JP2005241473A - 空気汚染物質捕集装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広い沸点範囲のＶＯＣとＰＡＥとを同時に高効率に捕集でき且つ捕集した物質を分析系に高効率に供給できる空気汚染物質捕集装置を提供する。
【解決手段】捕集管１１内に、疎水性ポーラスポリマーからなる第１の吸着剤層１２-1とカーボンモレキュラーシーブからなる第２の吸着剤層１２-2とを試料空気の通過方向に沿って直列に配置し且つ第１の吸着剤層１２-1を試料空気の流れに関して第２の吸着剤層１２-2よりも上流に配置した。両吸着剤層１２-1、１２-2間および第１の吸着剤層１２-1の上流には、両吸着剤層１２-1、１２-2中に存在する微粒子の通過を阻止するディスク状フィルタ１３Ａ、１３Ｂを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料空気中の汚染物質を捕集する汚染物質捕集装置に関する。

近年、シックハウス症候群が深刻な社会問題になってきている。この問題の原因は、住宅の高気密化による自然換気量の減少、建材や接着剤、塗料等から発生する化学物質による室内空気汚染であると考えられている。室内空気汚染の原因物質として、有機化合物では、建材などに由来する揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、環境ホルモンとして注目されている難揮発性化合物であるフタル酸エステル（ＰＡＥ）などがある。これらＶＯＣおよびＰＡＥの捕集・抽出方法として、サーマルデソープション（熱脱着）法が用いられる。この分析法は、分析対象成分を吸着する性質を有する吸着剤を充填した捕集管に試料空気を導入して、試料空気中の分析対象成分を吸着剤に吸着させて捕集した後、不活性ガス中で捕集管を加熱して揮発性成分を抽出し、抽出された揮発性成分を冷却濃縮する方法である。濃縮された揮発成分はガスクロマトグラフ質量分析（ＧＣ／ＭＳ）法により分析される。（特許文献１）

室内空気汚染成分の分析精度を上げるためには分析対象物質に適した吸着剤の選択が重要である。多くの場合ＶＯＣの分析には吸着剤として疎水性ポーラスポリマーが使用される。しかし疎水性ポーラスポリマーは、エタノール、ジクロロメタン、アセトンなどの低沸点成分に対する破過容量が小さく捕集性能が低い。一方、カーボン系吸着剤はＰＡＥの回収性能が低い。
特開平１１−６４３１３号公報

本発明が解決しようとする課題は、広い沸点範囲のＶＯＣとＰＡＥとを同時に高効率に捕集でき且つ捕集した物質を分析系に高効率に供給できる空気汚染物質捕集装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の空気汚染物質捕集装置は、試料空気の流路を形成する捕集管と、試料空気中の汚染物質を吸着して捕集するべく当該捕集管の流路内に設けられた吸着剤層と、を有する空気汚染物質捕集装置であって、前記捕集管内に、疎水性ポーラスポリマーからなる第１の吸着剤層とカーボンモレキュラーシーブからなる第２の吸着剤層とを試料空気の通過方向に沿って直列に配置し且つ第１の吸着剤層を当該捕集管の試料空気導入口と第２の吸着剤層との間に配置するとともに、第１の吸着剤層と第２の吸着剤層との間に、第１の吸着剤層および第２の吸着剤層中に存在する微粒子の通過を阻止するディスク状フィルタを設けたことを特徴とするものである。

この空気汚染物質捕集装置による空気汚染物質の捕集は、試料空気を捕集管内に第１の吸着剤層側から強制的に導入し通過させることにより行われる。その際、試料空気中の高沸点ＶＯＣおよびＰＡＥは主に疎水性ポーラスポリマーによって捕集され、低沸点ＶＯＣは主にカーボンモレキュラーシーブによって捕集される。したがって広い沸点範囲のＶＯＣとＰＡＥとを同時に高効率に捕集できる。空気汚染物質の捕集が終了した後、サーマルデソープション法により空気汚染物質捕集装置から空気汚染物質が回収される。その際、捕集時とは逆に、捕集管内に第２の吸着剤層側から不活性ガスを強制導入することにより、第１の吸着剤層から離脱した成分の第２の吸着剤層による再吸着を防止して、捕集物質を効率良く回収し分析系に供給することができる。第１の吸着剤層と第２の吸着剤層との間に、第１の吸着剤層および第２の吸着剤層中に存在する微粒子の通過を阻止するディスク状フィルタが設けられているため、汚染物質捕集時および捕集物質回収時における吸着剤の相互混入が防止される。

前記ディスク状フィルタは、前記捕集管の試料空気導入口と第１の吸着剤層との間にも配置されていることが望ましい。ディスク状フィルタを捕集物質回収時にキャリアガス排出口となる試料空気導入口と第１の吸着剤層との間にも配置しておくことにより、第１の吸着剤層および第２の吸着剤層中に存在する微粒子による成分抽出装置の汚染を防止できる。

本発明の空気汚染物質捕集装置によれば、広い沸点範囲のＶＯＣとＰＡＥとを同時に高効率に捕集でき且つ捕集した物質を高効率に回収して分析系に供給できる。

本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の空気汚染物質捕集装置の形態例を示す縦断面図である。この空気汚染物質捕集装置（以下、捕集装置と記す。）１０は、試料空気が内部を通過する円筒状の捕集管１１と、試料空気中の汚染物質を吸着するべく捕集管１１内に設けられた第１および第２の吸着剤層１２-1、１２-2とを有する。図示されてないが、捕集管１１の両端はエンドキャップで密栓されており、空気汚染物質のサンプリング時および捕集物質の回収時にエンドキャップが取り外される。

捕集管１１は、ガラス、金属または合成樹脂からなる。捕集管１１の内・外径寸法および長さ寸法は、試料吸引用の定流量吸引ポンプやサーマルデソープション装置の捕集管装着部の構造および寸法に応じて所定の値に選定される。

第１の吸着剤層１２-1は疎水性ポーラスポリマーからなり、第２の吸着剤層１２-2はカーボンモレキュラーシーブからなる。両吸着層１２-1、１２-2は試料空気の通過方向に沿って直列に配置されている。図中の矢印Ａは試料空気の流れの向きを示している。第１の吸着剤層１２-1は第２の吸着剤層１２-2よりも試料空気の流れに関して上流側すなわち、捕集管１１の試料空気導入口１１ａと第２の吸着剤層１２-2との間に配置されている。

第１の吸着剤層１２-1に使用される疎水性ポーラスポリマーは形状不定の破砕状物であり、第２の吸着剤層１２-2に使用されるカーボンモレキュラーシーブは粒状物である。疎水性ポーラスポリマーとしては、たとえば６０〜８０meshの篩により選別したTenaxTA（登録商標、Enka Research Institut製）が使用される。カーボンモレキュラーシーブとしては、たとえば６０〜８０meshの篩により選別したCarboxen1000（登録商標、Supelco社製）が使用される。

第１の吸着剤層１２-1と第２の吸着剤層１２-2との間、および第１の吸着剤層１２-1と試料空気導入口１１ａとの間には、両吸着層１２-1、１２-2中に存在する微粒子の通過を阻止するべくガラス製のディスク状フィルタ１３Ａ、１３Ｂが設けられている。ディスク状フィルタ１３Ａ、１３Ｂは円板状の仕切部材であり、その外周面は管１１の内面に全周にわたって密接している。ディスク状フィルタ１３Ａ、１３Ｂは、ガラス繊維を空気の通過を許しつつ両吸着層１２-1、１２-2中に存在する微粒子の通過を阻止し得る程度に緻密に圧縮してなり、微小な多数の通気孔を有している。その通気孔の平均直径は０．２８mm以下である。

ディスク状フィルタ１３Ａは第１の吸着剤層１２-1の試料空気導入口１１ａ側の端部に接している。ディスク状フィルタ１３Ｂは第２の吸着剤層１２-2の試料空気導入口１１ａ側の端部に接している。ディスク状フィルタ１３Ｂと第１の吸着剤層１２-1との間には、ガラスウール、石英ウールなどからなる綿状フィルタ１４が充填されている。上流側のディスク状フィルタ１３Ａの試料空気導入口１１ａ側および第２の吸着剤層１２-2の試料空気排出口１１ｂ側にもそれぞれ充填材１４が充填されている。両充填材１４は各々固定部材１５によって押さえ付けて固定されている。固定部材１５は、第１の吸着剤層１２-1、第２の吸着剤層１２-2、ディスク状フィルタ１３Ａ、１３Ｂ、および綿状フィルタ１４を捕集管１１内に充填した後、試料空気導入口１１ａおよび試料空気排出口１１ｂから挿入される。固定部材１５は、ピアノ線の切断片をクリップ状に曲げ加工したものであり、その弾発力により捕集管１１の内壁に圧接している。

つぎに、上記のように構成された捕集装置１０の作用について説明する。

空気汚染物質の捕集処理は、汚染物質の採取現場にて未使用の捕集装置１０を定流量ポンプに装着し、定流量吸引ポンプを所定時間作動させることによりなされる。定流量吸引ポンプを作動させると、試料空気が捕集管１１内に試料空気導入口１１ａから導入され試料空気排出口１１ｂから排出される。その際、試料空気中のＶＯＣの一部およびＰＡＥの一部が先ず第１の吸着剤層１２-1の疎水性ポーラスポリマーによって捕集され、第１の吸着剤層１２-1を通過した試料空気中のＶＯＣの一部およびＰＡＥの一部が第２の吸着剤層１２-2のカーボンモレキュラーシーブによって捕集される。高沸点ＶＯＣおよびＰＡＥは主に疎水性ポーラスポリマーによって捕集され、低沸点ＶＯＣは主にカーボンモレキュラーシーブによって捕集される。

捕集処理が終了した後、捕集装置１０はサーマルデソープション装置に装着される。サーマルデソープション装置は、捕集管１１内に試料空気排出口１１ｂからキャリアガスとして不活性ガスを導入しつつ、サーマルデソープション法により第１および第２の吸着剤層１２-1、１２-2から揮発性成分を抽出する。図中の矢印Ｂは不活性ガスの流れの向きを示している。抽出された揮発性成分は、不活性ガスとともに試料空気導入口１１ａから排出され、ガスクロマトグラフ質量分析装置等に供給される。

以上のように、この形態例の捕集装置１０は、疎水性ポーラスポリマーからなる第１の吸着剤層１２-1とカーボンモレキュラーシーブからなる第２の吸着剤層１２-2を直列に配置し、空気汚染物質の捕集時には、第１の吸着剤層１２-1、第２の吸着剤層１２-2の順に試料空気を通過させるようにしたので、エタノールなどの低沸点ＶＯＣからＤＥＨＰなどの高沸点物までの広い沸点範囲のＶＯＣを効率良く捕集するとともに、ＰＡＥを効率良く捕集することができる。特にTenaxTA（登録商標）とCarboxen1000（登録商標）を二層に充填したことにより、ＶＯＣおよびＰＡＥの検量線の範囲を広くするとともに、キャリーオーバを小さくすることができる。

一方、捕集装置１０から捕集物質を回収するする際には、捕集時とは逆に、第２の吸着剤層１２-2、第１の吸着剤層１２-1の順に不活性ガスを通過させつつサーマルデソープション法により揮発性成分の回収を行うことにより、第１および第２の吸着剤層１２-1、１２-2に捕集された空気汚染物質を高効率に回収してガスクロマトグラフ質量分析装置等に供給することができる。これに対し、捕集時と同じ向きに不活性ガスを通過させつつサーマルデソープション法により揮発性成分の回収を行った場合、第１の吸着剤層１２-1から離脱した揮発成分の一部が第２の吸着剤層１２-2によって再吸着されることになるため捕集物質回収率の大幅な低下を招くことになる。

また、第１の吸着剤層１２-1と第２の吸着剤層１２-2との間に、第１および第２の吸着剤層１２-1、１２-2中に存在する微粒子の通過を阻止するディスク状フィルタ１３Ａが設けられているため、捕集時および捕集物質回収時における吸着剤の相互混入を防止して、捕集性能および捕集物質回収率を良好に保つことができる。また、捕集物質回収時にキャリアガス排出口となる試料空気導入口１１ａと第１の吸着剤層１２-1との間にディスク状フィルタ１３Ｂが設けられているため、吸着剤微粒子によるサーマルデソープション装置の汚染およびガスクロマトグラフ質量分析装置等の性能低下を防止できる。

本発明の空気汚染物質捕集装置は、広い沸点範囲のＶＯＣとＰＡＥとを同時に高効率に捕集でき且つ捕集した物質を高効率に回収して分析系に供給できるので、室内空気汚染物質に限らず大気汚染物質の捕集装置にも適用できる。さらには、作業環境有機溶剤、自動車や工場の排出ガス、土壌汚染表層ガスなどに含まれる汚染物質の捕集装置にも適用できる。

本発明にかかる空気汚染物質捕集装置の形態例を示す縦断面図

符号の説明

１０ 空気汚染物質捕集装置
１１ 捕集管
１１ａ 試料空気導入口
１１ｂ 試料空気排出口
１２-1 第１の吸着剤層
１２-2 第２の吸着剤層
１３Ａ ディスク状フィルタ
１３Ｂ ディスク状フィルタ
１４ 綿状フィルタ

Claims (2)

1. 試料空気中の汚染物質を吸着材で吸着し捕集する空気汚染物質捕集装置であって、
   試料空気の流路を形成する捕集管内に、疎水性ポーラスポリマーからなる第１の吸着剤層とカーボンモレキュラーシーブからなる第２の吸着剤層とを試料空気の通過方向に沿って直列に配置し且つ第１の吸着剤層を当該捕集管の試料空気導入口と第２の吸着剤層との間に配置するとともに、第１の吸着剤層と第２の吸着剤層との間に、第１の吸着剤層および第２の吸着剤層中に存在する微粒子の通過を阻止するディスク状フィルタを設けたことを特徴とする空気汚染物質捕集装置。
2. 前記ディスク状フィルタを前記捕集管の試料空気導入口と第１の吸着剤層との間にも配置したことを特徴とする請求項１記載の空気汚染物質捕集装置。