JP2002005797A - 揮発性有機化合物捕集用パッシブサンプラー - Google Patents

揮発性有機化合物捕集用パッシブサンプラー

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JP2002005797A
JP2002005797A JP2000183147A JP2000183147A JP2002005797A JP 2002005797 A JP2002005797 A JP 2002005797A JP 2000183147 A JP2000183147 A JP 2000183147A JP 2000183147 A JP2000183147 A JP 2000183147A JP 2002005797 A JP2002005797 A JP 2002005797A
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volatile organic
adsorbent
organic compound
glass fiber
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Koji Suzuki
鈴木  孝治
Noriko Yamamoto
憲子 山本
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Japan Science and Technology Agency
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Japan Science and Technology Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶媒を使用することなく揮発性有機化合物を
脱着でき、しかも、高感度、高精度に環境中の揮発性有
機化合物を測定することを可能にする、揮発性有機化合
物捕集用パッシブサンプラーを提供すること。 【解決手段】 グラファイトカーボンブラックである吸
着剤と、該吸着剤を挟持する一対のガラス繊維濾紙とか
ら成る吸着素子を、外部から揮発性有機化合物が拡散に
より入ることができる容器内に収容して成る揮発性有機
化合物捕集用パッシブサンプラーを提供した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、環境中のベンゼ
ン、トルエン、キシレン等の揮発性有機化合物をパッシ
ブサンプリングするためのパッシブサンプラーに関す
る。
【0002】近年、環境中の揮発性有機化合物(VOCs)の
生態系、環境への影響が問題視され、規制や許容濃度な
どの政策も進められつつある。大気中のVOCsは多種類が
低濃度で存在し、人体の影響にも個人差があるため、個
人レベルの曝露濃度を測定できる分析システムが必要で
あるにもかかわらず、現状では主に定点での大気測定が
行われているに過ぎない。個人レベルの曝露の影響をモ
ニターするには、拡散現象のみにより吸着サンプリング
する簡便なパッシブサンプラーが適している。
【0003】パッシブサンプラーには、吸着剤が用いら
れており、この吸着剤に吸着されたVOCsを溶媒処理によ
り脱着させ、脱着したVOCsをガスクロマトグラフィーに
より分析して環境中に含まれるVOCsの種類及び量を測定
する。現在、個人用のパッシブサンプラーは、米国3M社
からVOCという商品名で市販されているものが代表的で
ある。このパッシブサンプラーは、吸着剤として、バイ
ンダーで結着した活性炭を用いている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、活性炭
を用いた公知のパッシブサンプラーでは、VOCsの脱着に
二硫化炭素のような有害な溶媒を使用する必要がある。
また、公知のパッシブサンプラーの吸着剤を加熱してVO
Csを脱着させようとすると、感度が下がる。
【0005】従って、本発明の目的は、溶媒を使用する
ことなくVOCsを脱着でき、しかも、高感度、高精度に環
境中のVOCsを測定することを可能にする、揮発性有機化
合物捕集用パッシブサンプラーを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本願発明者らは、鋭意研
究の結果、グラファイトカーボンブラックである吸着剤
と、該吸着剤を挟持する一対のガラス繊維濾紙とから成
る吸着素子を用いると、溶媒を使用することなくVOCsを
脱着でき、しかも、高感度、高精度に環境中のVOCsを測
定することが可能であることを見出し、本発明を完成し
た。
【0007】すなわち、本発明は、グラファイトカーボ
ンブラックである吸着剤と、該吸着剤を挟持する一対の
ガラス繊維濾紙とから成る吸着素子を、外部から揮発性
有機化合物が入ることができる容器内に収容して成る揮
発性有機化合物捕集用パッシブサンプラーを提供する。
【0008】
【発明の実施の形態】「パッシブサンプラー」とは、環
境中、例えば大気中の被測定物質を、吸引等を行うこと
なく、拡散現象のみによって捕集する捕集器を意味す
る。
【0009】本発明のパッシブサンプラーにより捕集、
脱着が可能な揮発性有機化合物の例としては、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、トリメチル
ベンゼン、ジクロロベンゼン、スチレン等のベンゼン誘
導体、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ヘ
キサン等の脂肪族炭化水素及びその誘導体等を挙げるこ
とができるが、これらに限定されるものではなく、これ
ら以外の種々の揮発性有機化合物の捕集、脱着が可能で
ある。
【0010】本発明のパッシブサンプラーは、グラファ
イトカーボンブラック又はカーボンモレキュラーシーブ
である吸着剤と、該吸着剤を挟持する一対のガラス繊維
濾紙とから成る吸着素子を具備する。
【0011】吸着剤として用いられるグラファイトカー
ボンブラックは、平面結晶の積層構造を有するグラファ
イトであり、酸化部位や金属などを含まない。本発明に
用いるグラファイトカーボンブラックは、比表面積が5
〜250 cm2/g程度、さらに好ましくは、 50〜150 cm2/g
程度のものが好ましく、顆粒状のものが好ましい。本発
明のパッシブサンプラーに好適に使用できるグラファイ
トカーボンブラックとしては、市販のものを利用するこ
とができ、好ましい市販品として、SPELCO社から市販さ
れているCarbotrapシリーズ及びCarbopackシリーズ、と
りわけCarbotrapB(Carbopack B)、Carbotrap C (Carbop
ack C)及びCarbopack F、特にCarbotrapB(Carbopack B)
(いずれも商品名)を挙げることができる。吸着剤とし
ては、比表面積50〜150 cm2/g程度のグラファイトカー
ボンブラックが最も好ましい。
【0012】上記吸着剤は、一対のガラス繊維濾紙に挟
持される。ガラス繊維濾紙としては、特に限定されない
が、VOCs測定用パッシブサンプラーとして適切な感度を
達成するために、厚さ0.1 mm〜0.6 mm程度、好ましくは
0.15 mm〜0.3 mm程度、目付重量30〜150 g/m2程度、好
ましくは40〜80 g/m2、保留粒子径0.3〜1.0 μm程度の
ガラス繊維濾紙が好ましい。ガラス繊維濾紙としては市
販のものを用いることができ、好ましい例として、ADVA
NTEC社製のGA-55、GB-100R、GB-140、GC-50及びGF-75等
(いずれも商品名)を挙げることができる。また、ガラ
ス繊維濾紙の大きさは、特に限定されないが、あまりに
小さいと感度が低下し、あまりに大きいと携帯に不便で
あるから、円形の場合、通常、直径20mm〜70 mm程度が
適当である。
【0013】一対のガラス繊維濾紙に挟持される吸着剤
の量は、特に限定されないが、VOCs測定用パッシブサン
プラーとして適度の感度を達成するために、かつ、吸着
されたVOCsの脱着を完全に行うことができるように、20
〜70 mg程度が好ましい。
【0014】吸着剤を挟持した一対のガラス繊維濾紙
は、その周辺部を互いに固着して吸着剤が外に脱漏しな
いようにすることが好ましい。ガラス繊維濾紙同士の固
着は、有機溶媒を用いた接着剤を用いることなく行うこ
とが好ましい。とりわけ、強アルカリ水溶液、例えば濃
度1 mol/l程度の農水酸化ナトリウム溶液をパスチュー
ルで濾紙の円周に沿ってたらしながら2枚をつなぐよう
に押しつけ、乾燥させることによりガラス繊維濾紙同士
を固着することができる。
【0015】本発明のパッシブサンプラーは、上記吸着
素子を、外部からVOCsが拡散により入ることができる容
器内に収容して成る。容器としては、外部からVOCsが拡
散により入ることができるものであれば何等限定されな
い。容器は、容器本体と、揮発性有機化合物が自由に通
過できるフィルター部分を有する蓋体とを具備したもの
が好ましく、とりわけ、容器底部に吸着素子を配置し、
その上に吸着素子と後述の蓋体との間に間隔をあけるた
めのスペーサーを配置し、その上にフィルター部分を有
する蓋体を配置して成るパッシブサンプラーが好まし
い。なお、スペーサーは、気体分子の拡散を方向付ける
ために有用であり、その高さ(すなわち、吸着素子上面
とフィルター部下面との距離)は、特に限定されない
が、5 mm〜20mm程度が適当である。蓋体は、そのほぼ全
面がフィルター部であるものが好ましい。フィルターと
しては、VOCsの発生しない材質で形成されたものが好ま
しく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)メン
ブレンフィルターを挙げることができる。フィルターの
目的は、比較的大きな粒子やゴミ等が吸着素子に付着す
ることを防止するためであり、この目的を達成できるも
のであればなんら限定されないが、この目的に加えて適
度な感度を達成するために、フィルターの孔径は0.05〜
0.4μm程度が適当であり、厚さは0.01〜0.05 mm程度が
適当である。なお、フィルター部は、蓋体の外枠に固着
されている必要はなく、蓋体外枠と容器本体との間に挟
持されていてもよい。この場合でも、蓋体外枠とフィル
ターとで蓋体が形成されているものと解釈する。
【0016】使用時には、VOCs濃度を測定したい環境中
にパッシブサンプラーを放置する。放置の時間は特に限
定されないが、通常30分間〜24時間、特に1時間〜
12時間程度が適当である。なお、個人の曝露濃度を測
定したい場合には、例えば、容器にクリップを付けてお
き、このクリップでパッシブサンプラーを胸の辺りに設
置することができる。
【0017】環境中にVOCsが存在する場合には、それら
は拡散により容器内に入り、前記ガラス繊維濾紙を介し
て吸着剤と接触し、吸着剤に吸着される。
【0018】サンプリング後、吸着素子を容器から取り
出し、加熱してVOCsを脱着させ、脱着したVOCsをガスク
ロマトグラフィーにより定量する。脱着時の加熱温度
は、特に限定されないが、通常、230〜270℃程度が好ま
しい。また、加熱時間は、特に限定されないが10〜3
0分間程度が好ましい。なお、加熱脱着させたVOCsは、
一旦他の炭素系吸着剤に吸着濃縮させた後、より高い温
度、例えば280〜300℃で加熱脱着させて一気にガスクロ
マトグラフィーにかけることにより、より高感度、高精
度に定量を行うことができるので好ましい。ガスクロマ
トグラフィー自体は、公知の装置を用いて行うことがで
きる。なお、加熱脱着後の吸着剤は再利用可能である。
【0019】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づきより具体的に
説明する。もっとも、本発明は下記実施例に限定される
ものではない。
【0020】実施例1 パッシブサンプラーの作製 図1に模式的に示すパッシブサンプラーを作製した。す
なわち、浅い円筒状容器10の底部に吸着素子12を置
き、その上に骨格のみから成る低い円筒状のスペーサー
14を置き、容器10の上部開口よりも大きなPTFEメン
ブレン16を置き、その上から蓋体外枠18を容器本体
10に嵌着した。なお、蓋体外枠18の内側部分20は
開口であり、この開口20からPTFEメンブレン16が外
部に露出している。吸着素子12は、一対のガラス繊維
濾紙22a、22bの間に吸着剤24を挟持したもので
ある。吸着剤24は、50mgのグラファイトカーボン
ブラック(SPELCO社製Carbotrap B)(比表面積100 m2/g
の顆粒状)であり、ガラス繊維濾紙22a、22bは直
径37 mmのガラス繊維濾紙(ADVANTEC社製GA-55)(0.21 mm
厚、0.6 μm孔径)であった。ガラス繊維濾紙の周縁部
に濃度1.0 mol/lの濃水酸化ナトリウム溶液をパスチュ
ールで濾紙の円周に沿ってたらしながら2枚をつなぐよ
うに押しつけ、ドラフト内で一夜乾燥させることにより
2枚の濾紙を固着した。また、スペーサー14の高さは
10mmであり、PTFEメンブレン16の孔径は0.2μm、
厚さは0.05 mm以下であった。また、容器本体10に
は、クリップ26が設けられており、このクリップ26
で胸ポケット等に取り付けることができる。
【0021】実施例2 大気中のVOCsの定量 実施例1で作製したパッシブサンプラーを、研究棟4階
の窓の外に1、2又は5時間置き、各時間でのVOCsの吸
着量を測定した。測定は次のようにして行った。所定の
時間大気に曝露したパッシブサンプラーから吸着素子を
取り出し、これをヒーターにより囲包されたホルダー内
にセットした。ホルダーは、捕集管に接続されている。
ホルダー内の吸着素子を250℃で20分間してVOCsを
脱着させ、50 ml/分の流速でヘリウムガスを流して、ホ
ルダーに接続した捕集管にVOCsを吸着させた。捕集管内
に充填されている炭素系吸着剤は、Carbotrap B, Carbo
xen 1000及びCarboxen 1001(いずれもSPELCO社製商品
名)の混合物であった。捕集管の大きさは、内径が2.1
mm、長さが15 cmであった。次いで、捕集管内の吸着剤
を280℃、8分間加熱して脱着させ、捕集管に接続さ
れたガスクロマトグラフィー装置(島津製作所 17A)にV
OCsを移行させた。ガスクロマトグラフィーは、流速1.0
ml/分で、ヘリウムガスをキャリアガスとして行った。
【0022】結果を図2に示す。図2に示されるよう
に、トルエン、ベンゼン、エチルベンゼン、m-及びp-キ
シレン、o-キシレン並びにスチレンのいずれも、曝露時
間にほぼ完全に比例して測定量が増えている。しかも、
従来の市販のパッシブサンプラー(吸着剤として活性炭
を用い、溶媒を用いてVOCsを脱着する)では測定できな
かった曝露時間1時間でも測定が可能であった。また、
4個のパッシブサンプラーを作製し、8時間曝露後の測
定値のバラツキを調べたところCV値が10%以内であっ
た。
【0023】
【発明の効果】以上のように、本発明のパッシブサンプ
ラーによれば、脱着に溶媒を用いることなく、高感度、
高精度に、高い再現性をもって環境中のVOCsを測定する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の揮発性有機化合物捕集用パッシブサン
プラーの1実施例の構造を模式的に示す分解組立図であ
る。
【図2】本発明のパッシブサンプラーを用いて大気中の
揮発性有機化合物を測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
10 容器本体 12 吸着素子 14 スペーサー 16 PTFEメンブレン 18 蓋体外枠 20 開口部 22a ガラス繊維濾紙 22b ガラス繊維濾紙 24 吸着剤 26 クリップ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 グラファイトカーボンブラックである吸
    着剤と、該吸着剤を挟持する一対のガラス繊維濾紙とか
    ら成る吸着素子を、外部から揮発性有機化合物が拡散に
    より入ることができる容器内に収容して成る揮発性有機
    化合物捕集用パッシブサンプラー。
  2. 【請求項2】 前記吸着剤はグラファイトカーボンブラ
    ックである請求項1記載のパッシブサンプラー。
  3. 【請求項3】 前記ガラス繊維濾紙の目付重量は30〜15
    0 g/m2であり、厚さが0.1mm〜0.6mmである請求項1又は
    2記載のパッシブサンプラー。
  4. 【請求項4】 容器本体と、該容器本体の底部に収容さ
    れた前記吸着素子と、揮発性有機化合物が通過できるフ
    ィルター部分を有する蓋体とを含む請求項1ないし3の
    いずれか1項記載のパッシブサンプラー。
  5. 【請求項5】 前記蓋体と、前記吸着素子との間を隔て
    るスペーサーをさらに含む請求項4記載のパッシブサン
    プラー。
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