JP2002139431A - 気体中の微量有機物の分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】気体中の成分のうち、測定に影響または妨害を
及ぼす成分、特に、水分および炭酸ガスの影響を受ける
ことなく、かつ、測定に必要な試料気体量を大幅に低減
して、廃棄物処理場周辺の大気、廃棄物処理場からの排
ガス、土壌または地下水からの揮発ガス、土壌処理ガ
ス、地下水処理ガス、一般環境大気中などに含まれる微
量有機物を、迅速、簡便かつ正確に、数ppb〜数十ppbレ
ベルまで分析することができる感度の高い気体中の微量
有機物の分析装置を提供する。 【解決手段】長光路ガスセルに試料気体を導入し、フー
リエ変換赤外分光光度計により、赤外光の吸光度を測定
する気体中の微量有機物分析装置において、試料気体を
長光路ガスセルに導入する経路に、水分および炭酸ガス
を選択的に除去する装置並びに試料濃縮装置を有するこ
とを特徴とする気体中の微量有機物の分析装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体中の微量有機
物の分析装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、廃
棄物処理場周辺の大気、廃棄物処理場からの排ガス、土
壌または地下水からの揮発ガス、土壌処理ガス、地下水
処理ガス、一般環境大気中などに含まれる微量有機ガス
成分を、少量の試料で、迅速に、かつ簡便に、数ppb〜
数十ppbレベルまで定量分析することができる気体中の
微量有機物の分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業の発展に伴って、人間の活動に起因
する物質が大気中またはガス中に微量成分として存在す
るようになった。このような微量成分としては、浮遊粒
状物質、硫黄酸化物、窒素酸化物、一酸化炭素などの無
機酸化物、炭化水素、ハロゲン化物、アルデヒドなどの
有機物などがある。大気中に存在する有機物は、悪臭の
原因になるばかりでなく、人体に有害な化合物も多いの
で、その同定と定量を行い、対策をたてることは極めて
重要である。従来、大気中またはガス中に微量に含まれ
る有機物の定量法としては、検知管法と捕集・定量法が
行われてきた。検知管法は、目的の有機物と着色反応す
る試薬を添加した検知剤を充填したガラス管に、試料大
気または試料ガスを小型手動吸引ポンプで通気し、その
着色層の長さから有機物の濃度を求めるものである。検
知管法は、測定所要時間が短く、測定操作も簡便な点で
優れているが、測定し得る有機物の種類が限られてお
り、また、化学的性質の類似した有機物を分別定量する
ことができないばかりでなく、測定下限濃度もたかだか
数ppm程度である。捕集・定量法は、大気中またはガス
中の有機物を吸着剤に吸着して捕集したのち、適当な溶
媒により脱着する、あるいは、加熱して脱着して、ガス
クロマトグラフィーにより分析するものである。例え
ば、クロロホルムは、粒状活性炭充填管により吸着捕集
したのち、二硫化炭素により脱着して分析する。また、
ベンゼンは、粒状シリカゲル充填管により吸着捕集した
のち、アセトンにより脱着して分析する。捕集・定量法
は、検知管法よりも精度はよいが、それでも測定下限濃
度は０.１〜１ppm程度であり、目的とする有機物ごとに
異なる吸着剤および脱着剤または脱着方法を適用する必
要があり、操作が非常に煩雑で長時間を要する。また、
ガスクロマトグラフィー・質量分析法による分析では、
測定下限濃度は数ppt〜数十ppt程度まで測定できるが、
ガスクロマトグラフィーの場合と同様に、操作が非常に
煩雑で長時間を要する。さらに、長光路ガスセルとフー
リエ変換赤外分光光度計を組み合わせた方法も知られて
いる。この方法は、長光路ガスセル内に試料大気または
試料ガスを直接導入して、試料大気中または試料ガス中
の有機物による赤外光の吸光度を測定して、試料大気中
または試料ガス中の有機物濃度を求めるものである。こ
の方法を大気中またはガス中の微量有機物分析に適用し
ようとすると、大気中またはガス中に存在する成分、特
に、水分および炭酸ガスの影響が大きく、測定対象物質
が制限される。また、測定下限濃度も通常、数十ppm〜
数百ppm程度である。すなわち、大気中には、相対湿度
数％ないし飽和状態に近い水分と、０.０３容量％程度
の炭酸ガスが含まれており、水は１,３００〜２,０００
cm^-1および３,０００〜４,０００cm^-1に、炭酸ガスは６
７０cm^-1付近に強い吸収を有するので、これらの領域に
吸収を有する有機物は分析することができない。ガスに
おいても、大気と同様に水分や炭酸ガスが含まれる場合
が多く、大気と同様の問題がある。また、この方法で大
気中またはガス中の微量有機物を数ppb〜数十ppbの濃度
まで測定するためには、長光路ガスセルの光路長を千メ
ートル程度以上にも長くする必要が生じ、従って、測定
に要する試料大気量または試料ガス量が数百リットル程
度以上も必要となる。試料によっては、一度に数百リッ
トルも採取できないことがある。特に、土壌や地下水か
らの揮発ガスでは、一度に、かつ、短時間のうちに数百
リットル以上も採取しようとすると、本来採取すべきで
ない外周囲の大気またはガスを大量に引き込んで希釈さ
れたり、汚染の原因になる。従って、長光路ガスセルと
フーリエ変換赤外分光光度計を組み合わせた従来の方法
では、大気中またはガス中の微量有機物を、少量の試料
量では、数ppb〜数十ppbの濃度まで測定することはでき
なかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、気体中の成
分のうち、測定に影響または妨害を及ぼす成分、特に、
水分および炭酸ガスの影響を受けることなく、かつ、測
定に必要な試料気体量を大幅に低減して、廃棄物処理場
周辺の大気、廃棄物処理場からの排ガス、土壌または地
下水からの揮発ガス、土壌処理ガス、地下水処理ガス、
一般環境大気中などに含まれる微量有機物を、迅速、簡
便かつ正確に、数ppb〜数十ppbレベルまで分析すること
ができる感度の高い気体中の微量有機物の分析装置を提
供することを目的としてなされたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、試料大気または試
料ガスを濃縮管に導入する経路に、測定に影響または妨
害する成分、特に、水分および炭酸ガスを選択的に除去
する装置を設け、濃縮管内に水分および炭酸ガスを除去
した試料大気または試料ガスを導入して測定対象となる
微量有機物を効率よく濃縮したのち、濃縮管を加熱して
測定対象の微量有機物を予め十分減圧しておいた長光路
ガスセルに導入し、必要に応じて調圧したのち、フーリ
エ変換赤外分光光度計を用いて赤外光の吸光度を測定す
ることにより、測定に必要な試料量を大幅に低減して、
大気中またはガス中の微量有機物を迅速かつ簡便に低濃
度まで定量し得ることを見いだし、この知見に基づいて
本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、
（１）長光路ガスセルに試料気体を導入し、フーリエ変
換赤外分光光度計により、赤外光の吸光度を測定する気
体中の微量有機物分析装置において、試料気体を長光路
ガスセルに導入する経路に、水分および炭酸ガスを選択
的に除去する装置並びに試料濃縮装置を有することを特
徴とする気体中の微量有機物の分析装置、を提供するも
のである。さらに、本発明の好ましい態様として、
（２）水分を選択的に除去する装置が、粒状の過塩素酸
塩を充填したカラムである第１項記載の気体中の微量有
機物の分析装置、（３）粒状の過塩素酸塩の粒径が０.
１〜１０mmである第２項記載の気体中の微量有機物の分
析装置、（４）炭酸ガスを選択的に除去する装置が、粒
状のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物ま
たは酸化物を充填したカラムである第１項記載の気体中
の微量有機物の分析装置、（５）粒状のアルカリ金属ま
たはアルカリ土類金属の水酸化物または酸化物の粒径
が、０.１〜１０mmである第４項記載の気体中の微量有
機物の分析装置、（６）水分および炭酸ガスを選択的に
除去する装置が、合成ゼオライトを充填したカラムであ
る第１項記載の気体中の微量有機物の分析装置、（７）
合成ゼオライトが、細孔径約０.４ｎｍの合成ゼオライ
トまたは細孔径約０.３ｎｍの合成ゼオライトと細孔径
約０.４ｎｍの合成ゼオライトである第６項記載の気体
中の微量有機物の分析装置、（８）試料濃縮装置が、濃
縮管である第１項記載の気体中の微量有機物の分析装
置、（９）濃縮管の内径が、０.１〜１０mmである第８
項記載の気体中の微量有機物の分析装置、（１０）濃縮
管が、内部に充填物を有する第８項記載の気体中の微量
有機物の分析装置、（１１）濃縮管が、冷媒による冷却
装置を有する第８項記載の気体中の微量有機物の分析装
置、（１２）冷媒が、液体窒素、液体酸素、液体ヘリウ
ム、液体アルゴンまたはドライアイス浴である第１１項
記載の気体中の微量有機物の分析装置、（１３）濃縮管
が、冷却状態から３０〜２００℃に急速に昇温する加熱
装置を有する第１１項記載の気体中の微量有機物の分析
装置、（１４）長光路ガスセルを減圧する真空ポンプを
備えた第１項記載の気体中の微量有機物の分析装置、お
よび、（１５）真空ポンプが、油を用いないポンプであ
る第１４項記載の気体中の微量有機物の分析装置、を挙
げることができる。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の気体中の微量有機物の分
析装置は、長光路ガスセルに試料気体を導入し、フーリ
エ変換赤外分光光度計により、赤外光の吸光度を測定す
る気体中の微量有機物分析装置において、試料気体を長
光路ガスセルに導入する経路に、水分および炭酸ガスを
選択的に除去する装置並びに試料濃縮装置を有する分析
装置である。本発明の分析装置は、大気中またはガス中
に存在する微量有機物の測定に適しており、特に、一度
に採取できる試料量が制限される場合に適している。本
発明装置においては、水分を選択的に除去する装置とし
て、粒状の過塩素酸塩を充填したカラムを好適に用いる
ことができる。使用する過塩素酸塩に特に制限はなく、
例えば、過塩素酸アンモニウム、過塩素酸リチウム、過
塩素酸ナトリウム、過塩素酸カリウム、過塩素酸ルビジ
ウム、過塩素酸セシウム、過塩素酸マグネシウム、過塩
素酸カルシウム、過塩素酸ストロンチウム、過塩素酸バ
リウム、過塩素酸マンガン(II)、過塩素酸鉄(II)、過塩
素酸コバルト(II)、過塩素酸ニッケル(II)、過塩素酸銅
(II)、過塩素酸銀、過塩素酸アルミニウム、過塩素酸イ
ンジウム(III)、過塩素酸タリウム(Ｉ)、過塩素酸鉛(I
I)などを挙げることができる。本発明装置に用いる粒状
の過塩素酸塩の粒径は、０.１〜１０mmであることが好
ましく、１〜５mmであることがより好ましい。粒状の過
塩素酸塩の粒径が０.１mm未満であると、試料気体の流
れに伴って、粒状の過塩素酸塩が飛散するおそれがあ
る。粒状の過塩素酸塩の粒径が１０mmを超えると、水分
の吸収速度が遅くなるおそれがある。

【０００６】本発明装置においては、炭酸ガスを選択的
に除去する装置として、粒状のアルカリ金属またはアル
カリ土類金属の水酸化物または酸化物を好適に用いるこ
とができる。水酸化物または酸化物を用いるアルカリ金
属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジ
ウム、セシウムを挙げることができる。水酸化物または
酸化物を用いるアルカリ土類金属としては、ベリリウ
ム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリ
ウムを挙げることができる。本発明装置に用いる粒状の
アルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物または
酸化物の粒径は、０.１〜１０mmであることが好まし
く、１〜５mmであることがより好ましい。粒状のアルカ
リ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物または酸化物
の粒径が０.１mm未満であると、試料気体の流れに伴っ
て、粒状のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸
化物または酸化物が飛散するおそれがある。粒状のアル
カリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物または酸化
物の粒径が１０mmを超えると、炭酸ガスの吸収速度が遅
くなるおそれがある。本発明装置において、粒状の過塩
素酸塩を充填したカラムと粒状のアルカリ金属またはア
ルカリ土類金属の水酸化物または酸化物を充填したカラ
ムを設ける場合、カラムの接続順序に特に制限はない
が、粒状の過塩素酸塩を充填したカラムを試料気体の流
入側すなわち上流側とすることが好ましい。粒状の過塩
素酸塩を充填したカラムを上流側とすることにより、水
分が除去され乾燥した試料気体が粒状のアルカリ金属ま
たはアルカリ土類金属の水酸化物または酸化物を充填し
たカラムに流入するので、水分により粒状のアルカリ金
属またはアルカリ土類金属の水酸化物または酸化物が部
分的に溶解するおそれがない。

【０００７】本発明装置においては、粒状の過塩素酸塩
を充填したカラムと、粒状のアルカリ金属またはアルカ
リ土類金属の水酸化物または酸化物を充填したカラムを
別々に設けることができ、あるいは、粒状の過塩素酸塩
を充填した層と粒状のアルカリ金属またはアルカリ土類
金属の水酸化物または酸化物を充填した層を一つのカラ
ム内に形成し、粒状の過塩素酸塩を充填した層と粒状の
アルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物または
酸化物を充填した層の間に、試料気体が通過し得る仕切
り壁を設けることもできる。水分除去カラムの充填剤が
粒状の過塩素酸塩であり、炭酸ガス除去カラムの充填剤
が粒状アルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物
または酸化物である場合、水分除去カラムでは、過塩素
酸塩に水が吸収されて試料大気中または試料ガス中から
水分が除去され、炭酸ガス除去カラムでは、アルカリ金
属またはアルカリ土類金属の水酸化物または酸化物が炭
酸ガスを吸収して炭酸塩が生成し、試料大気中または試
料ガス中から炭酸ガスが除去される。過塩素酸塩および
アルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物または
酸化物は、常温・常圧条件下では、短時間には有機物と
反応しないために、試料大気中または試料ガス中の有機
物濃度を変化させることなく、水分と炭酸ガスとを除去
することができる。試料大気中または試料ガス中の水分
は、相対湿度１０％以下になるまで除去することが好ま
しい。粒状の過塩素酸塩は、加熱により水分を脱着して
再び使用することができる。

【０００８】本発明装置においては、水分および炭酸ガ
スを選択的に除去する装置として、合成ゼオライトを充
填したカラムを好適に用いることができる。合成ゼオラ
イトは、一定の孔径の細孔を有する結晶性アルミノケイ
酸塩であり、モレキュラーシーブとして市販されてい
る。市販されている合成ゼオライトには、細孔径が約
０.３ｎｍ、約０.４ｎｍ、約０.５ｎｍ、約１.０ｎｍな
どのものがある。合成ゼオライトは、分子ふるい効果を
有し、その細孔径より小さい有効分子径の分子を選択的
に吸着する。すなわち、細孔径が約０.３ｎｍの合成ゼ
オライトは、有効分子径０.２６５ｎｍの水を吸着し、
細孔径が約０.４ｎｍの合成ゼオライトは、水の他に有
効分子径が０.３３ｎｍの炭酸ガスを吸着するが、炭素
数３以上の有機物は吸着しない。従って、細孔径が約
０.４ｎｍの合成ゼオライトを充填したカラムまたは細
孔径が約０.３ｎｍと約０.４ｎｍの合成ゼオライトを合
わせて充填したカラムに試料大気または試料ガスを通す
ことにより、試料気体中の微量有機物の濃度を変化させ
ることなく、水分および炭酸ガスを除去することができ
る。試料気体中の水分は、相対湿度１０％以下になるま
で除去することが好ましい。水分および炭酸ガスを吸着
した合成ゼオライトは、加熱により水分および炭酸ガス
を脱着して再び使用することができる。

【０００９】本発明装置においては、試料濃縮装置とし
て濃縮管を好適に用いることができる。使用する濃縮管
の形態に特に制限はなく、例えば、キャピラリーカラム
および冷却と加熱を行うことができる温度調整手段から
形成される濃縮管を用いることができ、あるいは、活性
炭やゼオライトなどの吸着剤を充填した濃縮カラムを用
いることもできる。キャピラリーカラムと温度調整手段
の組み合わせを用いた場合、冷却された濃縮管に試料気
体を通すと、気体中に含まれる微量有機物が液体または
固体となって濃縮管に捕捉され、所定量の試料気体が供
給されたのち、濃縮管を加熱して、冷却状態から室温ま
たはより高温にすると、有機物が元の気体状態になり、
濃縮管から放出されて長光路ガスセルに導入される。濃
縮管に充填材が充填されていると、試料気体との接触が
密になり、微量有機物の捕捉が一層確実になるので好ま
しい。濃縮管として吸着剤を充填した濃縮カラムを用い
る場合は、試料気体中の微量有機物は気体状で吸着捕捉
することができ、あるいは、さらに冷却して液体または
固体状で捕捉することもできる。温度が低いと微量有機
物は吸着剤に捕捉されやすく、温度が高いと放出されや
すいので、吸着剤を充填した濃縮カラムにも、温度調整
手段を組み合わせることが好ましい。

【００１０】濃縮管の冷却方法に特に制限はなく、例え
ば、冷媒による冷却装置を利用して所定温度まで冷却す
ることができる。使用する冷媒に特に制限はなく、例え
ば、液体窒素、液体酸素、液体ヘリウム、液体アルゴな
どのほか、ドライアイスとメタノール、エタノール、ア
セトンなどの混合物からなるドライアイス浴などを挙げ
ることができる。濃縮管を冷却して試料気体を通過させ
ることにより、測定対象物質である微量有機物が濃縮管
内に濃縮される。濃縮管は、内壁面に測定対象成分であ
る微量有機物を吸着しない、または、しにくい材質であ
ることが好ましい。濃縮管内壁面への測定対象物質であ
る微量有機物の吸着を防止するために、濃縮管内壁面を
リン酸処理により不活性化処理することができる。濃縮
管での微量有機物の濃縮効率を高めることは、微量分析
をする上で重要であるのみならず、測定精度にも影響す
る。濃縮管での微量有機物の濃縮効率を高めるために
は、熱伝達効率を高めることが必要である。熱伝達効率
を高めるためには、濃縮管の内径を細くするとともに、
濃縮管内部に充填物を充填することが有効である。濃縮
管の内部に充填物を充填する場合、充填物は、測定対象
成分である微量有機物を吸着しない、または、しにくい
材質であることが好ましく、例えば、ガラスビーズ、合
成ルビービーズなどが適している。さらに、ガラスビー
ズ、合成ルビービーズなどの表面をリン酸処理により不
活性化処理することが好ましい。

【００１１】本発明装置に用いる濃縮管の内径に特に制
限はないが、０.１〜１０mmであることが好ましく、０.
２〜１mmであることがより好ましい。濃縮管の内径が
０.１mm未満であると、通気抵抗が過大になるおそれが
ある。濃縮管の内径が１０mmを超えると、熱伝達効率が
低下するおそれがある。本発明装置において、濃縮管
が、冷却状態から３０〜２００℃に急速に昇温する加熱
装置を備えることが好ましい。濃縮管の加熱温度は、測
定対象である微量有機物の沸点、蒸発熱などに応じて、
適宜選択することができる。濃縮管を冷却状態から急速
に昇温することにより、濃縮管中に濃縮された微量有機
物を蒸発させ、長光路ガスセル中に送り込むことができ
る。加熱装置に特に制限はなく、例えば、濃縮管に加熱
用ヒーターなどを巻き付けることができ、あるいは、濃
縮管を熱媒に浸漬することもできる。本発明装置におい
ては、長光路ガスセルを減圧する真空ポンプを設けるこ
とが好ましい。長光路ガスセルを予め減圧にしたのち、
濃縮管に濃縮された微量有機物を加熱して送り込むこと
により、微量有機物の損失を防いで、確実に全量を試料
キャリアーガスとともに長光路ガスセルに送り込み、正
確な分析を行うことができる。使用する真空ポンプに特
に制限はないが、ダイヤフラム式ポンプ、ターボポンプ
などの油を用いない真空ポンプを好適に用いることがで
きる。油を用いない真空ポンプを使用することにより、
長光路ガスセルの真空ポンプの油による汚染を防止し
て、正確な分析を行うことができる。

【００１２】図１は、本発明の分析装置の一態様の説明
図である。本態様の装置は、分析装置本体１、装置制御
およびデータ処理システム２並びに冷却・加熱ユニット
３の組み合わせからなる。図２は、分析装置本体並びに
装置制御およびデータ処理システムの拡大図てあり、図
３は、冷却・加熱ユニットの拡大図である。分析装置本
体には、長光路ガスセル４、真空ポンプ５、赤外分光光
度計システムとしての光源および干渉計モジュール６、
赤外光を長光路ガスセルに入射するためのミラー７、長
光路ガスセルの両端に位置する赤外光を多重反射するた
めの２枚のミラー８、長光路ガスセルより出る赤外光を
検知する検知器９、電気系モジュール１０、インターフ
ェース１１などが備えられている。長光路ガスセルに
は、圧力計１２を備えることが好ましい。装置制御およ
びデータ処理システム２としては、パーソナルコンピュ
ータを使用することができる。冷却・加熱ユニットは、
試料キャリアーとしてのガス供給源１３、試料濃縮装置
冷却用冷媒保存容器１４、冷媒加圧注入用のガス供給源
１５、試料大気または試料ガスを導入する経路に設けた
水分除去カラム１６および炭酸ガス除去カラム１７、試
料を濃縮する濃縮管１８、冷媒注入口１９、上下に可動
な冷媒受け槽２０、冷媒注入量を制御するセンサー２
１、試料注入口２２、電源スイッチ２３、操作パネル２
４などが備えられている。試料キャリアーとしてのガス
供給源１３としては、例えば、調圧弁と流量調整器を備
えた高純度窒素ガスボンベなどを用いることができる。
試料濃縮装置冷却用冷媒保存容器１４としては、例え
ば、電磁弁を備えた冷媒取り出し口および電磁弁を備え
た加圧ガス導入ロを付加したデュアービンなどを用いる
ことができる。冷媒加圧注入用のガス供給源１５として
は、例えば、調圧弁を備えた窒素ガスボンベなどを用い
ることができる。

【００１３】図１に示す態様の分析装置により大気中ま
たはガス中の微量有機物の分析を行うためには、まず三
方コック２５を作動させて冷却・加熱ユニットを分析装
置本体から解放し、ガス供給源１３から所定流量のキャ
リアーガスを流し、冷媒受け槽２０を濃縮管１８のほと
んどが浸漬するまで上昇させ、冷媒を冷媒注入口１９か
ら注入して濃縮管を所定温度まで冷却する。冷媒は、セ
ンサー２１によって所定量注入される。真空ポンプ５と
長光路ガスセル４の間のコック２６を開いて、長光路ガ
スセル４内を所定圧力まで減圧する。次いで、試料注入
口２２から、マイクロシリンジやマクロシリンジなどを
用いて、試料気体を所定量注入する。注入された試料気
体は、水分除去カラム１６および炭酸ガス除去カラム１
７を通過する間に、水分と炭酸ガスが除去されて、濃縮
管１８に入り、測定対象となる微量有機物が濃縮され
る。冷媒受け槽２０を下降させて濃縮管を冷媒受け槽か
ら外へ出し、濃縮管を急速に昇温すると同時に、三方コ
ック２５を作動させて冷却・加熱ユニット系と分析装置
本体とを接続し、濃縮管中に濃縮された微量有機物を長
光路ガスセルに導入する。濃縮された微量有機物を長光
路ガスセル内に導入したのち、必要に応じて長光路ガス
セル内にさらに窒素ガスを導入して所定圧力に調整し、
三方コック２５を作動させて冷却・加熱ユニットを分析
装置本体から解放し、長光路ガスセル内に導入された試
料ガスの赤外吸収スペクトルを測定する。

【００１４】本態様の装置においては、光源および干渉
計モジュール６により、光源からの光を波数に比例した
周波数に変調し、ミラー７で反射して、長光路ガスセル
４に入射する。光源としては、例えば、グローバー灯
（ＳｉＣ）、タングステン灯、高圧水銀灯などを使用す
ることができる。長光路ガスセルに入射された赤外光
は、長光路ガスセルの両側に位置する２枚のミラー８の
間で多重反射する。微量有機物の同定および定量をする
ためには、光路長は１ｍ以上とすることが好ましく、３
ｍ以上とすることがより好ましい。例えば、２枚のミラ
ーの間隔を３０cmとし、その間に赤外光を１０回以上通
過させ、全光路長を３ｍ以上とすることができる。長光
路ガスセルを通過した赤外光は検知器９により検知さ
れ、光信号が電気信号に変換される。本態様の分析装置
において、電気系モジュール１０は、光源および干渉計
モジュール６を制御するとともに、検知器により電気信
号に変換されたインターフェログラムを増幅器とＡＤ変
換器を経て、装置制御およびデータ処理システムヘ送
る。インターフェース１１は電気系モジュールと装置制
御およびデータ処理システムを接続する。制御装置およ
びデータ処理システムは、測定条件の設定、データの解
析、データの保存などを行うものであり、検知器からの
出力をフーリエ変換処理することによって赤外吸収スペ
クトルが得られる。

【００１５】本発明の分析装置においては、波数４００
〜４,０００cm^-1の範囲で分析可能とすることが好まし
い。試料大気中または試料ガス中の炭酸ガスおよび水分
が除去されているので、波数４００〜４,０００cm^-1の
範囲の赤外吸収スペクトルを得ることにより、大気中ま
たはガス中の微量有機物を同定することができ、さら
に、吸光度の大きい特定波数について、予め作成した検
量線と比較することにより、微量有機物を定量すること
ができる。本発明の分析装置は、赤外部に吸収を有する
すべての有機物に対して適用することができ、特に、環
境保全上問題となっているジクロロメタン、１,１−ジ
クロロエタン、クロロホルム、１,２−ジクロロエタ
ン、ベンゼン、トルエン、１,４−ジクロロベンゼン、
フタル酸ジオクチル、ホルムアルデヒド、トリクロロエ
チレン、テトラクロロエチレン、四塩化炭素、cis−１,
２−ジクロロエチレン、trans−１,２−ジクロロエチレ
ン、１,１−ジクロロエチレン、１,１,２−トリクロロ
エタン、１,１,１−トリクロロエタン、trans−１,３−
ジクロロプロペン、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−
キシレンなどの分析を効率的に行うことができる。

【００１６】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限
定されるものではない。 実施例１（検量線の作成） 図１に示す分析装置を用いて、１,２−ジクロロエタン
について検量線を作成した。この分析装置の長光路ガス
セルの容積は０.５Ｌであり、全光路長を５.１ｍに調整
した。水分除去カラムには、粒径３mmの粒状過塩素酸マ
グネシウムを充填し、炭酸ガス除去カラムには、粒径３
mmの粒状水酸化ナトリウムを充填した。濃縮管は、内壁
面をリン酸処理した内径０.５mm、長さ３００mmの硬質
ガラス製Ｕ字管であり、内部に表面をリン酸処理した平
均直径０.０５mmのガラスビーズを充填し、表面に加熱
用ヒーターを巻き付けた。乾燥空気に１,２−ジクロロ
エタンを添加し、相対湿度０％で、１,２−ジクロロエ
タンの濃度が２０ppb、４０ppb、６０ppb、８０ppbおよ
び１００ppbである試験空気を調製した。高純度窒素ガ
スをキャリアーガスとして流し、試験空気３Ｌを試料注
入口より注入し、水分除去カラムと炭酸ガス除去カラム
を通過させたのち、予め液体窒素で冷却した濃縮管に通
気して１,２−ジクロロエタンを濃縮した。次いで、濃
縮管を加熱して１,２−ジクロロエタンを予め減圧にし
ておいた長光路ガスセルに導入し、高純度窒素ガスで長
光路ガスセル内の圧力を常圧にして、赤外分光分析を実
施した。得られた赤外吸収スペクトルを、図４に示す。
１,２−ジクロロエタンの各濃度について、波数７２０c
m^-1における吸光度を用いて検量線を作成した。得られ
た検量線を、図５に示す。１,２−ジクロロエタンの濃
度と吸光度は、ほぼ直線関係を示した。 実施例２（土壌処理ガスの分析） 実施例１と同じ分析装置を用い、実施例１の検量線の作
成と同じ操作により、真空抽出浄化処理を行っている土
壌処理ガスの分析を行った。土壌処理ガス３Ｌを試料注
入口より注入し、土壌処理ガス中の水分と炭酸ガスを除
去し、予め液体窒素で冷却した濃縮管に通気して土壌処
理ガス中に含まれる微量有機物を濃縮した。次いで、濃
縮管を加熱して微量有機物を予め減圧にしておいた長光
路ガスセルに導入し、窒素ガスで長光路ガスセル内の圧
力を常圧にして、赤外分光分析を実施した。得られた赤
外吸収スペクトルは、図４のスペクトルと一致し、土壌
処理ガス中に含まれる微量有機物が、１,２−ジクロロ
エタンであることが確認された。さらに、極大吸収ピー
クの波数７２０cm^-1における吸光度は０.０００８であ
り、図５の検量線と比較して、この土壌処理ガス中の
１,２−ジクロロエタンの濃度は２０ppbであることが分
かった。 比較例１ 実施例１の分析に引き続いて、分析装置から水分除去カ
ラムと炭酸ガス除去カラムのみを取り外し、水分および
炭酸ガスの除去を行うことなく、実施例２と同じ土壌処
理ガスの分析を試みた。このときの大気の相対湿度は６
０％であった。炭酸ガスおよび水分による吸収が障害と
なって、１,２−ジクロロエタンの吸光度を求めること
ができなかった。 比較例２ 比較例１の測定に引き続いて、分析装置に水分除去カラ
ムと炭酸ガス除去カラムをふたたび取り付け、濃縮管を
取り外して、ガス中の微量有機物の濃縮を行うことな
く、実施例２と同じ土壌処理ガスの分析を試みた。炭酸
ガスおよび水分による吸収の障害は起こらなかったが、
１,２−ジクロロエタンの波数７２０cm^-1の吸収ピーク
が小さく、図５の検量線と比較して、正確な１,２−ジ
クロロエタン濃度を求めることは困難であった。

【００１７】

【発明の効果】本発明の気体中の微量有機物の分析装置
は、試料大気または試料ガスを長光路ガスセルに導入す
る経路に水分および炭酸ガスを選択的に除去する装置を
設けたこと、試料濃縮装置を設けたこと、試料濃縮装置
を冷却または加熱する装置を設けたこと、および、長光
路ガスセルを減圧する装置を設けたことなどにより、フ
ーリエ変換赤外分光光度計を用いて赤外光の吸光度を測
定する際に、測定に必要な試料大気または試料ガスの量
を大幅に低減し、かつ、試料大気中または試料ガス中の
水分および炭酸ガスの影響を受けることなく、数ppb〜
数十ppbレベルの微量有機物分析を正確かつ迅速に実施
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の分析装置の一態様の説明図で
ある。

【図２】図２は、分析装置本体並びに装置制御およびデ
ータ処理システムの拡大図である。

【図３】図３は、冷却・加熱ユニットの拡大図である。

【図４】図４は、１,２−ジクロロエタンの赤外吸収ス
ペクトルである。

【図５】図５は、１,２−ジクロロエタンの検量線であ
る。

【符号の説明】

１ 分析装置本体 ２ 装置制御およびデータ処理システム ３ 冷却・加熱ユニット ４ 長光路ガスセル ５ 真空ポンプ ６ 光源および干渉計モジュール ７ ミラー ８ ミラー ９ 検知器 １０ 電気系モジュール １１ インターフェース １２ 圧力計 １３ ガス供給源 １４ 冷媒保存容器 １５ ガス供給源 １６ 水分除去カラム １７ 炭酸ガス除去カラム １８ 濃縮管 １９ 冷媒注入口 ２０ 冷媒受け槽 ２１ センサー ２２ 試料注入口 ２３ 電源スイッチ ２４ 操作パネル ２５ 三方コック ２６ コック

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】長光路ガスセルに試料気体を導入し、フー
   リエ変換赤外分光光度計により、赤外光の吸光度を測定
   する気体中の微量有機物分析装置において、試料気体を
   長光路ガスセルに導入する経路に、水分および炭酸ガス
   を選択的に除去する装置並びに試料濃縮装置を有するこ
   とを特徴とする気体中の微量有機物の分析装置。