JPH076974B2 - ガス混合物のガス・蒸気状成分の濃度測定装置および該装置で用いられる支持体 - Google Patents

ガス混合物のガス・蒸気状成分の濃度測定装置および該装置で用いられる支持体

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JPH076974B2
JPH076974B2 JP2016305A JP1630590A JPH076974B2 JP H076974 B2 JPH076974 B2 JP H076974B2 JP 2016305 A JP2016305 A JP 2016305A JP 1630590 A JP1630590 A JP 1630590A JP H076974 B2 JPH076974 B2 JP H076974B2
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    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、検出すべき成分と反応する物質を収容したガ
ス試験管からなる光学的に識別可能な反応領域を使用し
てガス混合物のガス・蒸気成分の濃度を測定する装置で
あつて、反応領域の変化が直接的観察および／または光
電変換式走査装置によつて確認可能である形式のものに
関する。
〔従来の技術〕
ガス試験管は、公知のごとく、作業場での有害物質の濃
度測定に用いられ、そしてその場合測定されるべきガス
および蒸気のスペクトルが、したがつてまた対応する測
定管の選択が、それまでの測定ないし発生する物質につ
いての知識に基づいて、広範に知られている。
一定の困難が生じるのは、たとえば特殊ゴミの寄託のさ
いやあるいは化学薬品事故のさいに発生する種類と濃度
が未知の有害物質を、実験室測定によるその有害物質の
コストのかかる正確な測定をせずに検出しようとすると
きである。このような適用ケースにおいて、組み合わせ
装置における試験管を用いると、有害物質の測定が実質
的に短時間で行なえる。そしてその試験管の報告は、た
とえば排気手段を速やかに導入すべきなのか、それとも
危害のおそれがないので用いなくてもよいのか、といつ
た判断の基礎として使用されることができる。
この種の測定装置には、たいていかなり多数の場合によ
つては20本もの異なる試験管に、検査されるべき混合物
が入れられなければならないので、しかも各試験管の測
定結果ができるだけ速やかにかつ同時に、場合によつて
は電子的評価装置内でさらに判定されるために、自由に
使用される都合があるため、高感度の個々の試験管を備
えた多重装置でしかも全試験管の迅速な交換可能となる
ようなものを用いるという課題提起がなされている。
さらに、公知例に属するものに、西ドイツ特許第262660
0号明細書のような測定装置がある。これは、共通の光
電変換式走査装置を使つて、評価されるべき試験テープ
のかなり多数の試験区間が選択的証明・伝送要素ととも
にタイムマルチプレクス方によつて順々にセンシングす
るものである。この種の試験テープはたがいに分離され
ているかなり多数の反応領域をもつもので、液体の検査
のため、とくに医療用尿検査のために使用される。
〔発明が解決しようとする課題〕
この発明の課題は、試験管を用いてガスおよび／または
蒸気混合物の検査をする公知の原理を改良するもので、
その結果、場合によつては生じうる多数の試験反応を場
所のとらないコンパクトな装置の中において比較的低コ
ストの試薬で、高い反応感度にて行なえるようにするも
のである。
〔課題を解決するための手段〕
前記課題は、本発明により、多数のチャンネルが光電変
換式走査装置に交換可能に挿入できるチップ状の支持体
上に配設されていることにより解決される。かかるチヤ
ンネル形式、すなわち実質的には試験管、はわずかの量
の検出物質の場合でも付加している有害物質の高感度検
出を行なう。しかもより詳しく言えば、標準規格の試験
管なら知覚できる変色領域にまだ認めることのできない
ような濃度をすでに検出できる。検出物質の必要量が少
なくてすむので、上に配設されたチヤンネルつきの使い
捨て商品として形成されるこの機械的な支持体により、
環境が汚染されることが激減する。そのほかこの種のマ
イクロ試験管（チヤンネル）の場合各チヤンネル当りご
くわずかの吸入量（ml/分）しか必要としない。このこ
とは、ごく小さなポンプと出力の小さなバツテリーです
むことを意味する。
これらのチヤンネルは、支持体上にたとえば一層または
多層に、らせん状またはジグザグ状といつたもつとも異
なる幾何学的形成で、同一の検出物質または異なる多数
の検出物質とともに配列されている。試験管は貫流型と
しても拡散型として形成してもよい。拡散型試験管の場
合は小さいチヤンネル断面ゆえに、攪乱のない拡散を得
るための静止区間を前段に設ける必要がなくなる。同じ
く貫流型試験管の場合は、小さい断面によつて条件づけ
られるチヤンネルの絞り効果が、流速を限定する付加的
な絞りを代用している。
目的にかなう実施例では、多重装置のチヤンネルの断面
を10μm2以下にするとよい。支持体上に、流れ方向に平
行に併設された多数のチヤンネルが設けられていること
や分離して併設されることのできる複数のチヤンネルが
たがいに並列に設けられることも有利である。そのさ
い、これらのチヤンネルまたは各チヤンネルは直線状の
または湾曲した迂回路によつて延長してもよい。
狭いチヤンネルによつてガス試料がチヤンネル内へ入つ
た瞬間から静かな拡散が得られるので、分離した前段接
続の静止区間ないし流体絞りを使う必要がなくなる。チ
ヤンネルの高い絞り効果にもかかわらず変色領域の十分
に迅速な発達が生じるので、その結果検出領域の評価は
高速光学的評価ユニットによつて有意義となる。このよ
うな寸法で形成されたチヤンネルによつて有利な少量の
指示薬量にもかかわらず試料物質の高感度検出が可能と
なる。指示薬充填をした公知の試験管と比べて指示薬物
質の量がいまやもつとも少なくなり数cm3ですむので、
このことは使用済み試験管による環境汚染がますます少
なくなるという好ましい方向に向いている。
好ましい実施例としては、チップ状支持体上のチヤンネ
ルがエツチングされるとよい。その他場合によつては、
チップ状支持体内のチヤンネルをプレス成形によつて作
つてもよい。さらには、チヤンネルがチップ状支持体上
に切削によつて作られてもよい。このチップ状支持体を
ガラスまたはセラミツクで作るか、あるいは合成樹脂ま
たは金属で作つてもよい。金属または非金属の材料の中
に浅い溝をまつすぐに設けることのできるような方法で
あれば原則としてどの製造方法でも役に立つ。
目的にそう実施例では、またチップ状支持体と表面カバ
ーとの間に形成するとよい。他の可能性としては、チッ
プ状支持体と、とくに均一な材料から作られるカバープ
レートとの間に、チヤンネルを配置することもある。各
チヤンネルは、種々の方法で試験管において公知の付加
的形成における防湿層、絶縁層およびこれに類するもの
を用いて形成されることができる。
チヤンネルは指示薬ないし試薬を用いて被覆される。わ
ずかの延長は、指示薬の敷設をする最も小さいちり状の
粒状指示薬支持体上のシリカゲルが、チヤンネル底面上
かあるいは評価ユニツトに面しているチヤンネル表面上
へ中性接着剤を介して載置されることを必要とする。
わずかの空間的寸法によつて、比較的多数のチヤンネル
を光学・電子センサ装置内へ交換可能に挿入されるチツ
プ状をした支持体の上に配設することが有利と思われ
る。この光電変換式走査装置はすべてのまたは比較的多
数のチヤンネルにとつて共通のないし個々のチヤンネル
が付設的に形成されてよいのであるが、これはたとえば
西ドイツ公開第1598021号または第2628790号明細書に基
づいて組み立てられることができる。
さらに目的にかなうことは、比較的多数のチヤンネルを
光学・電子センサ装置で接続するかないしはたがいにこ
のセンサ装置の測定領域内に持ちこみ、各チヤンネルの
センシングによつて確認される出力信号をマイクロプロ
セツサに導いて評価することである。そのさい目的によ
つて色飽和および／または長さ方向の変色位置のような
しきい値だけをデイジタル測定要素として評価すること
ができる。色飽和のためのしきい値決定は、この種のマ
イクロ試験管を使うと長さ方向の色測定とは対照的に色
飽和測定も実施されることができることを前提としてい
る。実際にこのチヤンネル配置は、適当な既知の光学・
電子センサ装置が用いられるときには、長さ方向色測定
にも色飽和測定にも役立つ。このようにして生じたチヤ
ンネルのデイジタルマスタはROMテーブルを介して関係
する物質グループのリストへの配属を有し、そして場合
によつては他の測定のための指示をも与える個々のチヤ
ンネルのセンシングによつて確認されかつマイクロプロ
セツサ内へ蓄積される出力信号は、未知の組成のガス・
蒸気混合物の場合、予測モデルによつても分析されるこ
とができ、その結果少なくとも現存する有害物質の種類
の示唆が与えられることができる。
いわゆる“アレー”の中にチヤンネルの多重配置が個々
の試験管に対応してまとめられている。そのさいたとえ
ば酸に用いる特有でないチヤンネルも公知の複数物質試
験管のように差し込まれることができる。特殊な有害物
質が応答のためそのつど一定のチヤンネル組み合わせを
アレーから取り出し、そしてその表示がマイクロプロセ
ツサに入力される。それから場合によつてはリーゾナブ
ルネスモデルを手がかりに推測上存在している有害物質
ないし有害物質群の名前を挙げるようにするとよい。
同じくガス試験管の場合チヤンネルのハーメチツクシー
ルが行われるとよい。このため公知の方法で折り取りで
きる先端ないしホイールで包まれた端部開口が用いられ
ることができ、これは取り去りないし孔あけによつて開
口されることができる。
いわゆるアンモニアや塩酸用のチヤンネルを備えたこの
種の測定装置の製造のために、数ミクロンの直径の最微
粒子ガラス玉かあるいは臭素クレゾールグリーンを混ぜ
た乾燥混合した微粒子のものが、合成樹脂支持体の上に
背着される。これは適当な機械的加工（たとえば切断）
によつてチヤンネルを後に被覆するのに役立つ。昔から
行なつていたようにシリカゲル製造に用いられるゾル・
ゲル法（酸化珪素が加水分解され（ハイドロゾル）、こ
れが集塊によつてゲル（ハイドロゲン）になる。）によ
つて、臭素クレゾールグリーンが、指示薬としてこの球
表面上へ固着される。
比較的狭いチヤンネル断面（毛細管）は、同じくゾル・
ゲル法によつて指示薬層で直接敷設されることができ
る。この種の被覆は表面を粉末状の指示薬粒子で接着す
ることによつても達成されることができる。この両方の
被覆方法とも適当な接着剤を含めた適当な成分を表示す
る西ドイツ特許第1037725号明細書の中に記載されてい
る。そこに述べられている試薬はそれと反応する物質の
検出用の検出装置を適用するためにも挿入されることが
できる。
〔実施例〕
図には、この発明の実施例が略図的に描かれており、こ
こからいろいろこの発明の詳かなことが明らかとなるで
あろう。
第１図〜第３図はチップ状の支持体２を示しており、こ
の支持体２の中に複合配置のチヤンネル１が設けられて
いる。チヤンネル１のインレツト孔ないしアウトレツト
孔は、抜き取り可能ないし分離可能な閉止フオイール４
で使用前に閉じられる。チヤンネル１の中には検出され
るべきガス成分用の適当な試薬が納められている。各チ
ヤンネル１に流入側でたとえば防湿層５などが直列に接
続されている。チヤンネル１は支持体上側でカバープレ
ート３で覆われている。
図において、各チヤンネル１がたがいに第６図中に説明
されている光電変換式走査装置の作用領域に置かれてい
るのがみえる。このために必要な支持体２のスライド運
動に使われるのが一対のゴム弾性移送ローラ7,8であ
り、これが支持体２の移送要素を示している。
第４図に基づく支持体を形成するさい、各チヤンネル１
をジグザグ状の迂回路に形成している。チヤンネルの吸
入口はこの実施例では支持体２の上側に開口し、かつチ
ヤンネルのインレツト口と同じように取りはずし可能な
閉止フオイール４で覆われている。
第５図は吸入ポンプ９の接続時の行程を示すもので、こ
の吸入ポンプは試験されるべきガス混合物をそのつどセ
ンサ装置によつて監視されるチヤンネル１を通して吸入
する。この吸入ポンプ９とスライドできる嵌挿ピン10と
が接続されていて、この嵌挿ピン10が周囲方向に弾性環
状パツキン６で密閉されている。嵌挿ピン10をスライド
すると閉止フオイール４が嵌挿されかつ弾性環状パツキ
ン６によつて密閉されている吸入ポンプ９との接続が形
成される。
第６図によるブロツクダイヤグラムでは光学・電子セン
サ装置11が描かれており、この光学・電子センサ装置11
で個々のチヤンネル内で変色した層の長さ方向のセンシ
ングが可能となる。
この種のセンサ装置は種々の実施例でよく知られている
ものであり、たとえば西ドイツ特許第2628790号明細書
に基づくLED−アレーで作ることができる。
光電変換式走査装置はバーコードリーダを介してチヤン
ネル１のチップ状支持体２に付されているバーコードを
認識する。バーコードの中には採用されているチヤンネ
ルの種類と数がコーデイングされている。さらにこの光
電変換式走査装置の中に状態登録器を組み込み、これに
よつてそれぞれ測定されるべきチヤンネルないし多数の
同時センシングされるチヤンネルがセンサ装置のための
整然とした位置決めをされるようにするとよい。
光電変換式走査装置11の信号は前段増幅器12を介してエ
ラー検出器13の中へ送られ、このエラー検出器13は読み
取られた情報を正しいかどうか検出する。すなわち、そ
の信号がありうる測定値なのかどうかはつきりさせる。
エラー検出器13からさらに伝えられた信号はマイクロプ
ロセツサ14において測定値として処理される。すなわ
ち、場合によつては所定のしきい値発生器と比較されそ
してRAM（ランダム・アクセス・メモリ）メモリ15の中
に納められる。クロツク発振器16はRAMメモリ15とマイ
クロプロセツサ14を制御する。
さらにマイクロプロセツサ14は吸入ポンプ９を制御し、
ならびにステツプモータ17を支持体上のバーコードの記
述にしたがつて制御する。そのさい吸入ポンプ９は試験
されるべきチヤンネルと接続され、そしてそのつど短時
間所望のガス流をチヤンネル１内に発生すべくスイツチ
オンされる。１つのチヤンネルまたは複数の同時測定さ
れるチヤンネルの測定が終了するとステツプモータ17は
スイツチオンされ、これによつて平板状支持体２は第２
図にみられる弾性移送ローラ7,8によつてさらに次の測
定位置へと運ばれる。この測定位置へ所定の順序にした
がつて到達すると、ポンプ接続があらためて行なわれ、
吸入ポンプ９がスイツチオンされる。この行程は、支持
体のチヤンネル全部が測定され尽くすまでくり返され
る。そして測定結果は表示装置18内にデイジタル表示で
表わされる。
このマイクロプロセツサにさらに、図示してないがROM
（リード・オンリー・メモリ）メモリを接続して、蓄積
された測定値と比較されるようにするともつと有利にな
る。こきときたとえば未知のガス混合物組成比について
支持物上の表示ないしそれのバーコードの表示に基づい
て特定のチヤンネルの組みあわせ、たとえば第２番目の
チヤンネルと第３番目のチヤンネルが変色しているかど
うか試験するのがよい。この場合、第２チヤンネルと第
３チヤンネルがその組成比とは無関係に固有の強酸に一
般に反応するとき、そのガス混合物の中に強酸が存在す
るはずであるという表示がなされる。
第７図の断面図ではチヤンネル１はガラス玉21層で覆わ
れている。このガラス玉層21はゾル・ゲル法を使つて敷
設されている。各ガラス玉21はチヤンネル壁面にある接
着層（23）を用いて接着されている。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による多重配置のチヤンネルを有する
支持体の平面図、第２図は、第１図における線２−２に
そつた断面図、第３図は第１図の支持体の正面図、第４
図は迂回路チヤンネルを有する支持体の交互形成の平面
図、第５図はポンプ接続を各ステツプの支持体の横断
面、第６図は、第１図から第５図までの支持体と結合し
て用いるための測定装置用ブロツクダイヤグラムおよび
第７図は被覆したチヤンネルの断面図である。 １……チヤンネル（溝）、２……支持体、３……カバー
プレート、４……閉止フオイール、５……防湿層、7,8
……移送ローラ、９……吸入ポンプ、11……光電変換式
走査装置、14……マイクロプロセツサ、15……RAMメモ
リ、17……ステツプモータ、18……表示装置

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】検出すべき成分と反応する物質を収容した
    ガス試験管からなる光学的に識別可能な反応領域を使用
    してガス混合物のガス・蒸気成分の濃度を測定する装置
    であって、反応領域の変化が直接的観察および／または
    光電変換式走査装置によって確認可能である形式のもの
    において、多数のチャンネル（１）が光電変換式走査装
    置（11）に交換可能に挿入できるチップ状の支持体
    （２）上に配設されていることを特徴とする、ガス・蒸
    気成分の濃度測定装置。
  2. 【請求項２】該支持体（２）上に、流れ方向に平行に併
    設された多数のチャンネル（１）が設けられている請求
    項１記載の濃度測定装置。
  3. 【請求項３】該支持体（２）上に、別々に接続可能であ
    る多数のチャンネル（１）がたがいに並列配置されてい
    る、請求項１記載の濃度測定装置。
  4. 【請求項４】該チャンネル（１）が迂回路によって延長
    されている請求項１から３までのいずれか１項記載の濃
    度測定装置。
  5. 【請求項５】該チャンネル（１）がチップ状支持体
    （２）上にエッチングされている請求項１から４までの
    いずれか１項記載の濃度測定装置。
  6. 【請求項６】該チャンネル（１）がチップ状支持体
    （２）上にプレス成形によって作られている請求項１か
    ら４までのいずれか１項記載の濃度測定装置。
  7. 【請求項７】該チャンネル（１）がチップ状支持体
    （２）上に研削されている請求項１から４までのいずれ
    か１項記載の濃度測定装置。
  8. 【請求項８】該チップ状支持体（２）がガラス製である
    請求項１から７までのいずれか１項記載の濃度測定装
    置。
  9. 【請求項９】該チップ状支持体（２）がセラミック製で
    ある請求項１から８までのいずれか１項記載の濃度測定
    装置。
  10. 【請求項１０】該チャンネル（１）が該チップ状支持体
    （２）と表面カバーとの間に形成されている請求項１か
    ら９までのいずれか１項記載の濃度測定装置。
  11. 【請求項１１】該チャンネル（１）が該チップ状支持体
    （２）とカバープレート（３）との間に形成されている
    請求項１から９までのいずれか１項記載の濃度測定装
    置。
  12. 【請求項１２】該チャンネル（１）の中に流れ方向で反
    応領域の前に防湿層（５）が設けれれている請求項１か
    ら11までのいずれか１項記載の濃度測定装置。
  13. 【請求項１３】多数のチャンネル（１）が光電変換式走
    査装置（11）と接続されており、かつ各チャンネル
    （１）のセンシングによって確認される出力信号がマイ
    クロプロセッサ（14）に評価のために供給される請求項
    １記載の濃度測定装置。
  14. 【請求項１４】該支持体（２）が移送要素（7,8）によ
    って移動可能に配設されており、その結果各チャンネル
    （１）が順次光電変換式走査装置（11）の測定領域へ導
    かれる請求項13記載の濃度測定装置。
  15. 【請求項１５】マイクロプロセッサ（14）内での評価
    が、メモリ内のリーゾナブルネスモデルを使って実行さ
    れる請求項13記載の濃度測定装置。
  16. 【請求項１６】各チャンネル（１）の測定結果が、色飽
    和のしきい値としてまたは各チャンネル（１）内の色限
    界の位置として確認され、かつデジタル化されたこの測
    定値がマイクロプロセッサ（14）に評価のために供給さ
    れる請求項15記載の濃度測定装置。
  17. 【請求項１７】該支持体（２）の上に形成されたチャン
    ネル（１）が使用時点まで取りはずし可能な閉止要素
    （４）で閉じられている請求項１記載の濃度測定装置。
  18. 【請求項１８】請求項１記載の測定装置で使用するため
    の支持体において、該支持体（２）が多数のチャンネル
    内にある反応物質とともに使い捨てとして形成されてい
    ることを特徴とする支持体。
JP2016305A 1989-01-27 1990-01-29 ガス混合物のガス・蒸気状成分の濃度測定装置および該装置で用いられる支持体 Expired - Lifetime JPH076974B2 (ja)

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