JP2000234990A - 微量揮発ガス成分分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少量の試料を用い、短時間に、試料中に含ま
れるガス成分、固体成分から加熱により発生するガスな
どを定性分析、定量分析可能な装置を提供すること。 【解決手段】 試料容器に設置された電磁誘導発熱性金
属体の電磁誘導加熱により、試料容器内の試料からガス
を発生させ、該ガスを検知管に送気することにより、定
性分析もしくは定量分析を行なうことができる構造とな
っている微量揮発ガス分析装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱により物質中
より発生する微量揮発成分又は物質中に存在する微量揮
発成分を検出もしくはその濃度を測定する装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】微量試料より加熱することにより発生す
るガス濃度、もしくは自然に発生するガス濃度を容易に
測定する方法としては、パージアンドトラップ型ガスク
ロマトグラフィー法が知られている。しかしながら、こ
の方法には、一定容積であり、吸着剤の選択、ガスクロ
カラムなど考慮すべき問題が多い。別の方法として、熱
分解ガスクロマトグラフィー法も知られているが、この
方法にも、１mg程度のサンプル量しか扱えない、という
欠点がある。従って、これまで、簡易に固形物より発生
するガスを分析する方法は知られていなかった。

【０００３】また、水浴、油浴、砂浴等を用いる通常の
加熱方法以外に、微少試料を加熱する方法として、特開
平９−１１０７３０号公報、特開平９−３２９５８９号
公報などに記載されている電磁誘導発熱性金属体で加熱
する方法が知られている。しかしながら、これらの方法
は、試料の反応に利用したり、また試料から有機低分子
量化合物を揮発させて抽出する方法であった。

【０００４】一方、いわゆる北川式ガス検知管による空
気中の特定ガスを分析する方法は知られているが、これ
は空気中のガスを捕集し、その中の特定成分を分析する
手法を用いた、既にガス状になっている気体を分析する
ためのものであった。微量試料を加熱により、そこから
発生するガス成分を該ガス検知管を用い分析する方法、
装置はこれまで知られていなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】固体成分中に含有する
ガス成分、固体成分から加熱により発生するガスなど
は、それらが多量発生する場合には比較的容易に確認も
しくは定量できるが、それらの発生量が微量である場合
には、定性分析、定量分析はこれまで困難であった。多
量のサンプル量のものを扱う場合には可能である定性分
析も、少量のサンプルで速やかに実施することは困難で
あった。

【０００６】本発明が解決しようとする課題は、少量の
試料を用い、短時間に、試料中に含まれるガス成分、固
体成分から加熱により発生するガスなどを定性分析、定
量分析が可能な装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、（１）（ａ）下端を封管した非磁性体物質
製のチューブ状物と、（ｂ）該チューブ状物の上端に、
該チューブ状物を密封する栓であって、該栓の中央部に
該チューブ状物の内部に通ずる２本の細管が固定された
密封する栓とを備えたガス発生容器であって、（ｂ−
１）該栓に固定された２本の細管のうちの一方の細管
は、その反対側の先端に、ガス検知管を設置できる状態
となるようになっていること、（ｂ−２）該栓に固定さ
れた２本の細管のうちのもう一方の細管には、その反対
側から任意の気体を流入できるように加工されている細
管を有することを特徴とするガス発生容器、（２）該ガ
ス発生容器中に挿入可能な試料容器であって、該試料容
器は、その外周部もしくは内部に電磁誘導発熱性金属体
を設置した非磁性体物質製の試料容器からなるガス発生
部、（３）電源回路及び高周波発生回路、及び（４）電
磁誘導コイルにより、電磁誘導発熱性金属体に電磁誘導
加熱を起こさせる高周波加熱部を有する装置であって、
該試料容器に設置された電磁誘導発熱性金属体の電磁誘
導加熱により、試料容器内の試料からガスを発生させ、
該ガスを検知管に送気することにより、定性分析もしく
は定量分析を行なうことができる構造となっていること
を特徴とする微量揮発ガス分析装置を提供する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の高周波電磁誘導加熱装置
を用いた微量揮発ガス分析装置について、図面を用いて
説明する。

【０００９】図１は、高周波電磁誘導方式を用いた微量
揮発ガス分析装置の全体図であり、１は試料容器、２は
下端を封管した非磁性体製のガス発生容器であり、３は
ガス発生容器を密封する栓で、４は試料容器１の外周部
に設けられた電磁誘導発熱性金属体である。ガス発生容
器２の上端は、２個の細管を有する栓３を用いて密封す
る。該栓３の中央部には、試料セル内部に挿入する細管
５及び６が固定されており、細管５の先端にはガス導入
のためのガス流量計９と三方コック１０とを接続できる
ようになっている。細管６はコールドトラップ７を経由
してガス検知管８が接続してある。ガス検知管は任意の
ガス検知管に交換することもできる。また、１１は高周
波誘導コイルであり、１２は高周波発生回路を、１３は
高周波発生時間を制御するタイマーを、１４は電源回路
をそれぞれ示している。

【００１０】試料から発生するガスもしくは加熱により
分解、反応等により生成するガスを分析する場合、試料
を外周部もしくは内部に設けられた電磁誘導発熱性金属
体を有する下端を封管した非磁性体製の試料容器に入
れ、さらに該容器をガス発生容器に挿入し、ガス導入細
管とガス検出用細管を有する栓をする。このガス発生容
器を高周波電磁誘導加熱部を用いて所定の温度に加熱
し、ガス導入細管より、その用途に応じたガスを、必要
に応じて流量計にて制御しながら、該チューブに導入す
る。他方の細管の出口には、必要に応じて冷却トラップ
を経由した上で、試料から発生する若しくは測定したい
ガスの検知管を設置し、その検知管の対応するガス濃度
を測定する。

【００１１】ここで用いるガス検知管は光明理化学工業
(株)などより発売されている北川式ガス検知管若しくは
類似の検知管を使用することができる。例えば、ホスフ
ィン（燐化水素）ガスの検出には、株式会社ガステック
社製の「ホスフィン測定用７ＬＡ」、硫化水素ガスの検
出には、同社製の「硫化水素測定用４ＬＬ」、窒素酸化
物の検出には、同社製の「煙道排ガス測定窒素酸化物用
１１Ｓ」、二硫化炭素ガスの検出には、光明理化学工業
(株)製の北川式ガス検知管「１４１ＳＢ」などが挙げら
れる。

【００１２】このときの細管の内径、外径及び材質は、
試料から発生するガス量、導入するガス量によって任意
に決めることができる。また、ガス発生容器、試料容器
の内径、外径も、分析試料と発生ガス量によって任意に
選択することができる。更に、その材質も高周波電磁誘
導加熱部の影響を受けない、ガラス製、磁器製などを任
意に選択できる。高周波電磁誘導加熱部の影響を受けな
い部分については金属製の材料等を用いても何ら問題で
はない。

【００１３】また、試料容器の外周に設置するかもしく
は内部に挿入する強磁性金属体としては、強磁性を有し
ており、高周波電磁誘導加熱によりキューリー温度（磁
性転移点）まで急速に発熱し、その後は高周波電磁誘導
加熱を続けることによりキューリー温度を保持する金属
体であって、例えば、ニッケル、鉄、コバルトなどの強
磁性金属の１種もしくは２種以上からなる金属体のほ
か、これらと銅、クロム、亜鉛、マンガン、アルミニウ
ムなどのその他の金属との合金からなる金属体が挙げら
れる。

【００１４】これら強磁性金属体のキューリー温度は、
金属の種類や配合組成により大きく異なり、例えば、ニ
ッケルと銅の合金のキューリー温度は１５０〜２００℃
程度であるが、ニッケルのキューリー温度は３５８℃、
ニッケルと鉄の合金のキューリー温度は５００〜６５０
℃程度、鉄のキューリー温度は７７０℃と高温である。

【００１５】本発明の分析装置に用いる強磁性金属体
は、高周波電磁誘導加熱時の高温加熱により試料の分解
や試料の蒸気圧上昇による試料セルの破損を防止するた
め、これら強磁性金属体の中からサンプルと使用条件に
応じた強磁性金属体を適宜選択して用いることが好まし
い。

【００１６】そのような強磁性金属体の市販品として
は、例えば、日本分析工業株式会社製のパイロホイルＦ
１６０、Ｆ１７０、Ｆ２２０、Ｆ２３５、Ｆ２５５、Ｆ
２８０、Ｆ３５８（キューリー温度１６０〜１０４０
℃）などが挙げられる。

【００１７】該栓５は、弾力性を有するゴム製が好まし
いが、該チューブとの機密性が保たれ、発生するガスに
対して耐腐食性を有する素材で有れば、特に制限なく用
いることができる。

【００１８】本発明の微量揮発ガス分析装置を用いた分
析方法に適用可能な試料としては、例えば、樹脂、ゴ
ム、紙、木材、セメント硬化物、植物、医薬品錠剤、高
沸点液状物、土壌などが挙げられ、その形状は、試料容
器に挿入できる大きさであれば、特に制限なく用いるこ
とができる。

【００１９】試料容器に配する電磁誘導発熱性金属体の
位置は、該試料容器を高周波電磁誘導加熱部にセットし
た時に高周波の発生位置と電磁誘導発熱性金属体４の位
置とが一致するように設定することが好ましい。また、
効率的に加熱するために、試料容器に採取された固形試
料が、電磁誘導発熱性金属体４と隣接するようにセット
することが好ましい。固形試料の位置が電磁誘導発熱性
金属体４の位置よりも下方にずれる場合、本発明の試料
容器中に固形試料を採取する前に、予め、加熱によりガ
スを発生しない固形物を挿入しておくことが好ましい。
そのような固形物としては、ガラス繊維、ガラス棒、ガ
ラス管などが挙げられる。

【００２０】本発明の微量揮発ガス分析装置を用いた分
析方法は、以上のような構成の試料容器の非磁性チュー
ブに試料を入れた後、ガス発生容器に配置した後、高周
波電磁誘導加熱部に配し、これをキューリー温度までに
高周波電磁誘導加熱して発生するガスを流通するガスの
存在下、もしくは流通するガスなしに試料中のもしくは
試料より加熱により発生するガスをガス検知管に導入し
て定性分析、定量分析を行なう装置である。

【００２１】本発明の微量揮発ガス分析装置を用いた分
析方法に使用する試料量は、試料容器に入る量で有れ
ば、特に制限がないが、高周波電磁誘導による加熱が均
一に伝わるよう、周囲に設置した電磁誘導発熱金属体の
高さ内に収まる量が好ましい。しかしながら、測定条
件、手法等の変化に対応して任意の量を導入することも
でき、場合によっては、電磁誘導発熱体を該チューブ内
に設置して分析を行う方法を採用することもできる。

【００２２】本発明の微量揮発ガス分析装置を用いる試
料容器１、電磁誘導発熱性金属体４の形状は任意である
が、電磁誘導発熱性金属体４の熱効率を考慮すると電磁
誘導発熱性金属体４は試料を覆う大きさが適当である。

【００２３】本発明の微量揮発ガス分析装置を用いた分
析方法で用いる高周波電磁誘導加熱部は、高周波の照射
により電磁誘導発熱性金属体を高周波電磁誘導加熱でき
るものであればよく、特に限定されない。また、高周波
の照射による高周波電磁誘導加熱時間は、分析試料によ
り異なるが、通常、１〜１２０分間の範囲が好ましく、
１〜３０分間の範囲が特に好ましい。試料の分解による
ガス発生を調べる場合は５〜１２０分の範囲が好まし
い。

【００２４】導入するガスは、分析試料に応じて任意の
ガスを用いることができ、例えば、ヘリウムガス、窒素
ガス、空気などが挙げられる。

【００２５】このような測定装置において、試料を導入
する場所として、ガス発生容器に試料を入れ、電磁誘導
発熱金属体をガス発生容器の外周部もしくは内部に装着
することによって直接発生ガスを測定することも可能で
あることは論を待たない。

【００２６】また、電磁誘導発熱性金属体の設置される
場所は、高周波誘導コイルによる高周波が影響を及ぼす
位置にセットすることも当然である。冷却トラップはガ
ス検知管に導入されるガスを選別する目的で配置されて
いるので、場合によっては配置されていなくとも全く問
題ではない。

【００２７】本発明の微量揮発ガス分析装置を用いた分
析方法による定量性を特に重要視する場合には、ガス発
生容器、冷却トラップ、細管の体積を予め測定しておく
ことと、細管５より導入されるガス量を制御することに
より、容易に検知管指定定量誤差範囲で定量することが
できる。更に、細管６より出るガスを何らかの液体に吸
収させるなどのような方法を使用した、発色法による比
色定量に使用することもできる。

【００２８】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明を更に詳細に説
明するが、本発明はこれらの実施例の範囲に限定される
ものではない。

【００２９】＜実施例１＞［ホスフィン（燐化水素)ガ
スの分析］ 内径５mm、長さ５０mmのガラスチューブ製の試料容器
に、「ノーバペレット」（燐化学工業(株)製の難燃剤）
２５７mgを高さ１４mmに充填した。これを、図１に示し
たようにガス発生容器に挿入し、金属製の細管５及び６
を有するシリコンゴム栓を用いてガス発生容器に栓をし
た。また、細管の内、ガス発生容器を出て検知管に導入
される細管６は、低揮発成分を除去するため、検知管の
手前に氷水のトラップを設置した。もう一方の細管５に
は流量計を通してヘリウムガスを導入できるようにセッ
トした。試料セル・キットの外周には厚さ０．０９mm、
９mm×１８mmの矩形の日本分析工業株式会社製の「パイ
ロホイルＦ２５５」を巻き付けた。検知管として、株式
会社ガステック社製の「ホスフィン測定用７ＬＡ」をセ
ットした。

【００３０】測定系をヘリウムガスで置換した後、ヘリ
ウムガスを毎分３０ml通過させながら高周波電磁加熱装
置のスイッチを１０分間入れた。スイッチを切った後も
１０分間ヘリウムガスを流し続け、全量で６００mlのヘ
リウムを流した。その結果、検知管の表示は約１．４ｐ
ｐｍのホスフィンガス発生を示していた。

【００３１】＜実施例２＞［ゴム加熱時に発生する硫化
水素の分析］ 「ラバーシートＲＧＰＮＲ６５０２ＲＳ」（(株)東北ゴ
ム社製の天然ゴム）の２００mgを約１mm径に裁断し、内
径６．５mm、長さ５０mmのガラス製試料容器に約１cmの
高さに充填した。試料容器の外周には、厚さ０．０９m
m、９mm×１８mmの矩形の日本分析工業株式会社製の
「パイロホイルＦ３５８」を巻き付け、図１に示した装
置にセットした。検知管として株式会社ガステック社製
の「硫化水素測定用４ＬＬ」をセットし、トラップは氷
冷しておいた。

【００３２】ガス導入管より空気を毎分５０mlの割合に
て通過させながら高周波電磁加熱装置のスイッチを４分
間入れた。スイッチを切った後も室温にて６分間空気を
通過させた。加熱開始より１０分後、５００mlの空気を
流した時点の検知管による硫化水素の測定値は約４３ｐ
ｐｍであった。

【００３３】＜実施例３＞［ディーゼル車排気管出口先
端部の堆積カーボンより発生する窒素酸化物の分析］ ディーゼル車（「トヨタハイエース」、排気量３立、走
行３４０００km）の排ガス管末端より１０cmに堆積して
いる煤状の物質を採取し、その０．３ｇを内径６．５m
m、長さ５０mmのガラス製試料容器に充填した。試料容
器の外周には、厚さ０．０９mm、９mm×１８mmの矩形の
日本分析工業株式会社製の「パイロホイルＦ４４５」を
巻き付け、図１に示した装置にセットした。検知管とし
て、株式会社ガステック社製の「煙道排ガス測定窒素酸
化物用１１Ｓ」をセットし、トラップは氷冷しておい
た。ガス導入管より空気を毎分５０mlの割合にて通過さ
せながら高周波電磁加熱装置のスイッチを３分間入れ
た。スイッチを切った後も室温にて７分間空気を通過さ
せた。加熱開始より１０分後、５００mlの空気を流した
時点の検知管による窒素酸化物の測定値は約３７ｐｐｍ
であった。

【００３４】＜実施例４＞［二硫化炭素ガスの分析］ ４−オクチルビフェニルと塩化アセチルを塩化アルミニ
ウムの存在下において溶媒として二硫化炭素を用いて反
応させた。反応後、多量の氷水中に反応液を注ぎ、攪拌
させた。氷が全て溶解した後、下層の二硫化炭素層を分
液ロートにより分別分取した。二硫化炭素溶液は水洗を
２回行った後、減圧下で濃縮して固形物を得た。この固
形物を室温中減圧下で８時間乾燥させた。

【００３５】乾燥後の固体５０mgを内径５．８mm、長さ
５０mmのガラス製の試料容器に入れた。上部よりガラス
棒にてしっかりと詰め、試料容器に入ったサンプルの高
さを約５mmとした。次に、試料容器の外周部の底部から
２５〜５０mmの部分を日本分析工業株式会社製の「パイ
ロホイルＦ１６０」（厚さ０．０９mm、９mm×１８mm）
のパイロホイルを巻き付けた。この試料容器をガス発生
容器に挿入した後、金属製細管５、６を接続したシリコ
ンゴム製のゴム栓を用いて栓をした。

【００３６】一方の細管５には窒素ガスを毎分３０mlの
割合で流通させることができる装置に接続し、他方の細
管の先端には冷却トラップを経由して二硫化炭素検知用
の北川式ガス検知管（光明理化学工業(株)製の「１４１
ＳＢ」）をセットした。このサンプルの入ったガラス製
ガス発生容器を高周波電磁誘導加熱部内に配して、窒素
ガスの流入と同時に高周波電磁加熱装置のスイッチを入
れ、１０分間通電して、上記金属箔を１６０℃に高周波
電磁誘導加熱した。この時、検知管の表示は５ｐｐｍを
示していた。

【００３７】

【発明の効果】本発明の微量揮発ガス成分分析装置を用
いて高周波電磁誘導加熱を行なうことにより、被測定物
質中に存在するか加熱により発生する微量ガス成分の分
析を効率的に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の微量揮発ガス成分分析装置の一例を示
した概略図である。

【符号の説明】

１ 試料容器 ２ ガス発生容器 ３ 上端を密封する栓 ４ 電磁誘導発熱性金属体 ５ ガス導入細管 ６ ガス流出細管 ７ 冷却トラップ ８ ガス検知管 ９ ガス流量計 １０ 三方コック １１ 高周波誘導コイル １２ 高周波発生回路 １３ タイマー １４ 電源回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （１）（ａ）下端を封管した非磁性体物
   質製のチューブ状物と、（ｂ）該チューブ状物の上端
   に、該チューブ状物を密封する栓であって、該栓の中央
   部に該チューブ状物の内部に通ずる２本の細管が固定さ
   れた密封する栓とを備えたガス発生容器であって、 （ｂ−１）該栓に固定された２本の細管のうちの一方の
   細管は、その反対側の先端に、ガス検知管を設置できる
   状態となるようになっていること、 （ｂ−２）該栓に固定された２本の細管のうちのもう一
   方の細管には、その反対側から任意の気体を流入できる
   ように加工されている細管を有することを特徴とするガ
   ス発生容器、（２）該ガス発生容器中に挿入可能な試料
   容器であって、該試料容器は、その外周部もしくは内部
   に電磁誘導発熱性金属体を設置した非磁性体物質製の試
   料容器からなるガス発生部、（３）電源回路及び高周波
   発生回路、及び（４）電磁誘導コイルにより、電磁誘導
   発熱性金属体に電磁誘導加熱を起こさせる高周波加熱部
   を有する装置であって、 該試料容器に設置された電磁誘導発熱性金属体の電磁誘
   導加熱により、試料容器内の試料からガスを発生させ、
   該ガスを検知管に送気することにより、定性分析もしく
   は定量分析を行なうことができる構造となっていること
   を特徴とする微量揮発ガス分析装置。
2. 【請求項２】 非磁性体物質がガラスである請求項１記
   載の微量揮発ガス成分分析装置。
3. 【請求項３】 高周波発生回路を制御するためにタイマ
   ーを設けた請求項１又は２記載の微量揮発ガス成分分析
   装置。
4. 【請求項４】 ガス発生容器とガス検知管との間に冷却
   トラップを設けた請求項１、２又は３記載の微量揮発ガ
   ス成分分析装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の微
   量揮発ガス成分分析装置の試料容器内に測定試料を入
   れ、該試料容器を高周波電磁誘導加熱装置内に配し、こ
   れをキューリー温度までに高周波電磁誘導加熱して、試
   料中より発生するガス成分を検知管にて測定することを
   特徴とする微量揮発ガス分析方法。