(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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設けたセンサ部と、吸着剤を備えた捕集部にガス中に含まれるにおい成分を捕集してそのにおい成分を濃縮又は希釈してセンサ部に供給するにおい成分濃度調製機構と、ガスセンサによるガス検出時の検出信号と測定の基準となるゼロガス検出時の検出信号からガスの定性又は定量を行なう信号処理部とを備えたにおい測定装置において、
前記におい成分濃度調製機構を制御して、複数種の標準サンプルに含まれるにおい成分を標準サンプルごとに吸着比率を制御して前記捕集部に順々に続けて捕集した後、それらのにおい成分を捕集部から脱離させ、におい成分を含まない希釈ガスを供給してそれらのにおい成分を含む混合においガスを適当な濃度で合成し、前記検出部に供給するにおい合成部と、
前記信号処理部による前記混合においガス検出時の信号処理結果と未知サンプルガス検出時の信号処理結果とを表示する表示部と、を備えたことを特徴とするにおい測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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設けたセンサ部と、吸着剤を備えた捕集部にガス中に含まれるにおい成分を捕集してそのにおい成分を濃縮又は希釈してセンサ部に供給するにおい成分濃度調製機構と、ガスセンサによるサンプルガス検出時の検出信号と測定の基準となるゼロガス検出時の検出信号からサンプルガスの定性又は定量を行なう信号処理部とを備えたガス測定装置に関するものである。このようなガス測定装置は、消臭、芳香、食品の管理、悪臭の測定などの分野において、においを同定又は識別するために用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
ガスセンサとしては、導電性高分子センサ、酸化物半導体センサ、水晶振動子や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がある。導電性高分子を用いたガスセンサでは、におい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。酸化物半導体を用いたガスセンサでは、サンプルガス中のにおい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。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では、ガス吸着膜へのにおい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測定装置は、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。
目標とする未知サンプルに似たにおいを合成しようとする場合、まず、未知サンプルの構成におい成分及びにおい成分比率を同定し、その結果からにおいを合成する。構成におい成分及びにおい成分比率の同定には、上記のにおい測定装置の他に、ガスクロマトグラフも用いられている。
【０００４】
におい測定装置により、未知サンプルの構成におい成分及びにおい成分比率を同定する場合、におい成分を含む標準サンプルを複数種用意し、それらの標準サンプルの混合ガス（混合においガス）を調製し、その混合においガスの検出結果と未知サンプルの検出結果とを比較する。その比較結果から各標準サンプルの混合比率を変えて混合においガスを調製することにより、混合においガスの検出結果と未知サンプルの検出結果を近づけていき、未知サンプルの構成におい成分及びにおい成分比率を同定する。このとき、未知サンプルに似たにおいの混合においガスが合成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ガスクロマトグラフを用いて未知サンプルの構成成分及び成分比率を同定し、多数の成分が検出された場合、それらの成分をすべて合成することは難しい。また、それらの成分の中から数種類の成分を選出して合成してもよいが、その場合には、においと成分の関係を知っておく必要があるので、目的のにおいを合成することは困難である。
また、におい測定装置を用いて未知サンプルの構成におい成分及びにおい成分比率を同定する場合、標準サンプルの数だけのガス濃度調整器及びガス混合器が必要なので、非常に大掛かりな装置になる。さらに、従来のにおい測定装置では、あらかじめ標準サンプルを混合して調製した混合においガス装置に設置するので、一度に試せる標準サンプルの数が決まっている。さらに、未知サンプルの構成におい成分が判明していても、通常、標準サンプルは複数の成分から構成されているため、目標のにおい成分比率にすることは難しい。
そこで本発明は、大掛かりなにおい測定装置を用いることなく、未知サンプルに似たにおいをすばやく、かつ正確に合成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】
図１は、本発明を表すブロック図である。
本発明は、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設けたセンサ部２と、吸着剤を備えた捕集部４にガス中に含まれるにおい成分を捕集してそのにおい成分を濃縮又は希釈してセンサ部２に供給するにおい成分濃度調製機構６と、ガスセンサによるガス検出時の検出信号と測定の基準となるゼロガス検出時の検出信号からガスの定性又は定量を行なう信号処理部８とを備えたにおい測定装置であって、におい成分濃度調製機構６を制御して、複数種の標準サンプルに含まれるにおい成分を標準サンプルごとに吸着比率を制御して捕集部４に順々に続けて捕集した後、それらのにおい成分を捕集部４から脱離させ、におい成分を含まない希釈ガスを供給してそれらのにおい成分を含む混合においガスを適当な濃度で合成するにおい合成部１０と、信号処理部８による混合においガス検出時の信号処理結果と、未知サンプルガス検出時の信号処理結果とを表示する表示部１２と、を備えたものである。
【０００７】
まず、におい成分濃度調整機構６により、捕集部４に未知サンプルのにおい成分を捕集し、そのにおい成分を１点又は複数点の濃度でセンサ部２に供給する。そのときのセンサ部２の検出信号を信号処理部８により解析し、その信号処理結果を表示部１２に表示する。
におい合成部１０により、におい成分濃度調製機構６を制御して、複数種の標準サンプルを標準サンプルごとに決められたサンプリング流量及びサンプリング時間で捕集管４に順々に続けて送り、標準サンプルに含まれるにおい成分を標準サンプルごとに吸着比率を制御して捕集部４に捕集する。その後、それらのにおい成分を捕集部４から脱離させ、におい成分を含まない希釈ガスを供給してそれらのにおい成分を含む混合においガスを適当な濃度でセンサ部２に送る。
【０００８】
検出部２の混合においガスの検出信号を信号処理部８により解析し、その信号処理結果を表示部１２に送る。表示部１２は、未知サンプルの信号処理結果と混合においガスの信号処理結果を表示する。
オペレータは、表示部１２の表示に基づいて、標準サンプルの適当な吸着比率及び適当な混合においガスの濃度を算出し、におい合成部１０に入力する。におい合成部１０は、その吸着比率及び混合においガスの濃度に基づいて、におい成分濃度調製機構６を制御して、各標準サンプルのにおい成分捕集時のサンプリング流量及びサンプリング時間をそれぞれ変更して捕集部４に順々に続けて送ってにおい成分を捕集し、それらのにおい成分を捕集部４から脱離させ、におい成分を含まない希釈ガスを供給してそれらのにおい成分を含む混合においガスを調製し、センサ部２に送る。
このような動作を、未知サンプルの信号処理結果と混合においガスの信号処理結果が近似するまで繰り返すことにより、未知サンプルのにおいに似たにおいを合成することができ、さらに、構成におい成分及びにおい成分比率を同定することができる。
【０００９】
【実施例】
図２は、本発明を導電性高分子センサを用いたにおい測定装置に適用した一実施例を表す概略構成図である。
ガス供給源として、標準サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、未知サンプル１６及び窒素ガスボンベ１８が備えられている。窒素ガスはゼロガス、キャリアガス、又は混合においガスの濃度を調節する希釈ガスとして用いられる。標準サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及び未知サンプル１６は、電磁弁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅをそれぞれ介して三方電磁弁２２に接続されている。三方電磁弁２２には窒素ガスボンベ１８も接続されており、三方電磁弁２２は流路を適宜切り換えて、６方ロータリーバルブ２４の１つのポートに、標準サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、未知サンプル又は窒素ガスを送る。
【００１０】
三方電磁弁２２からの流路は、６方ロータリーバルブ２４が実線の位置のとき、におい成分を吸着する吸着剤を備えた捕集管（捕集部）４に接続され、破線の位置のとき、標準サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、未知サンプル１６又は窒素ガスをガス排出口３０から排出するポンプ２８に接続される。
捕集管４の周囲に、ヒータ３２が備えられており、ヒータ３２は、捕集管４の温度を制御する加熱制御部３４に電気的に接続されている。
【００１１】
窒素ガスボンベ１８は、６方ロータリーバルブ２４の１つのポートにも直接接続されており、６方ロータリーバルブ２４が破線の位置のとき、捕集管４を介して、ガス応答特性の異なる導電性高分子センサを複数個備えたセンサ部２に接続され、窒素ガスは混合においガスの濃度を調節する希釈ガス又はキャリアガスとして供給される。６方ロータリーバルブ２４が実線の位置のとき、窒素ガスは、捕集管４を介さずにセンサ部２に接続され、ゼロガスとしてセンサ部２に供給される。センサ部２の出口側はガス排出口３６に接続されている。
センサ部２の各ガスセンサの検出信号は、Ａ／Ｄ変換器（図示略）を介してＣＰＵ３８に送られる。
電磁弁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ、三方電磁弁２２、６方ロータリーバルブ２４、ポンプ２８及び加熱制御部３４は、ＣＰＵ３８により動作を制御される。
【００１２】
本発明のにおい成分濃度調製機構６は、標準サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、未知サンプル１６、窒素ガスボンベ１８、電磁弁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ、三方電磁弁２２、捕集管４、ポンプ２８、ヒータ３２及び加熱制御部３４により構成される。信号処理部８、におい合成部１０及び表示部１２はＣＰＵ３８により実現される。
また、この実施例では図示は省略しているが、窒素ガスボンベ１８から供給される窒素ガスの圧力や流量を調節する機構が流路の適当な位置に配置されている。  この実施例では４種類の標準サンプルを用いているが、標準サンプルの種類をさらに増やしてもよい。
【００１３】
次に、この実施例の動作を説明する。
まず、標準サンプルＡのみを測定するために、電磁弁２０ａを開き、他の電磁弁２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅを閉じる。電磁弁２２を１−３側に接続し、さらに６方ロータリーバルブ２４を実線の位置にして、標準サンプルＡを捕集管４に接続し、捕集管４をポンプ２８に接続する。
ポンプ２８を作動して、所定のサンプリング流量及びサンプリング時間で標準サンプルＡを捕集管４に吸引し、標準サンプルＡを所定量の体積だけ捕集管４を通過させ、標準サンプルのにおい成分を捕集管４に捕集する。
【００１４】
サンプル捕集後、６方ロータリーバルブ２４を実線位置のまま、三方電磁弁２２を２−３側に切り換えて、窒素ガスボンベ１８を三方電磁弁２２及び６方ロータリーバルブ２４を介して捕集管４に接続する。窒素ガスを捕集管４に導入し、捕集管４内の水分を除去する。この水分除去動作は、未知サンプル１６や他の標準サンプルを捕集管４に導入した後にも行なわれるので、これらのサンプルに水分が含まれていても、この処理により水分に妨害されることなく測定を行なうことができ、同時にエタノールも除去できる。
【００１５】
その後、６方ロータリーバルブ２４を破線の位置に切り換えて、窒素ガスボンベ１８と捕集管４を接続し、捕集管４とセンサ部２を接続する。加熱制御部３４によりヒータ３２を加熱して捕集管４を１０℃／秒程度の速度で急激に加熱し、捕集管４の吸着剤に吸着したにおい成分を吸着剤から熱脱離させる。この時、窒素ガスボンベ１８により捕集管４に所定量の窒素ガスを供給して捕集管４からにおい成分を追い出し、センサ部２に送る。
この時、におい成分を捕集したサンプルガスの体積よりも追出しに使った窒素ガスの体積の方が小さい場合は、サンプルガスは濃縮されたことになって高感度測定が可能となり、逆にその窒素ガスの体積の方が大きい場合は、サンプルガスは希釈されたことになるので高濃度のにおい成分を含むサンプルガスを測定できる。
【００１６】
センサ部２に送られたにおい成分を複数個のガスセンサによりそれぞれ検出し、その検出信号（センサ抵抗値）をＣＰＵ３８に送る。
ＣＰＵ３８の信号処理部８により、複数個のガスセンサの検出信号を多変量解析、ここでは主成分分析にかけ、二次元圧縮処理をして、においマップ上にプロットし、表示部１２に表示する。図３は、この実施例における主成分分析を用いたにおいマップである。
このにおいマップは、次のように作成した。例えばセンサを６個用い、それぞれのセンサから１個の出力を得るとすると、各測定データ点は６次元のベクトルとみなすことができる。その場合、６次元空間上に点在する各測定データ点が一番ばらついている方向に主成分第１軸をとり、それに直交しまた各測定データ点が一番ばらついている方向に主成分第２軸をとり、主成分第１軸と第２軸でできる平面に各測定データ点を投影する。そして得られたものが、このにおいマップである。
【００１７】
次に、標準サンプルＢ，Ｃ，Ｄ及び未知サンプル１６についても同様の検出動作をそれぞれ行ない、図３に示すように、においマップ上にそれぞれプロットする。未知サンプル１６については、捕集管４に未知サンプル１６を導入するサンプリング時間を幾つか変えて測定することにより濃度依存性を測定し、その濃度線を描く。
捕集管４を通過する未知サンプル１６のサンプリング時間を変えることにより、捕集管４に捕集する未知サンプル１６のにおい成分量がサンプリング時間に対応して変わる。捕集管４の吸着剤から脱離後、同じ体積の窒素ガスを捕集管４に供給してセンサ部２ににおい成分を送ることにより、未知サンプル１６に含まれるにおい成分の濃度を変えてセンサ部２に供給することができる。
【００１８】
同一サンプルのにおい成分濃度を変えてセンサ部２に供給する場合、サンプリング時間を変える他に、サンプリング流量を変えてもよいし、供給する窒素ガスの体積を変えてもよい。
また、標準サンプルのプロットが未知サンプルの濃度線からかけ離れた位置にある場合は、選択した標準サンプルだけでは未知サンプルのにおいに近似するにおいを合成することは難しいので、標準サンプルを変更する必要がある。
【００１９】
オペレータにより、未知サンプルの濃度線と標準サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄをそれぞれ比較し、最も近い標準サンプルを主な成分とみなし、標準サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの適当な混合比率及び濃度をにおい合成部１０に入力する。におい合成部１０は、その混合比率に基づいて、電磁弁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ、三方電磁弁２２、捕集管４、ポンプ２８を制御して、各標準サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのサンプリング流量及びサンプリング時間をそれぞれ設定して捕集管４に順々に続けて導入し、におい成分を捕集する。
【００２０】
次に、におい合成部１０は、加熱制御部３４を制御してヒータ３２を加熱して捕集管４に捕集したにおい成分を吸着剤から熱脱離させ、オペレータ１４の算出した濃度になるように捕集管４に窒素ガスを供給して混合においガスを調製し、センサ部２に送る。
その混合においガスの検出信号を信号処理部８により解析して表示部１２に送り、においマップ上にプロットする。オペレータにより、未知サンプルの濃度線と混合においガスのプロットとを比較する。未知サンプルの濃度線と混合においガスのプロットとが離れている場合、オペレータは、標準サンプルの適当な混合比率及び濃度を算出してにおい合成部１０に入力し、混合においガスの調製を繰り返す。
【００２１】
未知サンプルの濃度線と混合においガスのプロットとがある程度近づいた場合、オペレータにより、その混合比率で濃度を変えて混合においガスを調製するために、におい合成部１０に信号を入力し、複数点の濃度の混合においガスを測定する。
表示部１２にその混合においガスの濃度線を表示する。その混合においガスの濃度線が未知サンプルの濃度線と一致すると、未知サンプルに近いにおいが合成されたことになるとともに、未知サンプルのにおい構成成分及びにおい成分比率が分かる。
実施例では標準サンプルの混合比率及び濃度の設定、変更をオペレータが行なうようにしているが、その操作をコンピュータが自動的に行なうようにしてもよい。
【００２２】
本発明では、捕集管へのサンプリング流量及びサンプリング時間を変更することにより、標準サンプルの濃度を変更できるので、標準サンプルごとに濃度調製機構を設ける必要はない。このように、本発明は、ガス測定装置の構成を簡略化することができる。
上記の実施例では、本発明を導電性高分子センサを用いたにおい測定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、酸化物半導体センサ、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測定装置にも適用することができる。
【００２３】
また、食品や化粧品など、においが重要な製品の開発においては、希望のにおいを合成することは熟練を要し、また、合成したにおいを客観性のある方法で示せないことから、その評価は大変に難しい事柄の一つである。上記の実施例では、におい構成成分が未知のサンプルを検査対象にしているが、におい構成成分が既知の物質やガスのにおい成分比率をチェックする検査装置としても使用できる。
例えばにおい成分Ａとにおい成分Ｂが混合した製品のにおい成分比率を検査する場合、あらかじめにおい成分Ａとにおい成分Ｂの混合比率を変えて何点か測定してにおいマップ上にプロットしておき、検査対象の信号処理結果がにおいマップ上でどの位置にくるかによって判定する。その結果、客観性のあるデータとして目標との差を示すことができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のにおい測定装置は、におい合成部により、におい成分濃度調製機構を制御して、複数種の標準サンプルに含まれるにおい成分を標準サンプルごとに吸着比率を制御して捕集部に順々に続けて捕集した後、それらのにおい成分を捕集部から脱離させてそれらのにおい成分を含む混合においガスを適当な濃度で合成し、表示部により、その混合においガス検出時の信号処理結果と未知サンプルガス検出時の信号処理結果とを表示し、オペレータにより、表示部の表示に基づいて、におい合成部による標準サンプルごとのにおい成分の吸着比率及び混合においガスの濃度を変更し、その吸着比率及び混合においガスの濃度に基づいて混合においガスを合成するようにし、このような動作を、未知サンプルの信号処理結果と混合においガスの信号処理結果が近似するまで繰り返すようにしたので、大掛かりな装置を用いることなく、未知サンプルのにおいに似たにおいをすばやく、かつ正確に合成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を表すブロック図である。
【図２】  本発明を導電性高分子センサを用いたにおい測定装置に適用した一実施例を表す概略構成図である。
【図３】  同実施例における主成分分析のにおいマップである。
【符号の説明】
２      センサ部
４      捕集部
６      におい成分濃度調製機構
８      信号処理部
１０      におい合成部
１２      表示部
【図１】
0003832111.tif 000002
【図２】
0003832111.tif 000003
【図３】
0003832111.tif 000004