）の影響を含めた特性値であり、ｘCO、ｘpentaneはそれぞれ、検体ガスに含まれるＣＯ、ペンタンの濃度である。これらはすべて標準化後の値である。下記式（１２）についても同様。）
〔ペンタンを検出するセンサ素子１０１ｄ〕
ｙ’’pentane＝−５．３４９７４７ｘCO−６４．８５６８ｘpentane        （１２）
したがって、参照センサ１４から得られる検体ガスの相対湿度ＲＨ（％）を上記式（９）のＲＨに代入し、呼気分析実験において実測されるＣＯを検出するセンサ素子１０１ｃ特性値を同式のｙ’COに代入することにより、相対湿度が０である場合における特性値ｙCO,RH=0を算出し、また、参照センサ１４から得られる検体ガスの相対湿度ＲＨ（％）を上記式（１０）のＲＨに代入し、呼気分析実験において実測されるペンタンを検出するセンサ素子１０１ｄ特性値を同式のｙ’pentaneに代入することにより、相対湿度が０である場合における特性値ｙpentane,RH=0を算出し、これらをそれぞれ、上記式（１１）、（１２）のｙ’’CO、ｙ’’pentaneに代入して、方程式を解くことにより、検体ガスに含まれる水分および妨害ガスに起因する特性値が排除された正確なＣＯ濃度およびペンタン濃度を得ることができる。なお、ＮＯ濃度およびＨ2Ｏ2濃度の算出については、実施例１と同様である。
【０１５８】
上記回帰方程式（１１）および（１２）の、実測値とのフィッティングを表す自由度調整済み決定係数は、センサ素子１０１ｃで０．８８８、センサ素子１０１ｄで０．８８７となり、この回帰方程式と実測値とが非常によい相関をもつことを示した。
【０１５９】
なお、本実施例においては、ＣＯ濃度およびペンタン濃度の算出に、上記回帰方程式（１１）および（１２）を用いるため、上記した式（７）および（８）は用いていない。
【０１６０】
（化学物質検出装置を用いた呼気分析実験）
実施例１と同様の呼気分析実験を行ない、上記式（２）、（４）、（５）、（９）〜（１２）を用いて、ＮＯ、ＣＯ、Ｈ2Ｏ2およびペンタン濃度を算出した。
【０１６１】
＜参考例２＞
ＣＯ濃度およびペンタン濃度の算出に、上記回帰方程式（１１）および（１２）を用いず、上記式（７）および（８）を用いたこと（すなわち、センサ素子１０１ｃおよび１０１ｄの特性値への妨害ガスの影響を考慮しなかったこと）を除いては、実施例２と同様にしてＮＯ、ＣＯ、Ｈ2Ｏ2およびペンタン濃度を算出した。
【０１６２】
＜参考例３＞
上記実施例２および参考例２で得られた各目的化学物質濃度の正確性を評価するために、テドラーバッグ３０内のヒト呼気中の実際のＮＯ濃度、ＣＯ濃度、Ｈ2Ｏ2濃度およびペンタン濃度を、それぞれ下記の装置を用いて定量した。
ＮＯ濃度：日本サーモ社製ＮＯ濃度測定装置、
ＣＯ濃度：島津製作所社製ＧＣ−ＦＩＤ、
Ｈ2Ｏ2濃度：ＧＬサイエンス社製ＨＰＬＣ＋ＥＣＤ、
ペンタン濃度：ＪＥＯＬ社製ＧＣ−ＭＳ。
【０１６３】
実施例２および参考例２のＮＯ用センサ素子（センサ素子１０１ａ）、ＣＯ用センサ素子（センサ素子１０１ｃ）、Ｈ2Ｏ2用センサ素子（センサ素子１０１ｂ）およびペンタン用センサ素子（センサ素子１０１ｄ）の実測された特性値、ならびに参照センサ１４から得られたヒト呼気の相対湿度を表１７に示す。これらの実測データは、実施例２および参考例２で共通である。
【０１６４】
【表１７】
2012112651.tif 000019
【０１６５】
また、表１８に、表１７に示される実測された特性値から、上記式上記式（２）、（４）、（５）、（９）〜（１２）に基づいて算出されるＮＯ、ＣＯ、Ｈ2Ｏ2およびペンタンのヒト呼気中の濃度を示す（実施例２）。表１８には、上記参考例２および３で測定した、ＮＯ、ＣＯ、Ｈ2Ｏ2およびペンタンの実際の濃度も併せて示している。表１８に示されるように、センサ素子の低選択性を考慮せず、センサ素子１０１ｃおよびセンサ素子１０１ｄにおける抵抗値変化を、単一の化学物質に起因する変化として捉えてデータ処理を行なうと、より正確な濃度が得られにくいことがわかる。
【０１６６】
【表１８】
2012112651.tif 000020
【０１６７】
＜実施例３＞
ヒト呼気中の複数の呼気中疾病マーカ物質を定量する化学物質検出装置（疾病診断装置）を構築し、実施例２と同じヒト呼気を検体として疾病を診断する実験を行なった。
【０１６８】
（疾病診断装置の構成）
図１５は、本実施例の疾病診断装置を模式的に示す図である。この疾病診断装置は、上記実施例２の化学物質検出装置３とほぼ同様の構成を有するものであるが、コンピュータ２０がデータベースを蓄積するためのデータベース部２０４を有しており（図１５（ａ）参照）、このデータベース部２０４に、複数の呼気中疾病マーカ物質と疾病との関連性を疾患別にレーダーチャート化したデータベースがあらかじめ蓄積されている点が特徴である。このデータベースは、その疾病であると一般的に判断できる、複数の呼気中疾病マーカ物質の最小濃度（閾値濃度）が、疾患別に、かつそれぞれの疾病ごとにレーダーチャート化されたデータベースである。
【０１６９】
本実施例の疾病診断装置は、上記実施例２の化学物質検出装置３と同じく、ＮＯを検出するセンサ素子１０１ａ、Ｈ2Ｏ2を検出するセンサ素子１０１ｂ、ＣＯを検出するセンサ素子１０１ｃおよびペンタンを検出するセンサ素子１０１ｄを、同じ配置構成で有している。これら４種の化学物質はいずれも、肺疾患に関連付けられる呼気中疾病マーカ物質である。
【０１７０】
（疾病診断実験）
実施例２と同じヒト呼気を検体として実施例２と同様にして呼気分析実験を行ない、各センサ素子の特性値を実測した。結果は、表１９のとおりである。この実測された特性値は、上記表１７に記載のものと同じである。
【０１７１】
【表１９】
2012112651.tif 000021
【０１７２】
上記実測の特性値に基づき、実施例２と同様にして、適切に補正されたヒト呼気中のＮＯ、ＣＯ、Ｈ2Ｏ2およびペンタン濃度を算出した。結果を表２０に示す。この結果は、上記表１７に記載のものと同じである。なお、表２０には、後述する参考例４の疾病診断装置を用いて得られた呼気中疾病マーカ物質濃度、および上記した参考例３で得られた呼気中疾病マーカ物質濃度を併せて示している。
【０１７３】
【表２０】
2012112651.tif 000022
【０１７４】
上記呼気分析により得られたヒト呼気中のＮＯ、ＣＯ、Ｈ2Ｏ2およびペンタン濃度をレーダーチャート化し、これをデータベース部２０４内の疾患別レーダーチャートと比較することにより、最も近接したパターンを持つ疾病を選定した。次に、呼気分析により得られた各呼気中疾病マーカ物質濃度と、選定した疾病における呼気中疾病マーカ物質の閾値濃度とを比較し、疾病危険性を５段階のレベルで評価した。
【０１７５】
＜参考例４＞
呼気中疾病マーカ物質として、ＮＯおよびペンタンの２種類のみを採用し、これら２種類の呼気中疾病マーカ物質濃度に基づいて、疾病の選定および疾病危険性の評価を行なったこと以外は、実施例３と同様にして疾病診断実験を行なった。
【０１７６】
〔実施例３および参考例４の疾病診断実験の結果および評価〕
表２１に、肺疾患に属する喘息、ＣＯＰＤ（慢性閉塞性肺炎）、ＣＦ（嚢胞性線維症）および肺がんにおける呼気中疾病マーカ物質の閾値濃度、および、健常時におけるこれらの呼気中疾病マーカ物質濃度を示す。また、表２１には、実施例３および参考例４で得られた各呼気中疾病マーカ物質のヒト呼気中の実測濃度を併せて示している。なお、表２１中の「Ａｖｅ．」とは、疾病を患っていない状態、すなわち健常時と同等レベルであることを示す。
【０１７７】
【表２１】
2012112651.tif 000023
【０１７８】
表２２は、健常時における呼気中疾病マーカ物質濃度を１とし、各呼気中疾病マーカ物質の閾値濃度ならびに、実施例３および参考例４で得られた各呼気中疾病マーカ物質のヒト呼気中の実測濃度を健常時における呼気中疾病マーカ物質濃度に対する比として換算したときの数値である。また、図１６は、表２２に示される各呼気中疾病マーカ物質の閾値濃度の、健常時における呼気中疾病マーカ物質濃度に対する比（図１６（ａ）〜（ｄ））、ならびに、実施例３および参考例４で得られた各呼気中疾病マーカ物質のヒト呼気中の実測濃度の、健常時における呼気中疾病マーカ物質濃度に対する比（図１６（ｅ）および（ｆ））をレーダーチャート化したものである。
【０１７９】
【表２２】
2012112651.tif 000024
【０１８０】
図１６（ｅ）に示される実施例３で得られた実測呼気中疾病マーカ物質濃度のレーダーチャートと、各肺疾患のレーダーチャート（図１６（ａ）〜（ｄ））とを比較すると、図１６（ｅ）のレーダーチャートのパターンは、図１６（ｂ）のパターンに最も近接していることから、被験者の疾病は、肺疾患のなかでも、ＣＯＰＤであることが十分に推察される。一方、図１６（ｆ）に示される参考例４のレーダーチャートパターンによっては、測定する呼気中疾病マーカ物質の種類が少ないため、ＣＯＰＤであるのか、あるいは他の肺疾患であるのか判断が困難である。
【０１８１】
次に、実施例３で得られた実測呼気中疾病マーカ物質濃度と、ＣＯＰＤにおける呼気中疾病マーカ物質の閾値濃度とを比較したところ、ＣＯにおいて実測値が閾値濃度を超えており、また、ペンタンにおいては、実測値が閾値濃度に極めて近い値であることから、「レベル３（疾病危険性中）」と診断された。一方、参考例４の場合には、肺疾患の種類を判断することが困難であることから、疾病危険性を評価することが困難である。このように、同類の疾患に属する、異なる疾病を正確に区別して、その疾病危険性を評価するためには、測定する呼気中疾病マーカ物質の種類を多くすることが好ましい。
【０１８２】
本発明は、上記実施の形態および実施例に限定されるものではない。適宜変更して実施することができることは勿論である。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１８３】
本発明により、小型で簡便、かつ、検体ガス中の複数の目的化学物質を高精度に測定可能な化学物質検出装置の提供が可能となる。さらに、かかる化学物質検出装置は、ヒト呼気中の複数の呼気中疾病マーカ物質を定量して、疾病を高精度で診断する疾病診断装置に好適に適用できる。その結果、従来に無かった小型で、簡便に、非侵襲かつ、高精度な疾患診断装置の提供が可能となり、予防医療社会の実現に向けた着実な進歩が確認された。
【符号の説明】
【０１８４】
１，２，３  化学物質検出装置、１０，１０ａ，１０ｂ  センサアレイ、１１  チャンバ、１２  ガス導入経路、１２ａ  ガス導入口、１３  ガス排出経路、１３ａ  ガス排出口、１４  参照センサ、１５  導線、１６ａ  抵抗管、１６ｂ  選択透過膜、１６ｃ  マスフローコントローラ、１６ｄ  定流量ポンプ、２０  コンピュータ、２１  デジタルマルチメータ、２２  ＵＳＢインターフェース、３０  テドラーバッグ、３１  マウスピース、３２  ガスタイトシリンジ、６０  専用ホルダ、６１  二酸化マンガン固定化膜、６２  金属部、６３  ペルチェ素子、６４  酸素選択透過膜、６５  Ｐｔ電極、６６  Ａｇ電極、６７  電解液、６８  電流計、７０  溶存酸素センサ、７１  検体ガス凝縮液、１００  基板、１０１，１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ  センサ素子、１０２  センサ温度制御手段、１０３  断熱手段、１０４  正極、１０５  負極、１０６  センシング部、１０７  絶縁体、１０８  定抵抗、１０９  金属錯体、２０１  インターフェース、２０２  ＣＰＵ、２０３  データ記憶部、２０４  データベース部、３０１  Ａバルブ、３０２  Ｂバルブ。
【図１】
2012112651.tif 000025
【図２】
2012112651.tif 000026
【図３】
2012112651.tif 000027
【図４】
2012112651.tif 000028
【図５】
2012112651.tif 000029
【図６】
2012112651.tif 000030
【図７】
2012112651.tif 000031
【図８】
2012112651.tif 000032
【図９】
2012112651.tif 000033
【図１０】
2012112651.tif 000034
【図１１】
2012112651.tif 000035
【図１２】
2012112651.tif 000036
【図１３】
2012112651.tif 000037
【図１４】
2012112651.tif 000038
【図１５】
2012112651.tif 000039
【図１６】
2012112651.tif 000040