JP2008107090A - ガス濃度検知シートおよびガス検知紙の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カラーチャートを用いないでガス濃度を簡便に検知することができるガス濃度検知シートを提供する。
【解決手段】オゾンガスに曝露されるとそれぞれ変色する曝露部３ａ〜３ｃを有する３枚のガス検知紙２ａ〜２ｃを台紙４に固定してオゾン濃度検知シート１０とする。各ガス検知紙２ａ〜２ｃの曝露部３ａ〜３ｃは感度が異なり、ガス検知紙２ａ〜２ｃをその感度順に配列して台紙４に固定する。オゾン濃度の測定は、オゾン濃度検知シート１０を大気中に一定時間晒し、その結果白く変色した曝露部を目視しその曝露部に表示されているオゾン濃度値を読み取る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気中に含まれているオゾンガス、二酸化窒素ガス等の特定の種類のガスの濃度を測定するために使用されるガス濃度検知シートおよびガス検知紙の製造方法に関するものである。

現在、ＮＯｘ、ＳＰＭ、光化学オキシダントによる大気汚染が生じ、環境に対する影響が問題となってきている。光化学オキシダントの主成分であるオゾンガス（Ｏ₃ ）は、工場、事業所や自動車から排出されるＮＯｘや炭化水素などの汚染物質が太陽光線の照射を受けて光化学反応を起こすと生成されるため、光化学スモッグの原因となっている。また、コロナ放電手段を備えた各種機器、例えば静電式複写機、レーザープリンタ、ＬＥＤファクシミリ等においても、コロナ放電手段の動作中にオゾンガスやＮＯｘガスが発生する。このようなオゾンガスは、強力な酸化能を有しているためそれ自身の毒性により空気中の濃度が一定以上（０．１ｐｐｍ）になると、呼吸器系を刺激し、微量でも長時間吸入すると有害とされている。また、ＮＯｘガスは大気汚染の原因物質であり、呼吸器系疾患との関係も指摘されている。

このため、オゾンガスの濃度分布の調査や、地域環境への影響評価、個人のオゾンガス被爆の影響評価等を行って、環境を監視する必要がある。このために、安価で小型軽量かつ個人や家庭レベルで使用することができるオゾン濃度測定器が各種開発されている（特許文献１〜４参照)。

このような、オゾン濃度測定器としては、例えば図５に示す測定器が提案されている。このオゾン濃度測定器１は、オゾンガスに曝露されると変色する曝露部３を有するガス検知紙２と、オゾンガスの濃度に対応した色（色見本）を示すカラーチャート５が表示された台紙４とを備え、この台紙４にガス検知紙２をカラーチャート５に沿って固定している。

前記ガス検知紙２は、通常セルロース濾紙に、オゾンガスに反応すると変色する色素、保湿剤、酸、水等を加えて調整した検知溶液を含浸させて曝露部３とし、風乾することにより作製される。オゾンガスに反応すると変色する色素としては、インジゴ色素、アゾ色素、トリフェニルメタン色素、アントラキン色素等が用いられる。

台紙４は、ガス検知紙２と通常同一の材質によって形成されている。カラーチャート５は、それぞれ異なったオゾン濃度、例えば０ｐｐｂ、４００ｐｐｂおよび８００ｐｐｂに対応する３つの色見本５ａ〜５ｃで構成されている。オゾン濃度が０ｐｐｂの色見本５ａは、測定前のガス検知紙２の曝露部３と同じ色（インジゴカルミン：藍色）を呈している。これに対して、ガス濃度が高い色見本５ｂ，５ｃほど退色している。

このようなオゾン濃度測定器１は、オゾンガスが存在する環境下で一定時間（例えば、８時間）使用すると、ガス検知紙２の曝露部３がオゾンガスによって曝露されることにより変色する。この変色した色とカラーチャート５の色見本５ａ〜５ｃとを見比べることにより、オゾンガスの濃度を知ることができる。すなわち、曝露部３が変色して４００ｐｐｂの色見本５ｂと略等しい色になれば、オゾン濃度が４００ｐｐｂであると判定し、４００ｐｐｂと８００ｐｐｂの中間の色と略等しくなれば、オゾン濃度が６００ｐｐｂであると判定する。

特開２００４−１４４７２９号公報 ＷＯ２００６／０１６６２３（PCT/JP2005/014689）号公報 特開平０９−２７４０３２号公報 特開２０００−０８１４２６号公報

しかしながら、上記した従来のオゾン濃度測定器１は、カラーチャート５を印刷した台紙４を用意する必要があり、それだけ測定器の製作が面倒で高価になるという問題があった。
また、ガス検知紙２を台紙４に接着して長期保管しておくと、接着剤の中に含まれている溶媒が移動したり揮発して色素を退色させるため、検出感度が低下するという問題もあった。

本発明は上記した従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、カラーチャートを用いないでガス濃度を簡便に検知することができるガス濃度検知シートおよびガス検知紙の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明に係るガス濃度検知シートは、特定ガスに曝露されるとそれぞれ変色する感度が異なる複数の曝露部を有するガス検知紙を備えたものである。

また、本発明に係るガス濃度検知シートは、複数の曝露部をその感度順に配列したものである。

また、本発明に係るガス濃度検知シートは、特定ガスがオゾンガスであって、曝露部がオゾンガスに反応して変色するインジゴ環を有する色素、トリフェニルメタン色素、アゾ色素およびアントラキン色素のうちのいずれか１つを含んでいるものである。

さらに、本発明に係るガス検知紙の製造方法は、特定ガスに曝露されると変色する色素を含んだ感度が異なる複数の検知溶液を作製する工程と、ノズルをそれぞれ備えた複数の容器に前記感度が異なる検知溶液を注入する工程と、各容器のノズルを開いて容器内の検知溶液を流出させガス検知紙に含浸させる工程と、前記ガス検知紙に含浸させた検知溶液を乾燥させることにより感度が異なる複数の曝露部を形成する工程とを備えたものである。

本発明に係るガス濃度検知シートにおいては、特定ガスに曝露されたとき、各曝露部が変色する。その変色速度は曝露部によって異なり、感度の高い曝露部ほど速く変色する。この変色した曝露部の目盛を読み取ることにより、特定ガスの濃度を知ることができる。したがって、台紙にカラーチャートを表示しておく必要がないため、安価に製作することができる。また、色素がカラーチャートに色移りするといった問題も解消することができる。

本発明に係るガス検知紙の製造方法によれば、複数の容器に感度の異なる検知溶液をそれぞれ注入するので、各容器のノズルを開て検知溶液をガス検知紙に含浸させると、感度が異なる複数の曝露部を同時に製作することができる。

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明をオゾン濃度検知シートに適用した第１の実施の形態を示す平面図である。同図において、全体を参照符号１０で示すオゾン濃度検知シートは、８時間曝露用に使用されるもので、３枚からなるオゾンガス用のガス検知紙２（２ａ〜２ｃ）と、これらのガス検知紙２ａ〜２ｃが固定された台紙４とを備え、例えば３５×８０ｍｍ程度の大きさで、厚さが１〜２ｍｍ程度のカード状に形成されている。

ガス検知紙２ａ〜２ｃは、それぞれが同一の大きさの矩形に形成され、全面が特定ガスであるオゾンガスに曝露されると変色（退色または発色）する曝露部３ａ〜３ｃをそれぞれ形成している。また、これらのガス検知紙２ａ〜２ｃは、曝露部３ａ〜３ｃのオゾンガスに対する感度がそれぞれ異なり、感度順に並設されている。例えば、図１において、上段のガス検知紙２ａは感度が最も高く、オゾン濃度が６０ｐｐｂであると変色して白くなる８時間曝露用検知紙、中段のガス検知紙２ｂは感度が次に高く、オゾン濃度が１２０ｐｐｂであると変色して白くなる８時間曝露用検知紙、下段のガス検知紙２ｃは感度が最も低く、オゾン濃度が２４０ｐｐｂであると変色して白くなる８時間曝露用検知紙である。

このような、ガス検知紙２ａ〜２ｃは、オゾンガスに曝露されると変色（退色または発色）する色素を含んだ検知溶液をセルロースからなるシート状担体に含浸させ、この含浸させた溶液を乾燥させて曝露部３ａ〜３ｃとすることによりそれぞれ形成されている。

検知溶液としては、オゾンガスに曝露されると変色する色素（例えば、インジゴ環）と、酸（例えば、クエン酸）と、保湿剤（例えば、グリセリン）とが溶解した水溶液が用いられる。インジゴ環を有する色素としては、例えばインジゴ、インジゴカルミンナトリウム塩、インジゴカルミンカリウム塩、インジゴレッドなどを用いることができる。酸としては、クエン酸に限らず、酢酸、リン酸、酒石酸などを用いることができる。酸は、検知溶液のｐＨを２〜４の範囲に保持するために用いられる。保湿剤としては、グリセリンに限らず、エチレングリコール、プロピレングリコールなどを用いることができる。

ここでは、オゾンガスに曝露されると変色するインジゴ環としてインジゴカルミンを用いた例を示す。インジゴカルミンは青色２号と呼ばれる酸性染料である。このため、インジゴカルミンを用いた検知溶液は、青〜青紫色を呈した水溶液となる。検知溶液の色は目視によって確認できる。また、検知溶液は、酸の添加により酸性を呈している。このような検知溶液によって形成された曝露部３ａ〜３ｃは感度にかかわらず全て藍色を呈している。

各ガス検知紙２ａ〜２ｃの曝露部３ａ〜３ｃの感度に対する検知溶液の組成を表１に示す。

次に、オゾン濃度検知シート１０の具体的な作製手順を図２に示すフローチャートを用いて説明する。
先ず、ステップ１００（Ｓ１００）によりオゾンガスに曝露されると変色する色素を含んだ感度が異なる３種類の検知溶液を作製する。これらの検知溶液は、それぞれ前記表１に示した組成からなる溶液である。また、セルロース濾紙（例えば、アドバンティック社製の濾紙Ｎｏ．２）を用意する（Ｓ１０１）。さらに、ノズルを備えた複数の容器を所定の間隔をおいて並列に配列し（Ｓ１０２）、これらの容器に前記３種類の検知溶液をそれぞれ注入する（Ｓ１０３）。ノズルとしては、検知溶液が表面張力により自然滴下しない口径を有するものであることが好ましい。

次に、各容器のノズルを開いて内部の検知溶液を流出させてセルロース濾紙に含浸させる（Ｓ１０４）。このとき、検知溶液が飛散しないようにするためにノズルの先端をセルロース濾紙に接触させた状態で検知溶液をセルロース濾紙に含浸させることが望ましい。そして、セルロース濾紙中に含浸させた検知溶液を乾燥させてその中に含まれている水分を蒸発させる。これにより、感度の異なる３つの曝露部３ａ〜３ｃを有するセルロース濾紙が完成する（Ｓ１０５）。しかる後、このセルロース濾紙を各曝露部３ａ〜３ｃ毎に切断分離してガス検知紙２ａ〜２ｃとし（Ｓ１０６）、これらを台紙４に感度順に固定することにより、オゾン濃度検知シート１０が完成する（Ｓ１０７）。この場合、各曝露部３ａ〜３ｃを必ずしも切断分離する必要はなく、１枚のセルロース濾紙をそのままガス検知紙２として用い、台紙４に固定してもよい。

台紙４にガス検知紙２（２ａ〜２ｃ）を固定するための手段としては、非接着性および非粘着性を有するものであって、吸湿したり錆びたりしない材質からなる固定手段、例えば撚糸や細い線材を用いて縫付けることが望ましい。接着剤や両面粘着テープ、あるいは金属製のステープル（針）や鳩目等を用いることも考えられるが、これらは長期間保管していると、触媒の移動、揮発、あるいは金属の錆によってガス検知紙２に影響を及ぼすおそれがあるため好ましくない。

前記台紙４は、ガス検知紙２と同様なセルロース濾紙からなり、表面には各ガス検知紙２ａ〜２ｃの曝露部３ａ〜３ｃのオゾン濃度値６０ｐｐｂ、１２０ｐｐｂ、２４０ｐｐｂが表示されている。

このようにして製作されたオゾン濃度検知シート１０は、オゾンガスが存在する環境下に一定時間晒されると、オゾンガスの濃度に応じて各ガス検知紙２ａ〜２ｃの曝露部３ａ〜３ｃが晒された時間とともに変色し、藍色の濃度が徐々に薄くなり、最終的に白色ないし薄い黄色を呈する状態に変化する。例えば、オゾン濃度が６０ｐｐｂの環境下に晒したときは、６０ｐｐｂのガス検知紙２ａが８時間で白く変色（退色）する。一方、１２０ｐｐｂと２４０ｐｐｂのガス検知紙２ｂ，２ｃは、相対的に感度が低いため僅かに変色する。また、オゾン濃度が１２０ｐｐｂの環境下に晒したときは、ガス検知紙２ａが相対的に感度が高いため４時間で白く変色し、ガス検知紙２ｂが８時間で白く変色する。一方、ガス検知紙２ｃは、感度が低いため僅かに変色する。さらに、オゾン濃度が２４０ｐｐｂの環境下に晒したときは、ガス検知紙２ａが２時間で白く変色し、ガス検知紙２ｂが４時間で白く変色し、ガス検知紙２ｃが８時間で白く変色する。

このように本発明におけるオゾン濃度検知シート１０は、相対的に感度が異なる曝露部３ａ〜３ｃを有するガス検知紙２ａ〜２ｃを備え、オゾンガスの測定時に各曝露部３ａ〜３ｃの色変化を視認し、その変色した曝露部のオゾン濃度値を読み取ることにより、大気中のオゾンガスの濃度を測定するようにしたので、携帯型の小さな検知シートであるにもかかわらず低濃度のオゾンガスを正確に測定できる。また、色見本を台紙４に表示する必要がないため、安価に製作することができる。

図３は、本発明をオゾン濃度検知シートに適用した第２の実施の形態を示す斜視図である。本実施の形態は、オゾンガスに曝露されるとそれぞれ変色する４つの曝露部２２ａ〜２２ｄを有するガス検知紙２１を台紙４とカバー２３とで挟み込んで固定することによりオゾン濃度検知シート２０を構成したものである。

ガス検知紙２１の各曝露部２２ａ〜２２ｄは、それぞれ感度が異なり、検知紙２１の長手方向に所定の間隔をおいて感度順に並列に形成されている。例えば、曝露部２２ａは感度が最も高く、ＣＴ値（オゾン濃度の時間積分値）が１００ｐｐｂ・ｈの曝露部である。曝露部２２ｂは曝露部２２ａよりも感度が低く、ＣＴ値が５００ｐｐｂ・ｈの曝露部である。曝露部２２ｃは曝露部２２ｂよりも感度が低く、ＣＴ値が２５００ｐｐｂ・ｈの曝露部である。そして、曝露部２２ｄは感度が最も低く、ＣＴ値が１００００ｐｐｂ・ｈの曝露部である。

カバー２３には、ガス検知紙２１の各曝露部２２ａ〜２２ｄをそれぞれ外部に露呈させる４つの窓２４が各曝露部に対応して形成されている。また、カバー２３の表面には、各曝露部２２ａ〜２２ｄのＣＴ値を示す数値１００ｐｐｂ・ｈ、５００ｐｐｂ・ｈ、２５００ｐｐｂ・ｈ、１００００ｐｐｂ・ｈが表示されている。

ガス検知紙２１の各曝露部２２ａ〜２２ｄの各感度に対する検知溶液の組成を表２に示す。

その他の構成は上記した第１の実施の形態におけるオゾン濃度検知シート１０と全く同一である。

このようなオゾン濃度検知シート２０においても、大気中のオゾン濃度を測定することができる。すなわち、オゾン濃度検知シート２０は、オゾンガスが存在する環境下に一定時間晒されると、各曝露部２２ａ〜２２ｄが変色し、藍色の濃度が徐々に薄くなり、最終的に白色ないし薄い黄色を呈する状態に変化する。

例えば、ＣＴ値が１００ｐｐｂ・ｈの曝露部２２ａが１時間で白く変色したときは、大気中のガス濃度が１００ｐｐｂであると測定され、３０分で白く変色したときは、大気中のガス濃度が２００ｐｐｂ（＝１００×２）であると測定され、２時間で白く変色したときは大気中のガス濃度が５０ｐｐｂ（＝１００／２）であると測定される。このとき、曝露部２２ｂ〜２２ｄは、感度が低いため僅かに変色するだけで測定には寄与しない。

ＣＴ値が５００ｐｐｂ・ｈの曝露部２２ｂが１時間で白く変色したときは、大気中のガス濃度が５００ｐｐｂであると測定され、３０分で白く変色したときは、大気中のガス濃度が１０００ｐｐｂ（＝５００×２）であると測定され、２時間で白く変色したときは大気中のガス濃度が２５０ｐｐｂ（＝５００／２）であると測定される。このとき、曝露部２２ａも白く変色する。一方、曝露部２２ｃ，２２ｄは感度が低いため僅かに変色するだけで測定には寄与しない。

ＣＴ値が２５００ｐｐｂ・ｈの曝露部２２ｃが１時間で白く変色したときは、大気中のガス濃度が２５００ｐｐｂであると測定され、３０分で白く変色したときは、大気中のガス濃度が５０００ｐｐｂ（＝２５００×２）として測定され、２時間で白く変色したときは大気中のガス濃度が１２５０ｐｐｂ（＝２５００／２）であると測定される。このとき、曝露部２２ａ，２２ｂも白く変色する。一方、曝露部２２ｄは感度が低いため僅かに変色するだけで測定には寄与しない。。

ＣＴ値が１００００ｐｐｂ・ｈの曝露部２２ｄが１時間で白く変色したときは、大気中のガス濃度が１００００ｐｐｂであると測定され、３０分で白く変色したときは、大気中のガス濃度が２００００ｐｐｂ（＝１００００×２）であると測定され、２時間で白く変色したときは大気中のガス濃度が５０００ｐｐｂ（＝１００００／２）であると測定される。このとき、曝露部２２ａ〜２２ｃも白く変色する。

また、台紙４とカバー２３とでガス検知紙２１を挟み込んで固定しているので、ガス検知紙２１を確実に固定することができる。

図４は、本発明をオゾン濃度検知シートに適用した第３の実施の形態を示す斜視図である。本実施の形態は、ガス検知紙２１に感度が異なる４つの曝露部２２ａ〜２２ｄを円形に形成した点、窓付きのカバーを用いない点およびガス検知紙２１を糸２５で縫付けることによって台紙４に固定した点が、図３に示したオゾン濃度検知シート２０と異なり、その他の構成は同一である。

このような構成からなるオゾン濃度検知シート３０においては、糸２５によってガス検知紙２１を台紙４に縫付けることによって固定しているので、糸２５によって曝露部２２ａ〜２２ｄの色素が退色したりあるいは台紙４に色移りしたりするおそれがなく、安定した品質を長期間にわたって維持することができる。

なお、本発明は上記した実施の形態に何ら限定されるものではなく、種々の変形、変更、組み合わせが可能である。例えば、上記した実施の形態においては、オゾンガスに反応する色素としてインジゴカルミンを用いたが、これに限らずトリフェニルメタン色素やアゾ色素、アントラキン色素等を用いてもよい。

また、上記した実施の形態は、いずれもオゾン濃度検知シートに適用した例について説明したが、これに何ら特定されるものではなく、例えば検知剤として二酸化窒素ガス（ＮＯ₂ ）に反応するジアゾ化試薬およびカップリング試薬の混合物等を多孔体に含浸させたガス検知紙を用いた場合には、二酸化窒素ガスの濃度検知シートにも適用することが可能である。

さらに、第１の実施の形態においては、感度が異なる３種類の曝露部３ａ〜３ｃを有するガス検知紙２を用い、第２、第３の実施の形態においては感度が異なる４種類の曝露部２２ａ〜２２ｄを有するガス検知紙２１を用いたが、感度の異なる曝露部の数をさらに増やせば、より一層測定精度を向上させることができる。

本発明をオゾン濃度検知シートに適用した第１の実施の形態を示す平面図である。 オゾン濃度検知シートの作製手順を示すフローチャートである。 本発明をオゾン濃度検知シートに適用した第２の実施の形態を示す斜視図である。 本発明をオゾン濃度検知シートに適用した第３の実施の形態を示す斜視図である。 オゾン濃度測定器の従来例を示す斜視図である。

符号の説明

１０…オゾン濃度検知シート、２，２ａ〜２ｃ、２１…ガス検知紙、３ａ〜３ｃ，２２ａ〜２２ｄ…曝露部、４…台紙、５…カラーチャート、２０，３０…オゾン濃度検知シート。

Claims (4)

1. 特定ガスに曝露されるとそれぞれ変色する感度が異なる複数の曝露部を有するガス検知紙を備えたことを特徴とするガス濃度検知シート。
2. 請求項１記載のガス濃度検知シートにおいて、
   複数の曝露部をその感度順に配列したことを特徴とするガス濃度検知シート。
3. 請求項１または２記載のガス濃度検知シートにおいて、
   特定ガスがオゾンガスであって、曝露部がオゾンガスに反応して変色するインジゴ環を有する色素、トリフェニルメタン色素、アゾ色素およびアントラキン色素のうちのいずれか１つを含んでいることを特徴とするガス濃度検知シート。
4. 特定ガスに曝露されると変色する色素を含んだ感度が異なる複数の検知溶液を作製する工程と、
   ノズルをそれぞれ備えた複数の容器に前記感度の異なる検知溶液を注入する工程と、
   各容器のノズルを開いて容器内の検知溶液を流出させガス検知紙に含浸させる工程と、
   前記ガス検知紙に含浸させた検知溶液を乾燥させることにより感度が異なる複数の曝露部を形成する工程と、
   を備えたことを特徴とするガス検知紙の製造方法。

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