JP2008275367A - 気体濃縮用シリンジおよびそれを用いた気体捕集方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、操作が簡便で熟練度を要せず、また、小空間でも短時間で効率よくガスの捕集がなされる、気体濃縮用シリンジおよびそれを用いた気体捕集方法を提供することを目的とする。
【解決手段】少なくとも、気体の捕集口を有するシリンジ針（５）と、円筒状であり、かつ、シリンジ針（５）接続口とシリンジプランジャー（４ａ）接続口を有するシリンジ本体（１）と、前記シリンジプランジャー（４ａ）接続口より挿入され、シリンジ本体（１）内の気体を吸排気するためのシリンジプランジャー（４ａ）と、前記シリンジ本体（１）内に設置され、円筒状であり、中空部に捕集体（３）を有するカセット（２）と、を有することを特徴とする気体濃縮用シリンジである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス採取用シリンジに気体濃縮用カセットを取り付けることにより、ヘッドスペースガスを簡易に濃縮捕集することができる気体濃縮用シリンジおよびそれを用いた気体捕集方法に関する。

従来、ガス成分を捕集する方法としては、濃縮せずにガスタイトシリンジでヘッドスペースガスを捕集する方法（例えば、非特許文献１参照。）があるが、より微量成分の分析を目的とする場合、何らかのガス成分の吸着濃縮を行うことが多くなった。例えば、固相マイクロ抽出（ＳＰＭＥ）ファイバーに吸着濃縮する方法があるが、ファイバーに塗布された吸着層の膜厚は薄く、その吸着能には限界がある。

そこで、近年、好ましく行われる方法として、ＧＥＲＳＴＥＬ製のＴｗｉｓｔｅｒ^TM（捕集体）に吸着濃縮する方法がある。Ｔｗｉｓｔｅｒ^TM（捕集体）で気体を吸着濃縮する場合、容器内に試料と一緒にＴｗｉｓｔｅｒ^TM（捕集体）を入れ密封状態にし、所定の時間及び温度の条件でガス成分の捕集を行う方法や、また、室内大気や環境中の大気の捕集の際は、Ｔｗｉｓｔｅｒ^TM（捕集体）をその雰囲気下に所定の時間ないし日数暴露させ、ガス成分の捕集を行う方法などがあり、これらの方法でＴｗｉｓｔｅｒ^TM（捕集体）に捕集したガス成分をＧＥＲＳＴＥＬ製のパージアンドトラップ装置にセットし加熱することでガス成分を脱着した後、ＧＣやＧＣ／ＭＳに送入し、ガス成分を分析する方法が一般に知られている。

また、さらに検出感度を上げるために、Ｔｗｉｓｔｅｒ^TM（捕集体）を複数個セットすることでガス成分が多く捕集されることから感度の向上が期待できることも知られている。この他の捕集方法として、吸着剤を充填した管（一例として、ＴＥＮＡＸ管）に一定量のガスを吸引ポンプに通し、ガス成分を捕集、濃縮した後、これをガスクロマトグラフのガス流路系に直接接続し、充填管を加熱してガス成分を脱着してＧＣやＧＣ／ＭＳに送入し、ガス成分を分析する方法もある。

以下に先行技術文献を示す。
島津「ヘッドスペースＧＣによる医薬品残留溶媒分析（Ｃ１８０−０１４７）」、５頁

しかしながら、上記、従来のガス成分の濃縮方法には、下記の課題がある。すなわち、大気中のガスなどを捕集する際、Ｔｗｉｓｔｅｒ^TM（捕集体）はパッシブな成分捕集であるため、捕集効率が悪く、捕集に比較的、長い時間を要する。また、開放系の環境下では気流の変化により目的外の雑多な成分を捕集してしまう可能性があるため、密封系の環境にする工夫を要する。また、密封された容器の中のガス成分をＴｗｉｓｔｅｒ^TM（捕集体）に捕集する方法においては、捕集時間を短くするとガス成分の捕集効率が低減されてしまう問題等があった。

その他の捕集方法として一般に良く知られているＴＥＮＡＸ管による捕集方法では、電動ポンプを介してガス成分を捕集するため、電源、バッテリー量、電池等の電源が必要とされ、捕集途中で電源切れの可能性が問題になることがある。また、ポンプによる捕集量、捕集時間等条件をあらかじめ設定が必要であり、ある程度経験を要する場合が多い。さらに、捕集する空間が小さいと、ガス捕集量が制限され、分析上十分な感度が得られない問題等がある。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決しようとするものであり、操作が簡便で熟練度を要せず、また、小空間でも短時間で効率よくガスの捕集がなされる、気体濃縮用シリンジおよびそれを用いた気体捕集方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、本発明の請求項１に係る発明は、少なくとも、気体の捕集口を有するシリンジ針（５）と、円筒状であり、かつ、シリンジ針（５）接続口とシリンジプランジャー（４ａ）接続口を有するシリンジ本体（１）と、前記シリンジプランジャー（４ａ）接続口より挿入され、シリンジ本体（１）内の気体を吸排気するためのシリンジプランジャー（４ａ）と、前記シリンジ本体（１）内に設置され、円筒状であり、中空部に捕集体（３）を有するカセット（２）と、を有することを特徴とする気体濃縮用シリンジである。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１記載の気体濃縮用シリンジにおいて、前記捕集体（３）は、磁石を内包するガラス製攪拌子の外側にポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を塗布されてなり、前記カセット（２）の一部に磁性を有する金属（７）が設置されていることを特徴とする気体濃縮用シリンジである。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の気体濃縮用シリンジにおいて、前記カセット（２）の中空部に固定された捕集体（３）が１個以上であることを特徴とする気体濃縮用シリンジである。

本発明の請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の気体濃縮用シリンジを用い、気体の吸気と排気を複数回行うことを特徴とする気体捕集方法である。

本発明に係る気体濃縮用シリンジおよびそれを用いた気体捕集方法は、少なくとも、気体の捕集口を有するシリンジ針と、円筒状であり、かつ、シリンジ針接続口とシリンジプランジャー接続口を有するシリンジ本体と、前記シリンジプランジャー接続口より挿入され、シリンジ本体内の気体を吸排気するためのシリンジプランジャーと、前記シリンジ本体内に設置され、円筒状であり、中空部に捕集体を有するカセットとを有することにより、ヘッドスペースガスを簡易に濃縮捕集することができ、その濃縮及び捕集操作は電源を必要とせず容易に行うことができる。

本発明の実施の形態を図１〜図８に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明に係る気体濃縮用シリンジの１実施例を示す側面概略図であり、図２は本発明に係る気体濃縮用シリンジのシリンジ本体の１実施例を示す側面断面図であり、図３は本発明に係る気体濃縮用シリンジのカセット装着時の１実施例を示す側面断面図であり、図４は図２、図３に示すＡ−Ａ’断面図であり、図５は本発明に係る気体濃縮用シリンジの気体捕集時の１実施例を示す側面概略図であり、図６は実施例１、比較例１、比較例２の比較結果図であり、図７は実施例２、比較例３の比較結果図えあり、図８は実施例３、実施例４の比較結果図である。

本発明の１実施例の気体濃縮用シリンジは、図１に示すように、少なくとも、気体の捕集口を有するシリンジ針（５）と、円筒状であり、かつ、シリンジ針（５）接続口とシリ
ンジプランジャー（４ａ）接続口を有するシリンジ本体（１）と、前記シリンジプランジャー（４ａ）接続口より挿入され、シリンジ本体（１）内の気体を吸排気するためのシリンジプランジャー（４ａ）と、図２に示すように、前記シリンジ本体（１）内に設置され、円筒状であり、中空部に捕集体（３）を有するカセット（２）とを有している。前記シリンジ針（５）には気密を高めるための開閉コック（６）が付いていることが望ましい。また、捕集体（３）がセットされたカセット（２）は、図３に示すように、カセット装着用プランジャー（４ｂ）で、シリンジ本体（１）に取り付けることが、好ましく行なわれる。

前記捕集体（３）は、磁石を内包するガラス製攪拌子の外側にポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を塗布されてなり、前記カセット（２）の一部に磁性を有する金属（７）が設置されている。また、前記カセット（２）の中空部に固定された捕集体（３）は、図４に示すように、１個でも複数個でも必要に応じて決めればよい。

以上のような構造を有する気体濃縮用シリンジを用いて、図５に示すように、固体あるいは液体（９）を入れた密封容器（８）のヘッドスペースにシリンジ針（５）を差しこんで気体の吸気と排気を複数回行うことにより、気体を捕集することが可能である。

前記カセット（２）本体の材質としては、テフロン（登録商標）、ガラス、プラスチック製が望ましく、中空部は、捕集体（３）を安定に固定できる部分として、溝あるいは、凹部を有し、また、カセット（２）を取り外しできるように（使用するときは、シリンジ針（５）に出来るだけ近くセットすることが望ましい）ネジ部が設けられた構造であり、カセット（２）外部に捕集体（３）が安定して固定できるよう磁性を有する金属（７）を有し、カセット（２）の取り付け取り外し時に、シリンジ本体（１）内側を傷つけることのないようにすることが望ましい。

該カセット（２）本体のシリンジ針（５）側の穴径は、該シリンジ針（５）の径と同等の大きさが望ましく必要以上に大きくしなくてよい。また、シリンジプランジャー（４ａ）側の径は、取り付け取り外し時に比較的、楽な力でセットできるような径であることが望ましい。

該カセット（２）をセットするカセット装着用プランジャー（４ｂ）は、プラスチック、ガラス、テフロン（登録商標）製が望ましく、取り付け、取り外し時に折れないような強度が必要であり、また、カセットネジ部を削ることのないような硬度であることが望ましい。

該カセット（２）に取り付ける金属は、捕集体（３）が安定して固定できる磁性を有していればよく、必要以上に強くあるいは大きくする必要はない。また、金属は、固定するとき接着剤からのガスの発生を防げることから、カセット本体に埋め込むタイプが望ましい。

前記捕集体（３）を安定して固定するための、カセット（２）内側の溝あるいは、凹部は、捕集体（３）よりやや大きい方が望ましいが、金属により安定して取りつけることが出来れば設ける必要はない。

本発明の気体濃縮用シリンジは、シリンジプランジャー（４ａ）を上下させて、捕集対象ガスの吸気と排気を繰り返す、いわゆるポンピングを繰り返すことにより、さらに捕集体（３）の吸着濃縮能力を高めることが可能であり、１０回以上のポンピングを実施することが好ましく行われる。

ガスを捕集した後、該カセット（２）から取り出した捕集体（３）は、通常、専用のガラスチューブに捕集体（３）を入れ、ＧＥＲＳＴＥＬ製のパージアンドトラップ装置にセットし、加熱により捕集体（３）から脱着したガスをＧＣあるいはＧＣ／ＭＳ分析を実施することで、ガス成分の定性、定量を行う。

シリンジのポンピング動作にとしては、シリンジ内に捕集したガスの凝縮による液化を防ぐため、吸気と排気の繰り返し動作をゆっくり行なうことが望ましい。

ＧＣやＧＣ／ＭＳとしては、シリンジカセットより回収した捕集体（３）をガスクロマトグラフのガス流路系に直接接続し、充填管を加熱してガス成分を脱着することができる前処理装置が付帯されている装置が望ましい。

以下に、本発明に係る気体濃縮用シリンジを用いた気体捕集方法について、具体的に実施例を挙げて、さらに詳しく説明する。

＜実施例１＞
本発明の気体濃縮用シリンジ（捕集体は１個）を用いて、容量２０ｍｌの密封容器（８）内に封入されたメタノール希釈のトルエン１４９ｐｐｍ、１μｌ（リットル）のヘッドスペースガスを、吸気と排気のポンピング操作（１ｍｌ採取した後、排気する）を１０回繰り返して（所要時間１分程度）ガス成分を捕集し、カセットからカセット装着用プランジャーで捕集体を取り出した。

＜実施例２＞
本発明の気体濃縮用シリンジ（捕集体は１個）を用いて、５立方センチ空間内に置かれている１立方センチの木材チップから発生するガス成分を、吸気と排気のポンピング操作（０．５ｍｌ吸引した後、排気する。）を１０回繰り返して（所要時間１分程度）ガスを捕集し、カセットからカセット装着用プランジャーで捕集体を取り出した。

＜実施例３＞
本発明の気体濃縮用シリンジ（捕集体は１個）を用いて、容量２０ｍｌの密封容器内に封入されたクロロホルム希釈のデカン１００ｐｐｍ、１μｌ（リットル）のヘッドスペースガスを、吸気と排気のポンピング操作（１ｍｌ捕集した後、排気する）を１０回繰り返して（所要時間１分程度）ガス成分を捕集し、カセットからカセット装着用プランジャーで捕集体を取り出した。

＜実施例４＞
本発明の気体濃縮用シリンジ（捕集体は３個）を用いて、容量２０ｍｌの密封容器内に封入されたクロロホルム希釈のデカン１００ｐｐｍ、１μｌ（リットル）のヘッドスペースガスを、吸気と排気のポンピング操作（1ｍｌ捕集した後、排気する）を１０回繰り返して（所要時間1分程度）ガス成分を捕集し、カセットからカセット装着用プランジャーで捕集体を取り出した。

以下に、本発明の比較例について説明する。

＜比較例１＞
実施例１において、ガスタイトシリンジを用いて、ガス成分を１ｍｌ捕集した以外は、実施例１と同様にして、比較例１の捕集体を取り出した。

＜比較例２＞
実施例１において、ＳＰＭＥファイバー（吸着層はポリジメチルシロキサン１００μｍ）を用いて、ガス成分を５分間吸着した以外は、実施例１と同様にして比較例２の捕集体を取り出した。

＜比較例３＞
実施例１において、捕集体１個をこの空間内に５分間放置した後、実施例１と同様にして比較例３の捕集体を取り出した。

＜評価方法＞
前記実施例１〜４、比較例１でガス捕集した捕集体を、ＧＥＲＳＴＥＬ製のパージアンドトラップ装置にセットし加熱することでガスを脱着し、ＧＣ／ＭＳにて捕集されているガス成分の分析をした。比較例２で採取したガスを、ＧＣ／ＭＳにてガス成分の分析をした。比較例３のＳＰＭＥファイバーを、ＧＣ／ＭＳにてガス成分の分析をした。

＜比較結果＞
図６に示すように、実施例１と比較例１、２の比較の結果において、検出されたトルエンのピーク面積値は、実施例２の捕集方法で行なうことで、ガスタイトシリンジ捕集の１０００倍、ＳＰＭＥファイバー捕集の１００倍相当の感度の違いが見られ、本発明の気体濃縮シリンジによる捕集が有効であることが確認された。

図７に示すように、実施例２と比較例３の比較の結果において、木材チップから発生される比較的高沸点の成分の検出にも差異が認められ、実施例２の本発明の気体濃縮用シリンジでポンピング操作を行なって捕集したときの方が、比較的高沸点の化合物が多く捕集されており、また、その検出感度も大きい結果が得られ、小空間内のガスを短時間で捕集したことが裏付けられた。

図８に示すように、実施例３および４の結果において、検出されたデカンのピーク面積値は、実施例４の捕集体を３個設置した捕集方法で行なうことで、実施例３の捕集体を１個設置に対しておよそ３倍のピーク面積値であり、実施例３でもガス成分捕集が効率的に行われることが確認された上、捕集体の個数とピーク面積値は比例関係であることから、捕集体を本発明の気体濃縮用シリンジに複数個セットすることにより、さらなる捕集効率のアップが望めることが確認された。

本発明に係る気体濃縮用シリンジの１実施例を示す側面概略図である。 本発明に係る気体濃縮用シリンジのシリンジ本体の１実施例を示す側面断面図である。 本発明に係る気体濃縮用シリンジのカセット装着時の１実施例を示す側面断面図である。 図２、図３に示すＡ−Ａ’断面図である。 本発明に係る気体濃縮用シリンジの気体捕集時の１実施例を示す側面概略図である。 実施例１、比較例１、比較例２の比較結果図である。 実施例２、比較例３の比較結果図である。 実施例３、実施例４の比較結果図である。

符号の説明

１・・・シリンジ本体
２・・・カセット
３・・・捕集体
４ａ・・・シリンジプランジャー
４ｂ・・・ カセット装着用プランジャー
５・・・シリンジ針
６・・・開閉コック
７・・・磁性を有する金属
８・・・密封容器
９・・・液体

Claims (4)

1. 少なくとも、気体の捕集口を有するシリンジ針と、円筒状であり、かつ、シリンジ針接続口とシリンジプランジャー接続口を有するシリンジ本体と、前記シリンジプランジャー接続口より挿入され、シリンジ本体内の気体を吸排気するためのシリンジプランジャーと、前記シリンジ本体内に設置され、円筒状であり、中空部に捕集体を有するカセットと、を有することを特徴とする気体濃縮用シリンジ。
2. 前記捕集体は、磁石を内包するガラス製攪拌子の外側にポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を塗布されてなり、前記カセットの一部に磁性を有する金属が設置されていることを特徴とする請求項１記載の気体濃縮用シリンジ。
3. 前記カセットの中空部に固定された捕集体が１個以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の気体濃縮用シリンジ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項記載の気体濃縮用シリンジを用い、気体の吸気と排気を複数回行うことを特徴とする気体捕集方法。

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