JPH08101102A - 環境中の試料採取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大気環境測定において連続又は継続した監視
を容易にする。 【構成】 大気試料と吸収液とを向流させて大気試料中
の目的成分を吸収液に吸収させる充填塔２を備え、大気
試料はポンプ１２により充填塔２の大気試料供給口８か
ら一定流量で連続して充填塔２内へ供給され、吸収液は
吸収液リザーバ２２から定流量ポンプ２８により充填塔
２の上端の吸収液供給口４から一定流量で供給される。
大気試料中の目的成分は吸収液に吸収されて充填塔２の
下端の吸収液取出し口１０から取り出されて分析装置３
４の試料に供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は環境中の有害汚染物質な
どの目的成分を採取して分析装置の試料とするための試
料採取装置に関し、例えば大気環境測定において微量の
有害汚染物質を採取し、分析装置の試料とするための装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】大気中の微量有害物質を採取し濃縮する
採取及び前処理方法としては、（１）キャニスター捕集
及び冷却濃縮方法、（２）TenaxＧＣ（登録商標）や活
性炭などの充填剤を充填したカラムを用いる吸着管方
法、（３）反応捕集や吸収捕集を行なうインピンジャー
捕集方法、（４）ウレタンフォームとガラス濾紙を用い
る捕集方法などが行なわれている。これらの方法は、測
定対象物質がそれぞれ限定されており、広範囲な物質に
対応できるものではない。また、環境測定においては長
期間にわたって継続して監視できることが要求される
が、継続監視に関しては（１）と（２）の方法において
対応できる装置が僅かに提案されているのみである。

【０００３】環境測定では、大気とともに重要なものと
して、水質分析や食品分野での飲料水分析、医薬品分析
がある。それらの分野では試料成分を濃縮したり単離し
たりする前処理工程が必要である。特に環境分析では連
続又は間欠的に繰り返して継続して監視することが要求
されている。

【０００４】水中のトリハロメタンや揮発性炭化水素、
飲用医薬品や飲料中の成分、香気、臭気などの分析の際
には、目的成分をバッチ式のパージ・アンド・トラップ
方法で選択的に濃縮を行なっている。パージ・アンド・
トラップ方法では、一定容量の容器に試料を入れ、不活
性ガスをバブリングさせて揮発性分析対象成分を気化さ
せ、それを捕集して分析装置の試料としている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】大気環境測定において
は、上記の（１）〜（４）の方法にはそれぞれ次のよう
な問題がある。 （１）の方法は連続捕集が難しい。もし敢えて連続操作
が可能なようにしようとすれば装置が極めて複雑化す
る。 （２）の方法は気体捕集量に限界があり、また条件設定
までの検討に多大の労力を必要とする。 （３）の方法は連続的な捕集は不可能であり、県賊的に
捕集しようとしても測定者の作業量が多大になる。 （４）の方法は成分種別の採取には不向きである。 そこで、本発明の目的は大気環境測定において連続監視
又は間欠的に繰り返して継続して監視するのが容易にな
るような気体試料採取装置を提供することである。

【０００６】水質分析など試料として液体を扱う分析に
おいては、分析装置としてガスクロマトグラフ・質量分
析計（ＧＣ／ＭＳ）などが用いられるが、パージ・アン
ド・トラップ方法で試料水中の目的成分を気化させて得
た試料は不活性ガスにより希釈されていて、分析装置の
検出感度以下の試料となっていることが多い。そのた
め、そのように採取された試料は濃縮する必要がある
が、従来の方法では容器の容量が定まっているため、検
体濃度に応じて容器を交換する必要があること、またバ
ッチ式のため連続した監視が原理上不可能であるという
問題を備えている。また試料水中に不活性ガスをバブリ
ングするだけではパージ効率が悪いため、大量の不活性
ガスを必要とし、その意味でも試料成分が希薄になる。
そこで、試料として液体試料を扱う場合には、試料中の
目的成分をパージする際の機械的操作をより簡素化する
とともに、気液接触面積を増大させてパージ効率を高め
ることが必要である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では大気環境測定
を連続して又は継続して実行できるようにするために、
吸収液で目的成分を抽出し、必要に応じて濃縮をして分
析装置の試料とする。好ましくは目的成分の採取から分
析までを一貫した流れの中で行なうようにし、目的成分
に応じた分別捕集を行なうために目的成分に対応した吸
収液を選択して使用する。

【０００８】本発明の試料採取装置は充填塔の上端部に
吸収液供給口と排気口とを有し、下端部に大気試料供給
口と吸収液取出し口とを有し、充填塔内で大気試料と吸
収液とを向流させて大気試料中の目的成分を吸収液に吸
収させる充填式吸収塔と、ポンプを備え大気採取口から
吸引した大気を一定流量で連続して又は間欠的に繰り返
して大気試料供給口から吸収塔内へ供給する大気試料供
給機構と、大気試料中の分析目的成分を吸収する吸収液
を一定流量で連続して又は大気試料の供給に対応させて
間欠的に繰り返して吸収液供給口から吸収塔内へ供給す
る吸収液供給機構とを備えており、吸収液取出し口から
取り出された吸収液を分析装置の試料に供するようにし
たものである。大気環境測定において用いる分析装置の
主なものとしては、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）、ＧＣ
／ＭＳ、液体クロマトグラフ（ＬＣ）、原子吸光分光光
度計（ＡＡ）などがである。

【０００９】

【実施例】図１は一実施例を概略的に示したものであ
る。吸収塔１は大気試料と吸収液とを向流させて大気試
料中の目的成分を吸収液に吸収させる充填塔２を備えて
いる。充填塔２の上端部には吸収液供給口４と排気口６
が設けられ、下端部には大気試料供給口８と吸収液取出
し口１０が設けられている。１１はポンプ１２を備えて
大気採取口１４から吸引した大気を一定流量で連続して
又は間欠的に繰り返して大気試料供給口８から充填塔２
内へ供給する大気試料供給機構である。大気試料供給機
構１１の大気採取口１４には大気中の埃などの固形分を
除去するフィルタが設けられている。１６は流量計であ
る。２１は大気試料中の分析目的成分を吸収する吸収液
を一定流量で連続して又は大気試料の供給に対応させて
間欠的に繰り返して吸収液供給口４から充填塔２内へ供
給する吸収液供給機構である。吸収液供給機構２１は吸
収液リザーバ２２に一定濃度に調製された吸収液を収容
し、定流量ポンプ２８によりその吸収液を一定流量で充
填塔２の上端の吸収液供給口４から供給する。３０は吸
収液供給流路の開閉弁である。吸収液リザーバ２４に収
容する吸収液を調製するために、リザーバ２２には冷暗
所に保存された高濃度原液を必要に応じて原液供給ポン
プ２４により供給する流路２３と、ポンプ２６により希
釈液を供給する流路２５が設けられている。

【００１０】充填塔２の排気口６は大気に開放される
が、大気汚染防止のために、その排気用流路には必要に
応じて排ガス洗浄システムとして冷却捕集器３６と吸収
管３８を設置しておいてもよい。図１において、破線は
分析対象物質の流れを表わしている。また、各部の動作
をコンピュータに基づく集中システムにより制御され
る。

【００１１】次に、この実施例を用いてアミン類を捕集
する場合の例を説明する。吸収液としてニンヒドリン溶
液を用いる。吸収液リザーバ２２には冷暗所に保存した
高濃度溶液をポンプ２４により必要に応じて供給し、同
時にポンプ２６から希釈液を混入して吸収液を調製しリ
ザーバ２２に蓄える。リザーバ２２の吸収液は定流量ポ
ンプ２８により充填塔２の上端から供給され、充填塔２
に入った吸収液は充填塔内で充填剤の表面を伝わりなが
ら重力により下部へ流下する。一方、サンプルの大気は
採取口１４からポンプ１２で吸入され、一定流量で充填
塔２の下部から充填塔２内に入り、吸収液と接触しなが
ら上部へと移動し、排気口６から排出される。

【００１２】大気試料中のアミン類は充填塔２内で吸収
液中のニンヒドリンと反応して吸収され、ニンヒドリン
誘導体となって吸収液とともに下部の吸収液取出し口１
０から充填塔２の外に出る。アミンを含んだ吸収液はそ
のまま高速液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ）や紫外（Ｕ
Ｖ）や螢光の分光光度計などの分析装置３４で直接分析
してもよく、必要があれば濃縮装置３２によりアミン成
分を濃縮させた後、分析装置３４に導いて分析する。

【００１３】環境分析において瞬間値が必要な場合は、
吸収液取出し口１０から取り出された吸収液を順次分析
すればよく、長時間にわたる積分値が必要とされる場合
は、吸収液取出し口１０から取り出された吸収液の一定
時間分をいったん容器に溜めた後、ＨＰＬＣやＵＶ分析
装置で分析すればよい。

【００１４】分析装置としてガスクロマトグラフを用い
る場合は、吸収液として塩酸を用い、アミン類を塩酸に
吸収させ、濃縮装置３２の位置で苛性ソーダ溶液と無水
酢酸（又は無水トリフルオロ酢酸など）を加えて誘導体
化した後に、ガスクロマトグラフで分析するのが適当で
ある。大気中の有機酸、フェノール類、難揮発性物質、
無機有害ガスなどを測定する場合は、吸収液をそれらの
目的成分を吸収するものに交換することにより対応する
ことができる。

【００１５】図２は液体試料中の目的成分をＧＣ／ＭＳ
などの分析装置で測定するための試料とするための試料
採取装置の例を示したものである。図２（Ａ）におい
て、吸収塔５０には図２（Ｂ）に拡大して示されるよう
に充填剤５２が充填されており、その充填剤の隙間を上
方から試料検体が流下し、下方から不活性ガスがパージ
ガスとして上昇する。５４は吸収塔の塔壁、５６はパー
ジガスの流れ、５８は試料検体を表わしている。

【００１６】吸収塔５０の下部と上部には穴のあいた仕
切り板６０，６２が取りつけられ、その仕切り板６０と
６２の間の空間に充填剤５２が充填されている。吸収塔
５０内の下端部と上端部には充填剤の存在しない空間が
形成されている。吸収塔５０内の下部の空間にはパージ
ガスとして不活性ガスを供給するパージガス流路６４が
設けられている。６６はパージガスの供給を調節する電
磁弁である。また、吸収塔５０の下端には廃液検体を排
出する排出口６８が設けられている。

【００１７】吸収塔５０の上端には試料検体をポンプ７
０により供給する検体供給流路が接続され、また上端部
には分析対象成分をパージしたパージガスを取り出すパ
ージガス出口７２が接続され、パージガス出口７２につ
ながる取出し流路７４はトラップ装置７６へ導かれてい
る。トラップ装置でトラップされた分析対象成分が分析
装置へ導かれて分析がなされる。

【００１８】図２の装置の動作を説明すると、吸収塔５
０の上端からポンプ７０により試料検体を流し、吸収塔
５０の下端部からパージガスを流す。試料検体中の揮発
物質はパージガスに乗って出口７２から吸収塔外に運び
出され、冷却トラップなどのトラップ装置７６でトラッ
プされる。

【００１９】連続パージの場合はこのままの状態で試料
検体を一定速度で吸収塔５０に供給する。バッチ操作の
場合は、吸収塔５０の上端に洗浄水を供給する洗浄水供
給口を設けておく。吸収塔５０の下端部からパージガス
を供給し、吸収塔５０の上端から所定量の試料検体を供
給した後、試料検体の供給をいったん停止する。そし
て、分析成分のパージを終了した後、パージガスの供給
もいったん停止する。その後、吸収塔５０内に洗浄水を
流して内部を洗浄した後、再びパージガスを流し、内部
の揮発成分を完全に除去する。その後、上端からの試料
検体の供給と下端からのパージガス供給に戻る。

【００２０】図２のような向流式の吸収塔５０を用いた
パージにおいては、揮発成分の追出し効率は、パージガ
ス流量Ｇと試料検体液マトリックスの流量Ｌとの比によ
って定まる。ある成分の分配係数Ｋが次の（１）式で示
される条件を満たすときは、その成分は効率よくパージ
されてトラップされる。 Ｋ＜Ｌ／Ｇ （１）

【００２１】一方、次の（２）式が満たされるような条
件では、その成分は試料検体とともに出口６８から流出
する。 Ｋ＞Ｌ／Ｇ （２） 分配係数ＫはエンタルピーΔＨと関係し、高沸点成分で
はＫが大きくなるため、上記の（２）式の条件に当て嵌
まるようになり、ＧＣ／ＭＳ分析で不要な高沸点成分を
除去するのに好都合になる。また、パージガスによる追
出し速度はＫＧ／Ｌが大きいほど大きくなる。

【００２２】図２の装置を用いた環境監視装置の一例を
図３に示す。（Ａ）と（Ｂ）は試料を採取する部分を示
したものであり、試料検体供給のためのポンプ７０は、
（Ａ）では工場で製品が流れるライン８０に開閉弁８２
を介して取りつけられる。また河川８４から試料水を採
取するときは、直接河川からポンプ７０により試料を取
り込む。

【００２３】吸収塔５０を含む図２の試料採取装置は、
図３（Ｃ）のように、パージガス出口７２からのパージ
ガス流路７４がトラップ装置７６へ導かれ、トラップさ
れた目的試料成分がＧＣ／ＭＳなどの分析装置８６によ
り分析される。８８はこの試料採取装置の検体供給流量
やパージガス流量を制御したり、トラップ装置７６の動
作を制御したり、分析装置８６の動作を制御するととも
に、分析装置８６で得られたデータの処理も行なう制御
・データ処理及び管理システムである。

【００２４】図２の装置を用いると次のような効果を達
成することができる。向流方式により試料検体にパージ
ガスを接触させるので、検体濃度変化に対する適用範囲
が飛躍的に拡大され、連続パージが可能になる。また、
分析終了後の洗浄操作などを含め、全体としてプロセス
が簡素化され、装置が簡素化される。吸収塔を採用して
いるので、気液接触面積の飛躍的拡大と試料検体液の薄
膜化により、パージ効率が極めて高まる。また従来のバ
ブリングで起こる飛沫発生が抑えられ、ライン汚染が抑
えられる。このように、監視の連続化を可能にし汚染問
題などを解決し、フローシステムとしてオンライン監視
システムを構築するのが容易となる。

【００２５】試料として液体試料を扱う場合の態様は次
のようになる。内部に充填剤が充填され、上端部には液
体の試料検体を供給する検体供給口とパージガスにより
追い出された揮発成分の分析対象成分を取り出すパージ
ガス出口を有し、下端部にパージガスを供給するパージ
ガス供給口とパージガスと接触した後の廃液を排出する
排出口を有する吸収塔と、前記吸収塔の上端の検体供給
口から吸収塔内に一定流量で試料検体を供給する検体供
給機構と、吸収塔の下端部のパージガス供給口から一定
流量で不活性ガスを供給するパージガス供給手段と、吸
収塔の上端部のパージガス出口に接続され、パージガス
により追い出された分析対象成分をトラップするトラッ
プ装置と、を備えたことを特徴とする試料採取装置。

【００２６】

【発明の効果】本発明の大気監視用試料採取装置では、
吸収塔を用い、大気試料と吸収液を吸収塔内で向流させ
て接触させるようにしたので、多段捕集と原理的に同等
となって捕集効率が向上し、また飛沫逸散などによるサ
ンプルロスを防ぐことができる。吸収液を連続して吸収
塔に送り込めば、吸収効率が安定し、他の化学種による
吸収液の劣化にも対応できる。吸収の選択性も吸収液の
種類を変えることにより可能となり、広範囲な汚染物質
に対応することができる。連続して安定捕集を行なうこ
とがで、連続分析することが可能になる。液体で吸収さ
せるので、連続化が容易で、分析機器の導入システム対
応も容易となる。不安定物質についても吸収液に用いる
試薬との反応を利用し、安定な誘導体に変えることで測
定精度が高くなるなどの効果も期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例を示す概略構成図である。

【図２】液体試料中の揮発成分を採取する装置を示す図
であり、（Ａ）は概略構成図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ部分
の吸収塔内を拡大して示す断面図である。

【図３】図２の装置を用いた環境監視装置の応用例を示
す図であり、（Ａ）は工場ラインからの検体採取部分を
示す概略平面図、（Ｂ）は河川からの検体採取部分を示
す概略図、（Ｃ）はこの採取装置を用いた監視装置を示
すブロック図である。

【符号の説明】

１ 充填式吸収塔 ２ 充填塔 ４ 吸収液供給口 ６ 排気口 ８ 大気試料供給口 １０ 吸収液取出し口 １１ 大気試料供給機構 １２ ポンプ １４ 大気採取口 ２１ 吸収液供給機構 ２２ 吸収液リザーバ ２４，２６ ポンプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充填塔の上端部に吸収液供給口と排気口
   とを有し、下端部に大気試料供給口と吸収液取出し口と
   を有し、充填塔内で大気試料と吸収液とを向流させて大
   気試料中の目的成分を吸収液に吸収させる充填式吸収塔
   と、 ポンプを備え大気採取口から吸引した大気を一定流量で
   連続して又は間欠的に繰り返して前記大気試料供給口か
   ら吸収塔内へ供給する大気試料供給機構と、 大気試料中の分析目的成分を吸収する吸収液を一定流量
   で連続して又は大気試料の供給に対応させて間欠的に繰
   り返して前記吸収液供給口から吸収塔内へ供給する吸収
   液供給機構とを備え、 前記吸収液取出し口から取り出された吸収液を分析装置
   の試料に供するようにしたことを特徴とする試料採取装
   置。