JPH03115955A - ガス分析装置 - Google Patents
ガス分析装置Info
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- JPH03115955A JPH03115955A JP2166552A JP16655290A JPH03115955A JP H03115955 A JPH03115955 A JP H03115955A JP 2166552 A JP2166552 A JP 2166552A JP 16655290 A JP16655290 A JP 16655290A JP H03115955 A JPH03115955 A JP H03115955A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
-
- G—PHYSICS
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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- G01N2201/12—Circuits of general importance; Signal processing
- G01N2201/128—Alternating sample and standard or reference part in one path
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- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明はガスの濃度、例えば、密閉空間中ないし呼吸気
中のCO2濃度を設定するためのガス分析方法に関する
。
中のCO2濃度を設定するためのガス分析方法に関する
。
本発明はまたこの種濃度を設定するためのガス分析器に
関する。
関する。
本発明による方法及び装置の用途は必ずしも医学的応用
面に限定されるものではないが、説明は主として当該分
野の例に基いて行う。これは単に本発明を例示するため
のものであり、本発明の範囲を限定する意味のものでは
ないと認識されるべきである。
面に限定されるものではないが、説明は主として当該分
野の例に基いて行う。これは単に本発明を例示するため
のものであり、本発明の範囲を限定する意味のものでは
ないと認識されるべきである。
(従来の技術)
光学的吸収法によるガス濃度の測定法は周知である(ヒ
ル及びバラエル、「科学における非分散型赤外線(ND
IR)ガス分析」ブレナム・プレス、1968、米国特
許筒4,346,296号及び同第4,355,234
号参照)。
ル及びバラエル、「科学における非分散型赤外線(ND
IR)ガス分析」ブレナム・プレス、1968、米国特
許筒4,346,296号及び同第4,355,234
号参照)。
医学的用途では、非分散型赤外線(NDIR)ガス分析
はガス検知の多くの分野、なかでもカブツメトリー(c
apnometry)一呼吸気中のCO,濃度の測定用
に用いられてきた。呼吸の監視は患者の治療及び診断に
非常に有用な方法である。外科の場合、集中治療室中又
はその他の生命危険状態において力ブノグラムの形で酸
素代謝に関する信頼できる情報を有することは絶対必要
であろう。
はガス検知の多くの分野、なかでもカブツメトリー(c
apnometry)一呼吸気中のCO,濃度の測定用
に用いられてきた。呼吸の監視は患者の治療及び診断に
非常に有用な方法である。外科の場合、集中治療室中又
はその他の生命危険状態において力ブノグラムの形で酸
素代謝に関する信頼できる情報を有することは絶対必要
であろう。
光学的吸収によるガス濃度の測定は下記による光学的吸
収ベール−ランバートの法則に基いている。
収ベール−ランバートの法則に基いている。
■=■oe−tt、c、i
式中、k:吸光係数
C−ガス濃度
S二分析空間の光路長
1o=cがOの時の光源の強度
従って、c (k、s一定での)を計算するためにはI
及びIoを知る必要がある。これは一般に次の2つの方
式でなされる。
及びIoを知る必要がある。これは一般に次の2つの方
式でなされる。
a)1−チャンネルシステム
1、が測定室(キュベツト)の光路中に既知のゼロガス
が存在する時間中に測定される。
が存在する時間中に測定される。
これは分析空間(特に側流サンプルシステムにおいて)
中へ周期的に零ガスを注入すること、又ハco、濃度が
零ベース周期で無視できるほど低い時の呼吸サイクルの
吸気部について■(吸気)=工。とすることにより行う
ことができる。この方法はウィンドウ・ブラインド(w
indow shading)を補正したり又はキュベ
ツト(分析空間)中の水の存在を検知することができる
が、再呼吸状態でCO□が発生した時誤ることがある。
中へ周期的に零ガスを注入すること、又ハco、濃度が
零ベース周期で無視できるほど低い時の呼吸サイクルの
吸気部について■(吸気)=工。とすることにより行う
ことができる。この方法はウィンドウ・ブラインド(w
indow shading)を補正したり又はキュベ
ツト(分析空間)中の水の存在を検知することができる
が、再呼吸状態でCO□が発生した時誤ることがある。
このCO□含有量が雰囲気よりも多い吸気となる状態は
人工換気装置の切り替え操作中に随時起り、あるいは麻
酔器中のCO□スクラバーが誤作動した時偶発的に起る
。両方の場合ともに危険な誤ったCO□濃度測定結果が
生じる。
人工換気装置の切り替え操作中に随時起り、あるいは麻
酔器中のCO□スクラバーが誤作動した時偶発的に起る
。両方の場合ともに危険な誤ったCO□濃度測定結果が
生じる。
b)2−チャンネルシステム
もう1つの工。測定法は2−チャンネルシステムを使用
することである。そのうち、1つのチャンネルは測定す
べきガスに対して感度を有し、他のチャンネルは(例え
ば、吸収領域外の光学フィルターを選択することによっ
て)測定すべきガスに対して感度を有せず、Io及びそ
の変動に関する情報を提供し、それらを補正できるもの
でる。
することである。そのうち、1つのチャンネルは測定す
べきガスに対して感度を有し、他のチャンネルは(例え
ば、吸収領域外の光学フィルターを選択することによっ
て)測定すべきガスに対して感度を有せず、Io及びそ
の変動に関する情報を提供し、それらを補正できるもの
でる。
2−チャンネルシステムの欠点は部分的なウィンドウ・
ブラインドが1つのチャンネルにのみ影響し、その場合
工。の補正が誤った結果を与える恐れがあることである
。
ブラインドが1つのチャンネルにのみ影響し、その場合
工。の補正が誤った結果を与える恐れがあることである
。
C)光学的な考察
その他にある種のガス測定装置、例えば、主流CO2感
知ユニット側から要求されることは迅速な感応時間及び
空気通路の一部であるキュベツト中の妨害の可能性を減
少させるという要望である。
知ユニット側から要求されることは迅速な感応時間及び
空気通路の一部であるキュベツト中の妨害の可能性を減
少させるという要望である。
これは空気力学的な理由から少なくとも数mmの光路長
を要求するものである。一般的なCO□濃度では長い光
路長は非常に高い吸収値の原因となる。それゆえ、これ
らの光路長で高いCO□濃度にもなお対応できる吸収曲
線を「仕立てる」必要がある。このことはl−チャンネ
ルシステム又は2−チャンネルシステムのどちらでもど
のような信頼度でも検出することができない偶発的な再
呼吸条件による低濃度端での相対的な無感知の原因とな
る。
を要求するものである。一般的なCO□濃度では長い光
路長は非常に高い吸収値の原因となる。それゆえ、これ
らの光路長で高いCO□濃度にもなお対応できる吸収曲
線を「仕立てる」必要がある。このことはl−チャンネ
ルシステム又は2−チャンネルシステムのどちらでもど
のような信頼度でも検出することができない偶発的な再
呼吸条件による低濃度端での相対的な無感知の原因とな
る。
参照ガスの使用を必要とする方法及び装置もまた、医学
用、非医学用の両方について知られている。これら先行
技術の方法及び装置の重大な不都合点はこれら参照ガス
の濃度が既知であるばかりでなく時間がたっても一定で
なければならないという事実に存在する。
用、非医学用の両方について知られている。これら先行
技術の方法及び装置の重大な不都合点はこれら参照ガス
の濃度が既知であるばかりでなく時間がたっても一定で
なければならないという事実に存在する。
(発明が解決しようとする課題)
したがって、本発明の目的の1つはこれら先行技術の方
法及び装置の欠点及び不都合点を克服し、ウィンドウ・
ブラインドに影響されない結果を与え、全測定範囲にわ
たり、低濃度でも感度を有し、したがって偶発的な再呼
吸を検出することができ、もし使用するとしても参照ガ
スについて正確な知識又は事実上の一定性を必要とせず
、ゼロドリフトをそれ自体で補正し、N20又はその他
の麻酔ガスによる交差吸収を示さないガス分析方法を提
供することにある。
法及び装置の欠点及び不都合点を克服し、ウィンドウ・
ブラインドに影響されない結果を与え、全測定範囲にわ
たり、低濃度でも感度を有し、したがって偶発的な再呼
吸を検出することができ、もし使用するとしても参照ガ
スについて正確な知識又は事実上の一定性を必要とせず
、ゼロドリフトをそれ自体で補正し、N20又はその他
の麻酔ガスによる交差吸収を示さないガス分析方法を提
供することにある。
(課題を解決するための手段)
本発明によれば、この目的は
ガスを分析し、その濃度を設定する方法であって
a)照射線源、分析空間、照射検知器及び分析するガス
の濃度範囲を超える濃度HCを有する参照ガスを具備し
、 b)瞬間強度■、。(1)を設定し、 C)前記参
照ガスを満たした前記分析空間で強度エイ。を設定し、 d)前記■Lc(t)及びI++eから吸収強度Abs
(t)の瞬間値を演算し、そして e)前記吸収強度Abs (t)を濃度値に変換する各
段階を有してなる方法を提供することにより達成された
。
の濃度範囲を超える濃度HCを有する参照ガスを具備し
、 b)瞬間強度■、。(1)を設定し、 C)前記参
照ガスを満たした前記分析空間で強度エイ。を設定し、 d)前記■Lc(t)及びI++eから吸収強度Abs
(t)の瞬間値を演算し、そして e)前記吸収強度Abs (t)を濃度値に変換する各
段階を有してなる方法を提供することにより達成された
。
本発明はさらに
ガス濃度の測定方法であって
a)照射線源、分析空間及び分離したかつ相互作用的ヂ
ャンネルを表わす、少なくとも2つの照射検知器であっ
て、第1チャンネルが関連の濃度の全範囲に対して感度
を有し、第2チャンネルは低濃度域に主に感度を有する
ものを具備し、b)前記第1チャンネルAについて、第
1チャンネルの検出器を使って低濃度(LC)周期のみ
の強度を測定することにより参照強度I AfLe+
を設定し、前記第2チャンネルBについて、第2チャン
ネルの検知器を使って高濃度(HC)の周期のみの強度
を測定することにより参照強度より4゜、を設定し、 C)前記第1チャンネルAについて、実質的に連続的な
監視によって、瞬間強度工A(t)を設定し、各IA(
t)値について関数[IA(t)、 IAILc+]を
演算し、そして前記第2ヂヤンネルBについて、実質的
に連続的な監視番こよって、瞬間光源強度IBft)を
設定し、各IRft)値について関数[1,(t)、
Iお、17.1.、〕を計算し、d)前記関数[IA(
t)、 I−+Lc+]から各サンプリング時をにおけ
る前記第1チャンネルAについての吸収値AbsAを演
算し、前記関数[T、(t)InfHC+]から各サン
プリング時をにおける前記第2チャンネルBについての
吸収値Abs++を演算し、e)前記吸収値Abseを
、関数FIlを用いて濃度値Concsに変換し、 f)前記チャンネルB上の低濃度値C0nC++(低)
を、前記第1チャンネルAについての補正因子Zの演算
のために設定し、 1 g)前記第2チャンネルBから得られるような前記補正
因子Zを用いて、前記第1チャンネルAについて吸収値
AbsAを補正し、 h)前記補正された吸収値AbSacorrを補正濃度
値C0nCeorrに、関数FAを用いて変換すること
を有してなる方法を提供する。
ャンネルを表わす、少なくとも2つの照射検知器であっ
て、第1チャンネルが関連の濃度の全範囲に対して感度
を有し、第2チャンネルは低濃度域に主に感度を有する
ものを具備し、b)前記第1チャンネルAについて、第
1チャンネルの検出器を使って低濃度(LC)周期のみ
の強度を測定することにより参照強度I AfLe+
を設定し、前記第2チャンネルBについて、第2チャン
ネルの検知器を使って高濃度(HC)の周期のみの強度
を測定することにより参照強度より4゜、を設定し、 C)前記第1チャンネルAについて、実質的に連続的な
監視によって、瞬間強度工A(t)を設定し、各IA(
t)値について関数[IA(t)、 IAILc+]を
演算し、そして前記第2ヂヤンネルBについて、実質的
に連続的な監視番こよって、瞬間光源強度IBft)を
設定し、各IRft)値について関数[1,(t)、
Iお、17.1.、〕を計算し、d)前記関数[IA(
t)、 I−+Lc+]から各サンプリング時をにおけ
る前記第1チャンネルAについての吸収値AbsAを演
算し、前記関数[T、(t)InfHC+]から各サン
プリング時をにおける前記第2チャンネルBについての
吸収値Abs++を演算し、e)前記吸収値Abseを
、関数FIlを用いて濃度値Concsに変換し、 f)前記チャンネルB上の低濃度値C0nC++(低)
を、前記第1チャンネルAについての補正因子Zの演算
のために設定し、 1 g)前記第2チャンネルBから得られるような前記補正
因子Zを用いて、前記第1チャンネルAについて吸収値
AbsAを補正し、 h)前記補正された吸収値AbSacorrを補正濃度
値C0nCeorrに、関数FAを用いて変換すること
を有してなる方法を提供する。
本発明は、さらにまた、照射光源、分析ガスを通す分析
空間、前記空間を通る照射線の強度を検知する少なくと
も1つの検知器、前記空間への、分析ガス及び前記ガス
分析器によって測定される濃度範囲の上半分に少なくと
も位置する濃度を有する参照ガス導入変更を容易にさせ
る手段、検知光源の瞬間強度を示す信号を動作の第1モ
ードにおいて蓄積し、第2モードにおいて、その分析空
間が前記参照ガスで満たされた時に強度値を示す信号を
蓄積するために取り付けられた記憶手段を有し、前記検
知に発生する信号を処理する手段、前記瞬間値を前記参
照値と比較する回路手段及び濃度を指示するインジケー
ター手段を有するガス分析器を提供する。
空間、前記空間を通る照射線の強度を検知する少なくと
も1つの検知器、前記空間への、分析ガス及び前記ガス
分析器によって測定される濃度範囲の上半分に少なくと
も位置する濃度を有する参照ガス導入変更を容易にさせ
る手段、検知光源の瞬間強度を示す信号を動作の第1モ
ードにおいて蓄積し、第2モードにおいて、その分析空
間が前記参照ガスで満たされた時に強度値を示す信号を
蓄積するために取り付けられた記憶手段を有し、前記検
知に発生する信号を処理する手段、前記瞬間値を前記参
照値と比較する回路手段及び濃度を指示するインジケー
ター手段を有するガス分析器を提供する。
2
本発明を十分理解できるよう、次に、ある好ましい形態
に関連して次の説明図面を参照しながら説明する。
に関連して次の説明図面を参照しながら説明する。
図面の詳細に特に関連して、これらが例示のため本発明
の好ましい形態を説明するためにのみ示されるものであ
り、最も有用であると考えられることを提供し、発明の
原理および概念的局面の説明を容易に理解されるために
示されるものであることが強調される。これに関連して
、発明の基本的理解に必要であるよりもさらに詳細に本
発明の構造的詳細を示す試みはなされておらず、図面を
含めた説明は当業者に発明が実際上数種の形態をとり得
ることを明らかにするものである。
の好ましい形態を説明するためにのみ示されるものであ
り、最も有用であると考えられることを提供し、発明の
原理および概念的局面の説明を容易に理解されるために
示されるものであることが強調される。これに関連して
、発明の基本的理解に必要であるよりもさらに詳細に本
発明の構造的詳細を示す試みはなされておらず、図面を
含めた説明は当業者に発明が実際上数種の形態をとり得
ることを明らかにするものである。
図面について述べると、第1図において照射線源2およ
びチョッパーもしくは発振器4の形になったその駆動器
が示される。線源2は、問題とするガスによって吸収さ
れ得る波長または波長帯域を照射する、例えば、ブラッ
クボディ照射器、特定の分子放電光源、レーザーなどI
R−エミッタ−である。
びチョッパーもしくは発振器4の形になったその駆動器
が示される。線源2は、問題とするガスによって吸収さ
れ得る波長または波長帯域を照射する、例えば、ブラッ
クボディ照射器、特定の分子放電光源、レーザーなどI
R−エミッタ−である。
線源2によって作られる照射線はセルもしくはキュベツ
ト6の形になった分析空間中を通過し、線源2によって
照射され、一部はこの通路でガスにより吸収される照射
線を透過させる物質で作られた2つのウィンドウ8を有
している。以下に説明するように、この吸収は測定され
、優先濃度の測定値を構成する。
ト6の形になった分析空間中を通過し、線源2によって
照射され、一部はこの通路でガスにより吸収される照射
線を透過させる物質で作られた2つのウィンドウ8を有
している。以下に説明するように、この吸収は測定され
、優先濃度の測定値を構成する。
キュベツト6はそこを経てポンプ(図示せず)によって
分析されるガスが入り、吸引され、もしくは押しこまれ
る入口10及びそこを経てガスがキュベツト6から出て
いくことができる出口12を有している。
分析されるガスが入り、吸引され、もしくは押しこまれ
る入口10及びそこを経てガスがキュベツト6から出て
いくことができる出口12を有している。
さらに破線で示した計器のハウジングの内側には前置増
幅器16を伴った照射線検知器14が見られる。
幅器16を伴った照射線検知器14が見られる。
ハウジングの外側には、キュベツト入口10に取りつけ
ることができる供給管l\8、この供給管18を閉める
のに用いられる第1バルブ20、供給管13から枝別れ
し、第2バルブ24を経て参照ガスRGを含有する容器
26へ導(管22が見られる。ガスは管28を経てキュ
ベツト6を出ていく。
ることができる供給管l\8、この供給管18を閉める
のに用いられる第1バルブ20、供給管13から枝別れ
し、第2バルブ24を経て参照ガスRGを含有する容器
26へ導(管22が見られる。ガスは管28を経てキュ
ベツト6を出ていく。
装置のエレクトロニクス29は右側に見られ、これはさ
らに以下に述べる方法のステップを遂行するシグナル処
理ユニット32へ送信するアナログ/デジタルコンバー
ター30、発振器4を含むすべての部分へ動力を供給す
る動力源34及びフィードバック補償器36からなって
いる。周辺ザービスとしてデイスプレィ38、アラーム
40及びホストコンピューター42がある。
らに以下に述べる方法のステップを遂行するシグナル処
理ユニット32へ送信するアナログ/デジタルコンバー
ター30、発振器4を含むすべての部分へ動力を供給す
る動力源34及びフィードバック補償器36からなって
いる。周辺ザービスとしてデイスプレィ38、アラーム
40及びホストコンピューター42がある。
典型的な吸収曲線、すなわち、ガス濃度の関数である吸
収を表わす曲線を第2図番こ示す。曲線が明白に異った
2つの部分を有していることが見られる。吸収が飽和で
ない第1の急勾配で実質的に直線である部分と吸収が実
質的に飽和、すなわち濃度の増大が吸収に非常に僅かの
増加しかもたらさず、したがって照射線強度に非常に僅
かの低下しかもたらさない第2のやや平坦な部分である
。
収を表わす曲線を第2図番こ示す。曲線が明白に異った
2つの部分を有していることが見られる。吸収が飽和で
ない第1の急勾配で実質的に直線である部分と吸収が実
質的に飽和、すなわち濃度の増大が吸収に非常に僅かの
増加しかもたらさず、したがって照射線強度に非常に僅
かの低下しかもたらさない第2のやや平坦な部分である
。
参照ガスRGは全測定範囲の濃度よりも実質的に高い濃
度を有している。
度を有している。
このガスRGによる吸収は飽和しており、正確なガス濃
度に殆ど左右されない。検知器14に入る強度はI R
Q又は以下で用いる記号ではllIC,(高濃度)であ
る。この値は吸収のない時の強度I0に対しほぼ一定の
パーセントY、(ここに示す例ではYoはIoの約28
%である)であり、したがって測定範囲内の吸収を計算
する基準として用いることができる。
度に殆ど左右されない。検知器14に入る強度はI R
Q又は以下で用いる記号ではllIC,(高濃度)であ
る。この値は吸収のない時の強度I0に対しほぼ一定の
パーセントY、(ここに示す例ではYoはIoの約28
%である)であり、したがって測定範囲内の吸収を計算
する基準として用いることができる。
この形態における操作順序は第3図に図式で示す。瞬間
強度■Lc(t)(優勢な低濃度LCでの強度)が測定
され、プロセッサーのルーチンの一部としてそれがプロ
セッサーのメモリーに蓄積された後1.バルブ20が閉
じられバルブ24が開けられる(もし参照処理を比較的
長い期間行う必要があるならば手動で、またプログラム
で制御される場合は自動的に)。その結果、分析空間、
すなわち、キュベツト6は参照ガスRGで満たされる。
強度■Lc(t)(優勢な低濃度LCでの強度)が測定
され、プロセッサーのルーチンの一部としてそれがプロ
セッサーのメモリーに蓄積された後1.バルブ20が閉
じられバルブ24が開けられる(もし参照処理を比較的
長い期間行う必要があるならば手動で、またプログラム
で制御される場合は自動的に)。その結果、分析空間、
すなわち、キュベツト6は参照ガスRGで満たされる。
その濃度HCは必ずしも精密に知られる必要はないけれ
ども分析されるガスの可能な濃度範囲を越えるものでな
ければならず、事実吸収が飽和されるのに十分な高濃度
でなければならない。
ども分析されるガスの可能な濃度範囲を越えるものでな
ければならず、事実吸収が飽和されるのに十分な高濃度
でなければならない。
高濃度参照ガスを今や含有するキュベツト6についてI
ocが測定され蓄えられる。
ocが測定され蓄えられる。
次に、プロセッサーが関数p(b+c、ILC(t)]
を演算し、それから次のステップで吸収強度Abs (
t)の瞬間値が計算され、最終ステップで濃度値に変換
される。この変換はこのように飽和状態での強度の知識
に基いており、したがって、実際の濃度と無関係(ただ
し、前述のように、後者は十分な高濃度)である。他方
、先行技術の装置は参照ガスを、他の方法のなかでも、
その正確な濃度を知る必要がある不飽和状態で測定する
。
を演算し、それから次のステップで吸収強度Abs (
t)の瞬間値が計算され、最終ステップで濃度値に変換
される。この変換はこのように飽和状態での強度の知識
に基いており、したがって、実際の濃度と無関係(ただ
し、前述のように、後者は十分な高濃度)である。他方
、先行技術の装置は参照ガスを、他の方法のなかでも、
その正確な濃度を知る必要がある不飽和状態で測定する
。
第1図は予め決められた間隔で添加される参照ガスがび
んの中に含有されていることを示すけれども、参照ガス
は分析されるガスの濃度を自然の結果として周期的に変
動させて用いることができる。また、参照ガスを管18
を経て供給することも可能である。このようにcod度
が監視される地下駐車ガレージの付き添い人は排気ガス
を導入するだめに車の排気パイプにホースをつなげて使
用することができる。CO□の監視には事実上波の呼気
(約5%CO□)を管18に吹き込み参照ガスとして使
用することができよう。
んの中に含有されていることを示すけれども、参照ガス
は分析されるガスの濃度を自然の結果として周期的に変
動させて用いることができる。また、参照ガスを管18
を経て供給することも可能である。このようにcod度
が監視される地下駐車ガレージの付き添い人は排気ガス
を導入するだめに車の排気パイプにホースをつなげて使
用することができる。CO□の監視には事実上波の呼気
(約5%CO□)を管18に吹き込み参照ガスとして使
用することができよう。
第4図は第1図の形態と同様な形態(ただし参照ガスび
んなし)でそれを経て患者Pが呼吸する麻酔機械AMに
連結して作動する形態である。患者はその機械の中へ息
を吹きこみ、そこで「洗浄」によってCO□が除去され
、CO□を含まない空気と適切な用量の麻酔剤が患者に
もどされると考えられる。本発明によるガス分析器の主
要な目的はこの場合その機械が多機能の場合のCOt再
呼吸を直ちに検知することである。
んなし)でそれを経て患者Pが呼吸する麻酔機械AMに
連結して作動する形態である。患者はその機械の中へ息
を吹きこみ、そこで「洗浄」によってCO□が除去され
、CO□を含まない空気と適切な用量の麻酔剤が患者に
もどされると考えられる。本発明によるガス分析器の主
要な目的はこの場合その機械が多機能の場合のCOt再
呼吸を直ちに検知することである。
ここに、患者の呼気(CO□濃度約5%)が飽和吸収を
生じさせる参照ガスとして作用する。この「参照ガスJ
を通過する照射線の相対的な強度11ICはすべての実
際的な目的において一定であり上記の呼吸中の吸収値A
bs (t)の計算の基準値として作用する。吸気信号
と呼気信号の比率に強烈な変化が表われることは再呼吸
状態を示すものであり、アラーム40が作動する(第1
図)。
生じさせる参照ガスとして作用する。この「参照ガスJ
を通過する照射線の相対的な強度11ICはすべての実
際的な目的において一定であり上記の呼吸中の吸収値A
bs (t)の計算の基準値として作用する。吸気信号
と呼気信号の比率に強烈な変化が表われることは再呼吸
状態を示すものであり、アラーム40が作動する(第1
図)。
本発明によるガスアナライザーのもう1つの形態が第5
図に示される。これはカブツメ−ター呼吸、主としてC
O□、ただしそれのみではない、を分析する装置である
。
図に示される。これはカブツメ−ター呼吸、主としてC
O□、ただしそれのみではない、を分析する装置である
。
この形態は前述のものと2つの検知器14.14′とと
もに2つの異ったフィルター15.15′を有している
点で相違する。検知器は、図に見られるように、2つの
分離したしかし相互作用するチャンネルA及びチャンネ
ルBに応じている。
もに2つの異ったフィルター15.15′を有している
点で相違する。検知器は、図に見られるように、2つの
分離したしかし相互作用するチャンネルA及びチャンネ
ルBに応じている。
放射線源はブラックボディ照射器、特定の分子放電光源
またはレーザーであってよ(、どの場合も分析されるガ
スによって吸収される2つの異った、大部分の場合近接
した間隔の波長帯を放射するものであってよい。
またはレーザーであってよ(、どの場合も分析されるガ
スによって吸収される2つの異った、大部分の場合近接
した間隔の波長帯を放射するものであってよい。
活性ガスとして、例えば、CO□及び/又は3CO□及
び/又はCl1IO□ のどちらかを含有する特定の分
子放電光源が特にCO□測定に有利であることが見いだ
された。フィルターについては、 9 40及び4.4 μmの範囲を透過するチャンネルA
フィルター、及び4.2及び4.6 μmの範囲を透
過するチャンネルBフィルターで良好な結果が得られた
。
び/又はCl1IO□ のどちらかを含有する特定の分
子放電光源が特にCO□測定に有利であることが見いだ
された。フィルターについては、 9 40及び4.4 μmの範囲を透過するチャンネルA
フィルター、及び4.2及び4.6 μmの範囲を透
過するチャンネルBフィルターで良好な結果が得られた
。
結果として、検知器14.14’はそれぞれ特定のフィ
ルター15.15′によって異った波長の照射線を「見
る」。さて、ベアーランバートの法則における吸収係数
は波長依存性: k = k(ん)であるから異った吸
収曲線が得られるであろうことは明らかである。
ルター15.15′によって異った波長の照射線を「見
る」。さて、ベアーランバートの法則における吸収係数
は波長依存性: k = k(ん)であるから異った吸
収曲線が得られるであろうことは明らかである。
第6図はそのような可能な一対の吸収曲線を示す。照射
線源及びフィルター15.15′の賢明な選択によって
次のような特徴が得られる:チャンネルAの曲線は未飽
和で、はぼ直線的であり、その比較的平坦性のためCO
□濃度の変化に対してシグナルに少しの変化しか生じな
いが、方ヂャンネルBの曲線は急傾斜の勾配を有し、す
なわち、低濃度において高感度であり、他方高濃度では
低感度であることを示し吸収は大部分飽和している。
線源及びフィルター15.15′の賢明な選択によって
次のような特徴が得られる:チャンネルAの曲線は未飽
和で、はぼ直線的であり、その比較的平坦性のためCO
□濃度の変化に対してシグナルに少しの変化しか生じな
いが、方ヂャンネルBの曲線は急傾斜の勾配を有し、す
なわち、低濃度において高感度であり、他方高濃度では
低感度であることを示し吸収は大部分飽和している。
0
この図にはNtOのような麻酔ガスに関した曲線も示さ
れている。これらの曲線の形及び位置は交差吸収が実質
的に存在しないことを示している。
れている。これらの曲線の形及び位置は交差吸収が実質
的に存在しないことを示している。
次に「2−チャンネル、2−吸収曲線」配置が各チャン
ネルが相互に基準として作用する比較システムとしてど
のように利用することができるかを説明する。
ネルが相互に基準として作用する比較システムとしてど
のように利用することができるかを説明する。
弱く吸収されより直線的であるチャンネルAは患者の0
02濃度を監視するのに使用されよう。医学的なCO□
一監視において、いわゆるエンドタイダル(end−t
idal)なCow濃度(ET(:02)、通常約5%
の領域が臨床的に最も関心がある。ここはチャンネルA
が最も高感度なところであり、したがってそれは「測定
チャンネル」と呼ばれる。
02濃度を監視するのに使用されよう。医学的なCO□
一監視において、いわゆるエンドタイダル(end−t
idal)なCow濃度(ET(:02)、通常約5%
の領域が臨床的に最も関心がある。ここはチャンネルA
が最も高感度なところであり、したがってそれは「測定
チャンネル」と呼ばれる。
呼吸サイクルの間、検知器14(チャンネルA)の出力
は典型的には、最大出力IAから0.80IAの間の値
のサイクルで変わるであろう。同じ、呼吸サイクルの間
で、検知器14′(チャンネルB)の出力は■8から0
.31.の間で変化する。
は典型的には、最大出力IAから0.80IAの間の値
のサイクルで変わるであろう。同じ、呼吸サイクルの間
で、検知器14′(チャンネルB)の出力は■8から0
.31.の間で変化する。
チャンネルAは、本質的に、単独の、独立チャンネルで
あり、光源の強度とそしてまた窓のブラインド(win
dow shading)作用の変化は、吸入の間(又
は他の応用においては、零ガスの流れ)では、測定強度
がI Afol、例えば1.(吸入)=IA101であ
り、吸収はlAl0+に関して、^bSa=[11A/
Ia+。I]であることを参照して計算されることを考
慮して補正される。
あり、光源の強度とそしてまた窓のブラインド(win
dow shading)作用の変化は、吸入の間(又
は他の応用においては、零ガスの流れ)では、測定強度
がI Afol、例えば1.(吸入)=IA101であ
り、吸収はlAl0+に関して、^bSa=[11A/
Ia+。I]であることを参照して計算されることを考
慮して補正される。
この参照動作は、零ガスの濃度が無限に保証される限り
、正確である。しかし、再び呼吸する条件において、こ
のようにはならない。それ故、吸入の周期を、COtの
存在に関し、高感度で監視することができるようにする
ことが必要である。
、正確である。しかし、再び呼吸する条件において、こ
のようにはならない。それ故、吸入の周期を、COtの
存在に関し、高感度で監視することができるようにする
ことが必要である。
高感度の吸入の測定はチャンネルBによって行われる。
呼気の間、通常の最終周期的(end−tidal)C
O□濃度はおよそ5%であるので、そのシグナルははっ
きりと減少するが、3%〜10%の変動範囲で実質的に
影響されずに残る。この呼気シグナルは、呼気段階の“
ベース・ライン”とみなされ、そこではCO2濃度の小
さな変化でも、シグナル・レベルそして、それ故、ro
(吸気)/Ia(呼気)比に著しく影響する。したがっ
て、チャンネルBは効率的な、 ”1つの光源、1つの
行程、単独検知システム”になる。それの゛零−ガス”
の参照点は、上述の特性をもつ、飽和シグナルである。
O□濃度はおよそ5%であるので、そのシグナルははっ
きりと減少するが、3%〜10%の変動範囲で実質的に
影響されずに残る。この呼気シグナルは、呼気段階の“
ベース・ライン”とみなされ、そこではCO2濃度の小
さな変化でも、シグナル・レベルそして、それ故、ro
(吸気)/Ia(呼気)比に著しく影響する。したがっ
て、チャンネルBは効率的な、 ”1つの光源、1つの
行程、単独検知システム”になる。それの゛零−ガス”
の参照点は、上述の特性をもつ、飽和シグナルである。
この”参照チャンネルB”は再吸収におけるように ”
測定チャンネルA”のベースラインをエラーに対して補
正するのに用いられる。
測定チャンネルA”のベースラインをエラーに対して補
正するのに用いられる。
この説明から、全てのチャンネルは、部分的な窓ブライ
ンドの影響の問題に関してはそれぞれ独立であることが
明らかである。しかし、従来技術ではそのようになって
いない。チャンネルBは、チャンネルAの吸収を計算す
るためのベース・ラインとして働き、チャンネルAでの
部分的な窓のブラインドはかなりのエラーをひき起すで
あろう。
ンドの影響の問題に関してはそれぞれ独立であることが
明らかである。しかし、従来技術ではそのようになって
いない。チャンネルBは、チャンネルAの吸収を計算す
るためのベース・ラインとして働き、チャンネルAでの
部分的な窓のブラインドはかなりのエラーをひき起すで
あろう。
この提案した方法の精度を上げるために、チャンネルA
から計算されたETCO□濃度の知識を用いて、第2順
位のチャンネルBを補正すること3 ができる。
から計算されたETCO□濃度の知識を用いて、第2順
位のチャンネルBを補正すること3 ができる。
第7図は、第5図のガス分析器の動作を連動する一連の
ステップを示している。この実施態様なカブツメ−ター
としての使用のみに限定しないために、用語とサブスク
リプトは一般化していることに留意願いたい。
ステップを示している。この実施態様なカブツメ−ター
としての使用のみに限定しないために、用語とサブスク
リプトは一般化していることに留意願いたい。
こうして、 ”零ガス゛吸気周期の間に、チャンネルA
で測定された強度のみがA(LC)(A(0)ではなく
)が書かれ、チャンネルBの呼気の値がB (HC)と
書かれ、ここでLC及びHCは、低濃度もしくは高濃度
をそれぞれ意味する。
で測定された強度のみがA(LC)(A(0)ではなく
)が書かれ、チャンネルBの呼気の値がB (HC)と
書かれ、ここでLC及びHCは、低濃度もしくは高濃度
をそれぞれ意味する。
最初のステップとして、チャンネルAにおいて、参照強
度IAILCI を低濃度(LC)の周期の間のみ強度
を測るために検知器14を用いて設定する。同様に、参
照強度I++u+c+ を、チャンネルBにおいて、高
濃度(HC)周期の間の強度を測定するためにのみ設定
する。
度IAILCI を低濃度(LC)の周期の間のみ強度
を測るために検知器14を用いて設定する。同様に、参
照強度I++u+c+ を、チャンネルBにおいて、高
濃度(HC)周期の間の強度を測定するためにのみ設定
する。
次に、実質的に連続的なサンプリングによってチャンネ
ルAに関する瞬間強度I Altlを測定した 4 のち、関数F[IAtt+、IAle+]を各1+t+
値について計算する。そして、類似の方法で実質的に連
続的なサンプリングで、チャンネルBに関する瞬時強度
1B(tlを測定したのち、関数F[Ia+t+、■□
1(C1]を各I+++t+値について演算し、その系
の特性によって規定される定数Y。によって修正する。
ルAに関する瞬間強度I Altlを測定した 4 のち、関数F[IAtt+、IAle+]を各1+t+
値について計算する。そして、類似の方法で実質的に連
続的なサンプリングで、チャンネルBに関する瞬時強度
1B(tlを測定したのち、関数F[Ia+t+、■□
1(C1]を各I+++t+値について演算し、その系
の特性によって規定される定数Y。によって修正する。
ひき続いて、各サンプリング時のtにおける吸収A b
sAを、チャンネルAについて、関数F[IA+t+、
I*+Lclから計算し、同様に、各サンプリング時を
における吸収AbSiを、チャンネルBについて、関数
F[Is+−+、Ian+e+1から計算する。
sAを、チャンネルAについて、関数F[IA+t+、
I*+Lclから計算し、同様に、各サンプリング時を
における吸収AbSiを、チャンネルBについて、関数
F[Is+−+、Ian+e+1から計算する。
吸収値Abssを、次に、工場で設定された関数F3を
用いて濃度値Concsに変換し、新しくし、その器具
の周期的な目盛り付けの際に若干補正される。
用いて濃度値Concsに変換し、新しくし、その器具
の周期的な目盛り付けの際に若干補正される。
チャンネルB上の低濃度値Cone@(低)が、今や工
場で設定され更新され、若干、装置の目盛り付けの際に
修正された関数F^を用いて、チャンネルAについての
相関因子Zを計算するために設定される。
場で設定され更新され、若干、装置の目盛り付けの際に
修正された関数F^を用いて、チャンネルAについての
相関因子Zを計算するために設定される。
最後にチャンネルAについて、吸収値AbsAを補正す
るためにZが使われる。
るためにZが使われる。
さらに精度を高めるため、またチャンネルBにおいてま
だ飽和するに至っていないと思われるとき、このYは、
「もし連続的、相互補正が集中特性を有しているなら」
、チャンネルAの高濃度周期ConcA(高)を用いて
、さらに、上述の補正因子Zを修正するためにチャンネ
ルBに適用される。
だ飽和するに至っていないと思われるとき、このYは、
「もし連続的、相互補正が集中特性を有しているなら」
、チャンネルAの高濃度周期ConcA(高)を用いて
、さらに、上述の補正因子Zを修正するためにチャンネ
ルBに適用される。
2次的補正因子Yを計算する。
異なるセンター間の変動、及びセンサーの寿命中におけ
る零点の変化があることから考えて、時々目盛り付けを
新しく行うことが要求される。
る零点の変化があることから考えて、時々目盛り付けを
新しく行うことが要求される。
この目盛り付けの手段は吸収と濃度との間に上述の工場
設定の相関関数を修正するために用いられる。
設定の相関関数を修正するために用いられる。
目盛り付け、例えば2点型は、既知の濃度(零と一定の
間隔)のガスを含むセルで、2は、キュベテ(cuve
tte) 6を通して既知ガスを通すことにより行うこ
とができる。
間隔)のガスを含むセルで、2は、キュベテ(cuve
tte) 6を通して既知ガスを通すことにより行うこ
とができる。
カブツメ−ターとして用いる第5図の装置で、チャンネ
ルAで得られた高濃度値によって、先に述べた最終周期
CO7値(ETCO2)の計算を可能にさせるが、それ
は診断ツールとしてかなり大きい重要性を有している。
ルAで得られた高濃度値によって、先に述べた最終周期
CO7値(ETCO2)の計算を可能にさせるが、それ
は診断ツールとしてかなり大きい重要性を有している。
第3ヂヤンネルCを、第2ガス、例えばNzOを測定す
るために、同じ光源から放射される光を用いて、付加す
ることも十分に可能である。
るために、同じ光源から放射される光を用いて、付加す
ることも十分に可能である。
その方法は、参照強度が、目盛り付けの間に設定され、
補正因子は窓ブラインドと光源強度変動のために使われ
るという点以外は同様である。
補正因子は窓ブラインドと光源強度変動のために使われ
るという点以外は同様である。
第5図の実施態様は麻酔器械に関連して示されたが、例
えばベンチレーターに関しても同様に作動し、また、こ
れらの器械のいずれでな(でもよい。
えばベンチレーターに関しても同様に作動し、また、こ
れらの器械のいずれでな(でもよい。
またさらに多数波長発光方式も上述の方法番こ加えて本
発明の目的を達成できることは明白であろう。
発明の目的を達成できることは明白であろう。
本発明は、上述の実施態様の詳細に制限される 7
ものではなく、本発明は、本質的なその特性又は精神か
ら離れることなしに別の特別の態様とできることはこの
技術分野における通常の知識を有するものによって明白
であろう。したがって、本発明の実施態様は、あらゆる
意味において説明的なものであり、限定的なものではな
く、また詳細な説明よりは本発明の特許請求の範囲によ
り指示された範囲及びその特許請求の範囲における均等
の範囲の意味での全ての範囲は、本発明は範囲に包含す
るものとする。
ら離れることなしに別の特別の態様とできることはこの
技術分野における通常の知識を有するものによって明白
であろう。したがって、本発明の実施態様は、あらゆる
意味において説明的なものであり、限定的なものではな
く、また詳細な説明よりは本発明の特許請求の範囲によ
り指示された範囲及びその特許請求の範囲における均等
の範囲の意味での全ての範囲は、本発明は範囲に包含す
るものとする。
(発明の効果)
本発明によれば先行技術の方法及び装置の欠点及び不都
合点を克服し、ウィンドウ・ブラインドに影響されない
結果を与え、全測定範囲にわたり、低濃度でも感度を有
し、したがって偶発的な再呼吸を検出することができ、
もし使用するとしても参照ガスについて正確な知識又は
事実上の一定性を必要とせず、ゼロ・ドリフトをそれ自
体で補正し、NtO又はその他の麻酔ガスによる交差吸
収を示さないガス分析が可能である。
合点を克服し、ウィンドウ・ブラインドに影響されない
結果を与え、全測定範囲にわたり、低濃度でも感度を有
し、したがって偶発的な再呼吸を検出することができ、
もし使用するとしても参照ガスについて正確な知識又は
事実上の一定性を必要とせず、ゼロ・ドリフトをそれ自
体で補正し、NtO又はその他の麻酔ガスによる交差吸
収を示さないガス分析が可能である。
8
第1図は例えば密閉スペース内のガス濃度の測定に使用
される本発明によるガス分析器の第1の形態を示す模式
図であり、 第2図は濃度の関数としての吸収を表わす図形であり、 第3図は第1図のガス分析器に随伴する操作順序を表わ
すフロー図形であり、 第4図は麻酔機械と接続した本発明によるガス分析器を
示す模式図であり、 第5図はカブツメ−ターとして機能する本発明のもう1
つの形態を示す模式図であり、第6図は2つの異った波
長に対する濃度の関数としての吸収を表わす図形であり
、 第7図は第5図のガス分析器に随伴する操作順序を表わ
すフロー図形である。 符号の説明 2・・・線源、6・・・キュベツト 8・・・ウィンドウ、14・・・照射線検知器16・・
・前置増幅器
される本発明によるガス分析器の第1の形態を示す模式
図であり、 第2図は濃度の関数としての吸収を表わす図形であり、 第3図は第1図のガス分析器に随伴する操作順序を表わ
すフロー図形であり、 第4図は麻酔機械と接続した本発明によるガス分析器を
示す模式図であり、 第5図はカブツメ−ターとして機能する本発明のもう1
つの形態を示す模式図であり、第6図は2つの異った波
長に対する濃度の関数としての吸収を表わす図形であり
、 第7図は第5図のガス分析器に随伴する操作順序を表わ
すフロー図形である。 符号の説明 2・・・線源、6・・・キュベツト 8・・・ウィンドウ、14・・・照射線検知器16・・
・前置増幅器
Claims (10)
- (1)ガスを分析し、その濃度を設定する方法であって a)照射線源、分析空間、照射検知器及び分析するガス
の濃度範囲を超える濃度HCを有する参照ガスを具備し
、 b)瞬間強度I_L_C(t)を設定し、 c)前記参照ガスを満たした前記分析空間で強度I_H
_Cを設定し、 d)前記I_L_C(t)及びI_H_Cから吸収強度
Abs(t)の瞬間値を演算し、そして e)前記吸収強度Abs(t)を濃度値に変換する各段
階有してなる方法。 - (2)ガス濃度の測定方法であって a)照射線源、分析空間及び分離したかつ相互作用的チ
ャンネルを表わす、少なくとも2つの照射検知器であっ
て、第1チャンネルが関連の濃度の全範囲に対して感度
を有し、第2チャンネルは低濃度域に主に感度を有する
ものを具備し、b)前記第1チャンネルAについて、第
1チャンネルの検出器を使って低濃度(LC)周期のみ
の強度を測定することにより参照強度I_A_(_L_
C_)を設定し、前記第2チャンネルBについて、第2
チャンネルの検知器を使って高濃度(HC)の周期のみ
の強度を測定することにより参照強度I_B_(_H_
C_)を設定し、 c)前記第1チャンネルAについて、実質的に連続的な
監視によって、瞬間強度I_A(t)を設定し、各I_
A(t)値について関数[I_A(t)、I_A_(_
L_C_)]を演算し、そして前記第2チャンネルBに
ついて、実質的に連続的な監視によって、瞬間光源強度
I_B(t)を設定し、各I_B(t)値について関数
[I_B(t)、I_B_(_H_C)]を計算し、d
)前記関数[I_A(t)、I_A_(_L_C_)]
から各サンプリング時をにおける前記第1チャンネルA
についての吸収値Abs_Aを演算し、前記関数[I_
B(t)、I_B_(_H_C_)]から各サンプリン
グ時tにおける前記第2チャンネルBについての吸収値
Abs_Bを演算し、e)前記吸収値Abs_Bを、関
数F_Bを用いて濃度値Conc_Bに変換し、 f)前記チャンネルB上の低濃度値Conc_B(低)
を、前記第1チャンネルAについての補正因子Zの演算
のために設定し、 g)前記第2チャンネルBから得られるような前記補正
因子Zを用いて、前記第1チャンネルAについて吸収値
Abs_Aを補正し、 h)前記補正された吸収値Abs_A_c_o_r_r
を補正濃度値Conc_c_o_r_rに、関数F_A
を用いて変換する、を有してなる方法。 - (3)さらに、連続的な相互補正が集中性を有する限り
前記第2チャンネルBについて、前記補正因子を修正す
るために使われる補正因子Yの計算に関し、前記第1チ
ャンネルA上の高濃度周期の間に得られた値をConc
_A(高)の測定のために用いる請求項(2)の方法。 - (4)照射光源 分析ガスを通す分析空間 前記空間を通る照射線の強度を検知する少なくとも1つ
の検知器 前記空間への、分析ガス及び前記ガス分析器によって測
定される濃度範囲の上半分に少なくとも位置する濃度を
有する参照ガス導入変更を容易にさせる手段 検知光源の瞬間強度を示す信号を動作の第1モードにお
いて蓄積し、第2モードにおいて、その分析空間が前記
参照ガスで満たされた時に得られた強度を示す信号を蓄
積するために取り付けられた記憶手段を有し、前記検知
器に発生する信号を処理する手段、 前記瞬間値を前記参照値と比較する回路手段及び 濃度を指示する指示手段 を有するガス分析器。 - (5)前記照射光源がブラック・ボディ照射器である請
求項(4)のガス分析器。 - (6)前記照射光源が特定の分子放電光源である請求項
(4)のガス分析器。 - (7)少なくとも2つの検知器を有する請求項(4)の
ガス分析器。 - (8)前記照射源が少なくとも2種の波長又は波長帯域
であって、そのいずれもが、分析されるか又は吸収され
るものである照射光を発光する請求項(4)のガス分析
器。 - (9)前記少なくとも2つの検知器のそれぞれについて
、フィルターを有し、前記フィルターは、前記分析空間
とそれぞれの検知器の間に介在し、各フィルターは前記
少なくとも2つの波長又は波長帯域の異なる1つを実質
的に透過させる請求項(7)又は(8)のガス分析器。 - (10)前記参照ガスの濃度は、前記ガス分析器で測定
する濃度範囲よりも高い請求項(4)のガスk記載のガ
ス分析器。
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