(57)【要約】【課題】測定感度が高く、微量のニオイ分子を検出、測定することのできるニオイ測定装置およびニオイ測定方法を提供する。【解決手段】所定のニオイ分子の吸着により共振周波数が変化するように構成されるニオイセンサー１０と、内部にニオイセンサー１０が設置される測定室２０と、測定室２０の内部を所定の真空度にする真空ポンプ４２と、を備え、所定の真空度にされた測定室２０の内部に、所定のニオイ分子が供給される。【選択図】図１
2012225842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のニオイ分子の吸着により共振周波数が変化するように構成されるニオイセンサーと、
内部に前記ニオイセンサーが設置される測定室と、
前記測定室の内部を所定の真空度にする真空ポンプと、を備え、
前記所定の真空度にされた測定室の内部に、前記所定のニオイ分子が供給される
ことを特徴とするニオイ測定装置。
【請求項２】
内部に前記所定のニオイ分子を含む試料が配置されるロードロック室をさらに備え、
前記ロードロック室は、前記測定室と連通する開閉自在の開口部を有し、
前記真空ポンプは、前記ロードロック室の内部の圧力を低下させる
ことを特徴とする請求項１に記載のニオイ測定装置。
【請求項３】
前記試料は、固相抽出により採取した前記所定のニオイ分子を含む
ことを特徴とする請求項２に記載のニオイ測定装置。
【請求項４】
前記ロードロック室は、前記試料を加熱するヒーターをさらに有する
ことを特徴とする請求項２または３に記載のニオイ測定装置。
【請求項５】
前記測定室の内部の気体は、所定の速度で排出される
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のニオイ測定装置。
【請求項６】
前記所定の真空度は、１０-4Ｐａ以上、かつ、１０-2Ｐａ以下の圧力である
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のニオイ測定装置。
【請求項７】
前記測定室の内部の寸法は、前記ニオイセンサーの寸法と同一または略同一である
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のニオイ測定装置。
【請求項８】
前記ニオイセンサーは、水晶基板を含む水晶振動子と、前記所定のニオイ分子を吸着する吸着膜と、を有し、
前記吸着膜は、真空中において、前記水晶基板の少なくとも一方の面に形成される
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載のニオイ測定装置。
【請求項９】
複数の前記ニオイセンサーを備え、
前記複数のニオイセンサーのそれぞれは、互いに異なる前記所定のニオイ分子の吸着により共振周波数が変化するように構成される
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載のニオイ測定装置。
【請求項１０】
所定のニオイ分子の吸着により共振周波数が変化するニオイセンサーを設置した測定室の内部を、所定の真空度にするステップと、
前記測定室に前記所定のニオイ分子を供給するステップと、を備える
ことを特徴とするニオイ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に係るいくつかの態様は、所定のニオイ分子の濃度または質量を測定するニオイ測定装置およびニオイ測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のニオイ測定装置として、溶液中に含有されたニオイ分子を気化させる気化手段と、この気化手段の出力気体中の水分を除去する乾燥器と、乾燥器の出力気体が供給されるセンサーセル内に設置されたニオイセンサーとを備えたもの（例えば特許文献１参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２７３９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されているように、膜式の乾燥器で気化手段の出力気体中に含まれる水分を除去すると、水分子とともにニオイ分子も少なからず取り除かれてしまっていた。そのため、特許文献１に記載のニオイ測定装置は、ニオイ分子の測定感度が低く、溶液中に微量に存在するニオイ分子を検出することができないという問題があった。
【０００５】
本発明のいくつかの態様は前述の問題に鑑みてなされたものであり、微量のニオイ分子を検出することのできるニオイ測定装置およびニオイ測定方法を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るニオイ測定装置は、所定のニオイ分子の吸着により共振周波数が変化するように構成されるニオイセンサーと、内部にニオイセンサーが設置される測定室と、測定室の内部を所定の真空度にする真空ポンプと、を備え、前述の所定の真空度にされた測定室の内部に、前述の所定のニオイ分子が供給される。
【０００７】
かかる構成によれば、所定の真空度にされた測定室の内部に、所定のニオイ分子が供給される。ここで、所定のニオイ分子の平均自由行程が長くなれば、所定のニオイ分子は、測定室内の他の分子に衝突することなく、ニオイセンサーに到達して吸着される蓋然性が高まる。よって、所定のニオイ分子の平均自由行程は、測定室の圧力に反比例するので、測定室の圧力を低下させ、測定室の内部を所定の真空度にすることにより、測定室内は、ニオイセンサーにとってノイズ成分となる物質、例えば、水分子などが非常に少ない（極力排除された）測定環境になり、高感度のニオイセンサーを設置（使用）することが可能となる。
【０００８】
また、共振周波数の変化量は、共振周波数の２乗に比例するので、ニオイセンサーの検出感度は、共振周波数が大きいほど高い（高感度である）といえる。一方、ニオイセンサーの検出感度が高いと測定環境に敏感になるので、測定対象であるニオイ分子以外の物質がノイズ成分となって表れ得る。そのため、従来のニオイ測定装置のように、大気中でニオイ分子を測定する場合、ニオイセンサーからノイズ成分の少ない安定した検出信号を得るために、例えば、共振周波数が３０［ＭＨｚ］の水晶振動子を使用していた。その結果、従来のニオイ測定装置は、１００［ｐｐｂ］（十億分の一）の桁数（オーダー）の濃度のニオイ分子を測定していた。
【０００９】
これに対し、本発明のニオイ測定装置では、測定室内が、ニオイセンサーにとってノイズ成分となる物質が非常に少ない（極力排除された）測定環境になるので、例えば、共振周波数が６００［ＭＨｚ］の水晶振動子を使用するができる。これにより、本発明のニオイ測定装置は、１００［ｐｐｔ］（一兆分の一）の桁数（オーダー）の濃度のニオイ分子を測定することができ、従来のニオイ測定装置と比較して、約１０００倍の測定感度を得ることができる。これにより、測定感度を高めることができ、微量のニオイ分子を検出、測定することができる。
【００１０】
好ましくは、内部に前記の所定のニオイ分子を含む試料が配置されるロードロック室をさらに備え、ロードロック室は、測定室と連通する開閉自在の開口部を有し、真空ポンプは、前記ロードロック室の内部の圧力を低下させる。
【００１１】
かかる構成によれば、内部に所定のニオイ分子を含む試料が配置されるロードロック室が、測定室と連通し、開閉自在に開口部を有する。これにより、ロードロック室の内部に試料を配置した後に、開口部を開くことで、試料に含まれる所定のニオイ分子が測定室に供給される。また、ロードロック室に試料を配置する際に、ロードロック室の内部が大気（外気）に開放されるおそれがあるので、真空ポンプがロードロック室の内部の圧力を低下させ、大気圧からの真空引きを行うことで、開口部を開く場合でも測定室の真空度が保たれる（維持される）。これにより、測定室の内部の真空度を保ちつつ（維持しつつ）、所定のニオイ分子を供給するロードロック室を容易に実現することができる。
【００１２】
好ましくは、前述の試料は、固相抽出により採取した前述の所定のニオイ分子を含む。
【００１３】
かかる構成によれば、前述した試料には、固相抽出により採取した所定のニオイ分子が含まれる。これにより、所定のニオイ分子以外の分子を分離した試料がロードロック室の内部に配置されるので、高濃度（高純度）の所定のニオイ分子を測定室の内部に供給することができる。これにより、測定感度をさらに高めることができ、さらに微量のニオイ分子を検出、測定することができる。
【００１４】
好ましくは、ロードロック室は、前述の試料を加熱するヒーターをさらに有する。
【００１５】
かかる構成によれば、ロードロック室が、ロードロック室の内部に配置された試料を加熱するヒーターをさらに有する。これにより、試料に含まれる所定のニオイ分子が放出され易くなるので、測定室の内部に設置されたニオイセンサー１０に所定のニオイ分子が吸着する蓋然性を高めることができる。これにより、測定感度をさらに高めることができ、さらに微量のニオイ分子を検出、測定することができる。
【００１６】
好ましくは、測定室の内部の気体は、所定の速度で排出される。
【００１７】
かかる構成によれば、測定室の内部の気体が、所定の速度で排出される。これにより、ニオイセンサーに吸着した所定のニオイ分子を取り除くことができる。これにより、異なるニオイを連続的に測定することができる。
【００１８】
好ましくは、前述の所定の真空度は、１０-4Ｐａ以上、かつ、１０-2Ｐａ以下の圧力である。
【００１９】
かかる構成によれば、測定室の内部の所定の真空度は１０-4［Ｐａ］以上、かつ、１０-2［Ｐａ］以下の圧力である。これにより、真空ポンプを、例えば、ロータリーポンプおよびターボ分子ポンプなどで構成することより、測定室の内部の真空状態を保つ（維持する）ことが可能となる。これにより、装置の大型化およびコスト増加を防止することができるとともに、測定感度を高めることができ、微量のニオイ分子を検出、測定することができるニオイ測定装置を容易に実現することができる。
【００２０】
好ましくは、測定室の内部の寸法は、ニオイセンサーの寸法と同一または略同一である。
【００２１】
かかる構成によれば、測定室の内部の寸法は、ニオイセンサーの寸法と同一または略同一である。これにより、測定室の内部が最低限の容積（体積）になるので、測定室の内部を容易に所定の真空度にすることができるとともに、測定室の内部に設置されるニオイセンサーが、所定のニオイ分子を吸着する蓋然性を高めることができる。これにより、測定感度をさらに高めることができ、さらに微量のニオイ分子を検出、測定することができる。
【００２２】
好ましくは、ニオイセンサーは、水晶基板を含む水晶振動子と、前述の所定のニオイ分子を吸着する吸着膜と、を有し、吸着膜は、真空中において、水晶基板の少なくとも一方の面に形成される。
【００２３】
かかる構成によれば、吸着膜が、真空中において、水晶基板の少なくとも一方の面に形成される。これにより、ニオイセンサーを真空中に設置したときに、吸着膜に吸着した所定のニオイ分子がガス放出されるのを防止することができる。これにより、測定感度をさらに高めることができ、さらに微量のニオイ分子を検出、測定することができる。
【００２４】
好ましくは、複数の前述のニオイセンサーを備え、複数のニオイセンサーのそれぞれは、互いに異なる前述の所定のニオイ分子の吸着により共振周波数が変化するように構成される。
【００２５】
かかる構成によれば、複数のニオイセンサーのそれぞれが、互いに異なる所定のニオイ分子の吸着により共振周波数が変化するように構成される。ここで、一般に、ニオイは、複数のニオイ分子によって構成されており、それぞれのニオイ分子の構成割合（構成比率）によって特定（または分類）することができる。よって、互いに異なる所定のニオイ分子の吸着により共振周波数が変化するように構成された複数のニオイセンサーを設置することにより、複数の所定のニオイ分子の構成割合（構成比率）を測定することができる。これにより、複数のニオイ分子によって構成されるニオイを特定（または分類）することができ、ニオイを識別することができる。
【００２６】
本発明に係るニオイ測定方法は、所定のニオイ分子の吸着により共振周波数が変化するニオイセンサーを設置した測定室の内部を、所定の真空度にするステップと、前述の測定室に前述の所定のニオイ分子を供給するステップと、を備える。
【００２７】
かかる構成によれば、所定の真空度にされた測定室の内部に、所定のニオイ分子が供給される。ここで、所定のニオイ分子の平均自由行程が長くなれば、所定のニオイ分子は、測定室内の他の分子に衝突することなく、ニオイセンサーに到達して吸着される蓋然性が高まる。よって、所定のニオイ分子の平均自由行程は、測定室の圧力に反比例するので、測定室の圧力を低下させ、測定室の内部を所定の真空度にすることにより、測定室内は、ニオイセンサーにとってノイズ成分となる物質、例えば、水分子などが非常に少ない（極力排除された）測定環境になり、高感度のニオイセンサーを設置（使用）することが可能となる。
【００２８】
また、共振周波数の変化量は、共振周波数の２乗に比例するので、ニオイセンサーの検出感度は、共振周波数が大きいほど高い（高感度である）といえる。一方、ニオイセンサーの検出感度が高いと測定環境に敏感になるので、測定対象であるニオイ分子以外の物質がノイズ成分となって表れ得る。そのため、従来のニオイ測定方法のように、大気中でニオイ分子を測定する場合、ニオイセンサーからノイズ成分の少ない安定した検出信号を得るために、例えば、共振周波数が３０［ＭＨｚ］の水晶振動子を使用していた。その結果、従来のニオイ測定方法は、１００［ｐｐｂ］（十億分の一）の桁数（オーダー）の濃度のニオイ分子を測定していた。
【００２９】
これに対し、本発明のニオイ測定方法では、測定室内が、ニオイセンサーにとってノイズ成分となる物質が非常に少ない（極力排除された）測定環境になるので、例えば、共振周波数が６００［ＭＨｚ］の水晶振動子を使用するができる。これにより、本発明のニオイ測定方法は、１００［ｐｐｔ］（一兆分の一）の桁数（オーダー）の濃度のニオイ分子を測定することができ、従来のニオイ測定方法と比較して、約１０００倍の測定感度を得ることができる。これにより、測定感度を高めることができ、微量のニオイ分子を検出、測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るニオイ測定装置の一例を説明する概略構成図である。
【図２】図１に示したニオイセンサーの断面図である。
【図３】ニオイの構成割合の一例を説明するグラフである。
【図４】図１に示した測定室の他の例を説明する概略構成図である。
【図５】図１に示したＳＰＭＥホルダーを用いて試料を採取する方法を説明する側面図である。
【図６】図５に示したＳＰＭＥホルダーをロードロック室の内部に配置した状態を説明する図である。
【図７】図６に開口部を開いた状態を説明する図である。
【図８】図６および図７に示したニオイセンサーにおける共振周波数の時間変化の一例を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法などは以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。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。なお、以下の説明において、図面の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」という。
【００３２】
図１ないし図８は、本発明に係るニオイ測定装置およびニオイ測定方法の一実施形態を示すためのものである。まず、図１ないし図４を参照してニオイ測定装置の構成について説明する。
【００３３】
図１は、本発明に係るニオイ測定装置の一例を説明する概略構成図である。図１に示すように、ニオイ測定装置１００は、複数のニオイセンサー１０が設置された測定室２０と、各ニオイセンサー１０に電気的に接続された測定部３０と、測定室２０の一端部（図１において右端部）に取り付けられた真空ユニット４０と、測定室の他端部（図１において左端部）に取り付けられたロードロック室５０と、を含んで構成される。
【００３４】
図２は、図１に示したニオイセンサーの断面図である。図２に示すように、ニオイセンサー１０は、水晶振動子１１と、吸着膜１５と、を含んで構成される。水晶振動子１１は、水晶基板１２と、水晶基板１２の両面（図２において上面および下面）に配置された２つの電極１３と、それぞれが電極１３に電気的に接続された２つの信号線１４と、を含んで構成される。
【００３５】
水晶振動子１１は、例えば、ＡＴカット型の水晶振動子である。水晶振動子１１は、水晶基板１２の両面に設けた電極１３間に電圧を印加すると、水晶基板１２の両面が互いにずれるように振動する、いわゆる厚みすべり振動モードで動作する。水晶振動子１１の共振周波数（共振振動数）ｆ0は、電極１３間に挟まれた水晶基板１２の厚さｔに反比例し、以下の式（１）で表すことができる。
ｆ0＝１６７０／ｔ  …（１）
但し、水晶基板１２の厚さｔの単位は［μｍ］であり、水晶振動子１１の共振周波数ｆ0の単位は［ＭＨｚ］である。
【００３６】
この水晶振動子１１を用いたニオイセンサー１０において、質量変化量ΔＭと、共振周波数の変化量Δｆとの関係は、以下のSauerbreyの式（２）で表すことができる。
【００３７】
【数１】
2012225842.tif 000003
但し、ρは水晶の密度、μは水晶のせん断弾性定数、Ａは有効振動面積であって、略電極面積である。
【００３８】
吸着膜１５は、所定のニオイ分子を吸着する材料、例えば、有機ポリマー材料で構成される。吸着膜１５は、水晶基板１２の両面（図２において上面および下面）を、電極１３を含んで被覆するように、形成される。
【００３９】
吸着膜１５の形成方法としては、例えば、スピンコートや噴霧などにより塗布する方法が挙げられる。より好ましくは、真空蒸着やスパッタリングなどの方法により、真空中において、水晶基板１２の少なくとも一方の面に吸着膜１５を形成する。これにより、ニオイセンサー１０を真空中に設置したときに、吸着膜１５に吸着した所定のニオイ分子がガス放出されるのを防止することができる。
【００４０】
このように構成されたニオイセンサー１０では、吸着膜１５に所定のニオイ分子が吸着すると、ニオイセンサー１０の質量が変化し、前述した式（２）に従って共振周波数が変化する。
【００４１】
図１に示す測定部３０は、ニオイセンサー１０の共振周波数の変化量Δｆに基づいて、所定のニオイ分子を検出し、その質量またはその濃度を測定するためのものである。測定部３０には、各ニオイセンサー１０の信号線１４が接続されており、ニオイセンサー１０に所定のニオイ分子が吸着すると、当該ニオイセンサー１０から共振周波数の変化量Δｆに基づく検出信号が入力される。
【００４２】
本実施形態では、測定室２０内に４つのニオイセンサー１０を設置する例を示したが、これに限定されず、ニオイセンサー１０を測定室２０内に１つ設置するようにしてもよいし、２つ、３つ、または５つ以上設置するようにしてもよい。
【００４３】
なお、図１に示すように、測定室２０の内部に複数のニオイセンサー１０を設置する場合、複数のニオイセンサー１０のそれぞれは、互いに異なる所定のニオイ分子の吸着により共振周波数が変化するように構成するのが好ましい。具体的には、それぞれのニオイセンサー１０において、吸着膜１５として、互いに異なる所定のニオイ分子に対して感応性を有する材料を選択すればよい。
【００４４】
図３は、ニオイの構成割合の一例を説明するグラフである。なお、図３は、ｃｈ１からｃｈ１６と表記された１６個のニオイセンサー１０を使用してバジルのニオイを測定したときのグラフであって、前述した共振周波数の変化量Δｆに基づいてプロットしたものである。図３に示すように、ｃｈ１、ｃｈ２、およびｃｈ１６のニオイセンサー１０は、所定のニオイ分子を多く検出（ニオイ分子に大きく反応）している。一方、ｃｈ８およびｃｈ１１のニオイセンサー１０は、所定のニオイ分子を検出（ニオイ分子に反応）していないか、または、所定のニオイ分子を微少に検出（ニオイ分子にわずかに反応）している。ここで、一般に、ニオイは、複数のニオイ分子によって構成されており、それぞれのニオイ分子の構成割合（構成比率）によって特定（または分類）することができる。よって、例えば、互いに異なる所定のニオイ分子の吸着により共振周波数が変化するように構成された１６個のニオイセンサー１０を設置することにより、図３に示すように、１６個の所定のニオイ分子の構成割合（構成比率）を測定することができる。
【００４５】
図１に示す真空ユニット４０は、排気管４１と、真空ポンプ４２と、を有する。排気管４１は、測定室２０と外部とを連通する配管である。真空ポンプ４２は、排気管４１に設置されており、図１中にブロック矢印で示すように、排気管４１を介して測定室２０内の気体を外部（大気中）に排出する。これにより、測定室２０の内部の圧力を低下させ（減圧し）、測定室２０の内部を所定の真空度にすることができる。
【００４６】
測定室２０の内部の所定の真空度は、例えば、１０-4［Ｐａ］以上、かつ、１０-2［Ｐａ］以下の圧力である。これにより、真空ポンプ４２を、例えば、ロータリーポンプおよびターボ分子ポンプなどで構成することより、測定室２０の内部の真空状態を保つ（維持する）ことが可能となる。
【００４７】
また、所定の真空度にされた測定室２０の内部には、後述するように、ロードロック室５０から所定のニオイ分子が供給される。
【００４８】
ここで、測定室２０の内部において、所定のニオイ分子の平均自由行程λは、測定室２０の温度Ｔ、測定室２０の圧力Ｐ、および所定のニオイ分子の直径Ｄを用いて、以下の式（３）で表される。
λ＝３．１１×１０-24×Ｔ／（Ｐ×Ｄ）  …（３）
但し、測定室２０の温度Ｔの単位は［Ｋ］であり、測定室２０の圧力Ｐの単位は［Ｐａ］であり、所定のニオイ分子の直径Ｄの単位は［ｍ］であり、所定のニオイ分子の平均自由行程λの単位は［ｍ］である。
【００４９】
所定のニオイ分子の平均自由行程λが長くなれば、所定のニオイ分子は、測定室２０内の他の分子に衝突することなく、ニオイセンサー１０に到達して吸着される蓋然性が高まる。よって、前述した式（３）に表されているように、所定のニオイ分子の平均自由行程λは、測定室２０の圧力Ｐに反比例するので、測定室２０の圧力Ｐを低下させ、測定室２０の内部を所定の真空度にすることにより、測定室２０内は、ニオイセンサー１０にとってノイズ成分となる物質、例えば、水分子などが非常に少ない（極力排除された）測定環境になり、高感度のニオイセンサー１０を設置（使用）することが可能となる。
【００５０】
ここで、前述した式（２）に表されているように、共振周波数の変化量Δｆは、水晶振動子１１の共振周波数ｆ0の２乗に比例するので、ニオイセンサー１０の検出感度は、水晶振動子１１の共振周波数ｆ0が大きいほど高い（高感度である）といえる。一方、ニオイセンサー１０の検出感度が高いと測定環境に敏感になるので、測定対象であるニオイ分子以外の物質がノイズ成分となって表れ得る。そのため、従来のニオイ測定装置およびニオイ測定方法のように、大気中でニオイ分子を測定する場合、ニオイセンサーからノイズ成分の少ない安定した検出信号を得るために、例えば、共振周波数が３０［ＭＨｚ］の水晶振動子を使用していた。その結果、従来のニオイ測定装置およびニオイ測定方法は、１００［ｐｐｂ］（十億分の一）の桁数（オーダー）の濃度のニオイ分子を測定していた。
【００５１】
これに対し、本発明のニオイ測定装置１００およびニオイ測定方法では、測定室２０内が、ニオイセンサー１０にとってノイズ成分となる物質が非常に少ない（極力排除された）測定環境になるので、例えば、共振周波数ｆ0が６００［ＭＨｚ］の水晶振動子を使用するができる。これにより、本発明のニオイ測定装置１００およびニオイ測定方法は、１００［ｐｐｔ］（一兆分の一）の桁数（オーダー）の濃度のニオイ分子を測定することができ、従来のニオイ測定装置およびニオイ測定方法と比較して、約１０００倍の測定感度を得ることができる。
【００５２】
図４は、図１に示した測定室２０の他の例を説明する概略構成図である。また、測定室２０の内部の、縦、横、および高さの寸法は、複数のニオイセンサー１０の縦、横、および高さの寸法と同一であるか、または、図４に示すように、わずかに大きい略同一であることが好ましい。これにより、測定室２０の内部が最低限の容積（体積）になるので、測定室の内部を容易に所定の真空度にすることができるとともに、測定室２０の内部に設置されるニオイセンサー１０が、所定のニオイ分子を吸着する蓋然性を高めることができる。
【００５３】
なお、測定室２０の内部に１つのニオイセンサー１０を設置する場合も、同様に、測定室２０の内部の、縦、横、および高さの寸法は、１つのニオイセンサー１０の縦、横、および高さの寸法と同一であるか、または、わずかに大きい略同一であることが好ましい。
【００５４】
図１に示すロードロック室５０は、測定室２０の内部を真空に保ち（維持し）つつ、所定のニオイ分子を含む試料を出し入れ（交換）するためのものである。一方、図１に示すＳＰＭＥ（Solid Phase Micro Extraction）ホルダー６０は、所定のニオイ分子を含む試料が吸着されたＳＰＭＥファイバー６１を有する。このＳＰＭＥホルダー６０をロードロック室５０の内部に設置することにより、所定のニオイ分子を含む試料がロードロック室５０の内部に配置される。
【００５５】
ロードロック室５０は、開口部５１と、排気管５２と、を有する。開口部５１は、ロードロック室５０と測定室２０との接続部分に設けられ、ロードロック室５０と測定室２０とを連通する。また、開口部５１は、開閉自在に構成されており、制御部（図示省略）の制御信号に基づいて開閉される。これにより、ロードロック室５０の内部に試料を配置した後に、開口部５１を開くことで、試料に含まれる所定のニオイ分子が測定室２０に供給される。
【００５６】
排気管５２は、前述した真空ポンプ４２に接続されている。真空ポンプ４２は、ロードロック室５０の内部の圧力を低下させ（減圧し）、ロードロック室５０の内部を真空状態にする。これにより、ロードロック室５０に試料を配置する際に、ロードロック室５０の内部が大気（外気）に開放されるおそれがあるので、真空ポンプ４２がロードロック室５０の内部の圧力を低下させ、大気圧からの真空引きを行うことで、開口部５１を開く場合でも測定室２０の真空度が保たれる（維持される）。
【００５７】
本実施形態では、ロードロック室５０が排気管５２を有する例を示したが、これに限定されない。例えば、ロードロック室５０は、真空ポンプ４２とは別に、ロードロック室５０の内部の圧力を低下させるポンプを有するようにしてもよい。
【００５８】
ロードロック室５０は、さらにヒーター５３を有する。ヒーター５３は、ロードロック室５０の内部に配置された試料を加熱する。これにより、試料に含まれる所定のニオイ分子が放出され易くなるので、測定室２０の内部に設置されたニオイセンサー１０に所定のニオイ分子が吸着する蓋然性を高めることができる。
【００５９】
次に、図５ないし図８を参照して、所定のニオイ分子の濃度を測定する方法について説明する。
【００６０】
図５は、図１に示したＳＰＭＥホルダー６０を用いて試料を採取する方法を説明する側面図である。最初に、図１に示す真空ポンプ４２は、測定室２０の内部の気体を排出し、あらかじめ測定室２０の内部を所定の真空度にしておく。一方、図５に示すように、ニオイを発するニオイ物質Ａを、ガラス製などのニオイの残らない（吸着の少ない）容器７０に封入する。つぎに、この容器７０内に、ＳＰＭＥファイバー６１を含むＳＰＭＥホルダー６０の先端部を挿入する。そして、一定時間、例えば、１分から６０分程度の時間が経過すると、ニオイ物質Ａから発せられる所定のニオイ分子がＳＰＭＥファイバー６１に十分に吸着され、所定のニオイ分子が固体化され、抽出（固相抽出）された試料を採取することができる。これにより、所定のニオイ分子以外の分子を分離した試料がロードロック室５０の内部に配置されるので、高濃度（高純度）の所定のニオイ分子を測定室２０の内部に供給することができる。
【００６１】
なお、ＳＰＭＥホルダー６０の先端部を容器７０内に挿入する際に、容器７０内の温度を、ニオイ物質Ａから発せられる所定のニオイ分子がＳＰＭＥファイバー６１に吸着するのに適した温度、例えば、室温以上８０［℃］以下の温度に設定してもよい。
【００６２】
ＳＰＭＥファイバー６１の材料としては、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリアクリレート（ＰＡ）、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、または、これらの組み合わせなどが挙げられる。なお、ＳＰＭＥファイバー６１の材料は、抽出する所定のニオイ分子に応じて選択される。
【００６３】
図６は、図５に示したＳＰＭＥホルダー６０をロードロック室５０の内部に配置した状態を説明する図である。次に、図６に示すように、ＳＰＭＥファイバー６１に所定のニオイ分子を含む試料が吸着されたＳＰＭＥホルダー６０を、ロードロック室５０の内部に設置する。このとき、ロードロック室５０の内部の温度は室温であり、開口部５１は閉じた状態である。また、真空ポンプ４２は、ロードロック室５０の内部の圧力を低下させ、大気圧からの真空引きを行う。
【００６４】
次に、ヒーター５３は、ロードロック室５０の内部に設置されたＳＰＭＥホルダー６０、特に、所定のニオイ分子を含む試料が吸着されたＳＰＭＥファイバー６１を、例えば、２００［℃］以上３５０［℃］以下の温度で加熱する。
【００６５】
図７は、図６に開口部５１を開いた状態を説明する図である。次に、開口部５１を開いて、ロードロック室５０から測定室２０の内部に所定のニオイ分子を供給する。なお、開口部５１を開く前までに、真空ポンプ４２は、測定室２０の内部の気体を排出し、測定室２０の内部を所定の真空度にしておく。また、真空ポンプ４２は、開口部５１を開いた後も継続して、測定室２０の内部の気体を排出する。
【００６６】
測定室２０の内部を移動する所定のニオイ分子が、ニオイセンサー１０の吸着膜１５に吸着すると、共振周波数の変化量Δｆに基づく検出信号が、信号線１４を介して測定部３０に入力される。測定部３０は、この検出信号に基づいて、所定のニオイ分子の濃度を測定（算出）する。
【００６７】
所定のニオイ分子の濃度を測定後、図６に示すように、開口部７１を閉じる。なお、真空ポンプ４２は、開口部５１を閉じた後も継続して、測定室２０の内部の気体を排出する。このとき、真空ポンプ４２は、測定室２０の内部の気体を、所定の速度または流量、例えば６０［ｓｃｃｍ］で、排出することが好ましい。これにより、ニオイセンサー１０に吸着した所定のニオイ分子を取り除くことができる。
【００６８】
図８は、図６および図７に示したニオイセンサー１０における共振周波数の時間変化の一例を説明するグラフである。図８に示すように、時間ｔ1において、開口部５１を開いて測定室２０の内部に所定のニオイ分子が供給されると、ニオイセンサー１０に所定のニオイ分子が吸着し、所定の値ｆ1であったニオイセンサー１０の共振周波数は、時間ｔ1から時間ｔ2までの間、変化する。そして、時間ｔ2において、開口部５１を閉じ、測定室２０の内部の気体が所定の速度で排出されると、ニオイセンサー１０に吸着した所定のニオイ分子が取り除かれる。その結果、ニオイセンサー１０の共振周波数は、別の所定の値ｆ2から変化する。
【００６９】
このように、本実施形態のニオイ測定装置１００によれば、所定の真空度にされた測定室２０の内部に、所定のニオイ分子が供給される。ここで、所定のニオイ分子の平均自由行程λが長くなれば、所定のニオイ分子は、測定室２０内の他の分子に衝突することなく、ニオイセンサー１０に到達して吸着される蓋然性が高まる。よって、前述した式（３）に表されているように、所定のニオイ分子の平均自由行程λは、測定室２０の圧力Ｐに反比例するので、測定室２０の圧力Ｐを低下させ、測定室２０の内部を所定の真空度にすることにより、測定室２０内は、ニオイセンサー１０にとってノイズ成分となる物質、例えば、水分子などが非常に少ない（極力排除された）測定環境になり、高感度のニオイセンサー１０を設置（使用）することが可能となる。
【００７０】
また、前述した式（２）に表されているように、共振周波数の変化量Δｆは、水晶振動子１１の共振周波数ｆ0の２乗に比例するので、ニオイセンサー１０の検出感度は、水晶振動子１１の共振周波数ｆ0が大きいほど高い（高感度である）といえる。一方、ニオイセンサー１０の検出感度が高いと測定環境に敏感になるので、測定対象であるニオイ分子以外の物質がノイズ成分となって表れ得る。そのため、従来のニオイ測定装置のように、大気中でニオイ分子を測定する場合、ニオイセンサーからノイズ成分の少ない安定した検出信号を得るために、例えば、共振周波数が３０［ＭＨｚ］の水晶振動子を使用していた。その結果、従来のニオイ測定装置は、１００［ｐｐｂ］（十億分の一）の桁数（オーダー）の濃度のニオイ分子を測定していた。
【００７１】
これに対し、本発明のニオイ測定装置１００では、測定室２０内が、ニオイセンサー１０にとってノイズ成分となる物質が非常に少ない（極力排除された）測定環境になるので、例えば、共振周波数ｆ0が６００［ＭＨｚ］の水晶振動子を使用するができる。これにより、本発明のニオイ測定装置１００は、１００［ｐｐｔ］（一兆分の一）の桁数（オーダー）の濃度のニオイ分子を測定することができ、従来のニオイ測定装置と比較して、約１０００倍の測定感度を得ることができる。これにより、測定感度を高めることができ、微量のニオイ分子を検出、測定することができる。
【００７２】
また、本実施形態のニオイ測定装置１００によれば、内部に所定のニオイ分子を含む試料が配置されるロードロック室５０が、測定室２０と連通し、開閉自在に開口部５１を有する。これにより、ロードロック室５０の内部に試料を配置した後に、開口部５１を開くことで、試料に含まれる所定のニオイ分子が測定室２０に供給される。また、ロードロック室５０に試料を配置する際に、ロードロック室５０の内部が大気（外気）に開放されるおそれがあるので、真空ポンプ４２がロードロック室５０の内部の圧力を低下させ、大気圧からの真空引きを行うことで、開口部５１を開く場合でも測定室２０の真空度が保たれる（維持される）。これにより、測定室２０の内部の真空度を保ちつつ（維持しつつ）、所定のニオイ分子を供給するロードロック室５０を容易に実現することができる。
【００７３】
また、本実施形態のニオイ測定装置１００によれば、前述した試料には、固相抽出により採取した所定のニオイ分子が含まれる。これにより、所定のニオイ分子以外の分子を分離した試料がロードロック室５０の内部に配置されるので、高濃度（高純度）の所定のニオイ分子を測定室２０の内部に供給することができる。これにより、測定感度をさらに高めることができ、さらに微量のニオイ分子を検出、測定することができる。
【００７４】
また、本実施形態のニオイ測定装置１００によれば、ロードロック室５０が、ロードロック室５０の内部に配置された試料を加熱するヒーター５３をさらに有する。これにより、試料に含まれる所定のニオイ分子が放出され易くなるので、測定室２０の内部に設置されたニオイセンサー１０に所定のニオイ分子が吸着する蓋然性を高めることができる。これにより、測定感度をさらに高めることができ、さらに微量のニオイ分子を検出、測定することができる。
【００７５】
また、本実施形態のニオイ測定装置１００によれば、測定室２０の内部の気体が、所定の速度で排出される。これにより、ニオイセンサー１０に吸着した所定のニオイ分子を取り除くことができる。これにより、異なるニオイを連続的に測定することができる。
【００７６】
また、本実施形態のニオイ測定装置１００によれば、測定室２０の内部の所定の真空度は１０-4［Ｐａ］以上、かつ、１０-2［Ｐａ］以下の圧力である。これにより、真空ポンプ４２を、例えば、ロータリーポンプおよびターボ分子ポンプなどで構成することより、測定室２０の内部の真空状態を保つ（維持する）ことが可能となる。これにより、装置の大型化およびコスト増加を防止することができるとともに、測定感度を高めることができ、微量のニオイ分子を検出、測定することができるニオイ測定装置１００を容易に実現することができる。
【００７７】
また、本実施形態のニオイ測定装置１００によれば、測定室２０の内部の寸法は、ニオイセンサー１０の寸法と同一または略同一である。これにより、測定室２０の内部が最低限の容積（体積）になるので、測定室２０の内部を容易に所定の真空度にすることができるとともに、測定室２０の内部に設置されるニオイセンサー１０が、所定のニオイ分子を吸着する蓋然性を高めることができる。これにより、測定感度をさらに高めることができ、さらに微量のニオイ分子を検出、測定することができる。
【００７８】
また、本実施形態のニオイ測定装置１００によれば、吸着膜１５が、真空中において、水晶基板１２の少なくとも一方の面に形成される。これにより、ニオイセンサー１０を真空中に設置したときに、吸着膜１５に吸着した所定のニオイ分子がガス放出されるのを防止することができる。これにより、測定感度をさらに高めることができ、さらに微量のニオイ分子を検出、測定することができる。
【００７９】
また、本実施形態のニオイ測定装置１００によれば、複数のニオイセンサー１０のそれぞれが、互いに異なる所定のニオイ分子の吸着により共振周波数が変化するように構成される。ここで、一般に、ニオイは、複数のニオイ分子によって構成されており、それぞれのニオイ分子の構成割合（構成比率）によって特定（または分類）することができる。よって、例えば、互いに異なる所定のニオイ分子の吸着により共振周波数が変化するように構成された１６個のニオイセンサー１０を設置することにより、図３に示すように、１６個の所定のニオイ分子の構成割合（構成比率）を測定することができる。これにより、複数のニオイ分子によって構成されるニオイを特定（または分類）することができ、ニオイを識別することができる。
【００８０】
また、本実施形態のニオイ測定方法によれば、所定の真空度にされた測定室２０の内部に、所定のニオイ分子が供給される。ここで、所定のニオイ分子の平均自由行程λが長くなれば、所定のニオイ分子は、測定室２０内の他の分子に衝突することなく、ニオイセンサー１０に到達して吸着される蓋然性が高まる。よって、前述した式（３）に表されているように、所定のニオイ分子の平均自由行程λは、測定室２０の圧力Ｐに反比例するので、測定室２０の圧力Ｐを低下させ、測定室２０の内部を所定の真空度にすることにより、測定室２０内は、ニオイセンサー１０にとってノイズ成分となる物質、例えば、水分子などが非常に少ない（極力排除された）測定環境になり、高感度のニオイセンサー１０を設置（使用）することが可能となる。
【００８１】
また、前述した式（２）に表されているように、共振周波数の変化量Δｆは、水晶振動子１１の共振周波数ｆ0の２乗に比例するので、ニオイセンサー１０の検出感度は、水晶振動子１１の共振周波数ｆ0が大きいほど高い（高感度である）といえる。一方、ニオイセンサー１０の検出感度が高いと測定環境に敏感になるので、測定対象であるニオイ分子以外の物質がノイズ成分となって表れ得る。そのため、従来のニオイ測定方法のように、大気中でニオイ分子を測定する場合、ニオイセンサーからノイズ成分の少ない安定した検出信号を得るために、例えば、共振周波数が３０［ＭＨｚ］の水晶振動子を使用していた。その結果、従来のニオイ測定方法は、１００［ｐｐｂ］（十億分の一）の桁数（オーダー）の濃度のニオイ分子を測定していた。
【００８２】
これに対し、本発明のニオイ測定方法では、測定室２０内が、ニオイセンサー１０にとってノイズ成分となる物質が非常に少ない（極力排除された）測定環境になるので、例えば、共振周波数ｆ0が６００［ＭＨｚ］の水晶振動子を使用するができる。これにより、本発明のニオイ測定方法は、１００［ｐｐｔ］（一兆分の一）の桁数（オーダー）の濃度のニオイ分子を測定することができ、従来のニオイ測定方法と比較して、約１０００倍の測定感度を得ることができる。これにより、測定感度を高めることができ、微量のニオイ分子を検出、測定することができる。
【００８３】
なお、前述した実施形態の構成を組み合わせたり、あるいは、一部の構成部分を入れ替えたりしてもよい。また、本発明の構成は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１０…ニオイセンサー、２０…測定室、３０…測定部、４２…真空ポンプ、５０…ロードロック室、５１…開口部、５３…ヒーター、６０…ＳＰＭＥホルダー、１００…ニオイ測定装置
【図１】
2012225842.tif 000004
【図２】
2012225842.tif 000005
【図３】
2012225842.tif 000006
【図４】
2012225842.tif 000007
【図５】
2012225842.tif 000008
【図６】
2012225842.tif 000009
【図７】
2012225842.tif 000010
【図８】
2012225842.tif 000011