JP7202592B2 - SKIN GAS MEASURING DEVICE AND SKIN GAS MEASURING METHOD - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ誘起蛍光法により生体表面から発生する皮膚ガスの成分を測定する皮膚ガス測定装置及び皮膚ガス測定方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a skin gas measuring device and a skin gas measuring method for measuring components of skin gas generated from the surface of a living body by a laser-induced fluorescence method.
生体表面から発生する皮膚ガスには、種々の代謝過程で生じるガス成分が含まれており、近年、生体内代謝情報を反映するマーカーとしてガス成分を分析することが試みられている。 Skin gas generated from the surface of the living body contains gas components generated in various metabolic processes, and in recent years, attempts have been made to analyze gas components as markers that reflect in vivo metabolic information.
従来、ガス採取手段により皮膚表面から皮膚ガスを吸引して採取し、その後ガス分析装置に導入して測定する装置(例えば、特許文献1)や容器に皮膚ガスを貯留させ、容器に貯留された皮膚ガスを測定装置に導出する装置(例えば、特許文献2)などが提案されてきた。 Conventionally, skin gas is collected by sucking skin gas from the surface of the skin with a gas collecting means, and then introduced into a gas analyzer for measurement (for example, Patent Document 1). Apparatuses have been proposed that lead skin gases to a measuring apparatus (eg, Patent Document 2).
特に、ヒドロキシラジカル(OHラジカル)などの活性酸素種は、酸化ストレスの指標として注目されている。活性酸素種のような皮膚ガス中の測定対象となるガス成分は、極めて低濃度であり、上述のような方法では、高精度の測定を行うことはできない。実際に平地における環境大気のOHラジカルの濃度はpptレベルであり,日内変動を伴うことが知られている(非特許文献1、2)。ヒト皮膚から放出されるOHラジカルの濃度もそれとほぼ同レベルと考えられる(非特許文献3)。従って、通常の大気環境下では皮膚から放出されるOHラジカルの高精度な計測は難しい。更に、活性酸素種以外の皮膚ガスの高感度分析についても変動する環境中微量物質の影響を受けやすい。
In particular, reactive oxygen species such as hydroxyl radicals (OH radicals) have attracted attention as indicators of oxidative stress. The gas components to be measured in the skin gas, such as reactive oxygen species, have extremely low concentrations, and the above-described method cannot measure them with high accuracy. It is known that the concentration of OH radicals in the ambient air in the flatlands is actually at the ppt level and accompanies diurnal fluctuations (Non-Patent
高精度な分析技術として、レーザ誘起蛍光法を用いて皮膚ガスの測定対象の成分を測定する方法も提案されている(特許文献3)。レーザ誘起蛍光法は、測定対象である原子または分子状の化学種に対し、その励起準位に応じたレーザ光を照射することにより励起し、それにより生じる蛍光を測定することにより当該化学種の量を測定する方法であり、高感度かつ選択性の高い分析技術である。 As a high-precision analysis technique, a method of measuring a target component of skin gas using a laser-induced fluorescence method has also been proposed (Patent Document 3). In the laser-induced fluorescence method, an atomic or molecular chemical species to be measured is excited by irradiating it with a laser beam corresponding to its excitation level, and the resulting fluorescence is measured to identify the chemical species. It is a quantitative method and a highly sensitive and selective analytical technique.
しかし、上述の技術では、測定雰囲気及び測定温度による測定値の変動が大きく、安定した高精度の皮膚ガス成分(活性酸素種)の測定が困難であった。 However, with the above-described technique, measurement values fluctuate greatly depending on the measurement atmosphere and measurement temperature, making it difficult to stably and accurately measure skin gas components (reactive oxygen species).
そこで、本発明では、皮膚ガス成分、特に活性酸素種の測定を高精度で行うことができる皮膚ガス測定装置及び皮膚ガス測定方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a skin gas measuring device and a skin gas measuring method that can measure skin gas components, particularly reactive oxygen species, with high accuracy.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、レーザ誘起蛍光法により生体表面から発生する皮膚ガス中の活性酸素種を測定する皮膚ガス測定装置であって、測定対象者の皮膚を接触させ、皮膚ガスを放出させる測定室と、前記測定室内に雰囲気ガスを導入するガス供給手段と、前記測定室内のガスの温度を測定対象者の体温より高いあらかじめ設定された温度に制御するガス温度制御手段と、前記測定室に放出され雰囲気ガスと混合された皮膚ガスに、測定対象の皮膚ガス成分を励起するレーザ光を照射するレーザ照射手段と、皮膚ガスへのレーザ光照射により生じる蛍光を検出し、皮膚ガス成分の分子の個数を計測する蛍光測定手段と、を備え、 前記測定室は、開口部を有し、前記開口部を閉塞することにより外部と遮断され、前記測定室の内部の雰囲気を雰囲気ガスへの置換可能であり、前記開口部に測定対象者の皮膚を密着させて閉塞することにより前記測定室の内部に皮膚ガスを導入可能に構成されている、という技術的手段を用いる。ここで、本発明における「活性酸素種」とは、酸素の誘導体の総称であり、特に、ヒドロキシラジカル(OHラジカル)、スーパーオキサイド、過酸化水素、など、生体内で生成されるものをいう。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の皮膚ガス測定装置において、前記雰囲気ガスは純空気である、という技術的手段を用いる。 According to the second aspect of the invention, in the skin gas measuring device according to the first aspect, a technical means is used in which the atmospheric gas is pure air.
請求項3に記載の発明では、請求項1または請求項2に記載の皮膚ガス測定装置において、前記活性酸素種はヒドロキシラジカルである、という技術的手段を用いる。 According to the third aspect of the invention, in the skin gas measuring device according to the first or second aspect, a technical means is used in which the active oxygen species are hydroxyl radicals.
請求項4に記載の発明では、レーザ誘起蛍光法により皮膚表面から発生する皮膚ガス中の活性酸素種を測定する皮膚ガス測定方法であって、開口部を有し、前記開口部を閉塞することにより外部と遮断され、内部の雰囲気を雰囲気ガスへの置換可能であり、前記開口部に測定対象者の皮膚を密着させて閉塞することにより内部に皮膚ガスを導入可能に構成されている測定室に雰囲気ガスを導入する工程と、前記測定室内のガスの温度を測定対象者の体温より高いあらかじめ設定された温度に制御する工程と、前記開口部に測定対象者の皮膚を接触させ、皮膚ガスを放出させる工程と、前記測定室に放出され雰囲気ガスと混合された皮膚ガスに、測定対象の皮膚ガス成分を励起するレーザ光を照射する工程と、皮膚ガスへのレーザ光照射により生じる蛍光を検出し、皮膚ガス成分の分子の個数を計測する工程と、を備えた、という技術的手段を用いる。 According to a fourth aspect of the invention, there is provided a skin gas measuring method for measuring reactive oxygen species in skin gas generated from the skin surface by a laser-induced fluorescence method, the method comprising an opening and closing the opening. The opening is isolated from the outside, the atmosphere inside can be replaced with ambient gas, and the skin gas can be introduced inside by closing the opening with the skin of the person to be measured. introducing atmospheric gas into a measurement chamber in which the measuring object is placed; controlling the temperature of the gas in the measurement chamber to a preset temperature higher than the body temperature of the person to be measured; and bringing the skin of the person to be measured into contact with the opening. irradiating the skin gas discharged into the measurement chamber and mixed with the ambient gas with a laser beam that excites the skin gas component to be measured; and irradiating the skin gas with the laser beam. and counting the number of molecules of the skin gas component by detecting the fluorescence produced by.
本発明の皮膚ガス測定装置及び皮膚ガス測定方法によれば、測定雰囲気及び測定温度が測定精度に大きな影響を及ぼす因子を見出し、雰囲気ガスへの置換を行うとともに、雰囲気ガスの温度制御を行うことにより測定環境を厳密に制御してその影響を排除する構成を採用したので、皮膚ガスの測定を非侵襲で高精度で行うことができる。特に、酸化ストレスマーカーとして重要であるが測定が困難であったヒドロキシラジカルに代表される活性酸素種の測定に好適に用いることができる。 According to the skin gas measuring device and the skin gas measuring method of the present invention, the factor that the measurement atmosphere and the measurement temperature greatly affect the measurement accuracy is found, and the atmospheric gas is replaced and the temperature of the atmospheric gas is controlled. By adopting a configuration that strictly controls the measurement environment and eliminates its influence, skin gas can be measured noninvasively with high accuracy. In particular, it can be suitably used for measuring reactive oxygen species represented by hydroxyl radicals, which are important as oxidative stress markers but difficult to measure.
(皮膚ガス測定装置)
本発明の皮膚ガス測定装置について、図を参照して説明する。ここでは、ヒドロキシラジカルの測定が可能な装置構成を例に説明する。
(Skin gas measuring device)
The skin gas measuring device of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, an apparatus configuration capable of measuring hydroxyl radicals will be described as an example.
本発明の皮膚ガス測定装置は、レーザ誘起蛍光法(Laser Induced Fluorescence:以下、LIF法)を用いて皮膚ガスの測定対象の成分を測定する。 The skin gas measuring device of the present invention measures the measurement target component of skin gas using a laser induced fluorescence method (hereinafter referred to as LIF method).
LIF法は、測定対象である原子または分子状の化学種に対し、その励起準位に応じたレーザ光を照射することにより励起し、それにより生じる蛍光を測定することにより当該化学種の量を測定する方法である。 In the LIF method, an atomic or molecular chemical species to be measured is excited by irradiating it with a laser beam corresponding to its excitation level, and the amount of the chemical species is determined by measuring the resulting fluorescence. It is a method of measuring.
図1に示すように、皮膚ガス測定装置1は、レーザ照射手段10、測定室20、ガス供給手段30、ガス温度制御手段40、蛍光測定手段50を備えている。
As shown in FIG. 1, the skin
レーザ照射手段10は、測定室20内に導入される皮膚ガスに、測定対象である皮膚ガスの成分を励起するレーザ光を発生、照射するためのものであり、例えば、レーザ発振器11、倍波素子12(本実施形態では、ベータホウ酸バリウム結晶:BBO)及びバンドパスフィルタ13を備えた通常のLIF法で用いる構成を採用することができる。
The laser irradiation means 10 is for generating and irradiating the skin gas introduced into the
ここで、レーザ光の波長は測定対象の種類によって選択し、レーザ発振器11として、パルスレーザや連続発振レーザのレーザ発振器を用いることができる。また、波長可変レーザ光源を採用することもできる。
Here, the wavelength of the laser light can be selected according to the type of the object to be measured, and a laser oscillator such as a pulse laser or a continuous wave laser can be used as the
本実施形態では、レーザ発振器11は、半導体レーザ発振器であり、波長561nmの連続光を発振する。レーザ発振器11で発振したレーザ光は、倍波素子12により波長280.5nmの2倍波が生成され、バンドパスフィルタ13を介してヒドロキシラジカルを励起する波長280.5nmの励起光が選択的に測定室20内に導入される。
In this embodiment, the
レーザ光の強度が高過ぎると散乱光による迷光や多光子過程により不要な分子が生成しノイズを発生し、低過ぎると十分な信号強度が得られない。そこで、光量調整フィルタなどを用いて、レーザ光を好ましい強度に調整する。 If the intensity of the laser beam is too high, stray light due to scattered light and multiphoton processes generate unwanted molecules to generate noise, and if the intensity is too low, sufficient signal intensity cannot be obtained. Therefore, a light amount adjusting filter or the like is used to adjust the laser light to a preferable intensity.
測定室20は、内部に皮膚ガスを導入し、レーザ光を照射して、蛍光を測定するために構成されたチャンバである。
The
図2に示すように、測定室20は、内部に皮膚ガスが導入される、例えば、内径40mm、深さ60mm程度の円筒状に形成された空間を有する本体部21を備えている。以下、位置関係は図2に表示されている方向を基準として説明するが、これに限定されるものではない。
As shown in FIG. 2, the
本体部21の上方には、皮膚ガスを採集するための開口部22が設けられている。皮膚ガスを測定するときには、この開口部22に手のひらなどの皮膚表面を密着させて閉塞し、本体部21を密閉することが可能に構成されている。また、皮膚ガスを採集しないときに開口部22を閉塞する蓋体23が備えられている。
An opening 22 for collecting skin gas is provided above the
測定室20の側方には、本体部21内にレーザ光を導入するためのレーザ光導入窓24が設けられており、レーザ光導入窓24が設けられた側面と隣接した側面には、蛍光を検出するための蛍光検出窓25が設けられている。なお、レーザ光導入窓24と蛍光検出窓25との位置関係は、安定した蛍光測定が可能であれば任意である。
A laser
レーザ光導入窓24にはバンドパスフィルタ13が、蛍光検出窓25には後述するバンドパスフィルタ51が、それぞれの窓を覆って取り付けられている。
A band-
測定室20の側方には、本体部21内に雰囲気ガスを導入するための雰囲気ガス導入口26と、雰囲気ガスを排出するガス排出口27と、が設けられている。雰囲気ガス導入口26は、マスフローコントローラーを介して高圧ガスボンベなどのガス供給源から雰囲気ガスを供給するガス供給手段30に接続されており、本体部21は雰囲気ガスのガス流量を制御可能に構成されている。
At the side of the
本実施形態では、雰囲気ガス導入口26は本体部21の高さ方向で中央より上方に設けられ、ガス排出口27は、雰囲気ガス導入口26に対向して雰囲気ガス導入口26よりも下方に設けられている。これにより、雰囲気ガスと皮膚ガスとの混合を促進し、皮膚ガスと均一に混合された測定ガスを形成することができる。
In the present embodiment, the
本体部21の下方には、測定室20内のガスの温度を調整するガス温度制御手段40が設けられている。ガス温度制御手段40は、ヒータ41及び温度センサー42を備えており、図示しない制御器により測定室20内のガスの温度を所定の温度に制御する。ここで、ガス温度制御手段40は、雰囲気ガスの温度を設定温度の±0.1℃程度に制御可能な構成とすることが好ましい。本実施形態では、温度センサー42は本体部21に埋め込まれているが、測定室20内のガスの温度を直接測定する構成を採用することもできる。
A gas temperature control means 40 for adjusting the temperature of the gas in the
蛍光測定手段50は、測定成分に合わせた蛍光波長を選択するためのバンドパスフィルタ51、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電子増倍管52、光電子増倍管52からの信号を直接または増幅器を通し計数するフォトンカウンタ53及び計数されたカウント数に基づいて解析を行うパーソナルコンピュータなどの解析手段54(図1)を備えている。本実施形態では、光電子増倍管52及びフォトンカウンタ53を一体的に備えたフォトンカウンティングヘッドを用いた。バンドパスフィルタ51は波長308nmの蛍光を選択的に透過するものを用いた。フォトンカウンタ53は、十分に速い応答速度を有するもの、例えば、分解能が100~500MHz程度のものが好ましい。
The fluorescence measurement means 50 includes a
(皮膚ガス測定方法)
本発明の皮膚ガス測定方法について、ヒドロキシラジカルの測定方法を例に説明する。
(Skin gas measurement method)
The skin gas measuring method of the present invention will be described by taking a hydroxyl radical measuring method as an example.
皮膚ガス測定装置1を起動した後に、測定室20の開口部22を蓋体23により閉塞して外気が本体部21内に混入しないようにした状態で、ガス供給手段30を操作する。測定室20に所定の流量の雰囲気ガスを導入し、ガス温度制御手段40により雰囲気ガスが設定温度になるように制御する。そして、雰囲気ガスにより本体部21内の雰囲気が置換され、設定温度になるまで待機する。ここで、雰囲気ガスの流量は、皮膚ガスが本体部21内に滞留し、雰囲気ガス中に均一に混合する及び結露しない流量に設定することが好ましい。
After the skin
LIF法による測定自体はどのような雰囲気でも可能であるが、例えば、大気には1ppt程度のヒドロキシラジカルが存在し、日間変動も大きいので、測定時のバックグラウンドが大きく変動し、大きな誤差要因となる。雰囲気ガスの導入により、本体部21内の夾雑物が排出されると同時に、本体部21内の気体が均一な状態になるように撹拌される。これにより、測定時におけるバックグラウンドレベルが低下し、測定感度が向上する。
Although the measurement itself by the LIF method can be performed in any atmosphere, for example, there are about 1 ppt of hydroxyl radicals in the air, and the daily fluctuation is large, so the background at the time of measurement fluctuates greatly, which is a big error factor. Become. By introducing the ambient gas, contaminants in the
バックグラウンドレベルの低下および感度向上の目的のみなら、雰囲気ガスとして高純度の窒素やアルゴンなどの不活性ガスも用いることができるが、大気成分と異なる組成の気体に皮膚が晒されたときに皮膚ガスの放出状態が通常と異なる可能性があるため、より正確に生体内状況を把握するためには、純空気を使用することが好ましい。 Inert gases such as high-purity nitrogen and argon can be used as atmospheric gases only for the purpose of reducing background levels and improving sensitivity. It is preferable to use pure air in order to grasp the in vivo situation more accurately, because the gas release state may be different from usual.
ここで、純空気は、大気中に存在する微量成分が取り除かれた空気である。例えば、大陽日酸株式会社製圧縮空気Grade1などが相当する。
Here, pure air is air from which trace components present in the atmosphere have been removed. For example, it corresponds to Compressed
後述する実施例にも示すように、皮膚ガス測定において、測定雰囲気の温度は皮膚ガス放出量に影響を与え、測定対象成分のカウント数が測定室20内のガスの温度で大きく変動するため、測定室20内のガスの温度を厳密に制御することが必要である。測定室20内のガスの温度を厳密に制御することにより、測定の再現性及び精度を向上させることができる。また、測定室20内のガスの温度制御をしやすくし、発汗など皮膚ガスの放出を促すためには、体温より数℃高い温度に設定することが好ましい。更に、被測定者の皮膚へのストレスを低減するとともに、より正確に生体内状況を把握するためには、50℃以下に設定することが好ましく、例えば40℃に設定することが好ましい。また、雰囲気ガスの供給を停止すると、本体部21内で雰囲気ガスがこもり、温度、湿度を正確に制御することができなくなるので、すべての測定が終了するまで、雰囲気ガスは流し続ける。
As shown in the examples described later, in skin gas measurement, the temperature of the measurement atmosphere affects the amount of skin gas released, and the count number of the component to be measured varies greatly depending on the temperature of the gas in the
次に、レーザ照射手段10により、本体部21内に導入された純空気に波長280.5nmのレーザ光を照射し、蛍光測定手段50により波長308nmの蛍光のカウント数を計測する。このカウント数をバックグラウンドの測定値とする。
Next, the laser irradiation means 10 irradiates the pure air introduced into the
続いて、蓋体23を取り外し、図3に示すように開口部22に手のひらなどの皮膚表面を密着させて閉塞し、本体部21を密閉する。
Subsequently, the
続いて、レーザ照射手段10により、本体部21内で皮膚ガスと雰囲気ガスとが混合されて形成された測定ガスに波長280.5nmのレーザ光を照射し、蛍光測定手段50により波長308nmの蛍光のカウント数を計測する。このカウント数を皮膚ガスの測定値とする。
Subsequently, the laser irradiation means 10 irradiates the measurement gas formed by mixing the skin gas and the ambient gas in the
カウント数の計測は、カウント数の変動が落ち着いた安定した状態で行う。このとき、皮膚ガスは十分に放出され、雰囲気ガス中に混合されて均一な状態になり、雰囲気ガス温度が安定しているとともに、測定室20内の湿度も安定した状態となっている。
Measurement of the number of counts is performed in a stable state where fluctuations in the number of counts have settled down. At this time, the skin gas is sufficiently released and mixed with the ambient gas to be in a uniform state, so that the ambient gas temperature is stable and the humidity in the
カウント数の計測は、例えば、開口部22に皮膚表面を密着させて閉塞してから10分間の計測を行い、最終の3分間のデータを採用する、などの条件で行うことができる。
The number of counts can be measured under conditions such as, for example, measuring for 10 minutes after closing the
ここで、励起光と蛍光との波長が異なるよう構成したため、励起光の乱反射などの影響を受けずに測定することができる。また、励起光の照射と蛍光の測定のタイミングを切り替えるためにシャッターによる切り替えが必要がなく、装置構成を簡単にすることができる。 Here, since the wavelengths of the excitation light and the fluorescence are different, measurement can be performed without being affected by irregular reflection of the excitation light. In addition, there is no need to use a shutter to switch the timing of irradiation of excitation light and measurement of fluorescence, and the configuration of the device can be simplified.
また、連続光を用いているので、低エネルギーであり、皮膚に照射されても影響が少ない。なお、レーザ光導入窓24は手のひらを開口部22に押し付けて開口部22から内部に張り出した状態でもレーザが照射されない位置に設けられている。
In addition, since continuous light is used, the energy is low and there is little effect even if the skin is irradiated. The laser
そして、皮膚ガスの測定値とバックグラウンドの測定値との差を算出し、この算出値を皮膚ガスから放出された測定対象の皮膚ガス成分の測定値とする。 Then, the difference between the measured value of the skin gas and the measured value of the background is calculated, and this calculated value is used as the measured value of the target skin gas component released from the skin gas.
測定終了後は、再び開口部22を蓋体23により閉塞し、測定室20内を純空気で置換して次の測定に備える。
After the measurement is completed, the
測定対象の皮膚ガス成分としては、活性酸素種以外にも重要な知見が得られる成分がある。例えば、アセトンは糖尿病、脂質代謝の異常の検出などに有効と言われている。アセトンは波長280.5nmのレーザ光により励起可能で、波長435nmの蛍光を発し、皮膚ガス測定装置1及び皮膚ガス測定方法により測定可能である。本発明の皮膚ガス測定装置1及び皮膚ガス測定方法は、その他、一酸化炭素、一酸化窒素、アンモニアなど生体内状況を把握するために有効な皮膚ガス成分の測定にも適用することができる。
As skin gas components to be measured, there are components other than reactive oxygen species for which important findings can be obtained. For example, acetone is said to be effective in detecting diabetes, abnormalities in lipid metabolism, and the like. Acetone can be excited by laser light with a wavelength of 280.5 nm, emits fluorescence with a wavelength of 435 nm, and can be measured by the skin
(実施形態の効果)
本発明の皮膚ガス測定装置1及び皮膚ガス測定方法によれば、測定雰囲気及び測定温度が測定精度に大きな影響を及ぼす因子を見出し、雰囲気ガスへの置換を行うとともに、測定室20内のガスの温度制御を行うことにより測定環境を厳密に制御してその影響を排除する構成を採用したので、皮膚ガスの測定を非侵襲で高精度で行うことができる。特に、酸化ストレスマーカーとして重要であるが測定が困難であったヒドロキシラジカルに代表される活性酸素の測定に好適に用いることができる。
(Effect of Embodiment)
According to the skin
本発明の皮膚ガス測定装置及び皮膚ガス測定方法を用いて、手のひらから放出されるヒドロキシルラジカルの測定を行った。ヒドロキシルラジカルは、波長280.5nmの光で励起され、波長308nmの蛍光を発する。 Using the skin gas measuring device and skin gas measuring method of the present invention, hydroxyl radicals released from the palm were measured. Hydroxyl radicals are excited by light with a wavelength of 280.5 nm and emit fluorescence with a wavelength of 308 nm.
レーザ光は、波長561nm、出力75mWの連続発振レーザを用いた。発振されたレーザ光をベータホウ酸バリウム結晶を透過させて、波長280.5nmの2倍波を生成させた。更にペランブロッカプリズムを用いて成分波長に分解し、波長280.5nmのレーザ光のみを超広帯域誘多膜平面ミラーで反射させて測定室に導入した。測定室のレーザ光導入窓には、レーザ光のみを選択的に導入するとともに測定室を密閉状態にするために280nmのバンドパスフィルタを設置した。測定部内には、純空気(圧縮空気Grade1)をマスフローコントローラーにて100mL/minで導入した。また、測定室内はガス温度制御手段により40℃に制御した。測定室内で発せられる蛍光を検出するために、測定室に密着するように光電子増倍管(感度波長300nm~650nm)を設置した。光電子増倍管の受光面は、レーザ光の光軸と同じ高さになるように、光軸に対して受光面が平行になるように設置した。また、測定部と光電子増倍管の間には、レーザ光を検出しないように300nmの短波長カットフィルタを設置した。 A continuous wave laser with a wavelength of 561 nm and an output of 75 mW was used as the laser light. The oscillated laser light was transmitted through a beta-barium borate crystal to generate a double wave with a wavelength of 280.5 nm. Further, the light was decomposed into component wavelengths using a Perrin-Brocker prism, and only the laser light with a wavelength of 280.5 nm was reflected by an ultra-wideband dielectric multi-film flat mirror and introduced into the measurement chamber. A 280 nm band-pass filter was installed in the laser light introduction window of the measurement chamber to selectively introduce only the laser light and to seal the measurement chamber. Pure air (compressed air Grade 1) was introduced into the measuring section at 100 mL/min using a mass flow controller. The inside of the measurement chamber was controlled at 40° C. by the gas temperature control means. In order to detect fluorescence emitted in the measurement chamber, a photomultiplier tube (sensitivity wavelength: 300 nm to 650 nm) was placed in close contact with the measurement chamber. The light-receiving surface of the photomultiplier tube was installed so that the light-receiving surface was parallel to the optical axis so as to be at the same height as the optical axis of the laser beam. A short wavelength cut filter of 300 nm was installed between the measuring section and the photomultiplier tube so as not to detect laser light.
光電子増倍管からの信号はフォトンカウンタにて処理した。フォトンカウントは、1秒間隔で600回計測した。純空気及び測定ガスを測定する際には、10分間測定を行い、終了前3分間(7-10分)のフォトンカウント値の1秒あたりの平均値を測定値とした。 The signal from the photomultiplier tube was processed with a photon counter. The photon count was measured 600 times at 1 second intervals. When measuring the pure air and the measurement gas, the measurement was performed for 10 minutes, and the average photon count value per second for 3 minutes (7 to 10 minutes) before the end was used as the measurement value.
図3に被験者の手のひらから放出されるヒドロキシルラジカルを測定ガスの温度を37℃から40℃まで1℃刻みに変化させて測定した結果を示す。フォトンカウントは、皮膚ガス測定値からバックグラウンド測定値を減算した値を示す。温度の上昇とともに、フォトンカウント数は増大し、37℃と40℃とでは、約1.7倍の差が生じた。これにより、測定雰囲気の温度が測定値に大きな影響を及ぼすことが確認された。 FIG. 3 shows the results of measuring the hydroxyl radicals released from the palm of the subject while changing the temperature of the measurement gas from 37° C. to 40° C. in 1° C. increments. Photon counts represent skin gas measurements minus background measurements. The number of photon counts increased as the temperature increased, resulting in a difference of about 1.7 times between 37°C and 40°C. This confirms that the temperature of the measurement atmosphere has a great effect on the measured values.
図4にバックグラウンド測定値及び皮膚ガス測定値の再現性試験結果を示す。ここで、各点のフォトンカウントは、1分間の積算値を示す。雰囲気ガスの制御温度は40℃とし、バックグラウンド測定5分→皮膚ガス測定10分→バックグラウンド測定5分→皮膚ガス測定10分→バックグラウンド測定5分の順に繰り返し測定を行った。バックグラウンド測定値、皮膚ガス測定値ともに良好な再現性を示した。 FIG. 4 shows the reproducibility test results of background measurements and skin gas measurements. Here, the photon count at each point indicates an integrated value for one minute. The control temperature of the atmosphere gas was 40° C., and the measurements were repeated in the order of 5 minutes of background measurement→10 minutes of skin gas measurement→5 minutes of background measurement→10 minutes of skin gas measurement→5 minutes of background measurement. Good reproducibility was shown for both background and skin gas measurements.
本発明の皮膚ガス測定装置による実施例を、測定環境を制御していない従来の測定方法と比較した。結果を表1に示す。なお、従来の測定方法では、レーザ光源としてパルスレーザを用いており、励起波長及び測定波長ともに308nmに設定しているため、励起および蛍光の測定を切り替えるシャッターを有している。短時間のパルスレーザ照射によってヒドロキシルラジカルから蛍光が発せられるが、励起波長と測定波長とが一致しているため、その蛍光のうちシャッター切り替え後に検出されたものをLIFシグナルとしており、測定値のオーダーが異なっている。 An embodiment of the skin gas measurement device of the present invention was compared with a conventional measurement method in which the measurement environment was not controlled. Table 1 shows the results. In the conventional measurement method, a pulse laser is used as a laser light source, and both the excitation wavelength and the measurement wavelength are set to 308 nm, so a shutter is provided to switch between excitation and fluorescence measurement. Fluorescence is emitted from hydroxyl radicals by short-time pulsed laser irradiation, but since the excitation wavelength and the measurement wavelength match, the fluorescence detected after switching the shutter is regarded as the LIF signal, and the order of the measured value is is different.
ブランクの繰り返し測定におけるLIF測定値の相対標準偏差、ヒドロキシルラジカルの繰り返し測定におけるLIF測定値の相対標準偏差及びLIF信号とノイズ信号(ノイズ幅)との比率(S/N比)は、比較例に比べいずれも大幅に改善されており、測定精度及び感度が向上していることが確認できた。 The relative standard deviation of LIF measured values in repeated measurements of blanks, the relative standard deviation of LIF measured values in repeated measurements of hydroxyl radicals, and the ratio (S / N ratio) of the LIF signal and the noise signal (noise width) are shown in Comparative Examples. Both were significantly improved, and it was confirmed that the measurement accuracy and sensitivity were improved.
1…皮膚ガス測定装置
10…レーザ照射手段
11…レーザ発振器
12…倍波素子
13…バンドパスフィルタ
20…測定室
21…本体部
22…開口部
23…蓋体
24…レーザ光導入窓
25…蛍光検出窓
26…雰囲気ガス導入口
27…ガス排出口
30…ガス供給手段
40…ガス温度制御手段
41…ヒータ
42…温度センサー
50…蛍光測定手段
51…バンドパスフィルタ
52…光電子増倍管
53…フォトンカウンタ
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