JP2008107092A - Passive collector of gaseous specimen - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空気中のガス状被検物質、例えばガス状有害汚染物質を受動的に捕集する受動的捕集器に関する。 The present invention relates to a passive collector that passively collects gaseous analytes in the air, such as gaseous harmful pollutants.
近年、大気中または室内空気中のガス状有害汚染物質の捕集に、分子拡散を利用した受動的捕集器(パッシブ・サンプラー、拡散サンプラーなどとも呼ばれる)が広く用いられるようになってきた。受動的捕集器は、拡散層と吸収層を基本構成とし、拡散層を介して、被検空気および吸収層表面の間で、ガス状被検物質の濃度勾配を生じさせ、Fickの拡散法則に従って移動するガス状被検物質を定量的に捕集するものである。このような受動的捕集器は、動力を必要とせず、小型・軽量で容易に持ち運びが出来、簡単な操作で大気中または室内空気中のガス状有害汚染物質を捕集できるため、個人曝露濃度の測定や一般住宅の室内空気質測定などにも利用されている。 In recent years, passive collectors using molecular diffusion (also called passive samplers, diffusion samplers, etc.) have been widely used for collecting gaseous harmful pollutants in the atmosphere or indoor air. The passive collector is basically composed of a diffusion layer and an absorption layer, and generates a concentration gradient of a gaseous test substance between the test air and the absorption layer surface via the diffusion layer, and Fick's diffusion law. The gaseous test substance that moves according to the above is collected quantitatively. Such passive collectors do not require power, are small, light and easy to carry, and can collect gaseous hazardous pollutants in the atmosphere or indoor air with simple operation, so that It is also used for measuring concentration and measuring indoor air quality in ordinary houses.
吸収層の種類・形状は、ガス状被検物質の種類に応じて適宜選択される。従来、このような受動的捕集器において、ガス状被検物質として、大気中の酸性物質・塩基性物質を捕集する場合、安価であること、小型軽量であること、ガス状被検物質に応じた吸収層を作成するのが容易であること、吸収層が固体であるため取り扱い性に優れる等の理由から、適当な吸収剤を含浸したろ紙(以下、「吸収剤含浸ろ紙」と呼ぶ)が、吸収層として用いられてきた。例えば、二酸化窒素(NO2)、二酸化硫黄(SO2)、塩化水素(HCl)の捕集には、トリエタノールアミン含浸ろ紙、硫化水素(H2S)の捕集には、硝酸銀含浸ろ紙、ギ酸・酢酸などの有機酸の捕集には、水酸化カリウム水溶液含浸ろ紙、アンモニア(NH3)の捕集には、ホウ酸含浸ろ紙が吸収層として用いられている。ろ紙としては、一般にニトロセルロース製の定量用ろ紙、定性用ろ紙、クロマトグラフィー用ろ紙などが好適に使用されている。 The type and shape of the absorption layer are appropriately selected according to the type of the gaseous test substance. Conventionally, in such a passive collector, when collecting an acidic substance / basic substance in the atmosphere as a gaseous test substance, it is inexpensive, small and lightweight, a gaseous test substance Filter paper impregnated with an appropriate absorbent (hereinafter referred to as "absorbent-impregnated filter paper") because it is easy to prepare an absorbent layer according to the above, and because the absorbent layer is solid, it is easy to handle. ) Have been used as an absorbing layer. For example, for collecting nitrogen dioxide (NO 2 ), sulfur dioxide (SO 2 ), hydrogen chloride (HCl), triethanolamine-impregnated filter paper, for collecting hydrogen sulfide (H 2 S), silver nitrate-impregnated filter paper, For collecting organic acids such as formic acid and acetic acid, a potassium hydroxide aqueous solution impregnated filter paper is used as an absorbing layer, and for collecting ammonia (NH 3 ), boric acid impregnated filter paper is used as an absorbing layer. As the filter paper, generally, a nitrocellulose quantitative filter paper, a qualitative filter paper, a chromatographic filter paper, or the like is suitably used.
拡散層の形状は、吸収層の形状に応じて適宜選択される。吸収剤含浸ろ紙を吸収層とする場合、拡散層として、円筒を用いたPalmes tube(非特許文献1)が最もよく知られている。その他には、撥水性ろ紙(特許文献1)、樹脂膜(特許文献2)、樹脂製多孔栓(小川商会製オガワ・サンプラー、グリーンブルー社製HandySONOx)を用いた受動的捕集器が知られている。 The shape of the diffusion layer is appropriately selected according to the shape of the absorption layer. When an absorbent-impregnated filter paper is used as an absorbent layer, Palmes tube (Non-Patent Document 1) using a cylinder as the diffusion layer is best known. In addition, a passive collector using a water-repellent filter paper (Patent Document 1), a resin film (Patent Document 2), a resin porous plug (Ogawa Sampler manufactured by Ogawa Shokai, HandySONO x manufactured by Green Blue) is known. It has been.
しかしながら、拡散層として、円筒を用いたPalmes tubeを使用した場合、曝露環境における風速の影響を強く受け、円筒の開口端における渦流の発生により有効拡散長が減少し、ガス状被検物質が過剰に捕集される傾向にある。また捕集速度が遅いために、充分な感度で分析・定量するためには1週間から1ヶ月程度の長期間の曝露を必要とし、また、ガス状被検物質がNO2である場合、拡散層内において、オゾンと一酸化窒素との反応によって生じるNO2による正の誤差も無視できない。 However, when Palmes tube using a cylinder is used as the diffusion layer, it is strongly affected by the wind speed in the exposure environment, the effective diffusion length is reduced due to the generation of vortex flow at the open end of the cylinder, and the gaseous test substance is excessive. Tend to be collected. In addition, since the collection speed is slow, long-term exposure of about 1 week to 1 month is required for analysis and quantification with sufficient sensitivity, and when the gaseous test substance is NO 2 , diffusion is required. The positive error due to NO 2 caused by the reaction between ozone and nitric oxide in the layer cannot be ignored.
拡散層として、撥水性ろ紙を使用した場合、ガス状被検物質の通り道となる空隙が狭く、その結果、拡散過程において、撥水性ろ紙とガス状被検物質との相互作用が生じ、例えば、ガス状被検物質が高い親水性を有している場合、湿度変動による吸収量の誤差が発生する。 When water-repellent filter paper is used as the diffusion layer, the gap that becomes the path for the gaseous test substance is narrow, and as a result, in the diffusion process, the interaction between the water-repellent filter paper and the gaseous test substance occurs. When the gaseous test substance has high hydrophilicity, an error in absorption due to humidity fluctuations occurs.
拡散層として、樹脂膜を使用した場合、通常厚さが0.5mm以下のものが使用され、高い物質移動係数を示すため、捕集時間を大幅に短縮することができるが、拡散層の厚さが0.5mm以下と薄いため、曝露環境における風速の影響を受けやすい。また、拡散層として、樹脂製多孔栓を用いた場合も同様に、風速の影響を指数関数的に受ける。 When a resin film is used as the diffusion layer, one having a thickness of 0.5 mm or less is usually used, and since it exhibits a high mass transfer coefficient, the collection time can be greatly reduced. Since it is as thin as 0.5 mm or less, it is easily affected by the wind speed in the exposure environment. Similarly, when a resin porous plug is used as the diffusion layer, the influence of the wind speed is exponentially affected.
また、樹脂粒子を焼結又は溶結して得る多孔性材料により構成される容器若しくはフィルタに吸着剤が充填されたパッシブサンプリング用吸着装置が、特許文献3〜6に記載されており、特許文献7には、樹脂粒子を焼結又は溶結して作成・成形されたフィルタに吸着剤をコーティングしたパッシブサンプラーが記載されている。
Further,
しかしながら、特許文献3〜6に記載の装置は、吸収層として粒子状の吸着剤(活性炭、ゼオライト、アルミナ等)を用いるパッシブサンプリング用吸着装置であるため、多孔性材料からなる容器内で吸着剤が動くことにより、捕集量にバラツキが生じる。また、振動等により容器内の吸着剤が破損する場合があり、破損した吸着剤の断片が容器の空隙に詰まるおそれや、その反対に、破損した吸着剤の断片が容器の空隙を通過して、容器外に漏れるおそれがある。
また、特許文献7に記載のパッシブサンプラーは、フィルタに吸着剤をコーティングした構造であるため、拡散層として樹脂膜や樹脂製多孔栓を用いた場合と同様に、暴露環境における風速の影響を受けやすい。また、吸着したガス状被検物質の分析に手間がかかるし、吸着剤をコーティングしたフィルタは、通常再利用できず、使い捨てとなる。
However, since the devices described in
In addition, since the passive sampler described in Patent Document 7 has a structure in which an adsorbent is coated on a filter, the passive sampler is affected by the wind speed in the exposure environment as in the case of using a resin film or a resin porous plug as a diffusion layer. Cheap. Moreover, it takes time to analyze the adsorbed gaseous test substance, and the filter coated with the adsorbent is usually not reusable and is disposable.
本発明の課題は、上記した従来技術の問題点を解決するため、吸収剤含浸ろ紙をガス状被検物質の捕集体として用いることができ、ガス状被検物質の捕集量への風速による影響が少なく、かつ数時間から1日程度の曝露時間で分析に必要な捕集量を得ることができるガス状被検物質の受動的捕集器を提供することである。 In order to solve the above-described problems of the prior art, the problem of the present invention is that an absorbent-impregnated filter paper can be used as a collector of a gaseous test substance, and the air speed depends on the amount of the collected gaseous test substance. To provide a passive collector of a gaseous test substance that has little influence and can obtain a collection amount necessary for analysis in an exposure time of several hours to about one day.
上記課題を解決するために、本発明者らは、気体の分子拡散原理を利用した受動的捕集器について検討した結果、拡散体として、樹脂粒子を焼結または溶結することにより得られる、連続孔を有する平面状多孔質体を使用し、ガス状被検物質の捕集体として吸着剤含浸ろ紙を使用し、平面状多孔質体と、吸着剤含浸ろ紙とを積層固定することによって、ガス状被検物質の捕集量への風速の影響が少なく、かつ捕集速度が高い受動的捕集器が得られることを見出した。 In order to solve the above problems, the present inventors have studied a passive collector utilizing the molecular diffusion principle of gas, and as a diffuser, obtained by sintering or welding resin particles. By using a planar porous body having pores, using an adsorbent-impregnated filter paper as a collector for a gaseous test substance, and laminating and fixing the planar porous body and the adsorbent-impregnated filter paper, It has been found that a passive collector having a low trapping effect and a high trapping speed can be obtained.
すなわち、本発明は、支持体に、ガス状被検物質の捕集体と、気体分子が分子拡散の原理で通過する拡散体と、がこの順に積層固定されており、
前記捕集体が、前記ガス状被検物質の吸収剤を含浸させたろ紙であり、
前記拡散体が、樹脂粒子を焼結または溶結し、成形することにより得られる平面状多孔質体であり、
前記拡散体において、焼結または溶結した前記樹脂粒子の間隙が、連続孔として該拡散体の厚さ方向につながっていることを特徴とするガス状被検物質の受動的捕集器を提供する。
That is, in the present invention, a collector of a gaseous test substance and a diffuser through which gas molecules pass on the principle of molecular diffusion are laminated and fixed in this order on the support,
The collector is a filter paper impregnated with an absorbent of the gaseous test substance;
The diffuser is a planar porous body obtained by sintering or welding resin particles and molding,
In the diffuser, there is provided a passive collector for a gaseous test substance, wherein the gap between the sintered or welded resin particles is connected as a continuous hole in the thickness direction of the diffuser. .
本発明の受動的捕集器において、前記樹脂粒子が、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂およびポリエステルからなる群から選択される少なくとも1つの樹脂からなることが好ましい。 In the passive collector of the present invention, it is preferable that the resin particles are made of at least one resin selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, fluororesin and polyester.
本発明の受動的捕集器において、前記拡散体は、厚さが0.5〜2.0mmであり、前記連続孔の孔径が10〜100μmであり、および空孔率が20〜75%であることが好ましい。 In the passive collector of the present invention, the diffuser has a thickness of 0.5 to 2.0 mm, a pore diameter of the continuous hole of 10 to 100 μm, and a porosity of 20 to 75%. Preferably there is.
本発明の受動的捕集器において、前記支持体は、前記捕集体および前記拡散体を積層固定する部位の平面形状が、円形であることが好ましい。 In the passive collector of the present invention, it is preferable that the support has a circular planar shape at a portion where the collector and the diffuser are stacked and fixed.
本発明によれば、捕集量への風速による影響が少なく、かつ数時間から1日程度の曝露時間で分析に必要な捕集量を得ることができるガス状被検物質の受動的捕集器を提供することが可能となり、大気中または室内におけるガス状有害汚染物質のパッシブモニタリングに利用することができる。
本発明の受動的捕集器は、ガス状被検物質の捕集体として、吸収剤含浸ろ紙を使用するため、安価であること、小型軽量であること、ガス状被検物質に応じた捕集体を作成するのが容易であること、吸収剤含浸ろ紙のみを交換することで、速やかに別のガス状被検物質の捕集を行うことができる等の利点を有する。また、捕集されたガス状被検物質の分析に、従来から広く用いられている方法を変更することなく適用することができる。
According to the present invention, passive collection of a gaseous test substance that is less affected by the wind speed on the collection volume and can obtain a collection volume necessary for analysis within an exposure time of several hours to about a day. Can be provided and used for passive monitoring of gaseous hazardous pollutants in the atmosphere or indoors.
Since the passive collector of the present invention uses an absorbent-impregnated filter paper as a collector of a gaseous test substance, it is inexpensive, small and light, and a collector according to the gaseous test substance. It is easy to prepare the filter, and by exchanging only the absorbent-impregnated filter paper, it is possible to quickly collect another gaseous test substance. Moreover, it can apply to the analysis of the collected gaseous test substance, without changing the method widely used conventionally.
図1に、本発明の受動的捕集器の実施形態の一例を示す。図1(a)は、本発明の受動的捕集器の側面図であり、図面右側には、受動的捕集器を右側から見た端面図を示している。図1(b)は受動的捕集器の斜視図である。理解を容易にするため、受動的捕集器は、その構成要素が分解された状態で示されている。 FIG. 1 shows an example of an embodiment of the passive collector of the present invention. Fig.1 (a) is a side view of the passive collector of this invention, and the end view which looked at the passive collector from the right side is shown on the right side of the drawing. FIG.1 (b) is a perspective view of a passive collector. For ease of understanding, the passive collector is shown with its components disassembled.
図1(a)、(b)に示す受動的捕集器は、支持体1、ガス状被検物質の捕集体2、気体分子が分子拡散の原理で通過する拡散体3、および止め具4からなる。
支持体1は、円柱状である。捕集体2は、ガス状被検物質に応じて所望の吸収剤を含浸したろ紙(吸収剤含浸ろ紙)であり、平面形状が円形である。拡散体3は、詳しくは後述するが、樹脂粒子を焼結または溶結し、成形することにより得られる、連続孔を有する平面状多孔質体であり、その外形が円盤状である。止め具4は、両端が開口しており、略円筒形状である。なお、止め具4は、受動的捕集器の使用時、捕集体2および拡散体3を係止させて固定するため、支持体1から遠い側の開口部(図面右端の開口部)の径が、円筒の内径および左端の径に比べて小さくなっている(小径部位を有する)。
A passive collector shown in FIGS. 1A and 1B includes a
The
受動的捕集器の使用時、捕集体2および拡散体3は、この順番に積層した状態で、支持体1上、より具体的には、円柱状の支持体1の一方の端面に設置され、止め具4を用いて固定される。この状態で受動的捕集器を空気中に一定時間放置すると、大気中のガス状有害汚染物質のような、ガス状被検物質が、拡散体3の連続孔を分子拡散の原理で通過した後、捕集体2にて受動的に捕集される。
When the passive collector is used, the
本願の受動的捕集器の各構成要素について、より具体的に説明する。
支持体1は、捕集体2が、大気や室内空気のような被検空気と直接接触することがないように、捕集体2および拡散体3を、この順に積層固定できる限り、その形状は特に限定されず、例えば、筒状、柱状、盤状であってよい。但し、捕集体2として使用する吸着剤含浸ろ紙の平面形状が、通常円形であるため、ガス状被検物質の捕集ムラを最小限にするため、支持体1において、捕集体2および拡散体3を積層固定する部位(端面)の平面形状が円形であることが好ましい。したがって、図1(a),(b)に示す支持体1のように、捕集体2および拡散体3を積層固定する部位(端面)の平面形状が円形となる円柱状の支持体1であることが好ましい。但し、捕集体2および拡散体3を積層固定する部位(端面)の平面形状が円形であればよいことから、支持体として円盤状のものも使用できる。但し、取り扱い性の点から、支持体の形状は円柱状であることが好ましい。
Each component of the passive collector of this application is demonstrated more concretely.
The shape of the
支持体1の寸法は、特に限定されないが、捕集体2および拡散体3をこの順で積層固定可能な寸法であることが必要である。したがって、図1(a),(b)に示す支持体1の場合、円筒の直径が、捕集体2として使用する吸収剤含浸ろ紙の直径、および拡散体3として使用する円盤状の平面状多孔質体の直径と等しいか、これらの直径よりも大きくする必要がある。
支持体1の材質は、ガス状被検物質および捕集体2で使用する吸収剤に対して、著しい吸着性または反応性を有していなければ特に限定されないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂、ポリエステル、ABS樹脂、ガラス、石英またはステンレス鋼であることが好ましい。
Although the dimension of the
The material of the
捕集体2として使用するろ紙は、従来から捕集体として用いられているものを特に仕様変更することなく用いることができる。具体的には、一般にニトロセルロース製の定量用ろ紙、定性用ろ紙、クロマトグラフィー用ろ紙などが好適に使用されている。
The filter paper used as the collecting
ろ紙の直径は5mm〜100mmである。受動的捕集器は、小型・軽量であること、および取扱いが簡便であることがポンプを用いた動的捕集器(アクティブサンプラー)に対する利点の一つとなっており、ろ紙の直径が上記の範囲内であると、取り扱い性が良好であり、また、ガス状被検物質が分子拡散の原理で通過する際の抵抗が小さいので、短時間、例えば数時間単位の捕集で十分な量のガス状被検物質を捕集することができ、十分な分析感度が得られる。
ろ紙の直径は、望ましくは10mm〜47mmである。
The diameter of the filter paper is 5 mm to 100 mm. Passive collectors are one of the advantages over dynamic collectors (active samplers) that use pumps because of their small size, light weight, and easy handling, and the diameter of the filter paper is as described above. Within the range, the handleability is good, and the resistance when the gaseous test substance passes through the principle of molecular diffusion is small. Gaseous analytes can be collected, and sufficient analytical sensitivity can be obtained.
The diameter of the filter paper is desirably 10 mm to 47 mm.
捕集体として使用する吸収剤含浸ろ紙は、対象とするガス状被検物質に応じて適宜選択することができる。例えば、二酸化窒素(NO2)、二酸化硫黄(SO2)、塩化水素(HCl)の捕集には、トリエタノールアミン含浸ろ紙、硫化水素(H2S)、硫化カルボニル(COS)の捕集には、硝酸銀含浸ろ紙、ギ酸・酢酸などの有機酸の捕集には、水酸化カリウム含浸ろ紙、アンモニア(NH3)の捕集には、ホウ酸含浸ろ紙、オゾンの捕集には、ヨウ化カリウム含浸ろ紙、アルデヒド・ケトン類の捕集には、2,4−ジニトロフェニルヒドラジン含浸ろ紙、一酸化窒素(NO)の捕集には、2−フェニル−4,4,5,5−テトラメチルイミダゾリン−3−オキサイド−1−オキシル(PTIO)・トリエタノールアミン含浸ろ紙を用いることができる。 The absorbent-impregnated filter paper used as the collector can be appropriately selected according to the target gaseous test substance. For example, to collect nitrogen dioxide (NO 2 ), sulfur dioxide (SO 2 ), and hydrogen chloride (HCl), to collect triethanolamine-impregnated filter paper, hydrogen sulfide (H 2 S), and carbonyl sulfide (COS). Is a silver nitrate impregnated filter paper, potassium hydroxide impregnated filter paper for collecting organic acids such as formic acid / acetic acid, boric acid impregnated filter paper for collecting ammonia (NH 3 ), and iodine for collecting ozone. For collecting potassium impregnated filter paper, aldehydes and ketones, 2,4-dinitrophenylhydrazine impregnated filter paper, and collecting nitric oxide (NO), 2-phenyl-4,4,5,5-tetramethyl An imidazoline-3-oxide-1-oxyl (PTIO) -triethanolamine-impregnated filter paper can be used.
拡散体3としては、樹脂粒子を焼結または溶結し、成形することにより得られる、連続孔を有する平面状多孔質体を用いる。平面状多孔質体において、焼結または溶結した樹脂粒子の間隙が連続孔として、平面状多孔質体の厚さ方向につながっている。受動的捕集器の使用時、ガス状被検物質が分子拡散の原理により連続孔を通過し、捕集体に到達する。
樹脂粒子としては、ガス状被検物質との相互作用が少ないものが好ましく、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂およびポリエステルからなる群から選択される少なくとも1つの樹脂からなることが好ましい。
As the diffusing
As the resin particles, those having little interaction with the gaseous test substance are preferable, and the resin particles are preferably made of at least one resin selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, fluororesin and polyester.
平面状多孔質体は、例えば、樹脂粒子を金型に均一に充填し、その金型を100〜250℃に加熱し、5〜20分間程度保温し、樹脂粒子を焼結又は溶結させ、冷却することによって製造することができる。加熱温度は、樹脂粒子の材質により好ましい温度が異なり、樹脂粒子にポリスチレンを使用する場合は80〜120℃程度、樹脂粒子にポリエチレンを使用する場合は140〜180℃程度、樹脂粒子にポリプロピレンを使用する場合は170〜210℃程度、樹脂粒子にフッ素樹脂を使用する場合は180〜250℃程度であることが好ましい。冷却方法としては、例えば、自然冷却、冷却ファンによる冷却等が挙げられる。 For example, the planar porous body is uniformly filled with resin particles in a mold, the mold is heated to 100 to 250 ° C., kept warm for about 5 to 20 minutes, and the resin particles are sintered or welded and cooled. Can be manufactured. The preferred heating temperature varies depending on the material of the resin particles. When polystyrene is used for the resin particles, about 80 to 120 ° C., when polyethylene is used for the resin particles, about 140 to 180 ° C., and polypropylene is used for the resin particles. When using it, it is preferable that it is about 170-210 degreeC, and when using a fluororesin for a resin particle, it is preferable about 180-250 degreeC. Examples of the cooling method include natural cooling and cooling with a cooling fan.
平面状多孔質体の厚さは、0.5〜2.0mmであることが好ましい。平面状多孔質体の厚さが上記の範囲内であると、風速の影響を受けずにガス状被検物質を十分に捕集することができ、また、ガス状被検物質が分子拡散の原理で通過する際の抵抗が小さいので、短時間、例えば数時間単位の捕集で十分な量のガス状被検物質を捕集することができ、十分な分析感度が得られる。
平面状多孔質体の厚さは、望ましくは0.75〜1.5mmである。
The thickness of the planar porous body is preferably 0.5 to 2.0 mm. When the thickness of the planar porous body is within the above range, the gaseous test substance can be sufficiently collected without being affected by the wind speed, and the gaseous test substance is not diffused by molecules. Since the resistance when passing in principle is small, a sufficient amount of a gaseous test substance can be collected in a short time, for example, in units of several hours, and sufficient analytical sensitivity can be obtained.
The thickness of the planar porous body is desirably 0.75 to 1.5 mm.
また、平面状多孔質体において、連続孔の平均孔径は、10〜100μmであることが好ましい。連続孔の平均孔径が上記の範囲内であると、風速の影響を受けずにガス状被検物質を十分に捕集することができ、また、ガス状被検物質が分子拡散の原理で通過する際の抵抗が小さいので、短時間、例えば数時間単位の捕集で十分な量のガス状被検物質を捕集することができ、十分な分析感度が得られる。
連続孔の平均孔径は、望ましくは20〜80μmである。
Moreover, in a planar porous body, it is preferable that the average hole diameter of a continuous hole is 10-100 micrometers. When the average pore diameter of the continuous holes is within the above range, the gaseous test substance can be sufficiently collected without being affected by the wind speed, and the gaseous test substance passes on the principle of molecular diffusion. Therefore, a sufficient amount of a gaseous test substance can be collected in a short time, for example, in units of several hours, and sufficient analysis sensitivity can be obtained.
The average pore diameter of the continuous pores is desirably 20 to 80 μm.
また、平面状多孔質体の空孔率は、20〜75%であることが好ましい。平面状多孔質体の空孔率が上記の範囲内であると、風速の影響を受けずにガス状被検物質を十分に捕集することができ、また、ガス状被検物質が分子拡散の原理で通過する際の抵抗が小さいので、短時間、例えば数時間単位の捕集で十分な量のガス状被検物質を捕集することができ、十分な分析感度が得られる。
平面状多孔質体の空孔率は、望ましくは50〜70%である。
Moreover, it is preferable that the porosity of a planar porous body is 20 to 75%. When the porosity of the planar porous material is within the above range, the gaseous test substance can be sufficiently collected without being affected by the wind speed, and the gaseous test substance can be molecularly diffused. Therefore, a sufficient amount of gaseous test substance can be collected in a short time, for example, in units of several hours, and sufficient analysis sensitivity can be obtained.
The porosity of the planar porous body is desirably 50 to 70%.
受動的捕集器において、ガス状被検物質が拡散体を通過せず、直接捕集体に到達することがないように、捕集体および拡散体の寸法を設定する必要がある。このため、図1(a),(b)において、円盤状の拡散体3の直径は、捕集体2の直径と等しいか、捕集体2の直径よりも大きくする必要がある。
In the passive collector, it is necessary to set the dimensions of the collector and the diffuser so that the gaseous test substance does not pass through the diffuser and does not reach the collector directly. For this reason, in FIGS. 1A and 1B, the diameter of the disc-shaped
止め具4の材質は、ガス状被検物質および捕集体2で使用する吸収剤に対して、著しい吸着性または反応性を有していなければ特に限定されないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂、ポリエステル、ABS樹脂、ガラス、石英またはステンレス鋼であることが好ましい。
なお、図1(a),(b)に示す止め具4の場合、その内径および図面左端の開口部の径が、捕集体2として使用する吸収剤含浸ろ紙の直径、および拡散体3として使用する円盤状の平面状多孔質体の直径と等しいか、これらの直径よりも大きくする必要がある。一方、図面右端の開口部の径は、これらの直径よりも小さくする必要がある。
止め具は、受動的捕集器を使用しない場合、該止め具の開口部を閉じておくために蓋を有していてもよい。
なお、本発明の受動的捕集器において、止め具は必須の構成ではなく、別の手段または方法で、支持体に対して、捕集体および拡散体をこの順に積層固定できる場合、止め具を使用しなくてもよい。
また、止め具を使用する場合も、捕集体および拡散体を係止させて固定するための構造は、図1(a),(b)に示す止め具4のような小径部位に限定されず、例えば、図面右端の開口部に、捕集体および拡散体を係止させて固定するための爪状の構造を設けたのでもよい。
The material of the
In the case of the
The stop may have a lid to keep the opening of the stop closed when no passive collector is used.
In the passive collector of the present invention, the stopper is not an essential component. If the collector and the diffuser can be laminated and fixed in this order to the support by another means or method, the stopper is attached. It is not necessary to use it.
In addition, when using a stopper, the structure for locking and fixing the collector and the diffuser is not limited to a small-diameter part such as the
本発明の受動体捕集器では、支持体に対して、捕集体および拡散体がこの順に積層固定されているため、特許文献3〜6に記載のパッシブサンプリング用吸着装置のように、容器内で吸収体が動くことにより、捕集量のバラツキが生じ、測定精度が低下するおそれがない。なお、特許文献3〜6に記載のパッシブサンプリング用吸着装置において、粒子状の吸着剤の代わりに、吸収剤含浸ろ紙を使用した場合、多孔質材料からなる容器に吸収剤含浸ろ紙が固定されていないため、容器内で吸収剤含浸ろ紙が移動することによって、容器と吸収剤含浸ろ紙との間に隙間が生じること、容器内の形状と吸収剤含浸ろ紙の形状とが一致しない等の原因で、捕集量にバラツキが生じ、測定精度が低下するおそれがある。
In the passive body collector of the present invention, since the collector and the diffuser are laminated and fixed in this order with respect to the support body, like the passive sampling adsorption device described in
本発明の受動的捕集器の使用手順は以下の通りである。
ガス状被検物質の測定を行う環境に受動的捕集器を設置し、受動的捕集器を該環境の空気に一定時間暴露する。その後、受動的捕集器から捕集体である吸収体含浸ろ紙を取り出し、ガス状被検物質を脱離溶出した後、液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー−質量分析計、イオンクロマトグラフィ、吸光光度分析、蛍光光度分析等によってガス状被検物質の同定定量が行う。
The procedure for using the passive collector of the present invention is as follows.
A passive collector is installed in an environment in which a gaseous test substance is measured, and the passive collector is exposed to air in the environment for a certain period of time. Thereafter, the absorbent-impregnated filter paper as a collector is taken out from the passive collector and the gaseous test substance is desorbed and eluted, followed by liquid chromatography, gas chromatography, gas chromatography-mass spectrometer, ion chromatography, Identification and quantification of a gaseous test substance is performed by spectrophotometric analysis, fluorescent photometric analysis, or the like.
本発明の受動的捕集器は、ガス状被検物質に応じて、捕集体として使用する吸収剤含浸ろ紙を適宜選択することに、様々なガス状被検物質を捕集することができる。ガス状被検物質としては、例えば、大気中のガス状有害汚染物質として知られる酸性物質または塩基性物質が挙げられ、具体的には、一酸化窒素(NO)、二酸化窒素(NO2)、二酸化硫黄(SO2)、硫化水素(H2S)、硫化カルボニル(COS)、塩化水素(HCl)、アンモニア(NH3)、ギ酸・酢酸のような有機酸が挙げられる。また、上記以外のガス状被検物質として、オゾンや、アルデヒド・ケトン類も挙げられる。
本発明の受動的捕集器では、上記手順で対象とするガス状被検物質を捕集した後、捕集体として使用する吸収剤含浸ろ紙を取り出し、別の吸収剤含浸ろ紙に交換することで、速やかに別のガス状被検物質の捕集を行うことができる。
なお、図1(a),(b)では、円柱状の支持体1の一方の端面に捕集体2および拡散体3を積層固定しているのが、円柱状の支持体の両端面に捕集体および拡散体を積層固定してもよい。この際、両端面に固定する捕集体として、互いに異なる吸収剤含浸ろ紙を使用すれば、異なるガス状被検物質を同時に捕集することができる。
The passive collector of the present invention can collect various gaseous test substances by appropriately selecting an absorbent-impregnated filter paper to be used as a collector according to the gaseous test substance. Examples of gaseous test substances include acidic substances or basic substances known as gaseous harmful pollutants in the atmosphere. Specifically, nitric oxide (NO), nitrogen dioxide (NO 2 ), Organic acids such as sulfur dioxide (SO 2 ), hydrogen sulfide (H 2 S), carbonyl sulfide (COS), hydrogen chloride (HCl), ammonia (NH 3 ), formic acid and acetic acid can be mentioned. Further, ozone and aldehydes / ketones are also included as gaseous test substances other than those described above.
In the passive collector of the present invention, after collecting the target gaseous test substance in the above procedure, the absorbent-impregnated filter paper used as the collector is taken out and replaced with another absorbent-impregnated filter paper. It is possible to quickly collect another gaseous test substance.
In FIGS. 1 (a) and 1 (b), the
以下、参考例および実施例にて説明する。
[参考例]
本発明の受動的捕集器で拡散体として使用する平面状多孔質体を以下の手順で作成した。ポリエチレン樹脂粒子(粒径25μm)を溶結し、成形することにより、厚さが異なる2種類の平面状多孔質体(厚さ0.75mm、1mm)を作成した。平面状多孔質体は、直径13mmの円盤状であり、溶結したポリエチレン樹脂粒子の間隙が連続孔として平面状多孔質体の厚さ方向につながっている。平面状多孔質体は、連続孔の平均孔径および空孔率がそれぞれ以下の通りである。
図2の横軸はガラス管近傍での風速を示しており、縦軸は各風速における重量変化M(g/h)を無風時の重量変化Mo(g/h)で除した値を示している。図2から明らかなように、Palmes tubeの拡散部、オガワ・サンプラーの多孔栓を用いた場合、重量変化が風速によって著しく変化した。これらを拡散体として使用した場合、ガス状被検物質の捕集量が風速による影響を受けやすいことを示している。一方、本発明の受動的捕集器で拡散体として使用する平面状多孔質体では風速2m/s付近でも有意な風速の影響は見られなかった。ここから、本発明の受動的捕集器の場合、ガス状被検物質の捕集量が風速による影響を受けにくいことがわかった。
Hereinafter, reference examples and examples will be described.
[Reference example]
A planar porous body used as a diffuser in the passive collector of the present invention was prepared by the following procedure. Two types of planar porous bodies (thickness 0.75 mm, 1 mm) having different thicknesses were prepared by welding and molding polyethylene resin particles (particle diameter 25 μm). The planar porous body has a disk shape with a diameter of 13 mm, and the gap between the welded polyethylene resin particles is connected as a continuous hole in the thickness direction of the planar porous body. The planar porous body has the following average pore diameter and porosity of the continuous pores.
The horizontal axis of FIG. 2 shows the wind speed in the vicinity of the glass tube, and the vertical axis shows the value obtained by dividing the weight change M (g / h) at each wind speed by the weight change Mo (g / h) when there is no wind. Yes. As is clear from FIG. 2, when the Palmes tube diffusion part and the Ogawa sampler perforated plug were used, the weight change significantly changed depending on the wind speed. When these are used as a diffuser, the trapped amount of the gaseous test substance is easily affected by the wind speed. On the other hand, in the porous porous body used as a diffuser in the passive collector of the present invention, no significant influence of the wind speed was observed even in the vicinity of the wind speed of 2 m / s. From this, it was found that in the case of the passive collector of the present invention, the trapped amount of the gaseous test substance is hardly affected by the wind speed.
[実施例1]
ニトロセルロース製ろ紙(Whatman#1,13mmφ)を10%トリエタノールアミン/アセトン溶液に浸漬して引き上げ、フッ素樹脂製メッシュ上に30分間乾燥して捕集体を調製した。直径13mm長さ40mmの円柱状の支持体(ガラス製)の一方の端面に、この捕集体と、上記手順で作成した平面状多孔質体(厚さ0.75mm)とを、この順で積層させた状態で設置し、略円筒形状をした止め具を用いて固定し、図1(a),(b)に示す受動的捕集器を作成した(以下、「#0.75サンプラー」と呼ぶ)。この受動的捕集器をイギリス国・オックスフォード市内2箇所(High Street,Carfax)、および日本国・神奈川県内2箇所(秦野、伊勢原)においてNO2濃度自動測定機の試料採取口近傍に設置し、24時間空気中に曝露した(測定期間:オックスフォード市内:2004年9月11−19日、神奈川県内:2004年11月10−18日)。曝露後、受動的捕集器から捕集体を取り出し、捕集されたNO2をスルファニルアミド/NEDA法により分析した。図3に結果を示す。図3の横軸は自動測定機によって測定された大気中NO2濃度の24時間平均値を示しており、縦軸は受動的捕集器によって採取されたNO2捕集量を示している。両者には良好な直線関係が認められ、NO2濃度C(ppm)とNO2捕集量W(μg)の間には、捕集時間をt(h)とするとき、(1)式の関係が導かれた。
C=W/(1.3×t) …(1)
また、この係数α=1.3(μg/ppm/h)から、#0.75サンプラーでの、NO2捕集速度Sを(2)式から求めることができる。
ここでMWはNO2の分子量、Tは温度(℃)である。
(2)式によれば、25℃における捕集速度は12(ml/min)である。
[Example 1]
Nitrocellulose filter paper (
C = W / (1.3 × t) (1)
Further, from this coefficient α = 1.3 (μg / ppm / h), the NO 2 collection speed S in the # 0.75 sampler can be obtained from the equation (2).
Here, MW is the molecular weight of NO 2 , and T is the temperature (° C.).
According to equation (2), the collection rate at 25 ° C. is 12 (ml / min).
[実施例2]
ニトロセルロース製ろ紙(Whatman#1,13mmφ)を10%トリエタノールアミン/アセトン溶液に浸漬して引き上げ、フッ素樹脂製メッシュ上に30分間乾燥して捕集体を調製した。直径13mm長さ40mmの円柱状の支持体(ガラス製)の一方の端面に、この捕集体と、上記手順で作成した平面状多孔質体(厚さ1.0mm)とを、積層させた状態で設置し、略円筒形状をした止め具を用いて固定し、図1(a),(b)に示す受動的捕集器を作成した(以下、「#1.0サンプラー」と呼ぶ。)。この受動的捕集器をイギリス国・オックスフォード市内2箇所(High Street,Carfax)および日本国・神奈川県内2箇所(秦野、伊勢原)においてNO2濃度自動測定機の試料採取口近傍に設置し、24時間空気中に曝露した(測定期間:オックスフォード市内:2004年9月11−19日、神奈川県内:2004年11月10−18日)。曝露後、受動的捕集器から捕集体を取り出し、捕集されたNO2をスルファニルアミド/NEDA法により分析した。図4に結果を示す。横軸は自動測定機によって測定された大気中NO2濃度の24時間平均値、縦軸は受動的捕集器によって採取されたNO2捕集量である。両者には良好な直線関係が認められ、NO2濃度C(ppm)とNO2捕集量W(μg)の間には、捕集時間をt(h)とするとき、(3)式の関係が導かれた。
C=W/(1.2×t) …(3)
また、この係数α=1.2(μg/ppm/h)から、#1.0サンプラーのNO2に対する捕集速度Sを(2)式から求めることができる。25℃における捕集速度は11(ml/min)となった。
[Example 2]
Nitrocellulose filter paper (
C = W / (1.2 × t) (3)
Further, from this coefficient α = 1.2 (μg / ppm / h), the collection speed S for NO 2 of the # 1.0 sampler can be obtained from the equation (2). The collection rate at 25 ° C. was 11 (ml / min).
[実施例3]
実施例1、2と同様の手順で、#0.75サンプラー、および#1.0サンプラーを作成した。これらの受動的捕集器を日本国・神奈川県秦野においてNO2濃度自動測定機の試料採取口近傍に設置し、3、6、12および30時間空気中に曝露した(測定期間:神奈川県秦野2004年11月29−30日)。曝露後、受動的捕集器から捕集体を取り出し、捕集されたNO2をスルファニルアミド/NEDA法により分析した。図5に各測定時間における#0.75および#1.0サンプラーによるNO2濃度測定値と、自動測定機によるNO2濃度測定値とを比較して示す。#0.75および#1.0サンプラーによるNO2濃度測定値は、それぞれのNO2捕集量を(1)および(2)式によって濃度に換算したものである。図から明らかなように、これら受動的捕集器による測定値と自動測定機による値はよく一致しており、短い捕集時間(3時間)でも精度良くNO2濃度を測定することができた。
[Example 3]
A # 0.75 sampler and a # 1.0 sampler were prepared in the same procedure as in Examples 1 and 2. These passive collectors were installed near the sampling port of the NO 2 concentration automatic measuring machine in Sagano, Kanagawa, Japan and exposed to air for 3, 6, 12 and 30 hours (measurement period: Sagano, Kanagawa) November 29-30, 2004). After exposure, the collector was removed from the passive collector and the collected NO 2 was analyzed by the sulfanilamide / NEDA method. FIG. 5 shows a comparison between NO 2 concentration measurement values obtained by the # 0.75 and # 1.0 samplers at each measurement time and NO 2 concentration measurement values obtained by the automatic measuring machine. The NO 2 concentration measured values by the # 0.75 and # 1.0 samplers are obtained by converting the respective NO 2 collection amounts into the concentrations by the equations (1) and (2). As is clear from the figure, the values measured by these passive collectors and the values obtained by the automatic measuring machine were in good agreement, and the NO 2 concentration could be measured with high accuracy even in a short collection time (3 hours). .
1 支持体
2 捕集体(吸収剤含浸ろ紙)
3 拡散体(平面状多孔質体)
4 止め具
1
3 diffuser (planar porous body)
4 Stopper
Claims (4)
前記捕集体が、前記ガス状被検物質の吸収剤を含浸させたろ紙であり、
前記拡散体が、樹脂粒子を焼結または溶結し、成形することにより得られる平面状多孔質体であり、
前記拡散体において、焼結または溶結した前記樹脂粒子の間隙が、連続孔として該拡散体の厚さ方向につながっていることを特徴とするガス状被検物質の受動的捕集器。 A collector of a gaseous test substance and a diffuser through which gas molecules pass on the principle of molecular diffusion are laminated and fixed in this order on the support,
The collector is a filter paper impregnated with an absorbent of the gaseous test substance;
The diffuser is a planar porous body obtained by sintering or welding resin particles and molding,
In the diffuser, a passive collector for a gaseous test substance, wherein a gap between the sintered or welded resin particles is connected as a continuous hole in the thickness direction of the diffuser.
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---|---|---|---|
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