JP6432985B2 - Adsorption device and analyzer - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、吸着装置及び分析装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to an adsorption device and an analysis device.
現在、代謝反応及び生化学的病態メカニズム等を、呼気中に含まれる揮発性物質の濃度とその変動とから明らかにする研究が進んでいる。 Currently, research is underway to clarify metabolic reactions and biochemical pathological mechanisms from the concentration of volatile substances contained in exhaled breath and their fluctuations.
例えば、呼気中のエタン、ペンタン及び過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）は、酸化ストレスとの相関が高い。呼気中のこれらの濃度が高くなると、脂質酸化、喘息又は気管支炎という症状が現れてくる。 For example, ethane, pentane and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) in exhaled breath have a high correlation with oxidative stress. When these concentrations in exhalation increase, symptoms of lipid oxidation, asthma or bronchitis appear.
また、呼気中の一酸化窒素（ＮＯ）、一酸化炭素（ＣＯ）及びＨ2Ｏ2は、肺疾患との相関が高い。呼気中のこれらの濃度が高くなると、喘息又は慢性閉塞性肺炎の症状が見られる。 Nitric oxide (NO), carbon monoxide (CO), and H 2 O 2 in exhaled breath have a high correlation with lung diseases. As these concentrations in expired air increase, symptoms of asthma or chronic obstructive pneumonia are seen.
呼気中の水素（Ｈ2）及び炭素同位体（13Ｃ）は、胃腸疾患との相関が高い。呼気中のこれらの濃度が高くなると、消化不良、胃炎又は十二指腸潰瘍の症状が見られる。 Hydrogen (H 2 ) and carbon isotopes ( 13 C) in exhaled breath are highly correlated with gastrointestinal diseases. Higher concentrations of these in exhaled breath can cause symptoms of dyspepsia, gastritis or duodenal ulcers.
また、呼気中のアセトンは、代謝異常との相関が高い。呼気中のアセトン濃度が高くなると、糖尿病の症状が見られる。他方、健康なヒトと比較して呼気中のアセトン濃度が低いヒトは、メタボリック症候群の傾向が見られる。 In addition, acetone in exhaled breath has a high correlation with metabolic abnormalities. As the acetone concentration in the exhalation increases, symptoms of diabetes are seen. On the other hand, people with lower acetone concentrations in breath compared to healthy people tend to have metabolic syndrome.
上述した関係は、痛みを伴わない簡便的な早期病床診断への応用が期待されている。しかしながら、呼気中に含まれる揮発性物質の濃度は、ppm（parts per million）からppb（parts per billion）レベルである。それ故、呼気成分を定量分析するためには、高い分解能を持つ分析装置が必要となる。 The above-described relationship is expected to be applied to simple early bed diagnosis without pain. However, the concentration of volatile substances contained in exhaled breath ranges from ppm (parts per million) to ppb (parts per billion). Therefore, in order to quantitatively analyze the exhalation component, an analyzer having a high resolution is required.
この分析手法の一つとして、金属錯体が特定の分子を選択的に吸着する性質を利用した技術が知られている。例えば、或るマンガンフタロシアニンは、アセトンに対する吸着能が高い。カーボンナノチューブからなる導電性基体は、このマンガンフタロシアニンで表面修飾すると、マンガンフタロシアニンのアセトン吸着量に応じて電気伝導度が変化する。従って、このマンガンフタロシアニンで表面修飾した導電性基体を備えたセンサは、呼気中のアセトン濃度の測定に利用可能である。 As one of the analytical methods, a technique using a property that a metal complex selectively adsorbs a specific molecule is known. For example, certain manganese phthalocyanines have a high adsorption capacity for acetone. When the surface of a conductive substrate made of carbon nanotubes is modified with manganese phthalocyanine, the electrical conductivity changes according to the amount of acetone adsorbed by manganese phthalocyanine. Therefore, the sensor provided with the conductive substrate surface-modified with manganese phthalocyanine can be used for measuring the acetone concentration in the breath.
しかしながら、金属錯体は、化学構造が類似した分子に対してほぼ等しい吸着能を示す。また、導電性基体の表面が平坦でない場合には、この表面を金属錯体により均一に修飾することは困難である。不均一な表面修飾は、正確な測定を困難にする。 However, metal complexes show approximately equal adsorption capacity for molecules with similar chemical structures. If the surface of the conductive substrate is not flat, it is difficult to uniformly modify the surface with a metal complex. Non-uniform surface modification makes accurate measurement difficult.
他の分析手法として、金属酸化物からなる半導体を利用した技術が知られている。この技術では、金属酸化物を加熱した状態で、酸素を吸着させる。雰囲気中に一酸化炭素や炭化水素などの還元性物質が混入すると、金属酸化物に吸着した酸素と、還元性物質との間で反応が生じ、金属酸化物表面に吸着した酸素が減少する。これに伴い、金属酸化物の比抵抗が小さくなる。この手法は、このような現象を利用している。 As another analysis technique, a technique using a semiconductor made of a metal oxide is known. In this technique, oxygen is adsorbed while the metal oxide is heated. When a reducing substance such as carbon monoxide or hydrocarbon is mixed in the atmosphere, a reaction occurs between oxygen adsorbed on the metal oxide and the reducing substance, and oxygen adsorbed on the surface of the metal oxide is reduced. Along with this, the specific resistance of the metal oxide is reduced. This method utilizes such a phenomenon.
この手法は、検知時間が短く、還元性物質が低濃度であったとしても高い感度を示す。しかしながら、この手法では、雰囲気中に複数の還元性物質が含まれる場合、複雑な構成が必要となる。 This technique has a high detection sensitivity even when the detection time is short and the reducing substance has a low concentration. However, this method requires a complicated configuration when the atmosphere contains a plurality of reducing substances.
本発明が解決しようとする課題は、高い精度で且つ短時間での分析が可能な分析装置を実現可能とすることにある。 The problem to be solved by the present invention is to make it possible to realize an analyzer capable of performing analysis with high accuracy and in a short time.
実施形態によれば、基材と、前記基材に接合され、前記基材とともに中空構造を形成している封止部材とを含み、前記中空構造の内部空間と外部空間とを各々が連絡する第１及び第２貫通孔が設けられたセルと、前記内部空間において前記基材から伸び、互いから離れて位置した複数のカーボンナノチューブ束と、前記基材に設けられたヒータとを具備し、前記基材はシリコンからなり、前記封止部材はガラスからなる吸着装置が提供される。
According to the embodiment, the substrate includes a base member and a sealing member that is bonded to the base material and forms a hollow structure together with the base material, and each communicates the internal space and the external space of the hollow structure. A cell provided with first and second through holes, a plurality of carbon nanotube bundles extending from the base material in the internal space and positioned away from each other, and a heater provided in the base material , An adsorbing device is provided in which the base material is made of silicon and the sealing member is made of glass .
他の実施形態によれば、前記吸着装置と、前記吸着装置を支持する支持体と、測定対象としての流体とパージガスとを前記第１貫通孔へと導く第１流路と、ガス中の１以上の物質を定量する測定装置と、前記第２貫通孔と前記測定装置又は外部とを連絡する第２流路と、前記第１流路に取り付けられた１以上の第１バルブと、前記第２流路に取り付けられた１以上の第２バルブとを具備した分析装置が提供される。 According to another embodiment , the adsorption device , a support that supports the adsorption device , a first flow path that guides the fluid to be measured and the purge gas to the first through hole, and 1 in the gas A measuring device that quantifies the substance, a second flow path that connects the second through-hole and the measuring device or the outside, one or more first valves attached to the first flow path, and the first An analyzer including one or more second valves attached to two flow paths is provided.
以下、実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component which exhibits the same or similar function through all the drawings, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図１に示す分析装置１は、呼気に含まれる特定成分、例えば揮発性有機化合物の濃度を分析するための装置である。ここで、検体は、典型的にはヒトの呼気であるが、ヒトを除く動物の呼気であってもよい。また、揮発性有機化合物は、例えば、エタン、ペンタン又はアセトンである。 An analysis apparatus 1 shown in FIG. 1 is an apparatus for analyzing the concentration of a specific component contained in exhaled breath, for example, a volatile organic compound. Here, the specimen is typically human exhalation, but may be exhalation of animals other than humans. The volatile organic compound is, for example, ethane, pentane or acetone.
分析装置１は、吸着装置２と、支持体３と、導管５ａ乃至５ｄと、測定装置６と、第１バルブ７ａ及び７ｂと、第２バルブ８とを含んでいる。 The analysis device 1 includes an adsorption device 2, a support 3, conduits 5 a to 5 d, a measurement device 6, first valves 7 a and 7 b, and a second valve 8.
吸着装置２は、中空構造を有しているセル２０と、このセル２０を加熱するヒータ２３とを含んでいる。このセル２０には、内部空間と外部空間とを連絡する一対の貫通孔が設けられている。このセル２０の内部空間には、複数のカーボンナノチューブ束が収容されている。これらカーボンナノチューブ束は、呼気中の１以上の物質、即ち、上記成分を物理吸着する。吸着装置２の詳細な構造については、後で説明する。 The adsorption device 2 includes a cell 20 having a hollow structure and a heater 23 for heating the cell 20. The cell 20 is provided with a pair of through holes that connect the internal space and the external space. A plurality of carbon nanotube bundles are accommodated in the internal space of the cell 20. These carbon nanotube bundles physically adsorb one or more substances in the breath, that is, the above components. The detailed structure of the adsorption device 2 will be described later.
支持体３は、吸着装置２を着脱可能に支持している。支持体３は、支持体本体３１と、これに内蔵された電源（図示せず）とを含んでいる。支持体３は、この電源に電気的に接続された一対の電極３２ａ及び３２ｂを更に含んでいる。これら電極３２ａ及び３２ｂは、ヒータ２３に電気的に接続されている。 The support 3 supports the adsorption device 2 in a detachable manner. The support body 3 includes a support body 31 and a power source (not shown) built therein. The support 3 further includes a pair of electrodes 32a and 32b electrically connected to the power source. These electrodes 32 a and 32 b are electrically connected to the heater 23.
導管５ａ及び５ｃ並びに第１バルブ７ａ及び７ｂは、測定対象である流体とパージガスとを第１貫通孔へと導く第１流路を構成している。パージガスとしては、例えば、ヘリウム、水素又は窒素ガスを用いることができる。 The conduits 5a and 5c and the first valves 7a and 7b constitute a first flow path that guides the fluid to be measured and the purge gas to the first through hole. As the purge gas, for example, helium, hydrogen, or nitrogen gas can be used.
第１バルブ７ａは、２つの流入口と１つの流出口とを備え、一方の流入口と流出口とが連絡した状態と、他方の流入口と流出口とが連絡した状態との間での切り替えを、電気的制御のもとで行うことが可能な電動バルブである。また、第１バルブ７ｂは、１つの流入口と１つの流出口とを備え、流入口と流出口とが連絡した状態と、その連絡が遮断された状態との間での切り替えを、電気的制御のもとで行うことが可能な電動バルブである。 The first valve 7a includes two inflow ports and one outflow port. Between the state in which one inflow port and the outflow port communicate with each other and the state in which the other inflow port and the outflow port communicate with each other. It is an electric valve that can be switched under electrical control. In addition, the first valve 7b includes one inflow port and one outflow port, and is electrically switched between a state in which the inflow port and the outflow port are in communication with each other and a state in which the communication is interrupted. It is an electric valve that can be operated under control.
第１貫通孔には、導管５ａの一端が接続されている。導管５ａの他端には、第１バルブ７ｂの流出口が接続されている。第１バルブ７ｂの流入口には、導管５ｃの一端が接続されている。導管５ｃの他端には、第１バルブ７ａの流出口が接続されている。第１バルブ７ａの第１流入口には、導管５ｅの一端が接続されている。導管５ｅの他端には、測定対象の供給源９が接続されている。第１バルブ７ａの第２流入口には、導管５ｆの一端が接続されている。導管５ｆの他端には、パージガス源１０が接続されている。 One end of a conduit 5a is connected to the first through hole. The outflow port of the first valve 7b is connected to the other end of the conduit 5a. One end of a conduit 5c is connected to the inlet of the first valve 7b. The outflow port of the first valve 7a is connected to the other end of the conduit 5c. One end of a conduit 5e is connected to the first inlet of the first valve 7a. A supply source 9 to be measured is connected to the other end of the conduit 5e. One end of a conduit 5f is connected to the second inlet of the first valve 7a. A purge gas source 10 is connected to the other end of the conduit 5f.
導管５ｂ及び５ｄ並びに第２バルブ８は、第２貫通孔と測定装置６又は測定装置６の外部とを連絡する第２流路を構成している。 The conduits 5b and 5d and the second valve 8 constitute a second flow path that connects the second through hole and the measuring device 6 or the outside of the measuring device 6.
第２バルブ８は、１つの流入口と２つの流出口とを備え、流入口と一方の流出口とが連絡した状態と、流入口と他方の流出口とが連絡した状態と、流入口が２つの流出口のどちらとも連絡していない状態との間での切り替えを、電気的制御のもとで行うことが可能な電動バルブである。 The second valve 8 includes one inflow port and two outflow ports, a state in which the inflow port is in communication with one outflow port, a state in which the inflow port is in communication with the other outflow port, and an inflow port. It is an electrically operated valve that can be switched under a state of electrical control between a state in which neither of the two outlets is in communication.
第２貫通孔には、導管５ｂの一端が接続されている。導管５ｂの他端には、第２バルブ８の流入口が接続されている。第２バルブ８の第１流出口には、導管５ｄの一端が接続されている。導管５ｄの他端には、測定装置６が接続されている。第２バルブ８の第２流出口には、導管５ｇの一端が接続されている。導管５ｇの他端は、測定装置６の外部に通じている。 One end of a conduit 5b is connected to the second through hole. An inflow port of the second valve 8 is connected to the other end of the conduit 5b. One end of a conduit 5 d is connected to the first outlet of the second valve 8. A measuring device 6 is connected to the other end of the conduit 5d. One end of a conduit 5 g is connected to the second outlet of the second valve 8. The other end of the conduit 5g communicates with the outside of the measuring device 6.
測定装置６は、カーボンナノチューブ束から脱着させた上記１以上の物質を定量する。測定装置６は、例えば、水素炎イオン化型検出器、熱伝導度型検出器、レーザー式ガス分析計、ガスクロマトグラフ、ガスクロマトグラフ質量分析計又はフーリエ変換赤外分光光度計である。 The measuring device 6 quantifies the one or more substances desorbed from the carbon nanotube bundle. The measuring device 6 is, for example, a flame ionization detector, a thermal conductivity detector, a laser gas analyzer, a gas chromatograph, a gas chromatograph mass spectrometer, or a Fourier transform infrared spectrophotometer.
コントローラ１１は、後述する第１乃至第５動作を順次行うように、ヒータ２３の稼働状態と、第１バルブ７ａ及び７ｂ並びに第２バルブ８の状態とを制御する。また、コントローラ１１は、支持体本体３１に内蔵される電源に接続されている。コントローラ１１は、一対の電極３２ａ及び３２ｂへの電力の供給を更に制御する。 The controller 11 controls the operating state of the heater 23 and the states of the first valves 7a and 7b and the second valve 8 so as to sequentially perform first to fifth operations described later. The controller 11 is connected to a power source built in the support body 31. The controller 11 further controls the supply of power to the pair of electrodes 32a and 32b.
以下、この分析装置１による分析を、図１及び図２を参照しながら説明する。 Hereinafter, the analysis by the analyzer 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
図２は、図１の吸着装置２に含まれるヒータ２３の温度変化を示すグラフである。横軸は時間を示し、縦軸は温度（℃）を示している。ここで説明する方法では、第１乃至第５動作を順次行う。図２のＴ１乃至Ｔ５は、第１乃至第５動作を行う期間を表している。 FIG. 2 is a graph showing a temperature change of the heater 23 included in the adsorption device 2 of FIG. The horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates temperature (° C.). In the method described here, the first to fifth operations are sequentially performed. T1 to T5 in FIG. 2 represent periods in which the first to fifth operations are performed.
第１動作は、ヒータ２３を稼働させず、測定対象である流体及びパージガスのうち測定対象である流体のみを第１貫通孔へ導くき、第２貫通孔を介してセル２０中のガスを測定装置６の外部に排出することを含んでいる。即ち、第１バルブ７ａにおいて、第１流入口と測定対象の供給源９とを連絡させ、第１バルブ７ｂを開く。これにより、測定対象の供給源９から導管５ｅ、第１バルブ７ａ、導管５ｃ、第１バルブ７ｂ及び導管５ａを介して、セル２０の内部空間へ呼気を供給する。これとともに、第２バルブ８において、第２流出口と測定装置６の外部とを連絡させる。これにより、セル２０の内部空間から導管５ｂ、第２バルブ８、導管５ｇを介してセル２０中のガスを測定装置６の外部へと排出する。 In the first operation, the heater 23 is not operated, and only the fluid to be measured among the fluid to be measured and the purge gas is guided to the first through hole, and the gas in the cell 20 is measured through the second through hole. Discharging to the outside of the device 6 is included. That is, in the first valve 7a, the first inlet is connected to the supply source 9 to be measured, and the first valve 7b is opened. Thus, exhaled air is supplied from the supply source 9 to be measured to the internal space of the cell 20 through the conduit 5e, the first valve 7a, the conduit 5c, the first valve 7b, and the conduit 5a. At the same time, in the second valve 8, the second outlet is connected to the outside of the measuring device 6. Thereby, the gas in the cell 20 is discharged from the internal space of the cell 20 to the outside of the measuring device 6 through the conduit 5b, the second valve 8, and the conduit 5g.
呼気がセル２０の内部空間を流通すると、カーボンナノチューブ束は、呼気中に含まれる物質の一部を吸着する。カーボンナノチューブ束が十分な量の物質を吸着した後、第２動作を行う。 When exhaled air flows through the internal space of the cell 20, the carbon nanotube bundle adsorbs a part of the substance contained in the exhaled air. After the carbon nanotube bundle has adsorbed a sufficient amount of substance, the second operation is performed.
第２動作は、測定対象である流体及びパージガスの何れもセル２０の内部空間へ供給せず、第２貫通孔と測定装置６及びその外部との連絡を遮断し、ヒータ２３を稼働させて、セル２０を第１温度まで昇温することを含んでいる。即ち、第１バルブ７ａにおいて、第２流入口とパージガス源１０とを連絡させ、第１バルブ７ｂを閉じる。そして、第２バルブ８において、第１流出口と測定装置６とを連絡させず、第２流出口と測定装置６の外部とも連絡させない。これにより、セル２０の内部空間への呼気の供給及びセル２０の内部空間からのガスの排出を停止する。 In the second operation, neither the fluid to be measured nor the purge gas is supplied to the internal space of the cell 20, the communication between the second through hole and the measuring device 6 and the outside thereof is interrupted, the heater 23 is operated, It includes raising the temperature of the cell 20 to the first temperature. That is, in the first valve 7a, the second inlet and the purge gas source 10 are connected, and the first valve 7b is closed. In the second valve 8, the first outlet and the measuring device 6 are not communicated with each other, and the second outlet and the outside of the measuring device 6 are not communicated. Thereby, the supply of the exhalation to the internal space of the cell 20 and the discharge of the gas from the internal space of the cell 20 are stopped.
呼気が含んでいる成分の多くは、窒素、酸素、二酸化炭素及び水蒸気である。測定対象である揮発性有機化合物の濃度は、呼気全体の１％以下に過ぎない。測定する際に、ガスが測定対象外の物質を多量に含んでいると、検出対象について得られる信号に対してノイズが大きくなり、高精度の測定が妨げられる。特に、この分析装置１では、水が測定精度に及ぼす影響が大きい。 Many of the components contained in exhaled breath are nitrogen, oxygen, carbon dioxide and water vapor. The concentration of the volatile organic compound to be measured is only 1% or less of the entire exhalation. When measuring, if the gas contains a large amount of a substance that is not the object of measurement, noise increases with respect to the signal obtained for the object to be detected, and high-accuracy measurement is hindered. In particular, in the analyzer 1, the influence of water on the measurement accuracy is great.
セル２０の内部空間を第１温度まで昇温させると、水分子同士を結び付けている力が弱まる。その結果、水分子がカーボンナノチューブ束から脱着し易くなる。第１温度は、例えば、１００℃である。 When the temperature of the internal space of the cell 20 is raised to the first temperature, the force that binds the water molecules is weakened. As a result, water molecules are easily detached from the carbon nanotube bundle. The first temperature is 100 ° C., for example.
第３動作は、ヒータ２３を稼働させてセル２０の内部空間の温度を第１温度に保ったまま、測定対象である流体及びパージガスのうちパージガスのみを第１貫通孔へ導き、第２貫通孔を介してセル２０中のガスを測定装置６の外部に排出することを含んでいる。即ち、第１バルブ７ａにおいて、第２流入口とパージガス源１０とを連絡させ、第１バルブ７ｂを開く。これにより、パージガス源１０から導管５ｆ、第１バルブ７ａ、導管５ｃ、第１バルブ７ｂ及び導管５ａを介してセル２０の内部空間へパージガスを供給する。これとともに、第２バルブ８において、第２流出口と測定装置６の外部とを連絡する。その結果、測定対象外の物質を含有したガスが、セル２０の内部空間から導管５ｂ、第２バルブ８、導管５ｇを介して測定装置６の外部へと排出される。これにより、カーボンナノチューブ束が吸着している測定対象外の物質、特に水を、セル２０の内部空間から除去する。 In the third operation, while the heater 23 is operated and the temperature of the internal space of the cell 20 is maintained at the first temperature, only the purge gas out of the fluid to be measured and the purge gas is guided to the first through hole, and the second through hole is formed. This includes discharging the gas in the cell 20 to the outside of the measuring device 6 via. That is, in the first valve 7a, the second inlet and the purge gas source 10 are brought into communication, and the first valve 7b is opened. Accordingly, the purge gas is supplied from the purge gas source 10 to the internal space of the cell 20 through the conduit 5f, the first valve 7a, the conduit 5c, the first valve 7b, and the conduit 5a. At the same time, the second outlet 8 communicates with the outside of the measuring device 6 at the second valve 8. As a result, a gas containing a substance not to be measured is discharged from the internal space of the cell 20 to the outside of the measuring device 6 through the conduit 5b, the second valve 8, and the conduit 5g. As a result, the non-measurement substance adsorbed by the carbon nanotube bundle, particularly water, is removed from the internal space of the cell 20.
第４動作は、測定対象である流体及びパージガスのうち何れもセル２０の内部空間へ供給せず、第２貫通孔と測定装置６及びその外部との連絡を遮断し、ヒータ２３を稼働させて、セル２０の温度を第１温度から第２温度へと昇温することを含んでいる。即ち、第１バルブ７ａにおいて、第２流入口とパージガス源１０とを連絡させ、第１バルブ７ｂを閉じる。また、第２バルブ８において、第１流出口と測定装置６とを連絡させず、第２流出口と測定装置６の外部とも連絡させない。そして、セル２０の内部空間の温度を第１温度から第２温度へ昇温する。第２温度は、例えば、３００℃である。なお、セル２０の内部空間には、パージガスが残留している。この残留ガスは、セル２０の内部空間内の熱伝導を助ける。 In the fourth operation, neither the fluid to be measured nor the purge gas is supplied to the internal space of the cell 20, the communication between the second through-hole and the measuring device 6 and the outside thereof is interrupted, and the heater 23 is operated. And raising the temperature of the cell 20 from the first temperature to the second temperature. That is, in the first valve 7a, the second inlet and the purge gas source 10 are connected, and the first valve 7b is closed. Further, in the second valve 8, the first outlet and the measuring device 6 are not communicated, and the second outlet and the outside of the measuring device 6 are not communicated. Then, the temperature of the internal space of the cell 20 is raised from the first temperature to the second temperature. The second temperature is, for example, 300 ° C. Note that purge gas remains in the internal space of the cell 20. This residual gas helps heat conduction in the interior space of the cell 20.
カーボンナノチューブ束は、上記物質を化学吸着している訳ではなく、物理吸着しているだけである。それ故、カーボンナノチューブ束を第２温度まで加熱すると、カーボンナノチューブ束は、吸着している測定対象物質のほぼ全量を脱着する。この脱着を生じさせると、セル２０の内部空間内のガス中での測定対象物質の濃度は、呼気中の測定対象物質の濃度と比較して高くなる。 The carbon nanotube bundle does not chemically adsorb the above substances but only physically adsorbs them. Therefore, when the carbon nanotube bundle is heated to the second temperature, the carbon nanotube bundle desorbs almost all of the adsorbed measurement target substance. When this desorption occurs, the concentration of the measurement target substance in the gas in the internal space of the cell 20 becomes higher than the concentration of the measurement target substance in the exhalation.
第５動作は、ヒータ２３を稼働させてセル２０の温度を第２温度に保ったまま、測定対象である流体及びパージガスのうちパージガスのみを第１貫通孔へ導き、第２貫通孔を介してセル２０中のガスを測定装置６に排出することを含んでいる。即ち、第１バルブ７ａにおいて、第２流入口とパージガス源１０とを連絡させ、第１バルブ７ｂを開く。これにより、パージガス源１０から導管５ｆ、第１バルブ７ａ、導管５ｃ、第１バルブ７ｂ及び導管５ａを介してセル２０の内部空間へパージガスを供給する。これとともに、第２バルブ８において、第１流出口と測定装置６とを連絡させる。このようにして、上記測定対象物質を高濃度で含有したガスを、セル２０の内部空間から導管５ｂ、第２バルブ８及び導管５ｄを介して測定装置６へと送り出す。測定装置６は、上記ガスが含んでいる上記物質を定量する。 In the fifth operation, while the heater 23 is operated and the temperature of the cell 20 is kept at the second temperature, only the purge gas out of the fluid to be measured and the purge gas is guided to the first through hole, and then through the second through hole. It includes discharging the gas in the cell 20 to the measuring device 6. That is, in the first valve 7a, the second inlet and the purge gas source 10 are brought into communication, and the first valve 7b is opened. Accordingly, the purge gas is supplied from the purge gas source 10 to the internal space of the cell 20 through the conduit 5f, the first valve 7a, the conduit 5c, the first valve 7b, and the conduit 5a. At the same time, in the second valve 8, the first outlet is connected to the measuring device 6. In this way, the gas containing the substance to be measured at a high concentration is sent from the internal space of the cell 20 to the measuring device 6 through the conduit 5b, the second valve 8 and the conduit 5d. The measuring device 6 quantifies the substance contained in the gas.
このようにして、この分析装置１では、上記物質の濃度を高めたガスを測定装置６へ供給する。そのため、例えば、測定装置６の分析精度が低くても、十分に高い精度で定量分析することができる。また、測定装置６は、精度が低くてもよいので、寸法が小さく、安価なものを使用することができる。 In this way, in the analyzer 1, the gas having a higher concentration of the substance is supplied to the measuring device 6. Therefore, for example, even if the analysis accuracy of the measuring device 6 is low, quantitative analysis can be performed with sufficiently high accuracy. Moreover, since the measurement apparatus 6 may have low accuracy, it is possible to use an inexpensive apparatus having a small size.
また、カーボンナノチューブ束は、上記物質を化学吸着している訳ではなく、物理吸着しているだけである。それ故、吸着装置２は、繰り返し使用することができる。なお、吸着装置２は、１回の分析毎に新品に交換してもよい。 In addition, the carbon nanotube bundle does not chemically adsorb the above substance, but only physically adsorbs it. Therefore, the adsorption device 2 can be used repeatedly. The adsorption device 2 may be replaced with a new one for each analysis.
更に、吸着装置２では、金属錯体などによる化学吸着ではなく、カーボンナノチューブ束による物理吸着を利用するので、金属錯体による表面修飾などに起因した不均一を生じない。それ故、分析精度がこの不均一性の影響を受けることはない。 Furthermore, since the adsorption device 2 uses physical adsorption by a carbon nanotube bundle rather than chemical adsorption by a metal complex or the like, nonuniformity due to surface modification by a metal complex does not occur. Therefore, analysis accuracy is not affected by this non-uniformity.
なお、第４及び第５動作を行う代わりに、上述した第４動作を以下のように変更し、第５動作を省略してもよい。 Instead of performing the fourth and fifth operations, the fourth operation described above may be changed as follows and the fifth operation may be omitted.
具体的には、第４動作において、測定対象である流体及びパージガスのうちパージガスのみを第１貫通孔へ導くとともに、前記第２貫通孔を介して前記セル中のガスを前記測定装置に排出しながら、ヒータ２３を稼働させて、セル２０の温度を第１温度から第２温度へと昇温することを含んでいる。即ち、第１バルブ７ａにおいて、第２流入口とパージガス源１０とを連絡させ、第１バルブ７ｂを開く。これにより、パージガス源１０から導管５ｆ、第１バルブ７ａ、導管５ｃ、第１バルブ７ｂ及び導管５ａを介してセル２０の内部空間へパージガスを供給する。これとともに、第２バルブ８において、第１流出口と測定装置６とを連絡させる。そして、この状態でヒータ２３を稼働させて、セル２０の温度を第１温度から第２温度へと昇温する。このようにして、上記測定対象物質を高濃度で含有したガスを、セル２０の内部空間から導管５ｂ、第２バルブ８及び導管５ｄを介して測定装置６へと送り出す。測定装置６は、上記ガスが含んでいる上記物質を定量する。 Specifically, in the fourth operation, only the purge gas out of the fluid to be measured and the purge gas is guided to the first through hole, and the gas in the cell is discharged to the measuring device through the second through hole. However, the heater 23 is operated to raise the temperature of the cell 20 from the first temperature to the second temperature. That is, in the first valve 7a, the second inlet and the purge gas source 10 are brought into communication, and the first valve 7b is opened. Accordingly, the purge gas is supplied from the purge gas source 10 to the internal space of the cell 20 through the conduit 5f, the first valve 7a, the conduit 5c, the first valve 7b, and the conduit 5a. At the same time, in the second valve 8, the first outlet is connected to the measuring device 6. In this state, the heater 23 is operated to raise the temperature of the cell 20 from the first temperature to the second temperature. In this way, the gas containing the substance to be measured at a high concentration is sent from the internal space of the cell 20 to the measuring device 6 through the conduit 5b, the second valve 8 and the conduit 5d. The measuring device 6 quantifies the substance contained in the gas.
この変形例では、カーボンナノチューブ束が吸着した全成分を測定装置６へと同時に供給する代わりに、これら成分を、脱着し易さに応じて測定装置６へと順次供給する。従って、例えば、測定装置６としてカラムを含んでいるものを使用することなしに、個々の成分について定性及び定量が可能である。このように、この変形例によれば、簡単な構成で定性及び定量分析を行うことができる。 In this modification, instead of supplying all the components adsorbed by the bundle of carbon nanotubes to the measuring device 6 at the same time, these components are sequentially supplied to the measuring device 6 according to the ease of desorption. Therefore, for example, it is possible to qualitatively and quantitatively determine individual components without using a measuring device 6 including a column. Thus, according to this modification, qualitative and quantitative analysis can be performed with a simple configuration.
図１では、第１バルブ７ａ及び７ｂ並びに第２バルブ８として、モータを用いて制御を行う電動バルブを用いたが、これらのバルブは、電磁バルブであってもよい。 In FIG. 1, electric valves that perform control using a motor are used as the first valves 7 a and 7 b and the second valve 8, but these valves may be electromagnetic valves.
また、第１バルブとして第１バルブ７ａ及び７ｂの２つのバルブを用いたが、第１バルブは、第１バルブ７ａ及び７ｂの機能を併せ持つ１つのバルブであってもよい。 Moreover, although the two valves of the first valves 7a and 7b are used as the first valve, the first valve may be a single valve having the functions of the first valves 7a and 7b.
更に、第２バルブ８として、１つの流入口と２つの流出口とを備えたバルブを用いたが、第２バルブは、１つの流入口と１つの流出口とを備えたバルブを用いてもよい。この場合、第２バルブの流出口は、導管５ｄへと接続する。また、第２バルブ８は、第１バルブ７ａ及び７ｂと同様に、２つのバルブであってもよい。 Furthermore, although the valve provided with one inflow port and two outflow ports was used as the second valve 8, the second valve may be a valve provided with one inflow port and one outflow port. Good. In this case, the outlet of the second valve is connected to the conduit 5d. Further, the second valve 8 may be two valves like the first valves 7a and 7b.
なお、この分析装置１には、セル２０の内部空間の温度を測定する温度センサを含んでいてもよい。この場合、コントローラ１１は、温度センサの出力に基づいて、電極３２ａ及び３２ｂに供給する電力を制御することができる。 The analyzer 1 may include a temperature sensor that measures the temperature of the internal space of the cell 20. In this case, the controller 11 can control the power supplied to the electrodes 32a and 32b based on the output of the temperature sensor.
次に、吸着装置２について、図３乃至図８を参照しながら詳細に説明する。 Next, the adsorption device 2 will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 8.
図３乃至図５に示すように、吸着装置２は、吸着装置本体２１及び封止部材２２を含むセル２０と、ヒータ２３とを含んでいる。 As shown in FIGS. 3 to 5, the adsorption device 2 includes a cell 20 including an adsorption device main body 21 and a sealing member 22, and a heater 23.
吸着装置本体２１は、図７に示すように、基材２１１と、複数のカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄとを含んでいる。 As shown in FIG. 7, the adsorption device main body 21 includes a base material 211 and a plurality of carbon nanotube bundles 212a to 212d.
基材２１１は、例えば薄板状である。基材２１１は、硬質であってもよく、可撓性であってもよい。基材２１１の材料としては、例えば、シリコン、ガラス、酸化マグネシウム、サファイア、又は酸化アルミニウムを使用することができる。ここでは、一例として、基材２１１はシリコン基板であるとする。基材２１１としてシリコン基板を使用した場合、吸着装置本体２１の製造に、例えば、半導体プロセスで利用されている技術及び装置を利用することができる。 The base material 211 has a thin plate shape, for example. The substrate 211 may be hard or flexible. As a material of the base material 211, for example, silicon, glass, magnesium oxide, sapphire, or aluminum oxide can be used. Here, as an example, the base material 211 is assumed to be a silicon substrate. In the case where a silicon substrate is used as the base material 211, for example, the technology and apparatus used in the semiconductor process can be used for manufacturing the adsorption device body 21.
カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、基材２１１の一方の主面から伸びている。ここでは、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、基材２１１の一方の主面に対して略垂直な方向に延びている。カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々は、真っ直ぐに伸びていてもよく、撓んでいてもよい。 The carbon nanotube bundles 212 a to 212 d extend from one main surface of the base material 211. Here, the carbon nanotube bundles 212 a to 212 d extend in a direction substantially perpendicular to one main surface of the base material 211. Each of the carbon nanotube bundles 212a to 212d may extend straight or bend.
カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々は、その長さ方向に各々が伸びた多数のカーボンナノチューブからなる。カーボンナノチューブは、例えば、シングルウォールチューブである。カーボンナノチューブは、アームチェアチューブ、ジグザグチューブ、及びカイラルチューブの何れであってもよい。 Each of the carbon nanotube bundles 212a to 212d is composed of a large number of carbon nanotubes each extending in the length direction thereof. The carbon nanotube is, for example, a single wall tube. The carbon nanotube may be any of an armchair tube, a zigzag tube, and a chiral tube.
カーボンナノチューブの長さは、例えば、５０μｍ乃至１００μｍの範囲内にある。カーボンナノチューブの直径は、例えば、１０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲内にある。また、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々において、カーボンナノチューブ間の距離は、例えば、１０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲内にある。 The length of the carbon nanotube is, for example, in the range of 50 μm to 100 μm. The diameter of the carbon nanotube is, for example, in the range of 10 nm to 100 nm. In each of the carbon nanotube bundles 212a to 212d, the distance between the carbon nanotubes is in the range of 10 nm to 100 nm, for example.
カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々の径は、例えば、１μｍ乃至１００μｍの範囲内にある。カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの高さは、例えば、５０μｍ乃至１００μｍの範囲内にある。 The diameter of each of the carbon nanotube bundles 212a to 212d is, for example, in the range of 1 μm to 100 μm. The height of the carbon nanotube bundles 212a to 212d is, for example, in the range of 50 μm to 100 μm.
カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、互いから離れて位置している。カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄ間の距離は、例えば、１μｍ乃至１００μｍの範囲内にある。 The carbon nanotube bundles 212a to 212d are located away from each other. The distance between the carbon nanotube bundles 212a to 212d is, for example, in the range of 1 μm to 100 μm.
カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、基材２１１上の複数の単位領域から伸びている。これら単位領域の各々は、放射状に配置された複数のサブ領域からなる。具体的には、単位領域の各々は、複数のサブ領域からなり、典型的には回転対称性を有している。各サブ領域は、回転軸から外側へ向けて伸びた形状を有している。 The carbon nanotube bundles 212 a to 212 d extend from a plurality of unit regions on the base material 211. Each of these unit areas is composed of a plurality of sub-areas arranged radially. Specifically, each unit region is composed of a plurality of sub-regions, and typically has rotational symmetry. Each sub-region has a shape extending outward from the rotation axis.
ここでは、図８に示すように、単位領域２１１０の各々は、放射状に配置された複数のサブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄからなる。サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄの各々は、単位領域２１１０の中心から外側へ向けて伸びた形状、具体的には、単位領域２１１０の中心側の端が反対側の端と比較して曲率半径がより小さい液滴形状を有している。サブ領域２２１０ａの長さ方向Ｄａは、サブ領域２１１０ｃの長さ方向Ｄｃに対して平行である。サブ領域２２１０ｂの長さ方向Ｄｂは、サブ領域２１１０ｄの長さ方向Ｄｄに対して平行である。方向Ｄａ及びＤｃは、方向Ｄｂ及びＤｄに対して垂直である。 Here, as shown in FIG. 8, each of the unit regions 2110 is composed of a plurality of sub-regions 2110a to 2110d arranged radially. Each of the sub-regions 2110a to 2110d has a shape extending outward from the center of the unit region 2110. Specifically, the center region end of the unit region 2110 has a smaller radius of curvature than the opposite end. It has a droplet shape. The length direction Da of the sub-region 2210a is parallel to the length direction Dc of the sub-region 2110c. The length direction Db of the sub-region 2210b is parallel to the length direction Dd of the sub-region 2110d. The directions Da and Dc are perpendicular to the directions Db and Dd.
方向Ｄａ乃至Ｄｄは、それぞれ、サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄに対して垂直な方向から見た場合に、直線Ｌに対して傾いている。この場合、方向Ｄａが直線Ｌに対して成す角度θａは、例えば、０°より大きく且つ９０°未満の範囲内とする。また、この場合、方向Ｄｂが直線Ｌに対して成す角度θｂは、例えば、９０°より大きく且つ１８０°未満の範囲内とする。更に、この場合、方向Ｄｃが直線Ｌに対して成す角度θｃは、例えば、１８０°より大きく且つ２７０°未満の範囲内とする。そして、この場合、方向Ｄｄが直線Ｌに対して成す角度θｄは、例えば、２７０°より大きく且つ３６０°未満の範囲内とする。ここでは、角度θａ、θｂ、θｃ及びθｄは、それぞれ、４５°、１３５°、２２５°及び３１５°である。 The directions Da to Dd are inclined with respect to the straight line L when viewed from a direction perpendicular to the sub-regions 2110a to 2110d. In this case, the angle θa formed by the direction Da with respect to the straight line L is, for example, in a range greater than 0 ° and less than 90 °. In this case, the angle θb formed by the direction Db with respect to the straight line L is, for example, in a range greater than 90 ° and less than 180 °. Further, in this case, an angle θc formed by the direction Dc with respect to the straight line L is set to be, for example, in a range larger than 180 ° and smaller than 270 °. In this case, the angle θd formed by the direction Dd with respect to the straight line L is, for example, in a range greater than 270 ° and less than 360 °. Here, the angles θa, θb, θc, and θd are 45 °, 135 °, 225 °, and 315 °, respectively.
なお、直線Ｌは、図３乃至図５に示す貫通孔ＴＨ１及びＴＨ２の開口のうち、吸着装置２の内部空間側に位置した開口の中心を通る直線である。方向Ｄａ乃至Ｄｄは、それぞれ、サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄに対して垂直な方向から見た場合に、直線Ｌに対して傾いていなくてもよい。また、サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄは、単位領域２１１０の中心から外側へ向けて伸びた形状を有していなくてもよい。 The straight line L is a straight line passing through the center of the opening located on the inner space side of the adsorption device 2 among the openings of the through holes TH1 and TH2 shown in FIGS. The directions Da to Dd do not have to be inclined with respect to the straight line L when viewed from a direction perpendicular to the sub-regions 2110a to 2110d. Further, the sub regions 2110a to 2110d do not have to have a shape extending outward from the center of the unit region 2110.
カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、それらの高さ全体に亘り、高さ方向に垂直な断面の形状が、サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄの形状とそれぞれほぼ等しい。図８に示す単位領域２１１０は、基材２１１上で縦横に配列している。図３乃至図５に示すように、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄから各々がなる単位構造２１２も、単位領域２１１０の配列に対応して基材２１１上で縦横に配列している。 The carbon nanotube bundles 212a to 212d have substantially the same cross-sectional shape perpendicular to the height direction as the sub-regions 2110a to 2110d over their entire height. The unit regions 2110 shown in FIG. 8 are arranged vertically and horizontally on the base material 211. As shown in FIGS. 3 to 5, the unit structures 212 each composed of the carbon nanotube bundles 212 a to 212 d are also arranged vertically and horizontally on the base material 211 corresponding to the arrangement of the unit regions 2110.
ここでは、単位領域２１１０の各々を４つのサブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄで構成しているが、単位領域２１１０の各々は、２つ、３つ、又は５つ以上のサブ領域で構成してもよい。或いは、単位領域２１１０の各々は、連続した１つの領域であってもよい。 Here, each of the unit regions 2110 is composed of four sub-regions 2110a to 2110d, but each of the unit regions 2110 may be composed of two, three, or five or more sub-regions. Alternatively, each unit region 2110 may be one continuous region.
単位領域２１１０と単位構造２１２との間には、図７に示す下地層２１３が介在している。下地層２１３は、バリア層２１３ａと触媒層２１３ｂとを含んでいる。 A base layer 213 shown in FIG. 7 is interposed between the unit region 2110 and the unit structure 212. The underlayer 213 includes a barrier layer 213a and a catalyst layer 213b.
バリア層２１３ａは、触媒層２１３ｂを構成している材料が基材２１１へと拡散するのを抑制する。バリア層２１３ａは、例えば、アルミナ、二酸化シリコン、五酸化タンタル、又は酸化ハフニウムからなる。バリア層２１３ａは、単位領域２１１０と単位構造２１２との間にのみ存在しているが、基材２１１の主面全体を覆うように設けてもよい。バリア層２１３ａは省略することができる。 The barrier layer 213a suppresses the material constituting the catalyst layer 213b from diffusing into the base material 211. The barrier layer 213a is made of, for example, alumina, silicon dioxide, tantalum pentoxide, or hafnium oxide. The barrier layer 213 a exists only between the unit region 2110 and the unit structure 212, but may be provided so as to cover the entire main surface of the base material 211. The barrier layer 213a can be omitted.
触媒層２１３ｂは、カーボンナノチューブ生成のシード及びその成長を促進する触媒としての役割を果たす。触媒層２１３ｂは、単位領域２１１０と単位構造２１２との間にのみ存在している。触媒層２１３ｂは、例えば、鉄、ニッケル及びコバルトなどの金属からなる。 The catalyst layer 213b serves as a seed for generating carbon nanotubes and a catalyst for promoting the growth thereof. The catalyst layer 213b exists only between the unit region 2110 and the unit structure 212. The catalyst layer 213b is made of a metal such as iron, nickel, and cobalt, for example.
封止部材２２は、例えば薄板状である。封止部材２２は、硬質であってもよく、可撓性であってもよい。ここでは、一例として、封止部材２２はガラス板であるとする。封止部材２２としてガラス板を使用した場合、後述する凹部や貫通孔の形成が容易である。また、基材２１１としてシリコン基板を使用し、封止部材２２としてガラス板を使用した場合、接着剤なしでそれらを接合することができる。 The sealing member 22 has a thin plate shape, for example. The sealing member 22 may be hard or flexible. Here, as an example, it is assumed that the sealing member 22 is a glass plate. When a glass plate is used as the sealing member 22, it is easy to form recesses and through-holes described later. Moreover, when a silicon substrate is used as the base material 211 and a glass plate is used as the sealing member 22, they can be joined without an adhesive.
図５に示すように、封止部材２２は、その一方の主面に、凹部ＲＳ１乃至ＲＳ３と、溝ＧＲ１及びＧＲ２とを有している。凹部ＲＳ３は、凹部ＲＳ１と凹部ＲＳ２との間に位置している。溝ＧＲ１は、凹部ＲＳ１と凹部ＲＳ３とを連絡している。溝ＧＲ２は、凹部ＲＳ１と凹部ＲＳ２とを連絡している。 As shown in FIG. 5, the sealing member 22 has recesses RS1 to RS3 and grooves GR1 and GR2 on one main surface thereof. The recess RS3 is located between the recess RS1 and the recess RS2. The groove GR1 communicates the recess RS1 and the recess RS3. The groove GR2 connects the recess RS1 and the recess RS2.
ここでは、２つの溝ＧＲ１で凹部ＲＳ１と凹部ＲＳ３とを連絡しているが、凹部ＲＳ１と凹部ＲＳ３とを連絡する溝ＧＲ１の数は、１であってもよく、３以上であってもよい。また、ここでは、２つの溝ＧＲ２で凹部ＲＳ２と凹部ＲＳ３とを連絡しているが、凹部ＲＳ２と凹部ＲＳ３とを連絡する溝ＧＲ２の数は、１であってもよく、３以上であってもよい。 Here, the recesses RS1 and the recesses RS3 are connected by the two grooves GR1, but the number of the grooves GR1 that connect the recesses RS1 and the recesses RS3 may be 1 or 3 or more. . In addition, here, the recesses RS2 and RS3 are connected by the two grooves GR2, but the number of the grooves GR2 connecting the recesses RS2 and RS3 may be 1 or 3 or more. Also good.
封止部材２２は、凹部ＲＳ３の底面が単位構造２１２と向き合うように基材２１１に接合されている。封止部材２２は、図４に示すように、基材２１１とともに中空構造を形成している。具体的には、この中空構造において、図５に示す凹部ＲＳ１乃至ＲＳ３は、それぞれ、図３及び図４に示すチャンバＣＨ１乃至ＣＨ３を形成している。図５に示す溝ＧＲ１及びＧＲ２は、それぞれ、図３に示すように、チャンバＣＨ１及びＣＨ３を連絡する流路ＦＰ１、及び、チャンバＣＨ２及びＣＨ３を連絡する流路ＦＰ２を構成している。なお、単位構造２１２は、チャンバＣＨ３内に位置している。 The sealing member 22 is joined to the base material 211 so that the bottom surface of the recess RS3 faces the unit structure 212. As shown in FIG. 4, the sealing member 22 forms a hollow structure together with the base material 211. Specifically, in this hollow structure, the recesses RS1 to RS3 shown in FIG. 5 form the chambers CH1 to CH3 shown in FIGS. 3 and 4, respectively. As shown in FIG. 3, the grooves GR1 and GR2 shown in FIG. 5 constitute a flow path FP1 that connects the chambers CH1 and CH3 and a flow path FP2 that connects the chambers CH2 and CH3, respectively. The unit structure 212 is located in the chamber CH3.
図５に示すように、封止部材２２は、凹部ＲＳ１及びＲＳ２の底部に対応した位置に、第１貫通孔ＴＨ１及び第２貫通孔ＴＨ２を有している。貫通孔ＴＨ１は、チャンバＣＨ１を吸着装置２の外部空間と連絡している。貫通孔ＴＨ２は、チャンバＣＨ２を吸着装置２の外部空間と連絡している。貫通孔ＴＨ１の数は２以上であってもよい。また、貫通孔ＴＨ２の数も２以上であってもよい。 As shown in FIG. 5, the sealing member 22 has a first through hole TH1 and a second through hole TH2 at positions corresponding to the bottoms of the recesses RS1 and RS2. The through hole TH1 communicates the chamber CH1 with the external space of the adsorption device 2. The through hole TH2 communicates the chamber CH2 with the external space of the adsorption device 2. The number of through holes TH1 may be two or more. Also, the number of through holes TH2 may be two or more.
封止部材２２には、凹部ＲＳ１乃至ＲＳ３並びに溝ＧＲ１及びＧＲ２を設けなくてもよい。即ち、封止部材２２の基材２１１と向き合う面は、平坦であってもよい。この場合、例えば、基材２１１の封止部材２２と向き合う面に、凹部ＲＳ１乃至ＲＳ３並びに溝ＧＲ１及びＧＲ２を設ける。そして、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、凹部ＲＳ３の底面に配置する。 The sealing member 22 may not be provided with the recesses RS1 to RS3 and the grooves GR1 and GR2. That is, the surface of the sealing member 22 that faces the base material 211 may be flat. In this case, for example, the recesses RS1 to RS3 and the grooves GR1 and GR2 are provided on the surface of the substrate 211 that faces the sealing member 22. The carbon nanotube bundles 212a to 212d are arranged on the bottom surface of the recess RS3.
ヒータ２３は、基材２１１の主面のうち、セル２０の外面に相当する面に設けられている。ヒータ２３は、基材２１１の主面のうち、セル２０の内面に相当する面に設けてもよい。或いは、ヒータ２３は、封止部材２２の主面のうち、セル２０の内面又は外面に相当する面に設けてもよい。 The heater 23 is provided on a surface corresponding to the outer surface of the cell 20 among the main surfaces of the base material 211. The heater 23 may be provided on the surface corresponding to the inner surface of the cell 20 among the main surfaces of the substrate 211. Alternatively, the heater 23 may be provided on a surface corresponding to the inner surface or the outer surface of the cell 20 in the main surface of the sealing member 22.
ヒータ２３は、図４に示すように、発熱体２３１を含んでいる。発熱体２３１は、例えば、抵抗発熱体である。発熱体２３１としては、例えば、パターニングされた金属層を使用することができる。発熱体２３１は、例えば、図６に示すように、基材２１１上にパルス波状に形成する。発熱体２３１の材料としては、例えば、銅などの金属又は合金を使用することができる。発熱体２３１は、一端が電極３２ａと接触し、他端が電極３２ｂと接触している。 As shown in FIG. 4, the heater 23 includes a heating element 231. The heating element 231 is, for example, a resistance heating element. As the heating element 231, for example, a patterned metal layer can be used. For example, as shown in FIG. 6, the heating element 231 is formed in a pulse wave shape on the base material 211. As a material of the heating element 231, for example, a metal such as copper or an alloy can be used. The heating element 231 has one end in contact with the electrode 32a and the other end in contact with the electrode 32b.
この吸着装置２は、例えば、以下の方法によって製造する。
先ず、基材２１１上に、発熱体２３１を形成する。発熱体２３１は、例えば、マスクを用いたスパッタリング法により形成する。或いは、発熱体２３１は、スパッタリング法により形成し、これをパターニングして形成する。或いは、発熱体２３１は、印刷により形成してもよい。次いで、必要に応じて、発熱体２３１を保護する絶縁層を形成する。ヒータ２３は、このように基材２１１上に形成してもよく、基材２１１とは別に形成しておき、基材２１１に貼り付けてもよい。
This adsorption device 2 is manufactured by the following method, for example.
First, the heating element 231 is formed on the base material 211. The heating element 231 is formed by sputtering using a mask, for example. Alternatively, the heating element 231 is formed by sputtering and patterned. Alternatively, the heating element 231 may be formed by printing. Next, an insulating layer that protects the heating element 231 is formed as necessary. The heater 23 may be formed on the base material 211 as described above, or may be formed separately from the base material 211 and attached to the base material 211.
次に、基材２１１の他方の主面に、図７に示すバリア層２１３ａ及び触媒層２１３ｂをこの順に形成する。バリア層２１３ａ及び触媒層２１３ｂの各々は、例えば、マスクを用いたスパッタリング法により形成する。次いで、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）法により、カーボンナノチューブを生成及び成長させる。触媒層２１３ｂの存在により、カーボンナノチューブの生成及び成長は、触媒層２１３ｂの位置で選択的に生じる。その結果、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄが得られる。 Next, the barrier layer 213a and the catalyst layer 213b shown in FIG. 7 are formed in this order on the other main surface of the substrate 211. Each of the barrier layer 213a and the catalyst layer 213b is formed by, for example, a sputtering method using a mask. Next, carbon nanotubes are generated and grown, for example, by chemical vapor deposition (CVD). Due to the presence of the catalyst layer 213b, the generation and growth of carbon nanotubes occurs selectively at the position of the catalyst layer 213b. As a result, carbon nanotube bundles 212a to 212d are obtained.
次に、このようにして得られた吸着装置本体２１及びヒータ２３の複合体と、別途用意した封止部材２２とを、図４に示すように接合する。これにより、セル２０とその一方の主面にヒータ２３とを含んだ構造を得る。基材２１１がシリコンからなり、封止部材２２がナトリウムイオンなどのアルカリイオンを含まないガラスからなる場合、吸着装置本体２１と封止部材２２とは、例えば、表面活性接合によって接合することができる。吸着装置本体２１と封止部材２２との接合には接着剤を使用することもできるが、それらを直接接合した場合、接着剤に含まれる成分が測定に影響を及ぼすことがない。 Next, the composite body of the adsorption device main body 21 and the heater 23 thus obtained and the separately prepared sealing member 22 are joined as shown in FIG. Thus, a structure including the cell 20 and the heater 23 on one main surface thereof is obtained. When the base material 211 is made of silicon and the sealing member 22 is made of glass not containing alkali ions such as sodium ions, the adsorption device main body 21 and the sealing member 22 can be joined by, for example, surface active joining. . An adhesive may be used for joining the adsorption device main body 21 and the sealing member 22, but when they are joined directly, components contained in the adhesive do not affect the measurement.
以上のようにして、図３乃至図５に示す吸着装置２を得る。 As described above, the adsorption device 2 shown in FIGS. 3 to 5 is obtained.
次に、この吸着装置２における呼気の流れ等について説明する。 Next, the flow of exhalation and the like in the adsorption device 2 will be described.
吸着時には、図３などに示す貫通孔ＴＨ１を介して、セル２０の内部空間へ呼気を供給する。 At the time of adsorption, exhaled air is supplied to the internal space of the cell 20 through the through hole TH1 shown in FIG.
貫通孔ＴＨ１を通過した呼気は、先ず、チャンバＣＨ１に到達する。チャンバＣＨ１とチャンバＣＨ３とは複数の流路ＦＰ１によって接続しているので、呼気の流れは、流路ＦＰ１によって複数の流れへと分けられる。チャンバＣＨ３には複数個所から呼気を供給するので、チャンバＣＨ３のうちチャンバＣＨ１近傍の領域において、流速に大きなばらつきを生じることはない。 The exhaled air that has passed through the through hole TH1 first reaches the chamber CH1. Since the chamber CH1 and the chamber CH3 are connected by a plurality of flow paths FP1, the flow of exhalation is divided into a plurality of flows by the flow path FP1. Since exhaled air is supplied to the chamber CH3 from a plurality of locations, there is no great variation in the flow rate in the region near the chamber CH1 in the chamber CH3.
これら流れは、チャンバＣＨ３において合流する。呼気がチャンバＣＨ３を通過する過程で、単位構造２１２を構成しているカーボンナノチューブ束は、呼気が含んでいる１以上の物質を吸着する。 These flows merge in the chamber CH3. In the process of exhalation passing through the chamber CH3, the carbon nanotube bundles constituting the unit structure 212 adsorb one or more substances contained in exhalation.
その後、この呼気の流れは、流路ＦＰ２によって複数の流れへと分けられ、チャンバＣＨ２において合流する。チャンバＣＨ３からは複数個所から呼気を排出するので、チャンバＣＨ３のうちチャンバＣＨ２近傍の領域において、流速に大きなばらつきを生じることはない。 Thereafter, the flow of the exhalation is divided into a plurality of flows by the flow path FP2, and merges in the chamber CH2. Since the exhaled air is discharged from a plurality of locations from the chamber CH3, there is no great variation in the flow velocity in the region near the chamber CH2 in the chamber CH3.
チャンバＣＨ２に到達した呼気は、貫通孔ＴＨ２を介して、セル２０の外部へと排出する。 Exhaled air that has reached the chamber CH2 is discharged to the outside of the cell 20 through the through hole TH2.
脱着時には、図１などに示すヒータ２３を作動させる。図８に示すカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、上記物質を化学吸着ではなく、物理吸着しているだけであるので、図１などに示すヒータ２３を作動させ、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄを温度まで加熱すると、図８に示すカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、吸着している上記物質のほぼ全量を脱着する。この脱着を生じさせると、図１などに示すセル２０の内部空間内のガス中での上記物質の濃度は、呼気中の上記物質の濃度と比較して高くなる。 At the time of detachment, the heater 23 shown in FIG. Since the carbon nanotube bundles 212a to 212d shown in FIG. 8 only physically adsorb the above-mentioned substance instead of chemical adsorption, the heater 23 shown in FIG. 1 or the like is operated to bring the carbon nanotube bundles 212a to 212d to the temperature. When heated, the carbon nanotube bundles 212a to 212d shown in FIG. 8 desorb almost all of the adsorbed substance. When this desorption occurs, the concentration of the substance in the gas in the internal space of the cell 20 shown in FIG. 1 and the like becomes higher than the concentration of the substance in the exhaled breath.
その後、例えば、貫通孔ＴＨ１を介してセル２０の内部空間へパージガスを供給することにより、上記物質を高い濃度で含んだガスを、貫通孔ＴＨ２を介して吸着装置２の外部へと排出する。なお、吸着時と同様に、チャンバＣＨ３内では流速に大きなばらつきを生じることはない。従って、比較的少量の不活性ガスを流通させるだけで、上記物質を高い濃度で含んだガスを排出することができる。 Thereafter, for example, a purge gas is supplied to the internal space of the cell 20 through the through hole TH1, thereby discharging the gas containing the substance at a high concentration to the outside of the adsorption device 2 through the through hole TH2. As in the case of adsorption, the flow rate does not vary greatly in the chamber CH3. Therefore, the gas containing the substance at a high concentration can be discharged only by circulating a relatively small amount of inert gas.
上記の通り、図７に示すカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々は、多数のカーボンナノチューブからなる。カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々において、カーボンナノチューブ間には隙間がある。それ故、呼気の一部は、チャンバＣＨ３を通過する際に、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの何れかの内部を通過する。従って、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々は、その表面だけでなく、内部においても、呼気中の１以上の物質を吸着する。そして、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々の内部では、その表面と比較して、吸着した物質の脱着は生じ難い。従って、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々は、高い吸着効率を示す。 As described above, each of the carbon nanotube bundles 212a to 212d shown in FIG. 7 includes a large number of carbon nanotubes. In each of the carbon nanotube bundles 212a to 212d, there is a gap between the carbon nanotubes. Therefore, part of the exhalation passes through any one of the carbon nanotube bundles 212a to 212d when passing through the chamber CH3. Accordingly, each of the carbon nanotube bundles 212a to 212d adsorbs one or more substances in exhaled air not only on the surface but also inside. In each of the carbon nanotube bundles 212a to 212d, desorption of the adsorbed substance is unlikely to occur compared to the surface thereof. Accordingly, each of the carbon nanotube bundles 212a to 212d exhibits high adsorption efficiency.
また、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、互いから離れて位置させている。即ち、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄ間に隙間を設けている。それ故、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、呼気の流れを過剰に妨げることがない。 The carbon nanotube bundles 212a to 212d are positioned away from each other. That is, a gap is provided between the carbon nanotube bundles 212a to 212d. Therefore, the carbon nanotube bundles 212a to 212d do not excessively block the flow of exhalation.
また、上記の通り、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、それらの高さ方向に垂直な断面の形状が、それぞれ、図８に示すサブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄの形状とほぼ等しい。図８の方向Ｄａ乃至Ｄｄは、それぞれ、サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄに対して垂直な方向から見た場合に、直線Ｌに対して傾いている。そして、図３のチャンバＣＨ３における呼気の平均的な流れの方向は、図８の直線Ｌに対して平行である。このような構造を採用すると、呼気の流れが最適化され、高い吸着効率を達成できる。 In addition, as described above, the carbon nanotube bundles 212a to 212d have substantially the same cross-sectional shapes as the sub-regions 2110a to 2110d shown in FIG. The directions Da to Dd in FIG. 8 are inclined with respect to the straight line L when viewed from a direction perpendicular to the sub-regions 2110a to 2110d. The direction of the average flow of exhalation in the chamber CH3 in FIG. 3 is parallel to the straight line L in FIG. By adopting such a structure, the flow of exhalation is optimized and high adsorption efficiency can be achieved.
そして、上記の通り、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、上記物質を化学吸着ではなく、物理吸着しているだけである。それ故、それらが吸着している上記物質のほぼ全量を脱着させることは容易である。 As described above, the carbon nanotube bundles 212a to 212d only physically adsorb the substance, not chemical adsorption. Therefore, it is easy to desorb almost the entire amount of the substances adsorbed by them.
従って、この吸着装置２を使用すると、上記物質の濃度を十分に高めたガスを得ることができる。そのため、例えば、測定装置の分析精度が低くても、十分に高い精度で定量分析することができる。また、測定装置は、精度が低くてもよいので、寸法が小さく、安価なものを使用することができる。 Therefore, when this adsorption device 2 is used, a gas having a sufficiently high concentration of the substance can be obtained. Therefore, for example, even if the analysis accuracy of the measuring device is low, quantitative analysis can be performed with sufficiently high accuracy. In addition, since the measurement apparatus may be low in accuracy, it can be used with a small size and a low price.
更に、この吸着装置２を使用すると、以下に説明するように、短時間での分析が可能である。 Further, when this adsorption device 2 is used, analysis in a short time is possible as will be described below.
図９は、比較例に係る分析装置１の一部を概略的に示す図である。この分析装置１では、吸着装置２ではなく、支持体３がヒータ２３を内蔵している。このような構造を採用した場合、カーボンナノチューブ束だけではなく、支持体本体３１自体も昇温させなければならない。加えて、吸着装置２と支持体３との間に微小な隙間が生じるのは避けられない。その結果、カーボンナノチューブ束を昇温するために、長い時間が必要になる。一例によれば、カーボンナノチューブ束を１００℃から３００℃へと昇温するために、約３時間の時間を必要とした。 FIG. 9 is a diagram schematically showing a part of the analyzer 1 according to the comparative example. In this analyzer 1, the support 3, not the adsorption device 2, incorporates a heater 23. When such a structure is adopted, not only the carbon nanotube bundle but also the support body 31 itself must be heated. In addition, it is inevitable that a minute gap is generated between the adsorption device 2 and the support 3. As a result, a long time is required to raise the temperature of the carbon nanotube bundle. According to an example, it took about 3 hours to raise the temperature of the carbon nanotube bundle from 100 ° C. to 300 ° C.
この構造に対して、図１などを参照しながら説明した分析装置１では、吸着装置２自体にヒータ２３を形成している。そのため、カーボンナノチューブ束を昇温するために要する時間を、大幅に短縮することができる。一例によれば、基材２１１にヒータ２３を設置した場合、カーボンナノチューブ束を１００℃から３００℃へと昇温するために要した時間は、４６．４秒であった。また、封止部材２２にヒータ２３を設置した場合、カーボンナノチューブ束を１００℃から３００℃へと昇温するために要した時間は、４６．０秒であった。 With respect to this structure, in the analyzer 1 described with reference to FIG. 1 and the like, a heater 23 is formed in the adsorption device 2 itself. Therefore, the time required for raising the temperature of the carbon nanotube bundle can be greatly shortened. According to an example, when the heater 23 was installed on the base material 211, the time required to raise the temperature of the carbon nanotube bundle from 100 ° C. to 300 ° C. was 46.4 seconds. When the heater 23 was installed on the sealing member 22, the time required to raise the temperature of the carbon nanotube bundle from 100 ° C. to 300 ° C. was 46.0 seconds.
このように、ヒータ２３を吸着装置２に設けると、カーボンナノチューブ束を昇温するために要する時間を、大幅に短縮することができる。それ故、例えば、リアルタイムでの分析が可能になる。 Thus, when the heater 23 is provided in the adsorption device 2, the time required to raise the temperature of the carbon nanotube bundle can be greatly shortened. Therefore, for example, real-time analysis becomes possible.
なお、吸着装置２には、以下の構造を採用してもよい。 The adsorption device 2 may employ the following structure.
図１０は、変形例に係る吸着装置２を概略的に示す図である。この構造では、図１などを参照しながら説明したセル２０に、ヒータ２３が接合されている。即ち、ヒータ２３の発熱体２３１側の面と、セル２０の基材２１１側の面とが接合されている。ヒータ２３は、発熱体２３１と基板２３２とを含んでいる。 FIG. 10 is a diagram schematically showing an adsorption device 2 according to a modification. In this structure, a heater 23 is joined to the cell 20 described with reference to FIG. That is, the surface of the heater 23 on the heating element 231 side and the surface of the cell 20 on the base material 211 side are joined. The heater 23 includes a heating element 231 and a substrate 232.
このような変形例の吸着装置２は、例えば、以下のようにして製造する。 The adsorption device 2 of such a modification is manufactured as follows, for example.
先ず、基板２３２上に、上述した方法と同様の方法により発熱体２３１を形成し、ヒータ２３を得る。 First, the heating element 231 is formed on the substrate 232 by the same method as described above, and the heater 23 is obtained.
次いで、このヒータ２３と、別途用意したセル２０の基材２１１側とを、図１０に示すように接合する。基材２１１がシリコンからなり、基板２３２がナトリウムイオンなどのアルカリイオンを含まないガラスからなる場合、吸着装置本体２１とヒータ２３とは、例えば、表面活性接合によって接合することができる。 Next, the heater 23 and the base material 211 side of the separately prepared cell 20 are joined as shown in FIG. When the base material 211 is made of silicon and the substrate 232 is made of glass not containing alkali ions such as sodium ions, the adsorption device main body 21 and the heater 23 can be bonded by, for example, surface active bonding.
このような構造を採用すると、発熱体２３１は、基板２３２によって保護されるため、ヒータ２３の劣化を生じにくい。 When such a structure is adopted, the heating element 231 is protected by the substrate 232, so that the heater 23 is hardly deteriorated.
なお、図１０を参照しながら説明したヒータ２３は、セル２０の基材２１１側に接合する代わりに、セル２０の封止部材２２側に接合してもよい。封止部材２２がナトリウムイオンなどのアルカリイオンを含まないガラスからなり、基板２３２がシリコンからなる場合、封止部材２２とヒータ２３とは、例えば、表面活性接合によって接合することができる。 Note that the heater 23 described with reference to FIG. 10 may be bonded to the sealing member 22 side of the cell 20 instead of bonding to the base material 211 side of the cell 20. When the sealing member 22 is made of glass not containing alkali ions such as sodium ions, and the substrate 232 is made of silicon, the sealing member 22 and the heater 23 can be bonded by, for example, surface active bonding.
以上、分析装置１及び吸着装置２を呼気の分析に利用することを説明したが、分析装置１及び吸着装置２は、呼気以外の気体の分析に利用することも可能である。例えば、分析装置１及び吸着装置２は、燃焼装置の排気ガスの分析にも利用することができる。 As described above, the analysis device 1 and the adsorption device 2 have been described as being used for analysis of exhalation. However, the analysis device 1 and the adsorption device 2 can also be used for analysis of gases other than exhalation. For example, the analysis device 1 and the adsorption device 2 can also be used for analysis of exhaust gas from a combustion device.
また、分析装置１及び吸着装置２は、液体の分析に利用することも可能である。上水及び下水などの水の分析に利用することもできる。 The analysis device 1 and the adsorption device 2 can also be used for liquid analysis. It can also be used for analysis of water such as clean water and sewage.
吸着装置２は、分析以外の目的で使用することも可能である。例えば、吸着装置２は、空気清浄器に利用して、空気中に存在するＰＭ２．５又は浮遊カビなどの大きさが１００μｍ以下の汚れを吸着させることもできる。 The adsorption device 2 can also be used for purposes other than analysis. For example, the adsorption device 2 can be used for an air purifier to adsorb dirt having a size of 100 μm or less such as PM2.5 or floating mold existing in the air.
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
以下に、当初の特許請求の範囲に記載していた発明を付記する。
［１］
基材と、前記基材に接合され、前記基材とともに中空構造を形成している封止部材とを含み、前記中空構造の内部空間と外部空間とを各々が連絡する第１及び第２貫通孔が設けられたセルと、
前記内部空間において前記基材から伸び、互いから離れて位置した複数のカーボンナノチューブ束と、
前記基材及び前記封止部材の少なくとも一方に設けられたヒータと
を具備した吸着装置。
［２］
前記ヒータは、パターニングされた金属層である［１］に記載の吸着装置。
［３］
［１］又［２］に記載の吸着装置を支持する支持体と、
測定対象としての流体とパージガスとを前記第１貫通孔へと導く第１流路と、
ガス中の１以上の物質を定量する測定装置と、
前記第２貫通孔と前記測定装置又は外部とを連絡する第２流路と、
前記第１流路に取り付けられた１以上の第１バルブと、
前記第２流路に取り付けられた１以上の第２バルブと
を具備した分析装置。
［４］
第１乃至第５動作を順次行うように、前記ヒータの稼働状態と前記１以上の第１バルブ及び前記１以上の第２バルブの状態とを制御するコントローラを更に具備し、
前記第１動作は、前記ヒータを稼働させず、前記流体及び前記パージガスのうち前記流体のみを前記第１貫通孔へ導き、前記第２貫通孔を介して前記セル中のガスを前記外部に排出することを含み、
前記第２動作は、前記流体及び前記パージガスの何れも前記内部空間へ供給せず、前記第２貫通孔と前記測定装置及び前記外部との連絡を遮断し、前記ヒータを稼働させて、前記セルを第１温度まで昇温することを含み、
前記第３動作は、前記ヒータを稼働させて前記セルの温度を前記第１温度に保ったまま、前記流体及び前記パージガスのうち前記パージガスのみを前記第１貫通孔へ導き、前記第２貫通孔を介して前記セル中のガスを前記外部に排出することを含み、
前記第４動作は、前記流体及び前記パージガスのうち何れも前記内部空間へ供給せず、前記第２貫通孔と前記測定装置及び前記外部との連絡を遮断し、前記ヒータを稼働させて、前記セルの温度を前記第１温度から第２温度へと昇温することを含み、
前記第５動作は、前記ヒータを稼働させて前記セルの温度を前記第２温度に保ったまま、前記流体及び前記パージガスのうち前記パージガスのみを前記第１貫通孔へ導き、前記第２貫通孔を介して前記セル中のガスを前記測定装置に排出することを含んだ［３］に記載の分析装置。
［５］
第１乃至第４動作を順次行うように、前記ヒータの稼働状態と前記１以上の第１バルブ及び前記１以上の第２バルブの状態とを制御するコントローラを更に具備し、
前記第１動作は、前記ヒータを稼働させず、前記流体及び前記パージガスのうち前記流体のみを前記第１貫通孔へ導き、前記第２貫通孔を介して前記セル中のガスを前記外部に排出することを含み、
前記第２動作は、前記流体及び前記パージガスの何れも前記内部空間へ供給せず、前記第２貫通孔と前記測定装置及び前記外部との連絡を遮断し、前記ヒータを稼働させて、前記セルを第１温度まで昇温することを含み、
前記第３動作は、前記ヒータを稼働させて前記セルの温度を前記第１温度に保ったまま、前記流体及び前記パージガスのうち前記パージガスのみを前記第１貫通孔へ導き、前記第２貫通孔を介して前記セル中のガスを前記外部に排出することを含み、
前記第４動作は、前記流体及び前記パージガスのうち前記パージガスのみを前記第１貫通孔へ導くとともに、前記第２貫通孔を介して前記セル中のガスを前記測定装置に排出しながら、前記ヒータを稼働させて、前記セルの温度を前記第１温度から第２温度へと昇温することを含んだ［３］に記載の分析装置。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
The invention described in the original claims is appended below.
[1]
First and second penetrations each including a base material and a sealing member bonded to the base material and forming a hollow structure together with the base material, each communicating an internal space and an external space of the hollow structure A cell with holes,
A plurality of carbon nanotube bundles extending from the substrate in the internal space and positioned away from each other;
A heater provided on at least one of the base material and the sealing member;
An adsorption device comprising:
[2]
The adsorption device according to [1], wherein the heater is a patterned metal layer.
[3]
[1] A support that supports the adsorption device according to [2];
A first flow path for guiding the fluid to be measured and the purge gas to the first through hole;
A measuring device for quantifying one or more substances in the gas;
A second flow path connecting the second through hole and the measuring device or the outside;
One or more first valves attached to the first flow path;
One or more second valves attached to the second flow path;
Analyzing device equipped with.
[4]
A controller for controlling the operating state of the heater and the states of the one or more first valves and the one or more second valves so as to sequentially perform the first to fifth operations;
In the first operation, the heater is not operated, and only the fluid out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole, and the gas in the cell is discharged to the outside through the second through hole. Including
In the second operation, neither the fluid nor the purge gas is supplied to the internal space, the communication between the second through hole, the measuring device, and the outside is interrupted, the heater is operated, and the cell is operated. Raising the temperature to the first temperature,
In the third operation, only the purge gas out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole while the heater is operated to keep the temperature of the cell at the first temperature, and the second through hole is provided. Exhausting the gas in the cell to the outside via
In the fourth operation, neither the fluid nor the purge gas is supplied to the internal space, the communication between the second through hole, the measuring device, and the outside is interrupted, the heater is operated, Raising the temperature of the cell from the first temperature to the second temperature,
In the fifth operation, while the heater is operated and the temperature of the cell is maintained at the second temperature, only the purge gas out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole, and the second through hole is formed. The analyzer according to [3], comprising discharging the gas in the cell to the measuring device via
[5]
A controller for controlling the operating state of the heater and the states of the one or more first valves and the one or more second valves so as to sequentially perform the first to fourth operations;
In the first operation, the heater is not operated, and only the fluid out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole, and the gas in the cell is discharged to the outside through the second through hole. Including
In the second operation, neither the fluid nor the purge gas is supplied to the internal space, the communication between the second through hole, the measuring device, and the outside is interrupted, the heater is operated, and the cell is operated. Raising the temperature to the first temperature,
In the third operation, only the purge gas out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole while the heater is operated to keep the temperature of the cell at the first temperature, and the second through hole is provided. Exhausting the gas in the cell to the outside via
In the fourth operation, only the purge gas out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole, and the gas in the cell is discharged to the measuring device through the second through hole, and the heater The analyzer according to [3], comprising operating the cell to raise the temperature of the cell from the first temperature to the second temperature.
１…分析装置、２…吸着装置、３…支持体、５ａ…導管、５ｂ…導管、５ｃ…導管、５ｄ…導管、５ｅ…導管、５ｆ…導管、５ｇ…導管、６…測定装置、７ａ…第１バルブ、７ｂ…第１バルブ、８…第２バルブ、９…測定対象の供給源、１０…パージガス源、１１…コントローラ、２０…セル、２１…吸着装置本体、２２…封止部材、２３…ヒータ、３１…支持体本体、３２ａ…電極、３２ｂ…電極、２１１…基材、２１２…単位構造、２１２ａ…カーボンナノチューブ束、２１２ｂ…カーボンナノチューブ束、２１２ｃ…カーボンナノチューブ束、２１２ｄ…カーボンナノチューブ束、２１３…下地層、２１３ａ…バリア層、２１３ｂ…触媒層、２３１…発熱体、２３２…基板、２１１０…単位領域、２１１０ａ…サブ領域、２１１０ｂ…サブ領域、２１１０ｃ…サブ領域、２１１０ｄ…サブ領域、ＣＨ１…チャンバ、ＣＨ２…チャンバ、ＣＨ３…チャンバ、Ｄａ…長さ方向、Ｄｂ…長さ方向、Ｄｃ…長さ方向、Ｄｄ…長さ方向、ＦＰ１…流路、ＦＰ２…流路、ＧＲ１…溝、ＧＲ２…溝、Ｌ…直線、ＲＳ１…凹部、ＲＳ２…凹部、ＲＳ３…凹部、ＴＨ１…貫通孔、ＴＨ２…貫通孔、θａ…角度、θｂ…角度、θｃ…角度、θｄ…角度。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Analytical apparatus, 2 ... Adsorption apparatus, 3 ... Support body, 5a ... Conduit, 5b ... Conduit, 5c ... Conduit, 5d ... Conduit, 5f ... Conduit, 5g ... Conduit, 6 ... Measuring device, 7a ... 1st valve, 7b ... 1st valve, 8 ... 2nd valve, 9 ... Supply source of measurement object, 10 ... Purge gas source, 11 ... Controller, 20 ... Cell, 21 ... Adsorption device body, 22 ... Sealing member, 23 ... heater, 31 ... support body, 32a ... electrode, 32b ... electrode, 211 ... base material, 212 ... unit structure, 212a ... carbon nanotube bundle, 212b ... carbon nanotube bundle, 212c ... carbon nanotube bundle, 212d ... carbon nanotube bundle 213 ... Underlayer, 213a ... barrier layer, 213b ... catalyst layer, 231 ... heating element, 232 ... substrate, 2110 ... unit region, 2110a ... subregion, 2110b ... Sub-region, 2110c ... sub-region, 2110d ... sub-region, CH1 ... chamber, CH2 ... chamber, CH3 ... chamber, Da ... length direction, Db ... length direction, Dc ... length direction, Dd ... length direction, FP1 ... flow path, FP2 ... flow path, GR1 ... groove, GR2 ... groove, L ... straight line, RS1 ... concave, RS2 ... concave, RS3 ... concave, TH1 ... through hole, TH2 ... through hole, θa ... angle, θb ... angle , Θc: angle, θd: angle.
Claims (5)
前記内部空間において前記基材から伸び、互いから離れて位置した複数のカーボンナノチューブ束と、
前記基材に設けられたヒータと
を具備し、前記基材はシリコンからなり、前記封止部材はガラスからなる吸着装置。 First and second penetrations each including a base material and a sealing member bonded to the base material and forming a hollow structure together with the base material, each communicating an internal space and an external space of the hollow structure A cell with holes,
A plurality of carbon nanotube bundles extending from the substrate in the internal space and positioned away from each other;
; And a heater provided on the substrate, wherein the substrate is made of silicon, said sealing member adsorbing apparatus made of glass.
前記吸着装置を支持する支持体と、
測定対象としての流体とパージガスとを前記第１貫通孔へと導く第１流路と、
ガス中の１以上の物質を定量する測定装置と、
前記第２貫通孔と前記測定装置又は外部とを連絡する第２流路と、
前記第１流路に取り付けられた１以上の第１バルブと、
前記第２流路に取り付けられた１以上の第２バルブと
を具備した分析装置。 The adsorption device according to claim 1 or 2,
A support for supporting the adsorption device;
A first flow path for guiding the fluid to be measured and the purge gas to the first through hole;
A measuring device for quantifying one or more substances in the gas;
A second flow path connecting the second through hole and the measuring device or the outside;
One or more first valves attached to the first flow path;
An analyzer comprising one or more second valves attached to the second flow path.
前記第１動作は、前記ヒータを稼働させず、前記流体及び前記パージガスのうち前記流体のみを前記第１貫通孔へ導き、前記第２貫通孔を介して前記セル中のガスを前記外部に排出することを含み、
前記第２動作は、前記流体及び前記パージガスの何れも前記内部空間へ供給せず、前記第２貫通孔と前記測定装置及び前記外部との連絡を遮断し、前記ヒータを稼働させて、前記セルを第１温度まで昇温することを含み、
前記第３動作は、前記ヒータを稼働させて前記セルの温度を前記第１温度に保ったまま、前記流体及び前記パージガスのうち前記パージガスのみを前記第１貫通孔へ導き、前記第２貫通孔を介して前記セル中のガスを前記外部に排出することを含み、
前記第４動作は、前記流体及び前記パージガスのうち何れも前記内部空間へ供給せず、前記第２貫通孔と前記測定装置及び前記外部との連絡を遮断し、前記ヒータを稼働させて、前記セルの温度を前記第１温度から第２温度へと昇温することを含み、
前記第５動作は、前記ヒータを稼働させて前記セルの温度を前記第２温度に保ったまま、前記流体及び前記パージガスのうち前記パージガスのみを前記第１貫通孔へ導き、前記第２貫通孔を介して前記セル中のガスを前記測定装置に排出することを含んだ請求項３に記載の分析装置。 A controller for controlling the operating state of the heater and the states of the one or more first valves and the one or more second valves so as to sequentially perform the first to fifth operations;
In the first operation, the heater is not operated, and only the fluid out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole, and the gas in the cell is discharged to the outside through the second through hole. Including
In the second operation, neither the fluid nor the purge gas is supplied to the internal space, the communication between the second through hole, the measuring device, and the outside is interrupted, the heater is operated, and the cell is operated. Raising the temperature to the first temperature,
In the third operation, only the purge gas out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole while the heater is operated to keep the temperature of the cell at the first temperature, and the second through hole is provided. Exhausting the gas in the cell to the outside via
In the fourth operation, neither the fluid nor the purge gas is supplied to the internal space, the communication between the second through hole, the measuring device, and the outside is interrupted, the heater is operated, Raising the temperature of the cell from the first temperature to the second temperature,
In the fifth operation, while the heater is operated and the temperature of the cell is maintained at the second temperature, only the purge gas out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole, and the second through hole is formed. The analyzer according to claim 3, wherein the gas in the cell is discharged to the measuring device via a gas.
前記第１動作は、前記ヒータを稼働させず、前記流体及び前記パージガスのうち前記流体のみを前記第１貫通孔へ導き、前記第２貫通孔を介して前記セル中のガスを前記外部に排出することを含み、
前記第２動作は、前記流体及び前記パージガスの何れも前記内部空間へ供給せず、前記第２貫通孔と前記測定装置及び前記外部との連絡を遮断し、前記ヒータを稼働させて、前記セルを第１温度まで昇温することを含み、
前記第３動作は、前記ヒータを稼働させて前記セルの温度を前記第１温度に保ったまま、前記流体及び前記パージガスのうち前記パージガスのみを前記第１貫通孔へ導き、前記第２貫通孔を介して前記セル中のガスを前記外部に排出することを含み、
前記第４動作は、前記流体及び前記パージガスのうち前記パージガスのみを前記第１貫通孔へ導くとともに、前記第２貫通孔を介して前記セル中のガスを前記測定装置に排出しながら、前記ヒータを稼働させて、前記セルの温度を前記第１温度から第２温度へと昇温することを含んだ請求項３に記載の分析装置。 A controller for controlling the operating state of the heater and the states of the one or more first valves and the one or more second valves so as to sequentially perform the first to fourth operations;
In the first operation, the heater is not operated, and only the fluid out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole, and the gas in the cell is discharged to the outside through the second through hole. Including
In the second operation, neither the fluid nor the purge gas is supplied to the internal space, the communication between the second through hole, the measuring device, and the outside is interrupted, the heater is operated, and the cell is operated. Raising the temperature to the first temperature,
In the third operation, only the purge gas out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole while the heater is operated to keep the temperature of the cell at the first temperature, and the second through hole is provided. Exhausting the gas in the cell to the outside via
In the fourth operation, only the purge gas out of the fluid and the purge gas is guided to the first through hole, and the gas in the cell is discharged to the measuring device through the second through hole, and the heater 4. The analyzer according to claim 3, further comprising raising the temperature of the cell from the first temperature to the second temperature.
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