医療用亜酸化窒素用ガスセンサおよび分解除去触媒システムの開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11559015
• Research Institution: KYUSHU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 山添 昇 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 教授 (40037817)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 寺岡 靖剛 長崎大学, 工学部, 教授 (70163904) ; 上村 裕一 鹿児島大学, 医学部, 教授 (30211189) ; 三浦 則雄 先端科学技術共同研究センター, 教授 (70128099) ; 国元 晃 (株)リケン, 研究開発部, 主任技師
• Keywords: 亜酸化窒素 / 麻酔がス / 温室効果ガス / 半導体ガスセンサ / 固体電解質ガスセンサ / 分解除去触媒 / 監視・除去システム / 医療用

Research Abstract

亜酸化窒素(N_2O)は温室効果ガスであるとともにオゾン層破壊物質でもある。しかしながら、手術室において使用されるN_2Oは、後処理されずに大気中に放出されている。本研究は、N_2Oセンサと分解除去触媒を要素技術とした「医療用亜酸化窒素監視・除去システム」の開発を目的とした。
1.N_2Oセンサの開発 半導体型センサでは、Srを添加したSnO_2が良好なN_2O応答特性を示すことを見出している。試料の作製条件について検討した結果、高温(900℃)で焼成したSnO_2が高いN_2O感度を示すこと、Sr添加量は0.5wt%程度が最も良好な応答特性を与えることを見出した。また、低濃度のN_2O検知の場合に共存水蒸気の妨害が顕著になることがわかった。また、適度な分解活性を有する材料が良好な検知特性を示すことがわかった。
混成電位型センサでは、SnO_2を電極に用いればN_2O応答が得られることから、第二成分添加による特性改善を試みた。その結果、Sm_2O_3を添加した素子が約1.5倍の感度を与えることを見出した。また、応答機構は混成電位モデルで説明できることを確認した。
2.N_2O分解除去触媒システムの開発 これまで、Pd/Al_2O_3が優れたN_2O分解活性を示すことを見出している。さらなる材料探索の結果、Rh/Al_2O_3がもっとも高いN_2O分解活性を示し、次いでPd/Al_2O_3、Rh/SiO_2、Ru/SiO_2の序列であることが明らかとなった。また、麻酔排ガス中に含まれる含フッ素エーテルの影響については、主に分解生成物(HF)によると考えられる触媒の劣化が避けられず、含フッ素エーテルやHFに対して安定な触媒の探索やそれらを触媒層の前段で除去するなどのシステムが必要であることがわかった。
3.医療現場におけるN_2O汚染の実態調査 手術室内N_2O濃度を測定した結果、余剰麻酔ガス排除装置が機能していない状態では、100ppm〜150ppmまで上昇し、患者・麻酔器の周辺濃度は500ppm以上にも達することがわかった。また、ガス排除装置が機能している状態でも、麻酔器からの漏れがあると、50〜100ppmまで上昇することが明かとなった。

Research Products

• [Publications] Y.Kanmura: "Causes of Nitrous Oxide Contamination in Operating Rooms"Anesthesiology. 90. 693-696 (1999)
• [Publications] E.Kanazawa: "Semiconductor Gas Sensor Using SrO-Modified SnO_2 for the Detection of N_2O in Air"Electrochemical and Solid-State Letters. 3(12). 572-574 (2000)
• [Publications] E.Kanazawa: "Metal Oxide Semiconductor N_2O Sensor for Medical Use"Sensors and Actuators B. (In press).
• [Publications] E.Kanazawa: "Mixed-potential Type N_2O Sensor Using Stabilized Zirconia and SnO_2-Based Sensing Electrode"Sensors and Actuators B. (In press).