特表 2023-552883 成分濃度を測定するためのシステムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-19

(54)【発明の名称】成分濃度を測定するためのシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/31 20060101AFI20231212BHJP

   G01N 21/03 20060101ALI20231212BHJP

【ＦＩ】

G01N21/31 610Z

G01N21/03 B

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023535968

(86)(22)【出願日】2021-12-09

(85)【翻訳文提出日】2023-07-27

(86)【国際出願番号】 IL2021051472

(87)【国際公開番号】W WO2022123574

(87)【国際公開日】2022-06-16

(31)【優先権主張番号】63/123,167

(32)【優先日】2020-12-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ＪＡＶＡ

２．ＪＡＶＡＳＣＲＩＰＴ

３．ＶＩＳＵＡＬ ＢＡＳＩＣ

４．ＡＮＤＲＯＩＤ

(71)【出願人】

【識別番号】523216492

【氏名又は名称】ニノックス メディカル リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100202751

【弁理士】

【氏名又は名称】岩堀 明代

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(74)【代理人】

【識別番号】100191086

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 香元

(72)【発明者】

【氏名】メドベデフ，ドミトリー

(72)【発明者】

【氏名】イリエフ，ロマン

【テーマコード（参考）】

2G057

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G057AA01

2G057AB01

2G057AB03

2G057AB04

2G057AC03

2G057BA01

2G057DA03

2G059AA01

2G059BB01

2G059DD12

2G059EE01

2G059GG01

2G059GG02

2G059KK02

2G059KK03

2G059LL03

(57)【要約】

試料中の成分濃度を測定するための方法であって、方法は、第１の光源から第１の光センサに試料を通して光を通過させることと、第１の光センサで受け取られた光の第１の光強度を測定することと、第１の光強度で第２の光源から第２の光センサに試料を通して光を通過させることと、第２の光センサで受け取られた光の第２の光強度を測定することと、第１の光源から放出された光の強度および第２の光強度の差に基づいて吸着レベルを決定することと、吸着レベルならびに第１の光源および光センサと第２の光源および光センサとの間を通った光の全光路長に基づいて試料中の成分濃度を計算することとで構成される、方法。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料中の成分濃度を測定するためのシステムであって、前記システムは、
前記試料を収容するための容器と、
前記容器中の前記試料を通して光を放出するように配置された第１の光源と、
前記容器中の前記試料を通過した前記第１の光源からの光を受け取るように配置された第１の光センサと、
前記容器中の前記試料を通して光を放出するように配置された第２の光源と、
前記容器中の前記試料を通過した前記第２の光源からの光を受け取るように配置された第２の光センサと、
前記第１の光センサおよび前記第２の光源・光センサと通信する制御回路であって、前記制御回路は、
前記第１の光センサから光強度測定値を受け取り、
前記受け取った光強度に基づいて前記第２の光源に光を放出させ、
前記第２の光センサから光強度を受け取り、
前記第１の光源から放出された前記光および前記第２の光センサで受け取られた前記光からの強度の差に基づいて吸着レベルを決定し、
前記吸着レベル、ならびに前記第１の光源および光センサと前記第２の光源および光センサとの間を通った光の全光路長に基づいて、前記試料中の成分濃度を計算する
ように構成される、制御回路と
を備える、システム。

【請求項2】

１つ以上の追加の光源および光センサをさらに備え、前記制御回路は、
各先行する光センサで測定された強度に基づいて各連続光源から光を放出し、
最初の光源から放出された光および最後の光センサで受け取られた光からの強度の差に基づいて吸着レベルを決定し、
前記吸着レベル、ならびに各光源および光センサの間を通った光の全光路長に基づいて、前記試料中の成分濃度を計算する
ように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記第１または第２のセンサまたは光源の１つ以上は、前記容器内で前記試料と接触している、請求項１または請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記容器は、１つ以上の透明部分を備え、前記第１または第２のセンサまたは光源の１つ以上は、前記１つ以上の透明部分を通して光を向けるかまたは受け取るように前記容器の外側に配置される、請求項１～３のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項5】

前記容器は、試料を前記容器に出入りさせる入口および出口を備える、請求項１～４のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項6】

前記成分濃度は、二酸化窒素（ＮＯ_２）の濃度である、請求項１～５のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項7】

前記第１の光源は、約３５０ｎｍ～約４００ｎｍの波長の光を放出する、請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

前記第１の光源は、１つ以上の発光ダイオードまたはレーザーダイオードを備える、請求項１～７のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項9】

前記第１の光センサは、１つ以上のフォトダイオード、フォトレジスタ、またはフォトトランジスタを備える、請求項１～８のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項10】

前記第２の光源から放出される前記光は、前記受け取った光強度に等しい強度である、請求項１～９のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項11】

前記第２の光源から放出される前記光は、前記受け取った光強度より強い強度である、請求項１～９のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項12】

前記第２の光源から放出される前記光は、前記受け取った光強度より弱い強度である、請求項１～９のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項13】

試料中の成分濃度を測定するための方法であって、前記方法は、
第１の光源から第１の光センサに試料を通して光を通過させることと、
前記第１の光センサで受け取られた光の第１の光強度を測定することと、
前記第１の光強度で第２の光源から第２の光センサに前記試料を通して光を通過させることと、
前記第２の光センサで受け取られた光の第２の光強度を測定することと、
前記第１の光源から放出された光の強度および前記第２の光強度の差に基づいて吸着レベルを決定することと、
前記吸着レベル、ならびに前記第１の光源および光センサと前記第２の光源および光センサとの間を通った光の全光路長に基づいて、前記試料中の成分濃度を計算することと
を含む、方法。

【請求項14】

１つ以上の先行する光センサの各々で測定された強度に基づいて、１つ以上の連続光源の各々から光を放出することと、
最初の光源から放出された光および最後の光センサで受け取られた光からの強度の差に基づいて吸着レベルを決定することと、
前記吸着レベル、ならびに各光源および光センサの間を通った光の全光路長に基づいて、前記試料中の成分濃度を計算することと
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記第１または第２のセンサまたは光源の１つ以上は、容器内で前記試料と接触している、請求項１３または請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記試料は、１つ以上の透明部分を備える容器内にあり、前記第１または第２のセンサまたは光源の１つ以上は、前記１つ以上の透明部分を通して光を向けるかまたは受け取るように前記容器の外側に配置される、請求項１３～１５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項17】

前記容器は、入口および出口を備え、前記方法は、前記入口および出口を通して前記試料を前記容器に出入りさせることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記成分濃度は、二酸化窒素（ＮＯ_２）の濃度である、請求項１３～１７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項19】

前記第１の光源は、約３５０ｎｍ～約４００ｎｍの波長の光を放出する、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記第１の光源は、１つ以上の発光ダイオードまたはレーザーダイオードを備える、請求項１３～１８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項21】

前記第１の光センサは、１つ以上のフォトダイオード、フォトレジスタ、またはフォトトランジスタを備える、請求項１３～１９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項22】

前記第２の光源から放出される前記光は、前記受け取った光強度に等しい強度である、請求項１３～２０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項23】

前記第２の光源から放出される前記光は、前記受け取った光強度より強い強度である、請求項１３～２０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項24】

前記第２の光源から放出される前記光は、前記受け取った光強度より弱い強度である、請求項１３～２０のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年１２月９日に出願され、「光センシング（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｅｎｓｉｎｇ）」と題された米国特許出願第６３／１２３，１６７号からの優先権を主張し、その内容全体は参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示は、光吸着による混合物濃度の測定に関する。

【背景技術】

【0003】

ガスおよび液体クロマトグラフィー質量分析を含む、ガスおよび液体組成物の分析に使用される多くの方法が存在する。様々な混合物の吸着の差に基づくクロマトグラフィー法は、ガスおよび液体混合物中の低い濃度を高い選択性で検出する能力を含む利点を提供する。質量分析は、質量分析計を利用して物質中に存在する粒子を同定する。粒子はイオン化され、電磁場を通過する。粒子が偏向される方法は、それらの質量、したがってそれらの同一性を示す。クロマトグラフィーおよび質量分析は両方とも正確な方法であるが、高価で複雑な機器の使用を必要とする。また、それらの方法は、比較的遅いため、組成物のリアルタイムの分析に適さないものとなる。例えば、そのような方法は、医療用途における呼気のリアルタイムの分析には実用的でない。

【0004】

電気化学ベースの分析システムは、試料からのガスが、膜などの半透過性障壁中に拡散し、次いで電解質溶液中に拡散し、次いで典型的には３つの電極のうちの１つに拡散する、電気化学ガスセンサを使用する。３つの電極の１つにおいて、酸化還元反応の検出が生じる。第２の対極において、相補的な逆の酸化還元反応が生じる。第３の電極は、典型的には参照電極として提供される。検出電極における混合成分（例えば、酸化窒素）の酸化または還元時に、検出電極表面で反応する物質の量に比例する、検出電極と対極との間の電流を測定することができる。参照電極は、検出電極を一定電圧に維持するために使用される。電気化学ベースの装置は、高い感度および正確度を有するが、頻繁な較正および点検を必要とする。また、この方法は、低濃度の測定混合物に対する選択性の問題を有する。

【0005】

大抵の簡便かつ信頼性のあるガス分析方法は、様々な波長の光の吸着によるガス成分の直接的な光学測定である。この方法の主な利点は、吸着係数が基礎定数であることによる、経時的な吸着の安定性である。したがって、そのようなガス分析計は、頻繁な較正を必要とせず、光学系が清浄に保たれている限り、安定な測定値を提供する。光吸着に基づく現在のガス分析計１０（図１参照）は、測定されるガス成分によって吸着される波長の放射線を発生させる光源２０、含有されたガスに光を通す光学キュベット２５であって、各端部にシーリング２６および光学窓２７を備える光学キュベット、ガス入力３０、ガス出力４０、ならびにガスを通過した光源２０からの光を電圧信号に変換することができる、レンズ５５によって供給される光センサ５０からなる。好適な光源２０としては、ＬＥＤおよびレーザーダイオードが挙げられ、好適な光センサ５０としては、フォトダイオード、フォトレジスタ、またはフォトトランジスタが挙げられ、事実上無制限の耐用年数および十分に安定な特性を有する。

【発明の概要】

【0006】

したがって、先行技術のプラズマ発生システムの欠点の少なくともいくつかを克服することが、本発明の主要な目的である。これは、一実施形態において、試料中の成分濃度を測定するためのシステムによって提供され、システムは、試料を含有するための容器と、容器中の試料を通して光を放出するように配置された第１の光源と、容器中の試料を通過した第１の光源からの光を受け取るように配置された第１の光センサと、容器中の試料を通して光を放出するように配置された第２の光源と、容器中の試料を通過した第２の光源からの光を受け取るように配置された第２の光センサと、第１の光センサおよび第２の光源・光センサと通信する制御回路であって、第１の光センサから光強度測定値を受け取り、受け取った光強度に基づいて第２の光源に光を放出させ、第２の光センサから光強度を受け取り、第１の光源から放出された光および第２の光センサで受け取られた光からの強度の差に基づいて吸着レベルを決定し、吸着レベルならびに第１の光源および光センサと第２の光源および光センサとの間を通った光の全光路長に基づいて試料中の成分濃度を計算するように構成される、制御回路とを備える。

【0007】

一実施形態では、システムは、１つ以上の追加の光源および光センサをさらに備え、制御回路は、各先行する光センサで測定された強度に基づいて各連続光源から光を放出し、最初の光源から放出された光および最後の光センサで受け取られた光からの強度の差に基づいて吸着レベルを決定し、吸着レベルならびに各光源および光センサの間を通った光の全光路長に基づいて試料中の成分濃度を計算するように構成される。

【0008】

別の実施形態では、第１または第２のセンサまたは光源の１つ以上は、容器内で試料と接触している。

【0009】

一実施形態では、容器は、１つ以上の透明部分を備え、第１または第２のセンサまたは光源の１つ以上は、１つ以上の透明部分を通して光を向けるかまたは受け取るように容器の外側に配置される。

【0010】

別の実施形態では、容器は、試料を容器に出入りさせる入口および出口を備える。

【0011】

一実施形態では、成分濃度は、ＮＯ_２の濃度である。

【0012】

別の実施形態では、第１の光源は、約３５０ｎｍ～約４００ｎｍの波長の光を放出する。

【0013】

一実施形態では、第１の光源は、１つ以上の発光ダイオードまたはレーザーダイオードを備える。

【0014】

別の実施形態では、第１の光センサは、１つ以上のフォトダイオード、フォトレジスタ、またはフォトトランジスタを備える。

【0015】

一実施形態では、第２の光源から放出される光は、受け取った光強度に等しい強度である。

【0016】

別の実施形態では、第２の光源から放出される光は、受け取った光強度より強い強度である。

【0017】

一実施形態では、第２の光源から放出される光は、受け取った光強度より弱い強度である。

【0018】

１つの独立した実施形態では、試料中の成分濃度を測定するための方法が提供され、方法は、第１の光源から第１の光センサに試料を通して光を通過させることと、第１の光センサで受け取られた光の第１の光強度を測定することと、第１の光強度で第２の光源から第２の光センサに試料を通して光を通過させることと、第２の光センサで受け取られた光の第２の光強度を測定することと、第１の光源から放出された光の強度および第２の光強度の差に基づいて吸着レベルを決定することと、吸着レベルならびに第１の光源および光センサと第２の光源および光センサとの間を通った光の全光路長に基づいて試料中の成分濃度を計算することとを含む。

【0019】

一実施形態では、方法は、１つ以上の先行する光センサの各々で測定された強度に基づいて、１つ以上の連続光源の各々から光を放出することと、最初の光源から放出された光および最後の光センサで受け取られた光からの強度の差に基づいて吸着レベルを決定することと、吸着レベルならびに各光源および光センサの間を通った光の全光路長に基づいて試料中の成分濃度を計算することとをさらに含む。

【0020】

別の実施形態では、第１または第２のセンサまたは光源の１つ以上は、容器内で試料と接触している。

【0021】

一実施形態では、試料は、１つ以上の透明部分を備える容器内にあり、第１または第２のセンサまたは光源の１つ以上は、１つ以上の透明部分を通して光を向けるかまたは受け取るように容器の外側に配置される。

【0022】

別の実施形態では、容器は、入口および出口を備え、方法は、入口および出口を通して試料を容器に出入りさせることをさらに含む。

【0023】

一実施形態では、成分濃度は、ＮＯ_２の濃度である。

【0024】

別の実施形態では、第１の光源は、約３５０ｎｍ～約４００ｎｍの波長の光を放出する。

【0025】

一実施形態では、第１の光源は、１つ以上の発光ダイオードまたはレーザーダイオードを備える。

【0026】

別の実施形態では、第１の光センサは、１つ以上のフォトダイオード、フォトレジスタ、またはフォトトランジスタを備える。

【0027】

一実施形態では、第２の光源から放出される光は、受け取った光強度に等しい強度である。

【0028】

別の実施形態では、第２の光源から放出される光は、受け取った光強度より強い強度である。

【0029】

一実施形態では、第２の光源から放出される光は、受け取った光強度より弱い強度である。

【0030】

本発明のさらなる特徴および利点は、以下の図面および説明から明らかになるであろう。

【0031】

別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。抵触する場合、定義を含む特許明細書が支配する。本明細書で使用される冠詞「１つの（ａ）」および「１つの（ａｎ）」は、文脈上明白に別のことを指示しない限り、「少なくとも１つの」または「１つ以上の」を意味する。本明細書で利用される「および／または」は、「および／または」によって連結されるリストの項目のいずれか１つまたは複数を意味する。例として、「ｘおよび／またはｙ」は、３つの要素のセット｛（ｘ），（ｙ），（ｘ，ｙ）｝のいずれかの要素を意味する。言い換えれば、「ｘおよび／またはｙ」は、「ｘ、ｙ、またはｘおよびｙの両方」を意味する。別の例として、「ｘ、ｙ、および／またはｚ」は、７つの要素のセット｛（ｘ），（ｙ），（ｚ），（ｘ，ｙ），（ｘ，ｚ），（ｙ，ｚ），（ｘ，ｙ，ｚ）｝のいずれかの要素を意味する。

【0032】

さらに、明示的に反対の記載がない限り、「または（ｏｒ）」は、包括的なｏｒを指し、排他的なｏｒを指さない。例えば、条件ＡまたはＢは、以下のいずれか１つによって満たされる：Ａが真であり（または存在し）かつＢが偽である（または存在しない）、Ａが偽であり（または存在せず）かつＢが真である（または存在する）、ならびにＡおよびＢの両方が真である（または存在する）。

【0033】

さらに、「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」の使用は、本発明概念の実施形態の要素および構成要素を記載するために用いられる。これは、単に便宜上、発明概念の大まかな理解を与えるために行われ、「１つの（ａ）」および「１つの（ａｎ）」は、１つまたは少なくとも１つを含むように意図され、単数形は、他を意味することが明らかでない限り複数形も含む。

【0034】

本明細書で使用される「約」という用語は、量、期間などの測定可能な値を指す場合、指定された値から±１０％、より好ましくは±５％、さらに好ましくは±１％、さらに好ましくは±０．１％の変動を包含するように意図され、そのような変動は、開示される装置および／または方法を行うのに適切であるようなものである。

【0035】

以下の実施形態およびその態様は、システム、ツール、および方法と関連して記載および説明され、それらは、例示的（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）および例示的（ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｖｅ）であるが、範囲を限定するものではないことを意図されている。様々な実施形態において、上記問題の１つ以上が低減または排除された一方で、他の実施形態は、他の利点または改善に向けられた。

【0036】

本発明をより良く理解し、同じことがどのようにして実行され得るのかを示すために、
次に、単なる例として添付の図面を参照し、図面全体を通して、同様の符号は対応するセクションまたは要素を指定する。

【0037】

ここで、図面を特に詳細に参照すると、示される詳細は、単なる例であり、本発明の好ましい実施形態を例示的に論じるためのものにすぎず、本発明の原理および概念的側面の最も有用かつ理解しやすい説明であると考えられるものを提供するために提示されることが強調される。この点で、本発明の基本的理解に必要なものより詳細に本発明の構造細部を示す試みは行われておらず、図面とともに見られる説明は、本発明のいくつかの形態が実際に具現化され得る方法を当業者に明らかにする。添付の図面は以下の通りである：

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】先行技術による、光－吸着ベースの濃度センサを示す。

【図2A-2B】先行技術による、ビーム光路長の増加のための平行ミラーを備える例示的センサを示す。

【図3】本開示のいくつかの実施形態による、ビーム光路長を電子的に増加させるための一連の連続した光センサおよび光源を使用する例示的光－吸着ベースのセンサを示す。

【図4】本開示のいくつかの実施形態による、測定および放出された光強度の間の比例関係を示す。

【図5】本開示のいくつかの実施形態による、測定および放出された光強度の間の比例より強い関係を示す。

【図6】本開示のいくつかの実施形態による、測定および放出された光強度の間の比例より弱い関係を示す。

【図7】本開示のいくつかの実施形態による、測定および放出される光を関連付けるための例示的回路を示す。

【発明を実施するための形態】

【0039】

少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その用途において、以下の説明に記載されるかまたは図面に示された構成要素の構成および配置の詳細に限定されないことを理解すべきである。本発明は、様々な方法で実施または実行される他の実施形態に適用可能である。また、本明細書で用いられる表現および専門用語は、説明を目的とし、限定と見なされるべきではないことを理解すべきである。

【0040】

図１のシステム１０などの光吸着システムでの１つの潜在的な欠点は、低濃度の測定にある。その欠点は、ガスを通過する光の光路長を伸ばすことによって対処され得る。光は多量の被験ガスを通過するため、吸着は、低濃度でも容易に測定可能な量に増加され得る。光路長の増加は、被験ガスを含有し、光が通過する光学キュベットのサイズを増加させることによって達成され得る。しかしながら、光学キュベットのサイズを増加させることは、パッケージングの問題をもたらし得る。光路長はまた、光学キュベットのサイズを増加させずに、ミラーを使用して被験ガスを通る光を複数回反射させることによって増加され得る（図２Ａ～２Ｂ参照）。

【0041】

図２Ａは、多重パス光学キュベットシステム１００の断面図を示し、図２Ｂは、キュベット１００の斜視図を示す。キュベットシステム１００は、互いに対向する１対のミラー１１０、任意選択でレーザーである光源１２０、レーザー調整システム１３０、ビーム入力チャネル１４０、ビーム出力チャネル１５０、シーリング１６０、および光センサ１７０を備える。レーザービーム１８０は、ビーム入力チャネル１４０から入り、ビーム出力チャネル１５０を介して出るまでミラー１１０間で複数回反射され、光センサ１７０によって測定される。ミラー１１０を使用して、低濃度に対する感度を何倍にも高めることが可能であるが、そのようなキュベットシステム１００の光路長および感度は、レーザービームの発散によって制限される。連続ビーム反射中の自然なビーム発散およびエラーの蓄積は、そのような装置で到達することができる最大光路長を制限する。

【0042】

本開示のシステムおよび方法は、光センサおよび光源ユニットからなる１つ以上の電子ミラーを提供することによってその欠点に対処する。各光センサは、連鎖内の先行する光源から光を受け取り、その強度を測定することができ、次いで、結合された光源からその測定された強度で光を再放出することができる。プロセスを、所望の光路長を達成するのに必要なだけ繰り返すことができ、累積吸着を、連鎖内の最初の光源から連鎖内の最後の光センサまでの全強度低下として測定することができる。

【0043】

光源および光センサの連鎖は、各連続光源が、先行する光センサで受け取られた光の強度に比例する強度、比例より強い強度、または比例より弱い強度で光を放出するように、電子回路を通して結合され得る。光センサおよび光源は、基本回路によって直接結合および制御され得るか、またはプロセッサおよびメモリを備え、光センサからの様々な強度測定値を受け取り、様々な光源からの比例発光を向けるように構成される演算システムと通信し得る。

【0044】

本開示の態様は、試料中の成分濃度を測定するためのシステムを含み得る。そのようなシステムは、試料を含有するための容器、容器中の試料を通して光を放出するように配置された第１の光源、容器中の試料を通過した第１の光源からの光を受け取るように配置された第１の光センサ、容器中の試料を通して光を放出するように配置された第２の光源、容器中の試料を通過した第２の光源からの光を受け取るように配置された第２の光センサ、ならびに第１の光センサおよび第２の光源・光センサと通信するプロセッサまたは制御回路を含み得る。プロセッサまたは制御回路は、第１の光センサから光強度測定値を受け取り、受け取った光強度に基づいて第２の光源に光を放出させ、第２の光センサから光強度を受け取り、第１の光源から放出された光および第２の光センサで受け取られた光からの強度の差に基づいて吸着レベルを決定し、吸着レベルならびに第１の光源および光センサと第２の光源および光センサとの間を通った光の全光路長に基づいて試料中の成分濃度を計算するように構成され得る。

【0045】

本明細書で使用される「制御回路」という用語は、任意の好適な回路を含み、プロセッサが挙げられるが、これに限定されない。

【0046】

ある実施形態では、システムは、１つ以上の追加の光源および光センサをさらに備え得、プロセッサは、各先行する光センサで測定された強度に基づいて各連続光源から光を放出し、最初の光源から放出された光および最後の光センサで受け取られた光からの強度の差に基づいて吸着レベルを決定し、吸着レベルならびに各光源および光センサの間を通った光の全光路長に基づいて試料中の成分濃度を計算するように構成される。

【0047】

第１または第２のセンサまたは光源の１つ以上は、容器内に試料と接触して配置され得る。ある実施形態では、容器は、１つ以上の透明部分を備え得、第１または第２のセンサまたは光源の１つ以上は、１つ以上の透明部分を通して光を向けるかまたは受け取るように容器の外側に配置される。容器は、試料を容器に出入りさせる入口および出口を含み得る。成分濃度は、二酸化窒素（ＮＯ_２）の濃度であり得る。第１の光源は、約３５０ｎｍ～約４００ｎｍの波長の光を放出し得る。

【0048】

様々な実施形態では、第１の光源は、１つ以上の発光ダイオードまたはレーザーダイオードを備え得る。第１の光センサは、１つ以上のフォトダイオード、フォトレジスタ、またはフォトトランジスタを備え得る。第２の光源から放出される光は、受け取った光強度に等しい強度、それより強い強度、またはそれより弱い強度であり得る。

【0049】

本開示の態様は、試料中の成分濃度を測定するための方法を含み得る。そのような方法は、第１の光源から第１の光センサに試料を通して光を通過させることと、第１の光センサで受け取られた光の第１の光強度を測定することと、第１の光強度で第２の光源から第２の光センサに試料を通して光を通過させることと、第２の光センサで受け取られた光の第２の光強度を測定することと、第１の光源から放出された光の強度および第２の光強度の差に基づいて吸着レベルを決定することと、吸着レベルならびに第１の光源および光センサと第２の光源および光センサとの間を通った光の全光路長に基づいて試料中の成分濃度を計算することとを含み得る。

【0050】

ある実施形態では、方法は、１つ以上の先行する光センサの各々で測定された強度に基づいて１つ以上の連続光源の各々から光を放出することと、最初の光源から放出された光および最後の光センサで受け取られた光からの強度の差に基づいて吸着レベルを決定することと、吸着レベルならびに各光源および光センサの間を通った光の全光路長に基づいて試料中の成分濃度を計算することとをさらに含み得る。

【0051】

本開示のシステムおよび方法は、光吸着による試料成分濃度の測定に関する。述べられたように、ある波長の光の吸着によるガス成分の直接的な光学測定は、医療分野および工業分野における多くのものを含む様々な用途のための簡便かつ信頼性のあるガス分析を提供する。そのような方法の主な利点は、吸着係数が基本的に一定であることによる、経時的な吸着の安定性であるが、そのような方法は、特に空間的制約が試料を通過するビーム光路長を制限する場合に、低濃度を検出するその能力を制限される。光路長を増加させるための（例えば、ミラーを使用した）物理的なビーム操作は、ビーム発散に関連する欠点に直面する。

【0052】

本開示のシステムおよび方法は、吸着を決定する強度の累積的低下を測定しながら、一連の接続された光センサおよび光源に頼って光を試料中に複数回通す（それにより、光路長を実質的に伸ばす）多重パスセンサ提供することによって、先の欠点に対処する。放出される光の波長は、標的ガス成分によって吸着されるものとして選択され得、光センサは、放出された光がガスを通過した後に、光強度を測定することができる。したがって、吸着および関連するガス成分濃度を決定することができる。光源は、容易に入手可能なＬＥＤまたはレーザーダイオードを含み得、光センサは、フォトダイオード、フォトレジスタ、またはフォトトランジスタから選択され得、それらのすべては、事実上無制限の寿命および安定な特性を有する。

【0053】

本開示の例示的システム２００を図３に示す。一連の電子的に結合された光センサ２１０および光源２２０は、試料が含有される容器２３０の両側に配置される。一実施形態では、各光センサ２１０は、フォトトランジスタ（ＰＴ）として実装される。別の実施形態では、各光源２２０は、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）として実装される。一連の透明窓２４０は、連続する光源２２０およびセンサ２１０の間で容器２３０に光を出入りさせる。一実施形態では、システム２００は、一対の透明窓２４０の間に各々配置される複数のキュベット２５０をさらに含み、一対の透明窓２４０は、容器２３０の対向する側に配置される。システム２００は、複数のキュベット２５０を含むように示されているが、これは、決して限定することを意図したものではなく、システム２００は、キュベット２５０なしで同様に動作することができる。（簡潔にするために示されていない）一実施形態では、容器２３０は、キュベットシステム１００および分析計１０に関連して上で記載されたように、入口および出口を備える。

【0054】

一実施形態では、各センサ２１０の出力が、それぞれの光源２２０の入力を制御する。一例では、各センサ２１０のエミッタは、それぞれのトランジスタ２６０のベースに結合され、それぞれのトランジスタ２６０のエミッタは、それぞれの光源２２０のアノードに結合される。一実施形態では、最後のセンサ２１０の出力は、レジスタ２７０を介してアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）の入力に結合される。

【0055】

本開示のシステムおよび方法は、ｐｐｂ範囲の濃度を有する試料成分を高速応答時間で測定するのに特に有用である。規則的な多重パスキュベット（例えば、図２Ａ～２Ｂに示されたようなミラーの実施形態）と同様に、光路長の増加が達成されるが、小さい容器内で何回も物理的に光ビームを折り返す代わりに、本開示のシステムおよび方法は、各別個のキュベットの開始部に設置されたＬＥＤによる光の連続再放出を使用することができる。

【0056】

いくつかの実施形態では、各光源２２０の光強度は、トランジスタもしくは他の電流増幅器を使用する電流増幅回路によって駆動される前のセンサ２１０またはキュベットの光強度に比例する。したがって、すべてのキュベット２５０は、小型のパッケージングをなお可能としながら必要なだけ長くすることができる連続キュベット２５０の量によって決定される任意の光路長を有する、１つのキュベットとして機能する。本開示のシステムおよび方法は、複雑で精密な光学的サービスおよび調整手順を必要としない。そのようなキュベット２５０は、（単純なルーチンクリーニングおよびメンテナンスを必要とする）規則的な光学キュベットとして働くが、事実上無制限の光路長を有する。

【0057】

ある実施形態では、各光源２２０の光強度は、前のセンサまたはキュベットの光強度に正比例しない場合があり、比例より強い関係を有し得る。関係は、例えば、図４に示すような、指数関数的な依存性、またはｘ軸の非ゼロ点から開始する直線的な依存性、または他の強い依存性であり得る。連続する光センサ２１０および光源２２０の間の関係は、単純な電子回路、またはプログラムされたアルゴリズムに従うコンピュータシステムによって支配され得る。比例より強い依存性の電流増幅は、感度の向上を可能とするが、測定される濃度の動的領域はより狭くなる。

【0058】

いくつかの実施形態では、各光源２２０の光強度は、前のキュベットまたはセンサの光強度に正比例しない場合があり、比例より弱い関係を有し得る。関係は、例えば、図５に示すような、曲線的な依存性（曲線２８０によって示される）、またはｘ軸の非ゼロ点から開始する直線的な依存性（直線２８１によって示される）、または他の弱い依存性であり得る。あるいは、各光源２２０の光強度は、図６に示すような、対数的な依存性（曲線２８２によって示される）、またはｙ軸の非ゼロ点から開始する直線的な依存性（直線２８３によって示される）などの、比例より強い関係を有し得る。

【0059】

関係は、例えば、図７に示すような、トランジスタまたは他の電流増幅器を使用する電流増幅回路によって支配され得る。具体的には、図７は、ツェナーダイオード３１０、レジスタ３２０、バイポーラ接合トランジスタ３３０、およびレジスタ３４０を備える増幅回路３００を示す。ツェナーダイオード３１０のアノードは、共通電位に結合され、ツェナーダイオード３１０のカソードは、レジスタ３２０の第１の端部に結合される。レジスタ３２０の第２の端部は、トランジスタ３３０のベースおよびフォトトランジスタ２１０のエミッタに結合される。トランジスタ３３０のコレクタは、ＬＥＤ ２２０のカソードに結合され、トランジスタ３３０のエミッタは、レジスタ３４０を介して共通電位に結合される。一実施形態では、レジスタ３２０は、調整可能レジスタであり、レジスタ３２０の制御端子は、ＰＤ ２１０のエミッタに結合される。したがって、依存性は、ツェナーダイオード３１０のツェナー電圧に応答する。具体的には、ツェナー電圧がトランジスタ３３０のベース－エミッタ電圧に等しいか、それより低いか、またはそれより高いかが、ＬＥＤ ２２０とＰＤ ２１０との間の依存性を決定することになる。

【0060】

比例より弱い依存性の電流増幅は、感度の低下を提供するが、測定される濃度の動的領域はより広くなる。様々な方針の例示的な感度および範囲を、以下の実施例で論じる。

【0061】

実施例：
実施例１：
空気中オゾン分析計
ガス流量：４～４０ｌ／時間
一連の正比例結合されたセンサおよび光源を使用する、８つの０．５ｍセクションからなる光路長４ｍの多重パス光学キュベット。
光源のＬＥＤ波長：２６５ｎｍ
測定範囲：１０ｐｐｂ～２ｐｐｍ

【0062】

実施例２：
空気中オゾン分析計
水流量：０．４～４ｌ／時間
一連の正比例結合されたセンサおよび光源を使用する、８つの０．５ｍセクションからなる光路長４ｍの多重パス光学キュベット。
ＬＥＤの波長：２６５ｎｍ
測定領域：１０ｐｐｂ～２ｐｐｍ

【0063】

実施例３：
空気中オゾン分析計
ガス流量：４～４０ｌ／時間
一連の比例より強く結合されたセンサおよび光源を使用する、８つの０．５ｍセクションからなる光路長４ｍの多重パス光学キュベット。
ＬＥＤの波長：２６５ｎｍ
測定領域：１ｐｐｂ～５０ｐｐｂ

【0064】

実施例４：
空気中オゾン分析計
ガス流量：４～４０ｌ／時間
一連の正比例より弱く結合されたセンサおよび光源を使用する、８つの０．５ｍセクションからなる光路長４ｍの多重パス光学キュベット。
ＬＥＤの波長：２６５ｎｍ
測定領域：２０ｐｐｂ～１００ｐｐｍ

【0065】

実施例＃５：
空気中二酸化窒素分析計
ガス流量：４～４０ｌ／時間
一連の正比例結合されたセンサおよび光源を使用する、８つの０．５ｍセクションからなる光路長４ｍの多重パス光学キュベット。
ＬＥＤの波長：４０５ｎｍ
測定領域：４０ｐｐｂ～８ｐｐｍ

【0066】

当業者が、本開示のシステムおよび方法に必要なように、またはもっとも良く適するように認識するとおり、本開示のシステムおよび方法は、１つ以上のプロセッサ（例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）など）、コンピュータ可読記憶装置（例えば、メインメモリ、スタティックメモリなど）、またはバスを介して互いに通信するそれらの組み合わせを含み得る、演算装置を含み得る。演算装置は、携帯機器（例えば、携帯電話）、パーソナルコンピュータ、およびサーバーコンピュータを含み得る。様々な実施形態では、演算装置は、ネットワークを介して互いに通信するように構成され得る。

【0067】

演算装置は、バルブおよびポンプの動作、ＮＯセンサからのセンサデータの処理、ならびにフィルタ関連センサを含む、本明細書に記載されたシステムを制御するのに使用され得る。

【0068】

プロセッサは、Ｉｎｔｅｌ（Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、ＣＡ）からＸＥＯＮ Ｅ７という商標で販売されているプロセッサ、またはＡＭＤ（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ、ＣＡ）からＯＰＴＥＲＯＮ ６２００という商標で販売されているプロセッサなどの、当該技術分野で知られている任意の好適なプロセッサを含み得る。

【0069】

メモリは、好ましくは、システムに本明細書に記載の機能を行わせるように実行可能な命令の１つ以上のセット（例えば、本明細書に見られるいずれかの方法論または機能を具現化するソフトウェア）、データ（例えば、メモリスタランドにエンコードされるデータ）、または両方を格納することができる、少なくとも１つの有形の非一時的媒体を含む。コンピュータ可読記憶装置は、例示的実施形態では、単一の媒体であり得るが、「コンピュータ可読記憶装置」という用語は、命令またはデータを格納する単一の媒体または複数の媒体（例えば、集中型もしくは分散型データベース、ならびに／または関連するキャッシュおよびサーバー）を含むように解釈されるべきである。「コンピュータ可読記憶装置」という用語は、したがって、非限定的に、固体メモリ（例えば、加入者識別モジュール（ＳＩＭ）カード、セキュアデジタルカード（ＳＤカード）、マイクロＳＤカード、またはソリッドステートドライブ（ＳＳＤ））、光学および磁気媒体、ハードドライブ、ディスクドライブ、および任意の他の有形記憶媒体を含むように解釈されるものとする。

【0070】

例えば、アマゾンウェブサービス、クラウドストレージ、別のサーバー、または他のコンピュータ可読ストレージなどの任意の好適なサービスを、保存のために使用することができる。クラウドストレージは、データが論理プールに保存され、物理ストレージが複数のサーバーおよび複数の場所に広がり得る、データ保存スキームを指し得る。ストレージは、ホスティング会社によって所有および管理され得る。好ましくは、ストレージは、必要に応じて記録を保存して、本明細書に記載の動作を実行および支持するために使用される。

【0071】

本開示による入力／出力装置は、ビデオ表示ユニット（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）もしくは陰極線管（ＣＲＴ）モニタ）、英数字入力装置（例えば、キーボード）、カーソル制御装置（例えば、マウスもしくはトラックパッド）、ディスクドライブユニット、信号生成装置（例えば、スピーカー）、タッチスクリーン、ボタン、加速度計、マイクロホン、セルラー方式無線周波数アンテナ、例えば、ネットワークインターフェースカード（ＮＩＣ）、Ｗｉ－Ｆｉカード、もしくはセルラー方式モデムであり得るネットワークインターフェース装置、またはそれらの任意の組み合わせの１つ以上を含み得る。入力／出力装置は、所望のＮＯ濃度レベルおよび流量を入力し、センサ読み取り値およびフィルタ交換の必要性に関してユーザに警告するために使用され得る。

【0072】

当業者なら、本開示の様々なシステムおよび方法のための本明細書に記載の操作性を可能にするために、任意の好適な開発環境またはプログラミング言語が採用され得ることを認識するであろう。例えば、本明細書のシステムおよび方法は、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｊａｖａ、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ、Ｒｕｂｙ ｏｎ Ｒａｉｌｓ、ＧｒｏｏｖｙおよびＧｒａｉｌｓ、または任意の他の好適なツールを使用して実装され得る。演算装置のために、ネイティブｘＣｏｄｅまたはＡｎｄｒｏｉｄ Ｊａｖａを使用することが好ましい場合がある。

【0073】

明確にするために別個の実施形態に関連して記載された本発明の特定の特徴が、単一の実施形態において組み合わせで提供されてもよいことが理解される。反対に、簡潔にするために単一の実施形態に関連して記載された本発明の様々な特徴が、別々に、または任意の好適なサブコンビネーションで提供されてもよい。

【0074】

別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載されたものに類似のまたは均等な方法を、本発明の実施または試験に使用することができるが、好適な方法が本明細書に記載されている。

【0075】

本明細書で言及されたすべての文献、特許出願、特許、および他の参考文献は、その全体が参照により組み込まれる。抵触する場合、定義を含む特許明細書が優先する。さらに、材料、方法、および実施例は、例に過ぎず、限定することを意図するものではない。

【0076】

本発明は、上で具体的に示され、説明されたものに限定されないことを、当業者なら理解するであろう。むしろ本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義され、上に記載された様々な特徴の組み合わせおよびサブコンビネーションの両方、ならびに前述の記載を読めば当業者は気付くであろうそれらの変形および修正を含む。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】