JP2001124673A - 呼気サンプル収容容器及びその使用方法、並びに呼気サンプル取り扱い方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 呼気分析対象の炭酸ガス量に影響を与えるこ
となく、呼気サンプル中の水分を簡易に取り除く。 【解決手段】 呼気サンプル収容容器をシリンジ部２と
ピストン部４とによって、気密を保ちながら拡張・縮小
自在に構成する。シリンジ部２の一端はゴムシール材１
２によって構成される。ピストン部４を引き出して呼気
収容室２０に陰圧を付与した後、ゴムシール材１２に連
通針３０を刺して、被験者の呼気を吸引する。呼気収容
室２０は連通針３０を抜くと再び気密状態となる。採取
した呼気サンプルを分析装置へ吐出する際には、気密状
態で呼気収容室２０内の呼気サンプルを圧縮し、呼気サ
ンプル中の水蒸気を凝縮させる。凝縮により形成された
水滴は呼気収容室の内壁に付着する。その後、ゴムシー
ル材１２に連通針５０を刺して分析装置と呼気収容室２
０とを連通させ、呼気サンプルを分析装置へ導入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、呼気成分分析のサ
ンプルを採取する呼気サンプリング装置及び呼気成分分
析方法に関し、特に呼気中の水分の悪影響回避に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、医療などの分野において、安定同
位体の標識機能を利用した検査が行われている。この種
の検査には、放射性同位体を用いる検査と異なり、被曝
に関して配慮しなくてもよいという利点がある。

【０００３】近年、安定同位体を用いた検査の一つとし
て、胃の中のヘリコバクター・ピロリ（Helicobacter p
ylori、以下ピロリ菌という）の存在を検知する^１３Ｃ
尿素呼気分析が注目されている。ピロリ菌は、胃炎、胃
潰瘍、十二指腸潰瘍などの原因菌であると考えられてい
る。このピロリ菌は、尿素分解酵素（ウレアーゼ）を有
し、強い酸性の中で生きるために、胃中の尿素からアン
モニアを作り出して胃酸を中和している。ピロリ菌によ
る尿素の分解時に二酸化炭素が発生し、胃の血管内に吸
収されて肺に運ばれる。この二酸化炭素は、肺胞細胞に
おけるガス交換を通じて呼気中に含まれて、呼気ととも
に吐き出される。そこで、^１３Ｃ尿素呼気分析では、
^１３Ｃにて標識された尿素を被験者に経口投与する。そ
して、呼気を採集し、呼気中の^１３ＣＯ_２、^１２ＣＯ_２
の存在比を分析する。^１３Ｃにて標識された尿素を投与
する前の呼気よりも^１３ＣＯ_２の比率が高いことをもっ
て、ピロリ菌が存在すると判断される。

【０００４】呼気中の炭酸ガスの同位体比^１３ＣＯ_２／
^１２ＣＯ_２の測定には、質量分析計、赤外分光計、レー
ザ分光計等の分析装置が用いられる。ここで呼気中には
多くの水分が含まれており、この水分は測定・分析精度
に悪影響を与えるおそれがある。また、水分が多いと分
析装置にダメージを与えるおそれもある。この問題に対
応する従来技術としては、分析装置への呼気サンプルの
導入に際して、シリカゲルなどの吸湿剤により水分を除
去したり、ガスクロマトグラフを用いて目的分析成分を
分離するといった方法があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、シリカゲル等
の吸湿剤を用いる方法では、吸湿作用に寿命があるた
め、吸湿剤の交換又は再生が必要になり、分析装置のメ
ンテナンスが煩雑となるという問題があった。また、吸
湿剤の多くは炭酸ガスを幾分なりとも吸収してしまい、
測定・分析精度に影響を与えるという問題もあった。

【０００６】一方、ガスクロマトグラフを用いる方法で
は、水分が目的分析成分である炭酸ガスよりかなり後に
分離され、水分の分離処理に時間がかかるという問題が
あった。また、水分の多いガスを頻繁に測定する場合、
ガスクロマトグラフのカラムを定期的にベーキングしな
ければならず、やはりメンテナンスが煩雑となるという
問題もあった。

【０００７】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたもので、呼気中の炭酸ガス等の分析対象に影響を与
えることなく、簡単な操作で水分を除去することができ
る呼気サンプル収容容器及びその使用方法並びに呼気サ
ンプル取り扱い方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る呼気サンプ
ル収容容器は、呼気サンプルを気密収容するための呼気
収容室と、前記呼気収容室内の呼気サンプルを圧縮し、
前記呼気サンプル中の水蒸気を凝縮させる圧縮手段とを
有するものである。

【０００９】本発明によれば、呼気収容室内に採取され
た呼気サンプルは気密状態で加圧、圧縮される。この圧
縮は、ピストン等により呼気収容室の容積自体を縮小さ
せることによってもよいし、呼気中の分析対象成分に影
響を与えない気体、液体を呼気収容室に圧入させること
によってもよい。圧縮により呼気サンプル中の水蒸気は
凝縮して水滴となるが、呼気サンプル中の分析対象成分
は気体状態のままであり、これにより呼気サンプル中の
分析対象成分と水分との分離が容易になされる。

【００１０】他の本発明に係る呼気サンプル収容容器
は、前記呼気サンプルの採取に際し前記呼気収容室に陰
圧を付与する陰圧付与手段を有するものである。

【００１１】本発明によれば、呼気サンプルの採取の直
前に呼気収容室に陰圧を付与することができる。つま
り、陰圧状態で出荷される呼気サンプル収容容器に比べ
てリーク等による陰圧の減少のおそれがなく、呼気収容
室への呼気吸引が効率的に行われる。

【００１２】別の本発明に係る呼気サンプル収容容器に
おいては、前記呼気収容室はシリンジ部を有し、前記圧
縮手段及び前記陰圧付与手段は、前記シリンジ部内を往
復可能なピストンを有することを特徴とする。

【００１３】本発明によれば、圧縮手段及び陰圧付与手
段は、それぞれ設けられるか又は両者兼用で設けられる
ピストン機構によって実現され、構成が容易である。

【００１４】さらなる本発明に係る呼気サンプル収容容
器は、前記ピストン部を前記シリンジ部に対し所定の位
置で係止させる係止機構を有するものである。

【００１５】本発明によれば、ピストン部を引き出して
呼気収容室を陰圧状態とした場合やピストン部を押し込
んで呼気収容室を加圧状態とした場合でも、ピストン部
が呼気収容室内の圧力に抗して一定位置を維持すること
ができ、よって一定の陰圧状態、加圧状態が維持され
る。

【００１６】また本発明に係る呼気サンプル収容容器
は、前記呼気収容室を構成する気密壁の少なくとも一部
が弾性シール部材にて構成され、前記呼気サンプルの採
取又は吐出時に前記弾性シール部材に連通針が刺し通さ
れるものである。

【００１７】本発明によれば、呼気収容室に呼気サンプ
ルを採取する際や呼気収容室から呼気サンプルを吐出さ
せる際に連通針が弾性シール部材に刺し通され、呼気収
容室内外が連通される。また連通針を抜くと、その抜い
た後の孔は弾性シール部材の弾性力により閉止されるの
で、呼気収容室の気密状態が実現される。

【００１８】本発明に係る呼気サンプル収容容器は、前
記呼気収容室の内壁に、水滴吸収部材を有するものであ
る。

【００１９】本発明によれば、水蒸気の凝縮により形成
された水滴が、水滴吸収部材に吸収され、呼気サンプル
中の気体成分と水分との分離が行われる。

【００２０】本発明に係る呼気サンプル収容容器の使用
方法は、前記ピストン部を前記シリンジ部から引き出し
て係止させ、前記呼気収容室に陰圧を付与する採取準備
ステップと、前記陰圧により前記呼気収容室に前記呼気
サンプルを吸引する採取ステップと、前記ピストン部が
前記シリンジ部から引き出された状態で、前記呼気サン
プルの吐出先まで搬送する搬送ステップと、前記吐出先
において、前記ピストン部を前記シリンジ部へ挿入して
係止させ、前記呼気サンプルを圧縮して前記水蒸気を凝
縮させる水蒸気凝縮ステップと、前記呼気サンプル中の
水蒸気の凝縮後、前記呼気収容室から前記呼気サンプル
を吐出させる吐出ステップとを有するものである。

【００２１】本発明によれば、呼気サンプルの採取直前
に呼気収容室の陰圧状態が形成され、また呼気サンプル
の吐出直前に呼気収容室内を加圧状態として水分分離が
行われる。これにより、呼気収容室内外の気圧差による
リークによる影響を抑制することができる。

【００２２】本発明に係る呼気サンプル取り扱い方法
は、呼気サンプルの成分分析装置への導入に先だって、
採取された呼気サンプルを圧縮し、当該呼気サンプルに
含まれる水蒸気を凝縮させるステップを有するものであ
る。

【００２３】本発明によれば、呼気サンプル収容容器に
限らずその他の部分においても呼気サンプルを圧縮する
構成を設け、呼気サンプル中の水蒸気を凝縮させ、分離
・除去することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の原理を説明する。本発明
は、気体を圧縮するとそれに含まれる水蒸気が凝縮する
ことを利用するものである。図１は、気体の圧縮を説明
する模式図であり、図２は、気体圧縮時の気体体積Ｖと
水分及びそれ以外の成分の圧力Ｐの関係を示す模式的な
グラフである。ここで、水分の分圧がＰ_１、水分以外の
成分の分圧がＰ_２であり、それらは容器の容積の関数で
ある。容器の容積は、呼気採集時においてＶ_Ａ、圧縮後
においてＶ_Ｂ（＜Ｖ_Ａ）であるとする。気体の圧力は気
体体積の縮小に反比例して増大する傾向を有する。しか
し、呼気中の水蒸気は、炭酸ガス等の他の気体よりも十
分に低い飽和蒸気圧Ｐ_０（温度２５℃にて約３ｋpa）を
有し、圧力が飽和蒸気圧Ｐ_０に達すると、水分は気相か
ら液相へ相転移を起こす。さらに圧縮しても、もっぱら
水分以外の成分の圧力Ｐ_２が上昇し、水分の圧力Ｐ_１は
飽和蒸気圧Ｐ_０以上には上昇せず、余分の水分は液体と
なる。

【００２５】以下、述べる本発明の実施形態に係る呼気
サンプル収容容器は、圧縮により呼気中の水蒸気が凝縮
することを利用して、水分を除去するものである。

【００２６】図３は、本実施形態に係る呼気サンプル収
容容器の模式的な斜視図であり、当該容器は例えば呼気
中の炭酸ガスの同位体比を測定するためのサンプルの採
取・収容に用いられる。図４は、本容器のピストンの軸
に沿った模式的な断面図であり、本容器の使用過程を説
明するものである。本装置は、主として円筒形のシリン
ジ部２とピストン部４とからなる。ピストン部４は、シ
リンジ部２の内側に挿入されるピストン本体６とシリン
ジ部２の外周に配置される外殻部８とからなる。シリン
ジ部２の外側表面、及びピストン部４の外殻部８の内側
面には、互いに噛み合うネジ１０が形成されている。ピ
ストン部４はシリンジ部２に対して回転されることによ
り、ピストン本体６がシリンジ部２内を前進又は後退す
る。シリンジ部２の端部には、弾性シール部材であるゴ
ムシール材１２が圧入され、当該端部における気密が保
たれている。

【００２７】図４（ａ）は、本容器の使用前における状
態を示す図である。使用前においては、ピストン本体６
がシリンジ部２の奥まで挿入され、シリンジ部２内に形
成される呼気収容室の容積が小さくなるように構成され
る。望ましくは、ピストン本体６の先端がゴムシール材
１２に当接され、呼気収容室の容積がゼロとなるように
する。これにより、後で述べるように呼気収容室には呼
気サンプルのみが収容され、当該容器から吐出した気体
で行われる呼気分析の精度が確保される。なお、使用前
の呼気収容室の容積がゼロでない場合には、その空間に
は分析対象気体以外の気体を封入しておくことにより分
析精度の確保が図られる。

【００２８】図４（ｂ）は、本容器に呼気サンプルを収
容するための準備段階を示す図である。この段階では、
ピストン部４がその中心軸の周りに回転され、ネジ１０
の作用によりピストン本体６がシリンジ部２から引き出
される。これにより、シリンジ部２の先端のゴムシール
材１２とピストン本体６先端とで挟まれる呼気収容室が
拡張される。この拡張動作は呼気収容室の気密を保ちつ
つ行われるので、呼気収容室２０には陰圧が付与され
る。

【００２９】このように本容器は、呼気サンプリング直
前に陰圧空間を形成できるので、容器の各部からのリー
クにより、呼気収容室に意図しない気体成分が漏れ込ん
だり、陰圧が弱まりサンプリング動作が十分に行われな
いといった事態を回避することができる。また本容器と
異なり、呼気サンプル収容容器があらかじめ陰圧空間を
形成して出荷されるものである場合には、その保管期間
や保管状態への配慮が必要であるが、本容器にはそのよ
うな配慮は不要である。このように、本容器は保管時の
取り扱いが容易であるとともに、収容された呼気サンプ
ルを用いた分析精度が確保されるという特徴を有する。

【００３０】なお、呼気収容室２０の陰圧は、ピストン
部４をシリンジ部２内に引き戻そうとする力を及ぼす
が、ネジ１０の作用により、ピストン部４は引き出され
た位置に係止される。よって、作業者は、所望の位置ま
でピストン部４を引き出した後は、ピストン部４から手
を離すことができ好都合である。

【００３１】図４（ｃ）は、本容器に呼気を採取する段
階を示す図である。一方端にマウスピース３２が接続さ
れている連通針３０がゴムシール材１２に刺し通され
る。すなわち、被験者がマウスピース３２をくわえて、
ゴムシール材１２に連通針３０をつきさし、呼気を吐く
と、呼気収容室２０内の陰圧により当該呼気が呼気収容
室２０内に効率的に吸引・採取される。

【００３２】呼気サンプルの採取が完了すると、連通針
３０はゴムシール材１２から引き抜かれる。連通針３０
を刺すことにより形成されたゴムシール材１２の孔は、
当該ゴムシール材１２の弾性により収縮され閉止され、
これにより呼気収容室２０の気密が保持される。

【００３３】図４（ｄ）は、本発明の特徴の一つである
水蒸気凝縮過程を示す図である。ピストン部４は図４
（ｂ）とは反対向きに回転され、ピストン本体６がシリ
ンジ部２に押し込まれる。これにより呼気収容室が収縮
され、内部の呼気サンプルが圧縮される。縮小された呼
気収容室２０内の水分の分圧が水蒸気の飽和蒸気圧に達
すると、呼気収容室２０内には呼気サンプル中の水蒸気
が凝縮する。凝縮により形成された水滴は重力により降
下したり、呼気収容室２０内を漂うことにより、シリン
ジ部２の内壁に付着し、これにより、呼気中の水分とそ
れ以外の気体成分との分離が進む。なお、この段階にお
いても、ネジ１０の作用により、ピストン部４はシリン
ジ部２に係止されるので、作業者は本容器から手を離す
ことができる。

【００３４】ここで、シリンジ部２の内壁に水滴を吸収
する部材を設けることにより、水分を確実に当該部材内
に保持でき、水滴が呼気収容室２０から吐出されること
を抑制することができる。ここで水滴吸着部材は、水蒸
気を吸着できるものである必要はない。すなわち、水滴
吸着部材には、気体に対する吸着性能が低いものを採用
することができるので、分析対象である例えば炭酸ガス
を吸着するおそれが少ないものを用いることができる。
例えば、水滴吸着部材は、スポンジや水吸収高分子とい
ったものを用いて構成することができる。

【００３５】図４（ｅ）は、本容器に収容された呼気サ
ンプルを分析装置へ吐出する段階を示す図である。ゴム
シール材１２には一端に分析装置（図示せず）を接続さ
れた連通針５０が刺し通される。これにより呼気収容室
２０と分析装置とが連通され、呼気収容室２０内の加圧
状態の呼気サンプルが連通針を通して分析装置へ吐出さ
れる。

【００３６】なお、図４（ｃ）に示す呼気サンプルの採
取から同図（ｅ）に示す呼気サンプルの吐出までの間に
は、本容器の搬送や検査待ち等によってある程度の時間
間隔が生じる場合もある。そのような場合に、図４
（ｄ）に示す圧縮操作をどのタイミングで行うかに関し
ては、リークのおそれ等に配慮して加圧状態で長時間置
くことを避けたい場合には、吐出の直前に圧縮を行うよ
うにする。

【００３７】なお、上述の実施形態では、呼気サンプル
収容容器において、呼気サンプル中の水分を分離、除去
する例を説明したが、例えば、呼気サンプル収容容器か
ら成分分析装置へ呼気サンプルを導入する前段処理部と
して、呼気サンプルの圧縮による水蒸気の凝縮・除去を
行う構成を設けることも本発明の範囲に含まれる。

【００３８】

【発明の効果】本発明の呼気サンプル収容容器及び呼気
サンプル取り扱い方法によれば、呼気収容室に採取され
た呼気サンプルが圧縮され、それにより呼気サンプル中
の水蒸気が凝縮され、分析目的成分である気体、例えば
炭酸ガス等から分離、除去される。よって、分析装置へ
は水分が除去された呼気が導入され、測定・分析精度の
向上や分析装置のメンテナンスが容易となるといった効
果が得られる。

【００３９】また本発明の呼気サンプル収容容器の使用
方法によれば、呼気の採取の直前に呼気収容室の陰圧が
形成され、また呼気サンプルの吐出の直前に呼気収容室
の加圧状態が形成されるため、リーク等による陰圧の減
少や採取した呼気サンプルの希薄化が回避される効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 気体の圧縮を説明する模式図である。

【図２】 気体圧縮時の水分及びそれ以外の成分の体積
Ｖと圧力Ｐの関係を示す模式的なグラフである。

【図３】 本実施形態に係る呼気サンプル収容容器の模
式的な斜視図である。

【図４】 本実施形態に係る呼気サンプル収容容器の使
用過程を説明するための模式的な断面図である。

【符号の説明】

２ シリンジ部、４ ピストン部、６ ピストン本体、
１０ ネジ、１２ ゴムシール材、２０ 呼気収容室、
３０，５０ 連通針、３２ マウスピース。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 33/497 Ｇ０１Ｎ 1/28 Ｌ (72)発明者 齋藤 博樹 東京都三鷹市牟礼６丁目22番１号 アロカ 株式会社内 Ｆターム(参考） 2G045 AA40 CB22 HA06 HA14 JA07

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 呼気サンプルを気密収容するための呼気
   収容室と、 前記呼気収容室内の呼気サンプルを圧縮し、前記呼気サ
   ンプル中の水蒸気を凝縮させる圧縮手段と、 を有することを特徴とする呼気サンプル収容容器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の呼気サンプル収容容器に
   おいて、 前記呼気サンプルの採取に際し前記呼気収容室に陰圧を
   付与する陰圧付与手段を有することを特徴とする呼気サ
   ンプリング装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の呼気サンプル収容容器に
   おいて、 前記呼気収容室はシリンジ部を有し、 前記圧縮手段及び前記陰圧付与手段は、前記シリンジ部
   内を往復可能なピストンを有すること、 を特徴とする呼気サンプル収容容器。
4. 【請求項４】 請求項３記載の呼気サンプル収容容器に
   おいて、 前記ピストン部を前記シリンジ部に対し所定の位置で係
   止させる係止機構を有することを特徴とする呼気サンプ
   ル収容容器。
5. 【請求項５】 請求項１から請求項４のいずれかに記載
   の呼気サンプル収容容器において、 前記呼気収容室を構成する気密壁の少なくとも一部は弾
   性シール部材にて構成され、 前記呼気サンプルの採取又は吐出時に前記弾性シール部
   材に連通針が刺し通されること、 を特徴とする呼気サンプル収容容器。
6. 【請求項６】 請求項１から請求項５のいずれかに記載
   の呼気サンプル収容容器において、 前記呼気収容室の内壁に、水滴吸収部材を有することを
   特徴とする呼気サンプル収容容器。
7. 【請求項７】 請求項４記載の呼気サンプル収容容器の
   使用方法であって、 前記ピストン部を前記シリンジ部から引き出して係止さ
   せ、前記呼気収容室に陰圧を付与する採取準備ステップ
   と、 前記陰圧により前記呼気収容室に前記呼気サンプルを吸
   引する採取ステップと、 前記ピストン部が前記シリンジ部から引き出された状態
   で、前記呼気サンプルの吐出先まで搬送する搬送ステッ
   プと、 前記吐出先において、前記ピストン部を前記シリンジ部
   へ挿入して係止させ、前記呼気サンプルを圧縮して前記
   水蒸気を凝縮させる水蒸気凝縮ステップと、 前記呼気サンプル中の水蒸気の凝縮後、前記呼気収容室
   から前記呼気サンプルを吐出させる吐出ステップと、 を有することを特徴とする呼気サンプル収容容器の使用
   方法。
8. 【請求項８】 呼気サンプルの成分分析装置への導入に
   先だって、採取された呼気サンプルを圧縮し、当該呼気
   サンプルに含まれる水蒸気を凝縮させるステップを有す
   ることを特徴とする呼気サンプル取り扱い方法。