(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ又は複数個のガスセンサと、サンプルガス中のにおい成分を吸着する捕集剤が充填された捕集部と、サンプルガスを捕集部に導入するためのサンプルガス導入部と、捕集剤に吸着したにおい成分を脱離させるために捕集部を加熱する加熱部と、脱離したにおい成分をガスセンサに供給するために捕集部にキャリアガスを供給するキャリアガス供給部と、を備えたにおい識別装置において、
前記捕集部の捕集剤に吸着したにおい成分を脱離させる際に、その追出し条件として前記キャリアガス供給部による前記捕集部への時間当たりのキャリアガス供給流量を１回の測定中に経時的に変化させる追出し条件制御部を備えたことを特徴とするにおい識別装置。
【請求項２】
前記追出し条件制御部は前記加熱部による前記捕集部の加熱温度も１回の測定中に経時的に変化させる請求項１に記載のにおい識別装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１つ又は複数個のガスセンサを備えてサンプルガス中のにおい成分を識別するにおい識別装置に関するものである。
このようなにおい識別装置は、食品や香料などにおいに関する研究開発分野、食品や化成品製造などにおいに関する品質管理分野、臭気環境の管理分野などの分野において、においの臭気強度やにおいの質を求めるために用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、においに関する測定は、ＧＣ／ＭＳ（ガスクロマトグラフ／マススペクトロメトリー）を用いた成分分析が主流となっている。しかし、ＧＣ／ＭＳを用いた成分分析では、測定時間がかかる、測定に熟練を要する、試料に対する出力情報が非常に多く、その解析及び解釈が困難である、においの官能値との相関が得にくい、などの欠点がある。
そこで、上記のような欠点を解消した、ガスセンサを用いたにおい識別装置が開発されている。におい識別装置に使用されるガスセンサとしては、酸化物半導体センサや導電性高分子センサ、水晶振動子の表面にガス吸着膜を形成したセンサ（ＱＣＭ：Quartz Crystal Microbalance、水晶振動子小重量法）、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：表面弾性波）デバイスの表面にガス吸着膜を形成したセンサなどがある。酸化物半導体センサでは、サンプルガス中のガス成分の酸化還元反応により酸化物半導体の電気抵抗が変化する現象を利用する。導電性高分子センサでは、ガス成分の吸着により導電性高分子の導電率が変化する現象を利用する。ＱＣＭやＳＡＷデバイスでは、ガス吸着膜へのガス成分の吸着による重量変化に伴い振動数が変化する現象を利用する。
【０００３】
このような現象を利用してサンプルガス中のにおい成分を測定するにおい識別装置は、１つ又はにおい成分に対する応答特性の異なる複数個のガスセンサを備えており、ガスセンサからの検出信号をそのまま表示するか、又は複数個のガスセンサの検出信号を多変量解析に持ち込む、いわゆるケモメトリクス（化学的計量法）と呼ばれる技術を応用してサンプルガス中のにおい成分を測定している。
【０００４】
このようなにおい識別装置には、サンプルガス中のにおい成分を吸着する捕集剤が充填された捕集部を備えたものがある。そのにおい識別装置では、サンプルガスを捕集部に導入してにおい成分を捕集剤に吸着させ、窒素ガスなどの乾燥ガスを捕集部に導入してにおい成分の周囲を乾燥させた後、捕集部を加熱して捕集剤に吸着したにおい成分を脱離させ、キャリアガスを捕集部に所定の流量で供給して、におい成分をキャリアガスによりガスセンサに導いて測定している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ガスセンサを用いたにおい識別装置では、１回の測定における１サンプルガスあたりの出力は、１つのガスセンサについて１種類であり、ＧＣ／ＭＳに比べて情報量が少ないという問題があった。そこで本発明は、１回の測定における各ガスセンサについての出力情報量を増やすことができるにおい識別装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、１つ又は複数個のガスセンサと、サンプルガス中のにおい成分を吸着する捕集剤が充填された捕集部と、サンプルガスを捕集部に導入するためのサンプルガス導入部と、捕集剤に吸着したにおい成分を脱離させるために捕集部を加熱する加熱部と、脱離したにおい成分をガスセンサに供給するために捕集部にキャリアガスを供給するキャリアガス供給部とを備えたにおい識別装置であり、捕集部の捕集剤に吸着したにおい成分を脱離させる際にその追出し条件の少なくとも一部を１回の測定中に経時的に変化させる追出し条件制御部を備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
１回の測定中に経時的に変化させる追出し条件の一例は、加熱部による捕集部の加熱温度である。
追出し条件制御部により、捕集部の捕集剤に吸着したにおい成分を脱離させる際に捕集部の加熱温度を低温から高温へ段階的に変化させる。これにより、追出し条件の各段階についてガスセンサ出力をそれぞれ得ることができ、各ガスセンサについて１回の測定における複数のガスセンサ出力を得ることができる。
【０００８】
１回の測定中に経時的に変化させる追出し条件の他の例は、キャリアガス供給部による捕集部へのキャリアガスの供給流量である。
追出し条件制御部により、捕集部の捕集剤に吸着したにおい成分を脱離させる際に捕集部へのキャリアガスの供給流量を小流量から大流量へ段階的に変化させる。これにより、追出し条件の各段階についてガスセンサ出力をそれぞれ得ることができ、各ガスセンサについて１回の測定における複数のガスセンサ出力を得ることができる。
【０００９】
【実施例】
図１は、一実施例を示す概略構成図である。ただし、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の要旨の範囲内で種々の変更ができる。
サンプルガスを導入するためのサンプルガス導入部１が設けられている。サンプルガス導入部１はサンプルガスのほかに、乾燥した窒素ガスも供給する。サンプルガス導入部１からの流路は三方電磁バルブ３に接続されている。バルブ３にはサンプルガス中のにおい成分を吸着する捕集剤が充填された捕集管（捕集部）５の一端側につながる流路と、それぞれ応答特性の異なる６つの酸化物半導体センサ（ガスセンサ）７につながる流路も接続されている。バルブ３は、捕集管５につながる流路をサンプルガス導入部１につながる流路又はセンサ７につながる流路に切り換えて接続する。
【００１０】
捕集管５の周囲には、捕集管５に充填された捕集剤に吸着したにおい成分を脱離させるために捕集部５を加熱するためのヒータ（加熱部）９が設けられている。
捕集管５のバルブ３とは反対側の他端側は三方電磁バルブ１１に接続されている。バルブ１１には、捕集管５で脱離したにおい成分をセンサ７に供給するために捕集部５に乾燥した窒素ガス（キャリアガス）を供給するキャリアガス供給部１３につながる流路と、排出流路１５も接続されている。バルブ１１は、捕集管５につながる流路をキャリアガス供給部１３につながる流路又は排出流路１５に切り換えて接続する。
【００１１】
バルブ３，１１、捕集管５及びヒータ９は前処理部１７を構成し、６つのセンサ７は検出部１９を構成する。
サンプルガス導入部１、バルブ３，１１、ヒータ９、キャリアガス供給部１３はＰＣ（パーソナルコンピュータ）２１に電気的に接続されており、それらの動作はＰＣ２１により制御される。センサ７もＰＣ２１に電気的に接続されており、センサ７の出力はＰＣ２１に送られて処理される。
本発明の追出し制御部はＰＣ２１によって実現される。
【００１２】
図２はこの実施例の測定動作を示す工程図であり、太線はガスが流れている流路を表している。図２では、サンプルガス導入部１、バルブ３，１１及びキャリアガス供給部１３の図示は省略されている。図１及び図２を参照して、この実施例の動作を説明する。
１．サンプリング工程
バルブ３により、捕集管５につながる流路をサンプルガス導入部１につながる流路側に接続する。バルブ１１により、捕集管５につながる流路を排出流路１５側に接続する。ヒータ９は加熱せずに、捕集管５を例えば室温にしておく。サンプルガス導入部１により、サンプルガス（sample）をバルブ３を介して捕集管５に供給する。サンプルガス中のにおい成分は捕集管５に充填された捕集剤に吸着して捕集管５に捕集される。捕集管５を通過したサンプルガスは、バルブ１１及び排出流路１５を介して排出される。
【００１３】
２．乾燥工程
バルブ１１を切り換えて、捕集管５につながる流路をキャリアガス供給部１３側に接続する。サンプルガス導入部１によりバルブ３を介して捕集管５に窒素ガス（Ｎ2）を供給する。サンプルガスに含まれていて捕集管５内に存在する水分や妨害成分は、窒素ガスとともに、バルブ１１及びキャリアガス供給部１３を介して排出され、捕集管５内から除去される。この乾燥工程により、センサ７の出力に関し、水分の影響を除去することができるので、測定の再現性を向上することができる。
【００１４】
３．測定（加熱追出し）工程
バルブ３を切り換えて、捕集管５につながる流路をセンサ７側に接続する。
参考例として、ヒータ９を加熱して、捕集管５の温度を１００℃に上昇させる。捕集管５内の捕集剤に吸着しているにおい成分の一部が捕集剤から脱離する。キャリアガス供給部１３により所定の流量で窒素ガスをバルブ１１を介して捕集管５に供給する。捕集剤から脱離したにおい成分は、窒素ガスとともに、バルブ３を介してセンサ７へ送られる。６つの酸化物半導体センサはにおい成分をそれぞれ検出し、その出力はＰＣ２１に送られる。
【００１５】
所定時間経過後、ヒータ９をさらに加熱して、捕集管５の温度を１５０℃に上昇させる。捕集管５内に残留しているにおい成分の一部が捕集剤から脱離する。捕集管５にはキャリアガス供給部１３により所定の流量で窒素ガスが供給されており、捕集剤から脱離したにおい成分は、窒素ガスとともに、バルブ３を介してセンサ７へ送られる。６つの酸化物半導体センサはにおい成分をそれぞれ検出し、その出力はＰＣ２１に送られる。
【００１６】
さらに所定時間経過後、ヒータ９をさらに加熱して、捕集管５の温度を２５０℃に上昇させる。捕集管５内に残留しているにおい成分が捕集剤から脱離する。捕集管５にはキャリアガス供給部１３により所定の流量で窒素ガスが供給されており、捕集剤から脱離したにおい成分は、窒素ガスとともに、バルブ３を介してセンサ７へ送られる。６つの酸化物半導体センサはにおい成分をそれぞれ検出し、その出力はＰＣ２１に送られる。
測定工程において、上記のサンプリング工程で捕集管５に導入したサンプルガス量に対して、キャリアガス供給部１３により捕集管５に供給する窒素ガス流量を調節することより、におい成分を濃縮又は希釈してセンサ７に供給することができる。
【００１７】
４．クリーニング工程
キャリアガス供給部１３により捕集管５に窒素ガスを供給しつつ、ヒータ９をさらに加熱して、捕集管５の温度をさらに上昇させる。これにより、捕集管５内に残留するにおい成分を除去する。その後、ヒータ９の加熱を停止し、捕集管５が冷却した後、キャリアガス供給部１３からの窒素ガス供給を停止する。バルブ３，１１を切り換えて、測定の初期状態（１．サンプリング状態）に戻る。
【００１８】
図３は、測定工程で得られた１つの酸化物半導体センサの出力を示す波形図であり、（Ａ），（Ｂ）は互いににおいの異なるサンプルを測定したものである。縦軸は出力値を示し、横軸は時間を示す。
図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、１回の測定中に捕集管の加熱温度を段階的に１００℃、１５０℃、２５０℃と変化させることにより、におい成分独特の吸着力の強さに起因して、１００℃で脱離するにおい成分、１５０℃で脱離するにおい成分、２５０℃で脱離するにおい成分を区別して検出することができる。
図３（Ａ）及び（Ｂ）に見られるように、においの異なるサンプルは、におい成分の構成や濃度が異なっているので、各温度でのガスセンサの出力も異なる。これにより、１回の測定における各ガスセンサについての出力情報量を増やすことができる。そして、ガスセンサの出力情報量を増やすことにより、におい識別の解析結果の信頼性を向上させることができる。
【００１９】
上の参考例では、キャリアガスの供給流量を一定にして、１回の測定中に捕集管の加熱温度を段階的に上昇させることにより、におい成分を捕集剤から段階的に脱離させているが、実施例では、捕集部の捕集剤に吸着したにおい成分を脱離させる際に、捕集管の加熱温度を一定に保ちながら、キャリアガス供給部による捕集部へのキャリアガスの供給流量を段階的に大きくするようにする。キャリアガスの流量が大きくなれば、単位時間当たりに脱離するにおい成分の量が増加するので、キャリアガスの供給流量の各段階において、ガスセンサの出力を得ることができ、１回の測定における各ガスセンサについての出力情報量を増やすことができる。
また、１回の測定中に捕集管の加熱温度及びキャリアガスの供給流量の両方を段階的に変化させるようにしてもよい。
【００２０】
この実施例では、本発明を金属酸化物半導体センサを用いたにおい識別装置に適用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、導電性高分子センサ、又は水晶振動子やＳＡＷデバイスの表面にガス吸着膜を形成したセンサを用いたにおい識別装置にも適用することができる。
また、この実施例では捕集部として１つの捕集管を備えているが、捕集特性の異なる複数個の捕集管を備えてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明のにおい識別装置では、追出し条件制御部により、捕集部の捕集剤に吸着したにおい成分を脱離させる際にその追出し条件の少なくとも一部を１回の測定中に経時的に変化させるようにしたので、追出し条件の各段階についてガスセンサ出力をそれぞれ得ることができ、各ガスセンサについて１回の測定における複数のガスセンサ出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例を表す概略構成図である。
【図２】  この実施例の測定動作を示す工程図である。
【図３】  同実施例の測定工程で得られた１つの酸化物半導体センサの出力を示す波形図であり、（Ａ），（Ｂ）は互いににおいの異なるサンプルを測定したものである。
【符号の説明】
１      サンプルガス導入部
３，１１      三方電磁バルブ
５      捕集管
７      酸化物半導体センサ
９      ヒータ
１３      キャリアガス供給部
１５      排出流路
１７      前処理部
１９      検出部
２１      パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
【図１】
0004192409.tif 000002
【図２】
0004192409.tif 000003
【図３】
0004192409.tif 000004