JP2001147227A - 大気汚染物質の簡易測定装置 - Google Patents

大気汚染物質の簡易測定装置

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JP2001147227A
JP2001147227A JP32980599A JP32980599A JP2001147227A JP 2001147227 A JP2001147227 A JP 2001147227A JP 32980599 A JP32980599 A JP 32980599A JP 32980599 A JP32980599 A JP 32980599A JP 2001147227 A JP2001147227 A JP 2001147227A
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Hiroko Tanabe
寛子 田辺
Reiji Kaneko
玲司 金子
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な装置で、効率良く高精度の測定が可能
な大気汚染物質の簡易測定装置を提供する。 【解決手段】 2つの中空容器を用いた吸引手段1を、
接続チューブ2を介して二酸化窒素捕集手段3に接続
し、さらに粉塵用フィルタ4を介して大気中に開放す
る。吸引手段1は、内部に所定量の水が充填された第1
の容器11と、初期状態では空の第2の容器12と、両
容器の底部に連結されたチューブ13と、このチューブ
13に設けられた流量調節器14とから構成され、流量
調節器14の開度と、第1の容器11と第2の容器12
の相対的な高さを調節することにより、粉塵用フィルタ
4及び二酸化窒素捕集手段3に大気が吸引されるように
構成する。二酸化窒素捕集手段3の内部には所定の発色
吸収液が収納され、吸引手段1を用いて吸引した大気又
は排気ガスを二酸化窒素捕集手段3に導入し、発色吸収
液に通気させて発色させるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、大気汚染や酸性雨
の原因物質である大気中の窒素酸化物及び浮遊粉塵の測
定装置に係り、特に、簡易な装置で、効率良く高精度の
測定が可能な大気汚染物質の簡易測定装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】大気中の窒素酸化物(NOx )は、酸性
雨や光化学スモッグの主たる原因物質であり、その多く
は、自動車等の移動発生源から排出されるが、この規制
のためには、排気ガスや大気中の窒素酸化物の濃度を正
確に測定することが不可欠である。従来、このような排
気ガスや大気中の窒素酸化物の濃度を測定する方法とし
て、一酸化窒素とオゾンの反応を利用した化学発光(ケ
ミルミネッセンス)法や、赤外・紫外線吸収を利用した
赤外・紫外線吸収法等の物理的な方法と共に、これらの
ガスを一定量の液体に吸収させて化学的に定量分析する
方法が広く用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
化学発光や赤外・紫外線吸収を利用した装置は非常に高
価であり、また、窒素酸化物の濃度が非常に低い環境大
気中の窒素酸化物の濃度を測定する際には、精度が不足
するという問題点を有していた。一方、後者の化学分析
法では、大気中の窒素酸化物を液体に吸収・捕集して化
学分析を実施するが、この場合、二酸化窒素は比較的水
に溶け易く、大部分イオン(亜硝酸イオン又は硝酸イオ
ン)として回収することが可能であるため、ナフチルエ
チレンジアミン等の発色試薬や、イオン選択性電極等の
センサ、イオンクロマトグラフ等の分析機器と組合わせ
て定量することができる。
【0004】しかしながら、これらの分析機器は大型で
あり、操作も複雑であるため、汎用性に乏しく、所望の
測定場所に容易に設置して、簡易な測定を行うことはで
きなかった。また、地方自治体や学校等で大気汚染に関
する環境教育や環境学習等を行う場合に、複雑な操作を
必要とせず、容易に大気汚染物質の測定が可能な簡易な
測定装置の開発が切望されていた。
【0005】本発明は、上述したような従来技術の問題
点を解決するために提案されたものであり、その目的
は、簡易な装置で、効率良く高精度の測定が可能な大気
汚染物質の簡易測定装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1に記載の発明は、測定対象となる大気を
吸引する吸引手段と、前記吸引手段によって吸引した大
気中の汚染物質を採取する捕集手段とを備えた大気汚染
物質の簡易測定装置において、前記吸引手段が、内部に
所定量の水が充填された第1の容器と、第2の容器と、
両容器の底部に連結された連結部材と、この連結部材に
設けられた流量調節部材とを有し、前記流量調節部材の
開度と、第1の容器と第2の容器の相対的な高さを調節
することにより、前記捕集手段に大気が吸引されるよう
に構成されていることを特徴とするものである。上記の
構成を有する請求項1に記載の発明によれば、大気中の
汚染物質を吸引するのに特別な吸引ポンプを用いずに、
2つの中空容器からなる簡易な構成の吸引手段を用いる
ことができる。また、簡易な装置であるため、費用が少
なくて済むという利点もある。
【0007】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の大気汚染物質の簡易測定装置において、捕集手段の内
部に、測定対象となる大気中の汚染物質によって発色す
る発色試薬が収納されていることを特徴とするものであ
る。上記のような構成を有する請求項2に記載の発明に
よれば、大気中の汚染物質の濃度を、発色試薬の発色の
程度により、比色チャートを用いて定量できるので、分
光光度計等を用いなくても測定が可能となる。さらに、
大気や排ガスを徐々に吸引するに従って試薬が発色して
くるので、大気の汚染度を視覚的に把握することができ
る。
【0008】請求項3に記載の発明は、請求項1又は請
求項2に記載の大気汚染物質の簡易測定装置において、
捕集手段の大気導入側に、大気中の粉塵を採取すること
ができるフィルタが配設されていることを特徴とするも
のである。上記のような構成を有する請求項3に記載の
発明によれば、フィルタにより大気中の浮遊粉塵を捕集
・測定することができるので、簡易な装置で浮遊粉塵を
同時に測定することができる。
【0009】請求項4に記載の発明は、請求項1乃至請
求項3のいずれか一に記載の大気汚染物質の簡易測定装
置において、第1の容器及び第2の容器がペットボトル
であることを特徴とするものである。上記のような構成
を有する請求項4に記載の発明によれば、入手が極めて
容易なペットボトルを用いて吸引手段を構成することが
できるので、より簡易な構成とすることができ、大幅な
コストの削減が可能となる。
【0010】請求項5に記載の発明は、請求項2乃至請
求項4のいずれか一に記載の大気汚染物質の簡易測定装
置において、測定対象となる大気中の汚染物質が二酸化
窒素であり、発色試薬がナフチルエチレンジアミンであ
ることを特徴とするものである。上記のような構成を有
する請求項5に記載の発明によれば、大気中に含まれる
二酸化窒素の含有量を調べるために、二酸化窒素によっ
て特異的に発色するナフチルエチレンジアミンを発色試
薬として用いることにより、測定精度を向上させること
ができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態(以
下、実施形態という)について、図面を参照して具体的
に説明する。
【0012】[1.構成] [1−1.全体構成]本実施形態においては、図1に示
したように、2つの中空容器を用いた吸引手段1が、接
続チューブ2を介して二酸化窒素捕集手段3に接続さ
れ、さらに、粉塵用フィルタ4を介して大気中に開放さ
れている。
【0013】[1−2.吸引手段の構成]吸引手段1
は、図1に示したように、内部に所定量の水が充填され
た第1の容器11と、初期状態では空の第2の容器12
と、両容器の底部に連結されたチューブ13と、このチ
ューブ13に設けられた流量調節器14とから構成され
ている。また、第1の容器11の開口部11aは密閉栓
15によって密閉され、この密閉栓15に前記接続チュ
ーブ2の一端が貫通配置されている。一方、第2の容器
12の開口部12aは大気中に開放されている。
【0014】そして、チューブ13に設けられた流量調
節器14の開度と、第1の容器11と第2の容器12の
相対的な高さを調節して、第1の容器11に充填されて
いる水を第2の容器12に移すことにより、第1の容器
11内は減圧状態となるため、粉塵用フィルタ4及び二
酸化窒素捕集手段3に大気が吸引されるように構成され
ている。なお、吸気量は、第1の容器に充填された水の
減少量、あるいは第2の容器に流入した水量より求める
ことができる。また、本実施形態においては、第1及び
第2の容器としてペットボトルが用いられている。ま
た、第1の容器11の開口部11aを密閉する密閉栓1
5としては、ペットボトルの口を密閉するように構成さ
れたゴム栓が用いられている。
【0015】[1−3.二酸化窒素捕集手段の構成]続
いて、二酸化窒素捕集手段3の構成について説明する。
すなわち、本実施形態においては、二酸化窒素捕集手段
3の内部に、簡易水質測定用パックテスト(共立理化学
研究所製、亜硝酸測定用)に蒸留水1mlを注入して調
製した発色吸収液5が収納されている。そして、上記吸
引手段1を用いて吸引した大気又は排気ガスを二酸化窒
素捕集手段3に導入し、発色吸収液に通気させるように
構成されている。
【0016】なお、前記パックテストに用いられている
発色試薬はナフチルエチレンジアミンであり、この発色
吸収液は、大気又は排気ガスに含まれる二酸化窒素によ
って発色するので、発色した吸収液を付属の比色チャー
トを用いて、NO2の濃度を測定することができる。
【0017】また、以下に述べるようにして、比色チャ
ートから得られたNO2の濃度と通気量(吸引量)よ
り、大気中に含まれる二酸化窒素の濃度を求めることが
できる。なお、以下の計算は、吸収された二酸化窒素と
吸引した大気量を標準状態(0℃、1気圧)の気体に換
算して、大気中の二酸化窒素の濃度を求めるものであ
る。使用する公式は、次式の通りである。
【数1】PV=nRT P:圧力(測定時の気圧) V:体積 n:モル数 R:気体定数 0.082 T:温度(273)
【数2】PV/T=P'V'/T' P:圧力(1atm) V:体積 (標準状態体積) T:温度(273) P':(測定時の気圧、1atmとする) V':(吸引体積) T':(測定時の気温、273+t)
【0018】ここで、気温:20.0℃、気圧:1at
m、吸引ガス量:3000ml、吸収液量:1ml、パ
ックテスト濃度:0.2ppm(mg/l)、二酸化窒
素分子量:46、絶対温度:273℃とすると、1ml
中のNO2濃度のガス換算は、PV=nRT、R=0.
082より、
【数3】(0.2×1/1000)÷46×0.082×273≒0.0001 大気吸引量の温度補正は、PV/T=P'V'/T'よ
り、
【数4】3000×273÷(273+20)≒2795ml 従って、大気濃度ppm(V/V)は、
【数5】0.0001÷2.795×1000≒0.036ppm(v/v) となる。
【0019】続いて、本実施形態における発色吸収液の
調製方法をより詳しく説明する。すなわち、図2に示し
たように、前記パックテストの端を斜めにカット(断面
直径が1.5mm程度)し、注射筒等を用いてパックテ
ストの中へ蒸留水1mlを注入し、試薬を溶解させる。
なお、この場合、斜めにカットした反対側に空気穴を開
けておくことが望ましい。このようにして試薬を溶解さ
せたパックテストを二酸化窒素捕集手段3の内部にセッ
トし、前記接続チューブ2の先端をパックテスト内の発
色吸収液中に入れ、二酸化窒素捕集手段3の開口部をゴ
ム栓3aで密閉する。
【0020】[1−4.粉塵用フィルタの構成]続い
て、粉塵用フィルタ4の構成について説明する。すなわ
ち、本実施形態においては、二酸化窒素捕集手段3の大
気導入側に、2個のプラスチック製注射筒(ツベルクリ
ン用1ml)でガラス繊維(例えば、ミリポア社製AP
−20,アドバンティック社製GC−90等)からなる
濾紙を挟持してなる粉塵用フィルタ4が配設されてい
る。そして、この粉塵用フィルタ4で捕集された大気中
の浮遊粉塵を、従来から用いられている比色法により測
定することができるように構成されている。
【0021】[2.作用]上記のような構成を有する本
実施形態の大気汚染物質の簡易測定装置は、以下のよう
に作用する。 (a)まず、図1に示したように、2つの中空容器から
なる吸引手段1に、接続チューブ2を用いて二酸化窒素
捕集手段3と粉塵用フィルタ4を接続して、本発明に係
る測定装置を組み立てる。 (b)二酸化窒素捕集手段3に水を入れ、吸引手段1の
2つの容器11,12の底に連結されたチューブ13を
流量調節器14を用いて絞ることにより、吸引スピード
をパックテストから発色試薬が漏れないようなスピード
(例えば、100ml/min)に調節しておく。
【0022】(c)次に、パックテストの上端を斜めに
カットし、注射筒を用いてパックテストの中へ蒸留水1
mlを注入し、発色試薬を溶解させる。 (d)このようにして発色試薬を溶解させたパックテス
トを二酸化窒素捕集手段3の内部にセットし、二酸化窒
素捕集手段3の開口部をゴム栓3aで密閉する。 (e)吸引手段1の流量調節器14を全開にして吸引を
開始する。すると、ディーゼル車の排気ガスの場合に
は、100〜200ml程度で強い発色を呈し、石油ス
トーブを使用し換気しない室内の場合には、1.5リッ
トル程度で薄い発色を呈し、汚い大気では、3〜6リッ
トルで薄い発色を呈する。
【0023】(f)パックテストに添付された比色チャ
ートで発色したものを比べ、1ml中の亜硝酸としての
濃度を求める。 (g)上述したように、吸引量と吸収量から大気濃度
(V/Vppm)を計算で概算することもできる。な
お、この場合、測定時に気温を測る必要がある。また、
大気圧は1atmとすると計算が容易である。
【0024】[3.効果]このように、本実施形態によ
れば、大気中の汚染物質を吸引するのに特別な吸引ポン
プを用いずに、2つの中空容器からなる簡易な構成の吸
引手段を用いることができる。特に、2つのペットボト
ルを用いて吸引手段を構成し、市販のパックテストを試
験管内に収納して二酸化窒素捕集手段を構成し、さら
に、2つのプラスチック製注射筒と濾紙とから粉塵用フ
ィルタを構成することができるので、家庭内や学校等に
おいて、簡単に大気中の汚染物質の測定を実施すること
ができる。
【0025】また、発色試薬として、市販のパックテス
トを用いることができるので、試薬調製や薬品の取扱い
の手間がかからず、比色チャートで定量できるので、分
光光度計等を用いなくても測定が可能である。さらに、
大気や排ガスを徐々に吸引するに従って試薬が発色して
くるので、大気の汚染度を視覚的に把握することがで
き、学校や各種セミナー等での演示実験等に用いた場
合、インパクトが大きく、多大な教育効果が得られる。
【0026】さらに、粉塵用フィルタとして用いた濾紙
により、大気中の浮遊粉塵を捕集・測定することができ
るので、簡易な装置で二酸化窒素と浮遊粉塵の両方を同
時に測定することができる。また、簡易な装置であるた
め、費用が少なくて済むという利点もある。さらに、測
定操作も簡単であり、時間毎の測定値が得られるので、
一日の濃度変動を求めることも容易にできる。
【0027】[4.他の実施形態]本発明は、上述した
実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例が考
えられる。例えば、二酸化窒素捕集手段3の内部に収納
する発色吸収液としては、上記のパックテストに限定さ
れず、従来から用いられているザルツマン試薬等の発色
吸収液を用いることができることは言うまでもない。
【0028】また、吸引手段を構成する2つの中空容器
としては、上述したペットボトルの他にも、両者の底部
をチューブで連結することができるものであれば、その
材質、形状、大きさ等は特に限定されない。さらに、粉
塵用フィルタとしては、大気中の浮遊粉塵を捕集できる
ものであれば良く、必ずしも上記のように2つのプラス
チック製注射筒と濾紙とから構成する必要はない。さら
に、測定対象となる大気汚染物質は二酸化窒素に限定さ
れるものではないが、測定対象となる大気汚染物質を通
気した場合に発色する試薬を選択して発色吸収液を調製
することが必要である。
【0029】
【実施例】本発明に係る簡易測定装置の精度を調べるた
めに、希釈したディーゼル車の排気ガスを用いて、NO
2測定用の直読式ガス検知管による測定結果と、本発明
に係る簡易測定装置による検出濃度とを比較検討した。
図3はその結果を示したものである。図から明らかなよ
うに、測定法の違いにより値は異なるが、直読式ガス検
知管の結果と、本発明に係る簡易測定装置による比色チ
ャートを用いた目視評価は、直線関係にあった。
【0030】また、坂戸市国道407号線の歩道と開放
型石油ストーブを使用した無換気の室内において確認試
験を行った。表1はその結果を示したものである。
【表1】 表1から明らかなように、本発明に係る簡易測定装置
は、この濃度範囲では、大気中の二酸化窒素の測定法と
して十分濃度の比較評価ができることが分かった。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡易な装置で、効率良く高精度の測定が可能な大気汚染
物質の簡易測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る大気汚染物質の簡易測定装置の全
体構成を示す概略図
【図2】図1に示した二酸化窒素捕集手段の構成を示す
正面図
【図3】NO2測定用の直読式ガス検知管による測定結
果と、本発明に係る簡易測定装置による検出濃度とを比
較した図
【符号の説明】
1…吸引手段 2…接続チューブ 3…二酸化窒素捕集手段 4…粉塵用フィルタ 5…発色吸収液 11…第1の容器 12…第2の容器 13…チューブ 14…流量調節器 15…密閉栓

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 測定対象となる大気を吸引する吸引手段
    と、前記吸引手段によって吸引した大気中の汚染物質を
    採取する捕集手段とを備えた大気汚染物質の簡易測定装
    置において、 前記吸引手段が、内部に所定量の水が充填された第1の
    容器と、第2の容器と、両容器の底部に連結された連結
    部材と、この連結部材に設けられた流量調節部材とを有
    し、前記流量調節部材の開度と、第1の容器と第2の容
    器の相対的な高さを調節することにより、前記捕集手段
    に大気が吸引されるように構成されていることを特徴と
    する大気汚染物質の簡易測定装置。
  2. 【請求項2】 前記捕集手段の内部に、測定対象となる
    大気中の汚染物質によって発色する発色試薬が収納され
    ていることを特徴とする請求項1に記載の大気汚染物質
    の簡易測定装置。
  3. 【請求項3】 前記捕集手段の大気導入側に、大気中の
    粉塵を採取することができるフィルタが配設されている
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の大気汚
    染物質の簡易測定装置。
  4. 【請求項4】 前記第1の容器及び第2の容器がペット
    ボトルであることを特徴とする請求項1乃至請求項3の
    いずれか一に記載の大気汚染物質の簡易測定装置。
  5. 【請求項5】 前記測定対象となる大気中の汚染物質が
    二酸化窒素であり、前記発色試薬がナフチルエチレンジ
    アミンであることを特徴とする請求項2乃至請求項4の
    いずれか一に記載の大気汚染物質の簡易測定装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100569724B1 (ko) * 2004-03-04 2006-04-11 주식회사 프레션 Voc 포집장치
WO2023008322A1 (ja) * 2021-07-30 2023-02-02 ダイキン工業株式会社 サンプリング装置の制御方法、サンプリング装置及びサンプリングシステム

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