(57)【要約】  呼気ガス試料中の化合物の存在を検出するための呼気センサ器具であって、器具は、ガス試料を保持するためのチャンバー（チャンバーはガス入口およびガス出口を画定する）と、ガス試料を分析するためのチャンバー内側のセンサと、装置の近くの空気流に影響するようにセンサに接近して配置された空気流妨害素子と、チャンバー内のガス試料の保持時間を増大させるようにガス出口上に配置された空気流減少素子とを含む。
2017531194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス試料を保持するためのチャンバー、前記チャンバーと流体連通したガス入口、および前記チャンバーと流体連通したガス出口と、
前記チャンバー内に配置され、前記ガス入口および前記ガス出口と流体連通したセンサと、
前記チャンバー内に配置され、前記センサの表面を流れる空気の速度を変化させるために前記センサに十分に近接した空気流妨害素子と、
を含み、
前記空気流妨害素子が前記チャンバーの断面積の９５％以下を占め、前記ガス入口、前記ガス出口、および前記センサと流体連通している、呼気検査器具。
【請求項２】
前記センサがホウ素をドープした酸化タングステンを含む、請求項１に記載の器具。
【請求項３】
前記酸化タングステンがε相ＷＯ３である、請求項２に記載の器具。
【請求項４】
ホウ素をドープした前記酸化タングステンが白金を担持している、請求項２または３に記載の器具。
【請求項５】
前記センサは揮発性有機化合物の存在を感知する、請求項１、２、３、または４に記載の器具。
【請求項６】
前記センサと電気的に連通した電極をさらに含み、前記器具が前記センサの抵抗の変化によって揮発性有機化合物を検出するように構成されている、請求項１、２、３、４、または５に記載の器具。
【請求項７】
前記揮発性有機化合物がアセトンである、請求項５または６に記載の器具。
【請求項８】
前記空気流妨害素子がメッシュスクリーンを含む、請求項１、２、３、４、５、６、または７に記載の器具。
【請求項９】
前記メッシュスクリーンの開口面積が約５％および約９５％の間である、請求項８に記載の器具。
【請求項１０】
前記ガス出口に結合された空気流減少素子をさらに含む、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、または９に記載の器具。
【請求項１１】
前記空気流減少素子がメッシュスクリーンを含む、請求項１０に記載の器具。
【請求項１２】
前記空気流減少素子のメッシュスクリーンの開口面積が約１５％および約５０％の間である、請求項１１に記載の器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス試料を揮発性有機化合物（ＶＯＣ）センサに送達するための器具に関する。より具体的には、本発明は、呼気の試料を個体から受け取り、呼気の試料を固体ＶＯＣセンサに送達するための器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々のセンサ、例えば特許文献１〜３、フィガロＴＧＳ８２２センサ（非特許文献１）、非特許文献２が、ガス試料中の化合物の存在を検出するために用いられてきた。しかしながら、いくつかのアセトン検知装置は周囲よりも高い作動温度を要求する。いくつかのケースにおいては、センサは非常に高い温度で、１００℃および５００℃の間で作動する。非特許文献３〜５参照。環境ガスセンサでは、加熱されたセンサチップが装置内のメッシュで囲われたチャンバー内に置かれる。加熱されたセンサチップの周りの温度場を保護しセンサの温度を維持するためには、被検成分は拡散によってのみセンサに達することを許される。しかしながら、呼気からの化合物を分析するときには、被検成分は流れ機構（すなわち、呼気または機械的吐出）によってセンサと接触し、これは加熱されたセンサの周りの予め確立された平衡を変える。それらの小さいサイズならびにセンサおよび呼気の間の温度差の結果として、センサ上の流れは対流による熱損失を引き起こす。呼気は高い水分をもまた有し、これはセンサを冷やし得る。
【０００３】
体温のガス試料が直接的にセンサ表面に接触するときに、センサ表面は対流によってすぐに冷え、これは不正確な測定をもたらし得る。その上、ヒトの呼気の流量は人により変動し、そのため、対流熱損失は容易には予測され得ない。熱損失は、センサの温度をセンサの作動温度未満に低下させ、センサが作動するために再び熱することを要求する。これらの温度変動は、一貫しないおよび／または不正確な結果をもたらし得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／００５４７９９号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１３／０１１５７０６号明細書
【特許文献３】米国特許第５，７８７，８８５号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】http://www.figarosensor.com/products/822pdf.pdf
【非特許文献２】Breath acetone monitoring by portable Si:WO3 gas sensors (Analytica Chimica Acta 738 (2012) 69-75)
【非特許文献３】Wang, et al., Chem. Mater., 20: 4794-4796 (2008)
【非特許文献４】Wang et al., Sensor Letters, 8: 1-4 (2010)
【非特許文献５】Righettoni et al., Anal. Chem., 82: 3581-3587 (2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
それゆえに、より一貫した正確な結果を得るために、流量によって引き起こされる温度変動を減少させる呼気センサ器具の必要が当分野において残っている。開示される器具は、呼気から揮発性有機化合物を検出することについて、固定された素子を用いる流れの再分配によって流量の変動を減少させることによって、より一貫した正確な結果を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書には、ガス試料を保持するためのチャンバーと、ガス入口と、ガス出口と、固体センサ装置と、ガス試料の流れを再分配するためのセンサの近くに配置された空気流妨害素子とを含む呼気検査器具が記載されており、空気流妨害素子により、センサ表面の流量は最初の流量の変動がある場合であってもあまり変わらず、センサは一貫した結果を生むために必要な作動温度を維持する。
【０００８】
いくつかの実施形態は、ガス試料を保持するためのチャンバー、チャンバーと流体連通したガス入口、およびチャンバーと流体連通したガス出口と、チャンバー内に配置され、ガス入口およびガス出口と流体連通したセンサと、チャンバー内に配置され、センサの表面を流れる空気の速度を変化させるためにセンサに十分に近接した空気流妨害素子とを含む呼気検査器具を包含し、空気流妨害素子はチャンバーの断面積の９５％以下を占め、ガス入口、ガス出口、およびセンサと流体連通している。
【０００９】
開示される器具は、対流によって失われる熱を減少させることによって、より一貫した結果を提供する。この呼気検査チャンバーは呼気中の揮発性有機化合物を検出するために有用である。
【００１０】
これらおよび他の実施形態がより詳細に下に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】図１Ａは呼気センサ器具のある実施形態の概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、追加の空気流減少素子がある呼気センサ器具の実施形態の概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、空気流妨害素子及び空気流減少素子がない呼気センサ器具を通る空気流の概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、空気流妨害素子がある呼気センサ器具を通る空気流の概略図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、空気流妨害素子および空気流減少素子がある呼気センサ器具を通る空気流の概略図である。
【図３】図３は、例１に記載されている検査チャンバーＴＣ１の概略図である。
【図４】図４は、例２に記載されている検査チャンバーＴＣ２の概略図である。
【図５】図５は、例１に記載されている検査チャンバーＴＣ１の１ｐｐｍおよび２ｐｐｍのアセトン試料に対する抵抗率の応答を図示するグラフである。
【図６】図６は、ＴＣ１およびＴＣ２検査チャンバーによる１ｐｐｍのアセトン試料に対する比較の抵抗率の応答を図示するグラフである。
【図７】図７は、例３に記載されている検査チャンバーＴＣ３の概略図である。
【図８】図８は、例４に記載されている検査チャンバーＴＣ４の概略図である。
【図９】図９は、センサ実施形態ＴＣ３およびＴＣ４の１ｐｐｍのアセトン試料に対する比較の抵抗率の応答を図示するグラフである。
【図１０】図１０は、流量およびヒータ素子の電流の間の関係を図示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
典型的には、呼気検査器具は、ガス試料を保持するためのチャンバーと、チャンバーと流体連通したガス入口と、チャンバーと流体連通したガス出口とを含み得る。それゆえに、例えば呼気によってガス入口に流れ込むガスはガス入口からチャンバーに流れ込み、ガス出口を通ってチャンバーから流れ出ることができる。チャンバー内にはセンサがあり、これもまたガス入口およびガス出口と流体連通しており、そのため、ガス入口を通って装置内を流れるガスはセンサと接触するであろう。チャンバーは空気流妨害素子をもまた含有し、これはセンサの表面を流れる空気の速度を変えるためにセンサに十分に近接している。空気流妨害素子はチャンバーの断面積の９５％以下を占め、ガス入口、ガス出口、およびセンサと流体連通しているべきである。
【００１３】
ガス入口
ガス入口は、ガスがチャンバーに流れ込むことを許すいずれかの構造的特徴、例えば開口部または穴、管などであり得る。いくつかのガス入口がマウスピース、例えば呼気をチャンバーに送達するように構成されたマウスピースの形態であり得る。ガス入口が弁を含むかまたはそれに結合されて、呼気をチャンバー内に封じ込め、呼気のいずれかの一部がガス入口から漏れ出ることを防ぐこともまた役立ち得る。
【００１４】
ガス入口は、いずれかの好適な直径、例えば約１ｍｍから約５ｃｍ、約２ｍｍから約２ｃｍ、約５ｍｍから約１．５ｃｍ、約１ｃｍの範囲の直径、またはこれらの値のいずれかによって制限される範囲内のいずれかの他の直径を有し得る。
【００１５】
チャンバー
チャンバーは、ガス試料を保持することに好適であるいずれかの構造的特徴であり得る。例えば、チャンバーは種々の三次元の幾何学的形状のいずれかの容器であり得、例えば柱体、楕円柱体、長方柱体、いずれかの形状の底を有する幾何学的柱体、またはガス試料を保持することに好適ないずれかの形状だが、これに限定されない。
【００１６】
呼気分析では、チャンバーは動物の呼気などのガス試料またはその一部を保持することを意図され得る。いくつかの実施形態において、チャンバーの容積は人間などの動物の肺気量に等しいかまたはそれよりも小さくあり得る。いくつかの実施形態において、チャンバーの容積は、約０．５ｍＬ、約１ｍＬ、約５ｍＬ、約６ｍＬ、約７ｍＬ、約８ｍＬ、約９ｍＬ、約１０ｍＬ、約２０ｍＬ、約３０ｍＬ、約４０ｍＬ、約５０ｍＬ、約６０ｍＬ、約７０ｍＬ、約８０ｍＬ、約９０ｍＬ、約１００ｍＬ、約２００ｍＬ、約５００ｍＬ、約１，０００ｍＬ、またはこれらの値のいずれかによって制限される範囲内のいずれかの他の容積であり得る。
【００１７】
いくつかの実施形態において、チャンバーは２．６ｃｍの直径の直円柱体である。
【００１８】
チャンバーはいずれかの好適な材料からなり得る。チャンバーが、呼気検査器具の通常の作動条件下において融解もしくは燃焼、センサの測定に影響する化合物もしくはガスを発生、または腐食しない材料から形成されることが役立ち得る。
【００１９】
センサ  
センサは、いずれかの被検成分の存在を変換する、さもなければ示すいずれかのコンポーネントであり得る。
【００２０】
いくつかの実施形態において、センサは金属酸化物触媒などの触媒材料であり得る。被検成分を検出するために用いられ得るいくつもの原理がある。例えば、被検成分は抵抗率などの電気的特性の変化によって検出され得る。電気的特性の変化は、例えば触媒材料を電極に接続することによって検出され得る。触媒材料が被検成分の反応を触媒するときには、抵抗率または抵抗などの電気的特性が影響され得る。これは電極および触媒の間の電気的接触を介して検出され得る。
【００２１】
いくつかの有用な触媒はＷＯ３などの酸化タングステンを包含し、ε相ＷＯ３を包含する。いくつかの酸化タングステン触媒はホウ素をドープおよび／または白金を担持し得る。
【００２２】
いくつかの実施形態において、センサは、ホウ素をドープした酸化タングステン触媒を含むかまたはそれである。いくつかの実施形態において、センサは、白金を担持した酸化タングステン触媒を含むかまたはそれである。
【００２３】
いくつかの実施形態において、センサはε相ＷＯ３などのＷＯ３を含むかまたはそれである。
【００２４】
いくつかの実施形態において、センサはε相ＷＯ３などのＷＯ３を含むかまたはそれであり、ホウ素をドープされる。
【００２５】
いくつかの実施形態において、センサはε相ＷＯ３などのＷＯ３を含むかまたはそれであり、白金を担持する。
【００２６】
いくつかの実施形態において、センサはＷＯ３またはε相ＷＯ３などの酸化タングステンを含むかまたはそれであり、これがホウ素をドープされ、白金を担持する。
【００２７】
ホウ素をドープした（ホウ素原子またはホウ素のイオンをドープしたことを意味する）触媒では、ホウ素ドーパントのいずれかの好適な量、例えば約０．１原子％から約２０原子％、約０．５原子％から約１０原子％、約４原子％から約１０原子％、約６原子％、またはこれらの値のいずれかによって制限される範囲内のいずれかの他の量が用いられ得る。
【００２８】
白金（白金原子または白金のイオンを意味する）を担持した触媒では、白金の金属またはイオンのいずれかの好適な量、例えば、白金を包含する触媒の重量に基づいて約０．１％から約１０％、約０．２％から約４％、約０．５％から約２％、約１％、またはこれらの値のいずれかによって制限される範囲内のいずれかの他の量が用いられ得る。
【００２９】
センサは、関心のいずれかの被検成分、例えば揮発性有機化合物を検出するために有用であり得、揮発性有機化合物にはＳＯｘ、ＮＯｘなどが包含されるが、これに限定されない。いくつかの実施形態において、センサはアセトンを検出するために有用であり得る。
【００３０】
空気流妨害素子
空気流妨害素子は、適当に配置されたときに、センサの表面を流れる空気の乱流を変えるいずれかの構造コンポーネントであり得る。空気流妨害素子は、適当に配置されたときに、センサの表面を流れる空気の速度を変えるいずれかの構造コンポーネントであり得る。典型的には、空気流妨害素子は、ガス入口を通って入る空気がセンサと接触する前に、入る空気が空気流妨害素子によって影響されるように配置され得る。典型的には、空気流妨害素子は、入る空気がセンサと接触する前に、センサ上を進む空気流が増大するように配置され得る。典型的には、空気流妨害素子は、入る空気がセンサと接触する前に、センサ上を進む空気流がより乱流的にされるように配置され得る。
【００３１】
対流による熱損失の速度は空気流妨害素子およびセンサの間の距離ｄによって影響され得る。図１Ａおよび１Ｂ参照。いくつかの実施形態においては、空気流妨害素子がセンサの表面の空気流の速度を変化させるためにセンサに十分に近接するように、空気流妨害素子はセンサに接近して配置され得る。いくつかの実施形態においては、空気流妨害素子がセンサの表面の空気流の乱流を変化させるためにセンサに十分に近接するように、空気流妨害素子はセンサに接近して配置され得る。いずれかの理論によって束縛されることを望むものではないが、あまりにセンサに近接した空気流妨害素子は空気流を減少させて空気流をセンサ上に拡散させるのみであり得、不正確なセンサ読み取りをもたらし、あまりにセンサから遠い空気流妨害素子はセンサ表面の空気流速に十分に影響し得ないと考えられる。いくつかの実施形態において、間の距離ｄは、約１ｍｍ、約２ｍｍ、約３ｍｍ、約４ｍｍ、約５ｍｍ、約６ｍｍ、約７ｍｍ、約８ｍｍ、約９ｍｍ、約１０ｍｍ、約２０ｍｍ、約３０ｍｍ、約４０ｍｍ、約５０ｍｍ、約１００ｍｍ、約２００ｍｍ、またはこれらの値のいずれかによって制限される範囲内のいずれかの他の距離であり得る。
【００３２】
いくつかの実施形態において、空気流妨害素子はメッシュスクリーンを含む。ガス試料が通って流れ得る素子の表面積の一部を包含するメッシュスクリーンの開口面積、例えばメッシュスクリーンの金属ストランド間の隙間は、いずれかの好適な値、例えば約５％および約９５％の間、約１０％から約７０％、約１０％から約８０％、約１５％から約５０％、約２０％から約４０％、約３０％から約５０％、約３０％から約４０％、またはこれらの値のいずれかによって制限される範囲内のいずれかのパーセンテージであり得る。
【００３３】
いくつかの実施形態において、空気流妨害素子は、複数のメッシュスクリーン、固体板、複数の固体板、バッフル、複数のバッフル、多孔板もしくはディスク、スラット、複数のスラット、またはチャンバー内側の空気流に影響するための複数の素子を含み得る。
【００３４】
いくつかの実施形態において、空気流妨害素子はチャンバーの断面積を実質的に埋め得る。例えば、空気流妨害素子は、チャンバーの断面積の約５％、約６％、約７％、約８％、約９％、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３５％、約４０％、約５０％、約５５％、約６０％、約６５％、約７０％、約７５％、約８０％、約９０％、約１００％、またはいずれかの他のパーセンテージ、これらの値のいずれかによって制限されるいずれかの範囲を埋め得る。いくつかの実施形態において、空気流妨害素子は少なくともセンサ表面の断面表面パラメータであり得る。空気流妨害素子はチャンバーの断面積の一部を埋めると言われ、これは素子の外側境界によって判定される。例えば、２ｃｍの半径のチャンバー内の１ｃｍの半径のスクリーンは、スクリーンの開口面積にかかわらずチャンバーの断面積の２５％を埋めると言われる。いくつかの実施形態においては、環状の隙間がチャンバー側壁および空気流妨害素子の間に画定され得る。いくつかの実施形態において、環状の隙間はセンサの表面の増大した空気流を提供する。いくつかの実施形態において、環状の隙間はセンサの表面の増大した空気流の乱流を提供する。いくつかの実施形態において、環状の隙間は少なくともチャンバーの内側直径引くセンサ表面の表面長／幅パラメータであり得る。
【００３５】
空気流妨害素子はいずれかの好適な材料からなり得る。空気流妨害素子が、呼気検査器具の通常の作動条件下において融解もしくは燃焼、センサの測定に影響する化合物もしくはガスを発生、または腐食しない材料から形成されることが役立ち得る。いくつかの実施形態において、空気流妨害素子は金属を含み得、例えばアルミニウム、ステンレス鋼、スズ、ニッケル、銅、チタン、コバルト、亜鉛、銀、金、タングステン、白金、鉛、またはそのいずれかの組み合わせだが、これに限定されない。他の実施形態において、空気流妨害素子は非金属材料を含み得、例えばセラミック、多孔質セラミック、グラスウール、ポリマー、その組み合わせ、またはいずれかの他の適当な材料だが、これに限定されない。
【００３６】
いくつかの装置では、空気流妨害素子は、センサ素子に衝突および／または隣接する複数の空気流を提供し得る。例えば、空気流素子は、センサ表面に第１の速度で衝突する第１の空気流とセンサ表面に第２の速度で衝突する第２の空気流とを提供し得る。いくつかの実施形態において、チャンバーの内側表面および空気流妨害素子の縁の間に画定される隙間を通って来る空気流は、第１の空気流、例えばより大きい速度をもたらし得る。いくつかの実施形態において、第１の空気流速は第２の空気流速よりも大きくあり得る。いくつかの実施形態において、空気流妨害素子を通って来る空気流は第２の空気流速をもたらし得る。いくつかの実施形態において、第２の空気流速は第１の空気流速よりも大きい。いくつかの実施形態においては、センサ素子表面の上且つ空気流妨害素子の下側表面の下の混合エリアが、複数の速度の空気流の混合のためのエリアを提供し、それによってセンサ表面における対流熱損失の減少に寄与する。
【００３７】
いくつかの装置では、空気流妨害素子は、センサ素子に衝突および／または隣接する複数の空気流を提供し得る。いくつかの装置では、空気流妨害素子は、センサ素子に衝突および／または隣接する乱流的な空気流を提供し得る。例えば、空気流素子は、センサ表面に第１の角度で衝突する第１の空気流とセンサ表面に第２の角度で衝突する第２の空気流とを提供し得る。いくつかの実施形態においては、センサ素子表面の上且つ空気流妨害素子の下側表面の下の混合エリアが、複数角度の空気流の混合のためのエリアを提供し、それによってセンサ表面における対流熱損失の減少に寄与する。
【００３８】
いくつかの実施形態において、空気流妨害素子はセンサの表面の空気流を乱流的な空気流に変え得る。本明細書において用いられる用語「乱流的」は、波状、サイクロニック、カオス的、渦巻き型、またはセンサ装置の表面の平面に平行ではない他の空気流パターンであり得る空気流を言う。いずれかの理論によって束縛されることを望むものではないが、センサの表面の且つそれに平行な空気流はセンサの温度をより大きい速度で減少させ得ると考えられ、センサの近くの空気流を乱流的な流れに変えることによって、センサは、センサを加熱するために要求されるより小さいエネルギーによって作動温度を維持するであろう。
【００３９】
いくつかの実施形態において、空気流妨害素子は、センサ上の且つセンサの表面に平行な空気流の速度が実質的に減少するように空気流を変え得る。いずれかの理論によって束縛されることを望むものではないが、この様式で空気流を変えることによって、空気流妨害素子はセンサが対流によって熱を失う速度を減少させ得ると考えられる。いくつかの実施形態において、センサの表面の空気流は、約５０ｍＬ／分、約１００ｍＬ／分、約１１０ｍＬ／分、約１２０ｍＬ／分、約１３０ｍＬ／分、約１４０ｍＬ／分、約１５０ｍＬ／分、約２００ｍＬ／分、約３００ｍＬ／分、約４００ｍＬ／分、約５００ｍＬ／分、約１，０００ｍＬ／分、約１，５００ｍＬ／分、約２，０００ｍＬ／分、約３，０００ｍＬ／分、約４，０００ｍＬ／分、約５，０００ｍＬ／分、約１０，０００ｍＬ／分、約２０，０００ｍＬ／分、約３０，０００ｍＬ／分、約５０，０００ｍＬ／分、またはこれらの値のいずれかによって制限される範囲内のいずれかの他の空気流量であり得る。
【００４０】
いくつかの実施形態において、空気流妨害素子は、０．００４５ｉｎのワイヤー直径、１００×１００のメッシュサイズ、約３６％の開口面積をつくる０．００５５ｉｎの開口サイズ、１．５ｃｍの直径のステンレス鋼ワイヤーメッシュディスクであり、センサの垂直に１．０ｃｍ上に配置される。
【００４１】
ガス出口
ガス出口はいずれかの構造的特徴、例えば開口部または穴、管などを包含し、これは、圧力がガス入口に加えられるときにガスがチャンバーから流れることを許し得る。
【００４２】
ガス出口は、ガス出口およびチャンバーの間の流体連通を許すいずれかの配置で配置され得る。いくつかの実施形態において、ガス出口はチャンバーの側壁、頂部、または底部に配置され得る。いくつかの実施形態において、ガス出口は、約０．１ｃｍ２から約１０ｃｍ２の間、約１ｃｍ２から約５ｃｍ２、約１．５ｃｍ２から約４．５ｃｍ２、約２ｃｍ２から４ｃｍ２、約２．５ｃｍ２から約３．５ｃｍ２、約３ｃｍ２、またはこれらの値のいずれかによって制限される範囲内のいずれかの他の距離の開口部または穴であり得る。
【００４３】
空気流減少素子
ガス出口はさらに空気流減少素子を含み得る。空気流減少素子は、ガス出口から流れ出る空気の速度または流量を減少させ得るいずれかの構造的特徴であり得る。空気流減少素子は、チャンバー内にガス試料を保持することを助け、ガス試料中に含有される目的の被検成分の量をセンサが正確に判定するために十分な時間を許し得る。
【００４４】
空気流減少素子はいずれかの好適な材料からなり得る。空気流減少素子が、呼気検査器具の通常の作動条件下において融解もしくは燃焼、センサの測定に影響する化合物もしくはガスを発生、または腐食しない材料から形成されることが役立ち得る。いくつかの実施形態において、空気流減少素子は金属を含み得、例えばアルミニウム、ステンレス鋼、スズ、ニッケル、銅、チタン、鉄、コバルト、亜鉛、銀、金、タングステン、白金、鉛、またはその組み合わせだが、これに限定されない。他の実施形態において、空気流減少素子は非金属コンポーネントを含み得る。空気流減少素子はセラミック、多孔質セラミック、ガラス、ウール、ポリマー、その組み合わせ、またはいずれかの他の適当な材料を包含し得るが、これに限定されない。
【００４５】
いくつかの実施形態において、空気流減少素子は金属メッシュスクリーンなどのメッシュスクリーンを含み得る。いくつかの実施形態において、メッシュスクリーンは、約５％、約６％、約７％、約８％、約９％、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、約９０％、約９９％、またはこれらの値のいずれかによって制限される範囲内のいずれかの他のパーセンテージの開口面積を有する。いくつかの実施形態において、空気流減少素子は約１５％および５０％の間の開口面積または約３６％の開口面積を有し得る。
【００４６】
いくつかの実施形態において、ガス出口は１．０ｃｍの直径を有し、器具の第２の端部の約５ｃｍ上のチャンバーの壁に位置し、ガス出口の面積を完全にカバーする３０％開口を有するステンレス鋼ワイヤーメッシュスクリーンである空気流減少素子を有する。図１Ａ、図１Ｂ、図７、および図８は、呼気センサ器具のある実施形態の概略図を図示している。器具１０１は、ガス試料を保持するためのチャンバー１０と、ガス試料を分析するためのセンサ１５と、センサ１５の近くの空気流に影響するための空気流妨害素子１７とを含む。環状の隙間（付番されていない）がチャンバー１０および空気流妨害素子１７の間に画定されている。器具はガス試料をチャンバー内に導入するためのガス入口１１をもまた含み得る。いくつかの実施形態において、ガス入口１１、空気流妨害素子１７、およびセンサ１５は、衝突せずにガス入口１１からセンサ１５まで進むガス試料の量を実質的に減少させるように同軸に構成され得る。
【００４７】
いくつかの実施形態において、センサ１５および／または空気流妨害素子１７の平面は、ガス入口１１から進む全体的な空気流と相対的に斜めであり得る。いくつかの実施形態において、センサ１５および／または空気流妨害素子１７の平面は、ガス入口１１から進む全体的な空気流と相対的に実質的に直角、例えば約７５°から約９０°であり得る。いくつかの実施形態において、ガス入口から進む空気流の全体的な方向は、ガス入口１１および／またはチャンバー１０の軸と実質的に同軸であり得る。ガス入口は、空気流妨害素子１７および／またはセンサ１５の上におよび／またはそれを囲って配置され得る。センサ１５は、アセトンなどのガス試料中の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の存在を検出するための固体センサであり得る。いくつかの実施形態において、器具１０１はガス出口１３を含み得る。いくつかの実施形態において、ガス出口１３は、ガス入口１１からセンサ１５に流れるガス試料がガス出口１３から流れ出る前に方向を変えることを必要とするかまたは必要とし得ないように配置され得る。
【００４８】
いくつかの実施形態において、ガス入口１１、空気流妨害素子１７、およびセンサ１５は同軸であり得、ガス出口１３は、前述のコンポーネントの軸に対して斜めを（約０°および約９０°の間）または直角を（９０°）向いて、チャンバー１０の壁に配置され得る。いくつかの実施形態において、環状の隙間は空気流妨害素子１７およびチャンバー１０の間の流体連通を提供し得る。いくつかの実施形態において、環状の隙間は空気流妨害素子１７およびセンサ１５の間の流体連通を提供し得る。ガス入口１１はセンサ１５、空気流妨害素子１７、およびガス出口１３と流体連通し得る。ガス出口１３はガス入口１１、センサ１５、および空気流妨害素子１９と流体連通し得る。
【００４９】
いずれかの理論によって束縛されることを意図するものではないが、センサ１５によって生成する結果の有効性および一貫性には複数の因子が寄与し得ると考えられる。それらの因子は、図１Ｂに示されているように、空気流妨害素子の開口面積、空気流妨害素子によって埋められるチャンバーの断面の一部、空気流妨害素子１７およびセンサ１５の間の距離ｄ、ならびに空気流減少素子１９の開口面積を包含し得るが、これに限定されない。
【００５０】
図２Ａ〜図２Ｃに示されているように、空気流は器具の選択されたコンポーネントに基づいて異なって挙動すると予測される。図２Ａは、空気流がチャンバー１０のガス入口１１を通ってセンサ１５に向かって入る器具１０１を示している。それから、空気流は、全体的に妨害されずに、目的の被検成分の正確な読み取りを提供するための十分な時間を必ずしもセンサ１５に許すことなしに、ガス出口１３を通って出得る。図２Ｂは、チャンバーへの空気流妨害素子１７の包含によってどのように空気流パターンが変わり得るかを示している。いずれかの理論によって束縛されることを望むものではないが、空気流妨害素子１７は空気流がチャンバー１０内により長い時間残り、目的の被検成分を検査するためのより多くの時間をセンサ１５に許すことを引き起こすと考えられる。図２Ｃは、空気流妨害素子１７および空気流減少素子１９両方の包含によってどのように空気流パターンが変わり得るかを示している。いずれかの理論によって束縛されることを望むものではないが、空気流妨害素子１７および空気流減少素子１９両方の包含は、どちらかのコンポーネント単独よりも長く空気流がチャンバー１０内に残ることを引き起こし、目的の被検成分を検査するためのより多くの時間をセンサ１５に提供するであろうと考えられる。
【００５１】
いくつかの実施形態において、空気流妨害素子は、対流熱損失を約１％、約２％、約３％、約４％、約５％、約１０％、約２０％、約２５％、約５０％、約６０％、約７０％、約７５％、約８０％、約９０％、約１００％、またはこれらの値のいずれかによって制限される範囲内のいずれかの他のパーセンテージだけ減少させ得る。伝達熱損失の量は図１０に示されているようにヒータ回路の電流の変化によって測定され得る。センサの作動温度を維持することは、より一貫した結果をもたらし得る。
【００５２】
別の実施形態において、チャンバーは２．６ｃｍの直径を有する直円柱体であり得、器具の第１の端部に位置する１．０ｃｍの直径を有するガス入口と、０．００４５ｉｎのワイヤー直径、１００×１００のメッシュサイズ、約３６％の開口面積をつくる０．００５５ｉｎの開口サイズ、１．５ｃｍの直径のステンレス鋼ワイヤーメッシュディスクであり、センサの垂直に１．０ｃｍ上に配置された空気流妨害素子と、器具の第２の端部の約５ｃｍ上のチャンバーの壁に位置する１．０ｃｍの直径を有するガス出口と、ガス出口の面積を完全にカバーする３０％の開口を有するステンレス鋼ワイヤーメッシュスクリーンである空気流減少素子を備える。
【００５３】
次の実施形態が具体的に企図される。
実施形態１．  呼気検査器具であって、
ガス試料を保持するためのチャンバー、チャンバーと流体連通したガス入口、およびチャンバーと流体連通したガス出口と、
チャンバー内に配置され、ガス入口およびガス出口と流体連通したセンサと、
チャンバー内に配置され、センサの表面を流れる空気の速度を変化させるためにセンサに十分に近接した空気流妨害素子と、
を含み、
空気流妨害素子がチャンバーの断面積の９５％以下を占め、ガス入口、ガス出口、およびセンサと流体連通している。
実施形態２．  実施形態１の器具であって、センサがホウ素をドープした酸化タングステンを含む。
実施形態３．  実施形態２の器具であって、酸化タングステンがε相ＷＯ３である。
実施形態４．  実施形態２または３の器具であって、ホウ素をドープした酸化タングステンが白金を担持している。
実施形態５．  実施形態１、２、３、または４の器具であって、センサが揮発性有機化合物の存在を感知する。
実施形態６．  実施形態１、２、３、４、または５の器具であって、センサと電気的に連通した電極をさらに含み、器具はセンサの抵抗の変化によって揮発性有機化合物を検出するように構成されている。
実施形態７．  実施形態５または６の器具であって、揮発性有機化合物がアセトンである。
実施形態８．  実施形態１、２、３、４、５、６、または７の器具であって、空気流妨害素子がメッシュスクリーンを含む。
実施形態９．  実施形態８の器具であって、メッシュスクリーンの開口面積が約５％および約９５％の間である。
実施形態１０．  実施形態１、２、３、４、５、６、７、８、または９の器具であって、ガス出口に結合された空気流減少素子をさらに含む。
実施形態１１．  実施形態１０の器具であって、空気流減少素子がメッシュスクリーンを含む。
実施形態１２．  実施形態１１の器具であって、空気流減少素子のメッシュスクリーンの開口面積が約１５％および約５０％の間である。
【実施例】
【００５４】
例１
検査チャンバー１（ＴＣ１）を造った。ＴＣ１の概略図は図３に示されており、米国特許仮出願第６２／００３，７５３号に記載されているように、且つ次の通り１％Ｐｔ−ε−ＷＯ３アセトンセンサを包含する。
【００５５】
ホウ素ドープε相ＷＯ３の作製
メタタングステン酸アンモニウム水和物（５ｇ）、ホウ酸（１００ｍｇ）、カルボヒドラジド（燃料）（２ｇ）、および硝酸アンモニウム（酸化剤）（１０ｇ）を脱イオン（ＤＩ）水の５０ｍＬ中に溶解した。それから、水溶液を、約４２０℃に予熱したマッフル炉内に置いた。水溶液を、約２０分または材料の燃焼が実質的に完了するまで加熱した。試料材料の燃焼が完了した後に、生成物を空気中で約４２０℃において追加の約２０分アニールした。粉末の物体色は橙黄色に見え、ホウ素ドープＷＯ３は標準のイプシロンＷＯ３のｘ線回折の粉末ＸＲＤパターン（ＩＣＦＦのＰＤＦカード番号０１−０８７−２４０４）との比較によって確認した。
【００５６】
ホウ素ドープε相ＷＯ３の白金担持
上に記載されている様式で作った生成物の１ｇおよび［Ｐｔ（ＮＨ３）４］（ＮＯ３）２の１７．１２ｍｇを１０ｍＬの蒸留水中に置き、４０ｍＬ密閉バイアル反応器内において約９０℃で約２時間撹拌した。それから密閉バイアルを室温の水道水によってクエンチし、メンブレンフィルタ（０．０５μｍポアサイズ）によって濾過し、ＤＩ水によって少なくとも３回洗浄し、約１１０℃で一晩（約１５時間）乾燥し、１ｗｔ％の白金を担持したε相ＷＯ３の約４５ｍｇをもたらした。
【００５７】
センサ作製＆センサ材料のドロップコーティング：
上のように調製した白金を担持したε相酸化タングステン（１％Ｐｔ−ε−ＷＯ３）の約９ｍｇをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）（０．４ｍＬ）と混合し、６０分ソニケーションした。分散液の約１０×１０μｌアリコートを、約１２０℃の表面温度を有する４ピンセンサ素子（０．２５×０．２５ｉｎ電極、Ａｌ２Ｏ３基板、金電極材料、Ｐ／Ｎ６１１：Ｓｙｎｋｅｒａテクノロジーズ、ロングモント、ＣＯ）上に滴下し、各追加の滴下の間に乾燥した。それから、ドロップコーティングしたセンサを３００Ｗ出力の全スペクトルキセノンランプ下で約１２０℃において約６０分ベーキングした。
【００５８】
センサを有する検査チャンバー
図３に示されているように、ステンレス鋼ＳＷＡＧＬＯＫ（登録商標）ジャケット内に、垂直に向けて、円形の端部をチャンバーの頂部および底部にし、空気流の方向を検査チャンバーの断面に対して直角にして、ＴＣ１を造った。ＴＣ１は、上に記載されているアセトンセンサを、Ｓｙｎｋｅｒａテクノロジーズ（ロングモント、ＣＯ）の４ピンＴＯ−３９ヘッダー上にマウントして包含した。ガス試料保持チャンバーは約４．５ｍＬの容積、約１．２ｃｍの直径、および約４ｃｍの高さを有した。プロトタイプの空気流を検査チャンバーの頂部に導入し、チャンバーの底部の端部のセンサまで流し、ここでガスはチャンバーから流れ出た。
【００５９】
異なる流量におけるセンサの感度を検査するために、マスフローコントローラ（ＣＯＬＥ−ＰＡＲＭＥＲ（登録商標）ガスマスフローコントローラ、５．００〜５００ｍＬ／分、ＷＯ−３２９０７−６３、ヴァーノンヒルズ、ＩＬ）を用いて、異なる流量のアセトンの異なる濃度でガス試料を器具内に導入した。マスフローコントローラを１０ｓパルスモードに設定してヒト呼気試料を模倣した。１ｐｐｍアセトン濃度および２ｐｐｍアセトン濃度を用い、空気中のセンサの電気抵抗を検査試料中のセンサの電気抵抗と比較することによって、センサの感度を検査した。感度を検査するために用いた空気流量は約０．２Ｌ／分から始め、２Ｌ／分まで増大させた。空気流量が増大すると、センサの感度は直線的に減少した。結果は図５に示されており、下の表１に記載されている。
【００６０】
【表１】
2017531194.tif 000003
【００６１】
例２
図４の概略図に示されている空気流減少素子の追加によって、例１のように検査チャンバー２（ＴＣ２）を造った。空気流妨害の効果を示すように空気流妨害素子をチャンバーの内側に取り付けた。空気流妨害素子は、０．００４５ｉｎのワイヤー直径、１００×１００のメッシュサイズ、約３０％の開口面積をつくる０．００５５ｉｎの開口サイズの高耐食型３１６ステンレス鋼ワイヤークロスディスクであった（ＭＣＭＡＳＴＥＲ−ＣＡＲＲ（登録商標）２９３０Ｔ６３、アトランタ、ＧＡ）。メッシュは断面積の約１００％をカバーした。両方とも１ｐｐｍで検査したＴＣ１およびＴＣ２の間の比較の結果が図６に示されている。結果は下の表２にもまた記載されている。結果によって示されているように、完全にカバーされた空気流妨害メッシュがある装置は、全体的により高い感度を有したが、図６の曲線の傾きによって示されているように同じ流量ｖｓ．感度の関係を示す。
【００６２】
【表２】
2017531194.tif 000004
【００６３】
例３
図７は検査チャンバー３（ＴＣ３）の概略図を示している。２．６ｃｍの内側直径の７．６２ｃｍ長ポリカーボネート管からＴＣ３を造った。ＴＣ３は、器具チャンバーと直角なＴ字型接合を形成する１ｃｍの内側直径のガス出口を有し、ガス出口の中心はセンサと整列した。ガス出口の中心およびセンサ（例１と同じセンサ）は器具の端部から３．８１ｃｍに位置した。器具チャンバーは、頂部からおよそ４．３ｃｍの底部の端部において、ガス出口開口部のすぐ下で密封した。ＴＣ３は、円周１ｃｍであるガス入口を器具の頂部の端部の中心に有した。器具は、ガス出口管を埋める空気流減少素子として働くワイヤーメッシュスクリーンをもまた有した。空気流減少素子は、０．０１ｉｎのワイヤー直径、４０×４０のメッシュサイズ、約３６％の開口面積をつくる０．０１５ｉｎの開口サイズの高耐食型３１６ステンレス鋼ワイヤークロスディスクであった（ＭＣＭＡＳＴＥＲ−ＣＡＲＲ（登録商標）２９３０Ｔ４３、アトランタ、ＧＡ）。
【００６４】
例１のように、センサの感度を異なる空気流量で検査した。流量は０．２Ｌ／分から始め、２Ｌ／分まで増大させた。試料ガスは１ｐｐｍアセトンおよび飽和水分のガスであった。結果は図９および下の表３に記載されている。
【００６５】
【表３】
2017531194.tif 000005
【００６６】
例４
図８は検査チャンバー４（ＴＣ４）の概略図を示している。空気流妨害素子として作動するワイヤーメッシュスクリーンの追加によって、例２のようにＴＣ４を造った。空気流妨害素子を４つの係留ワイヤーによって器具内に懸架して、スクリーンを正しい場所に保持した。空気流妨害素子は直径１．５ｃｍであり、器具のチャンバー内において、センサの表面の１ｃｍ上に、検査チャンバー管と同心に位置した。検査チャンバーは２．６ｃｍの内側直径を有した。ワイヤーメッシュスクリーンは高耐食型３１６ステンレス鋼ワイヤークロスディスク（ＭＣＭＡＳＴＥＲ−ＣＡＲＲ（登録商標）２９３０Ｔ６３、アトランタ、ＧＡ）であり、０．００４５ｉｎのワイヤー直径、１００×１００のメッシュサイズ、０．００５５ｉｎの開口サイズであり、約３０％の開口面積をつくった。メッシュは断面積の約７０％をカバーした。（例２の）メッシュ空気流減少素子なしの器具の感度を、ここで例３において構成された感度と比較して図９に示す。上の表３をもまた参照。
【００６７】
結果が示しているように、部分的にカバーされたメッシュがある（チャンバー内側壁および気流妨害素子の間に環状の隙間がある）装置は、図９の曲線の傾きおよび表３の変動係数によって示されるように、空気流妨害素子がないものよりも小さい流量依存性を有した（より一定の感度に維持される）。追加して、空気流妨害素子および空気流減少素子両方を含有する装置の結果を、空気流妨害素子または空気流減少素子のみを含有する装置と比較することによって分かるように（すなわち例２および例４）、メッシュによってセンサを完全にカバーすることは、流量ｖｓ．感度の依存性を変えることなしに、流量範囲に渡って感度を改善し得る。しかしながら、メッシュによって部分的にカバーされたセンサは流量ｖｓ．感度の依存性を減少させる。
【００６８】
２０１４年１０月１６日出願の特許仮出願第６２／０６４，６８０号はその全体として参照によって本明細書に組み込まれる。
【００６９】
別様に示されていない限り、本明細書および請求項において用いられる成分の量、分子量などの特性、反応条件などを表す全ての数は、全ての場合に用語「約」によって修飾されるものと理解されるべきである。従って、それと反対に示されない限り、本明細書および添付の請求項において示される数的パラメータは、得られることを求められる所望の特性に応じて変動し得る概算である。少なくとも、請求項の範囲への均等論の適用を限定しようとするものとしてではなく、各数的パラメータは、少なくとも、報告される有効桁の数に照らし、通常の丸め手法を適用することによって解釈されるべきである。
【００７０】
本明細書を記載する文脈において（特に、次の請求項の文脈において）用いられる用語「a」、「an」、「the」、および類似の指示物は、本明細書において別様に示されていないかまたは文脈によって明白に否定されない限り、単数形および複数形両方をカバーすると解釈されるべきである。本明細書に記載される全ての方法は、本明細書において別様に示されていないかまたはさもなければ文脈によって明確に否定されない限り、いずれかの好適な順序で実施され得る。本明細書において提供されるいずれかおよび全ての例または例示的な文言（例えば、「などの」）の使用は、単に本発明をより良く説明することを意図されており、いずれかの請求項の範囲に限定を課さない。本明細書におけるいかなる文言も、いずれかの請求されていない要素が本発明の実施に必須であるということを示すものと解釈されるべきではない。
【００７１】
本明細書において開示される代替的な要素または実施形態の群は限定として解釈されるべきではない。各群構成要素は、個別的に、または群の他の構成要素もしくは本明細書に見いだされる他の要素とのいずれかの組み合わせで参照および請求され得る。便宜および／または特許性の理由で、ある群の１つ以上の構成要素がある群において包含または削除され得るということが予想される。いずれかのかかる包含または削除が生ずるときには、本明細書は改変された群を含有すると見なされ、それゆえに、添付の請求項に用いられる全てのマーカッシュ群の記述要件を満たす。
【００７２】
本発明を実施するための本発明者に既知のベストモードを包含するある種の実施形態が本明細書に記載されている。当然のことながら、それらの記載されている実施形態の変形は先行する記載を読み取ることによって当業者には明らかとなろう。本発明者は、当業者がかかる変形を適当に使用することを予期し、本発明者は、本発明が具体的に本明細書に記載されるものとは別様に実施されることを意図する。従って、請求項は、適用法令によって認められる請求項に記載される主題の全ての改変および均等物を包含する。その上、上に記載されている要素のいずれかの組み合わせは、本明細書において別様に示されていないかまたはさもなければ文脈によって明白に否定されない限り、その全てのあり得る変形において企図される。
【００７３】
結びに、本明細書において開示される実施形態は請求項の原理を例示しているということが理解されるべきである。使用され得る他の改変は請求項の範囲内である。それゆえに、限定ではなく例として、代替的な実施形態が本明細書の教示に従って利用され得る。従って、請求項は、まさに示され記載されている通りの実施形態には限定されない。
【符号の説明】
【００７４】
１０  チャンバー
１１  ガス入口
１３  ガス出口
１５  センサ
１７  空気流妨害素子
１９  空気流減少素子
１０１  器具
ｄ  空気流妨害素子およびセンサの間の距離
【図１Ａ】
2017531194.tif 000006
【図１Ｂ】
2017531194.tif 000007
【図２Ａ】
2017531194.tif 000008
【図２Ｂ】
2017531194.tif 000009
【図２Ｃ】
2017531194.tif 000010
【図３】
2017531194.tif 000011
【図４】
2017531194.tif 000012
【図５】
2017531194.tif 000013
【図６】
2017531194.tif 000014
【図７】
2017531194.tif 000015
【図８】
2017531194.tif 000016
【図９】
2017531194.tif 000017
【図１０】
2017531194.tif 000018
【国際調査報告】
2017531194.tif 000019
2017531194.tif 000020
2017531194.tif 000021