JP2014062872A - 気体濃縮用シリンジ及び気体捕集方法 - Google Patents

Abstract

【課題】捕集体、及び分析装置が限定されず、捕集体をセットするときに、捕集効率に影響を与えない気体濃縮用シリンジ、及び気体捕集方法を提供する。
【解決手段】円筒状で、中空部をもつシリンダー本体１に、ガス開閉コック３を経由して気体の吸引口となるシリンジ針５と、気体を吸引するためのシリンジプランジャー４が取り付けられ、前記シリンダー本体１内の中空部に捕集体を内臓したカセット２をセットする気体濃縮用シリンジであって、前記カセット２が、捕集体を格納するスペースを有しており、捕集体を設置脱着により交換可能にした。
【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及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、ヘッドスペースガスを濃縮せずにガスタイトシリンジで捕集する方法がある（非特許文献1）。

より微量成分の分析を目的とする場合、一旦、ガスを吸着剤や捕集体に吸着させ濃縮する方法がある。例えば、ＧＥＲＥＳＴＥＬ社製のＴｗｉｓｔｅｒＴＭ（捕集体）に吸着濃縮する方法がある。ＴｗｉｓｔｅｒＴＭは円柱形状で、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）が塗布された構造となっている。

ＴｗｉｓｔｅｒＴＭ（捕集体）でガス成分を吸着濃縮する場合、容器内に試料と一緒にＴｗｉｓｔｅｒＴＭ（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、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（ガス・クロマトグラフ）やＧＣ／ＭＳ（ガス・クロマトグラフを直結した質量分析計）に送入し、ガス成分を分析する方法などがある。

上記の捕集方法は、大気中のガス成分などを捕集する際、ＴｗｉｓｔｅｒＴＭ（捕集体）はパッシブな成分捕集体であるため、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、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。

これまで、これらの問題を解決するための方法として、ＴｗｉｓｔｅｒＴＭ（捕集体）をガスタイトシリンジ内に固定した方法で、気体を捕集する気体濃縮用シリンジ及び捕集方法が開示されている（特許文献1）。

しかしながら、気体濃縮捕集用シリンジ及び捕集方法には、捕集体がＴｗｉｓｔｅｒＴＭに限定され、専用のパージアンドトラップ付きのＧＣ／ＭＳ及びＧＣで行う必要となる。

図６は、特許文献１に示された捕集体を有する気体濃縮用シリンジを示しており、捕集体７を安定に固定させるため、磁石９が設けてある。捕集体７であるＴｗｉｓｔｅｒＴＭ
は、内部の磁石が引っ張られカセット２の内面に固定される。よって捕集体７とカセット２との間に接触部が生じ、捕集体７の表面積を減少させ捕集効率を落とすことになる。

特開２００８‐２７５３６７号公報

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

捕集体及び分析装置が限定されず、捕集体をセットするときに、捕集効率に影響を与えない気体濃縮用シリンジ及び気体捕集方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、円筒状で、中空部をもつシリンダー本体に、ガス開閉コックを経由して気体の吸引口となるシリンジ針と、気体を吸引するためのシリンジプランジャーが取り付けられ、前記シリンダー本体内の中空部に捕集体を内蔵したカセットをセットする気体濃縮用シリンジであって、
前記カセットが、捕集体を格納するスペースを有しており、捕集体を設置脱着により交換可能にしたことを特徴とする気体濃縮用シリンジである。

また、請求項２に記載の発明は、前記カセットの捕集体を格納するスペースが、1箇所以上設置されていることを特徴とする請求項１に記載の気体濃縮用シリンジである。

また、請求項３に記載の発明は、前記捕集体が、円柱形状で、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）が塗布された構造であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の気体濃縮用シリンジである。

また、請求項４に記載の発明は、前記捕集体が円柱形状で、連続孔を有するモノリス構造のシリカ骨格に細孔をもつシリカゲル、或は活性炭を含有した連続孔を有するモノリス構造のシリカ骨格に細孔をもつシリカゲルであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の気体濃縮用シリンジである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の気体濃縮用シリンジを用い、環境中のガス成分を捕集することを特徴とする気体捕集方法である。

本発明の気体濃縮用シリンジは、どのメーカーのパージアンドトラップ装置にも導入することが可能な捕集体を選択することがきるカセットを有することで、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良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ができる。

本発明に係る気体濃縮用シリンジの、吸引前の状態を示した概念図である。 本発明に係る気体濃縮用シリンジの、吸引捕集した状態を示した概念図である。 本発明に係る捕集体の設置脱着が可能なカセットを示した概念図である。 本発明に係る捕集体の設置脱着が可能なカセットのセル部を示した概念図である。 実施例１、比較例１の捕集体を加熱し、ガスを脱着してＧＣ／ＭＳにて測定した結果である。 特許文献１に示された捕集体を有する気体濃縮用シリンジの概念図である。

以下本発明を実施するための形態を、図面を用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シリンジ本体１の閉じ状態示しており、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１の開状態を示している。図３は図１、図２に示す気体濃縮用シリンジにセットさえるカセット概略図であり、図４は本発明に係る気体濃縮用シリンジのカセットセル部の概略図である。

図１及び図２に示すように、本発明の気体濃縮用シリンジは、少なくとも、ガスの捕集口を有するシリンジ針５と、円筒状でシリンジ針５、接続口とシリンジプランジャー４、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４、接続口より挿入されシリンジ本体１内のガス成分を吸引及び排出するためのシリンジプランジャー４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７と、
カセットセル６を有するカセット２とを有している。

なお、前記シリンジ針５には気密を高めるためのガス開閉コック３が付いていることが望ましい。

図３に示されるように、捕集体７とカセットセル６がセットされたカセット２は、シリンジプランジャー４で、シリンジ本体１内に取り付けることが好ましい。

図４に示されるように、カセットセル６は捕集体７が入る容量の円筒状であり、上部及び底部はガスが両方向に流れるような構造であることが望ましく、カセット２に設置する捕集体は、１個でも複数個でも必要に応じて決めればよい。

捕集体７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）を塗布されている円筒構造、又は連続孔を有するモノリス構造のシリカ骨格に細孔をもつシリカゲル、或は活性炭を含有した連続孔を有するモノリス構造のシリカ骨格に細孔をもつシリカゲルからなる円筒構造が望ましい。

シリンジ本体１の材質としては、ガラス、プラスチック製が望ましく、ガスの採取量がわかるように目盛り付きであればなおよい。

シリンジ針５の材質としては、ステンレス製が望ましく、シリンジ針先部側の穴の径は、シリンジ針先部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。

シリンジプランジャー４は、プラスチック、ガラス、フッ素樹脂製が望ましく、取り付け、取り外し時に折れないような強度があることが望ましい。

ガス開閉コック３の材質としては、フッ素樹脂、金属製が望ましく、採取しようとするガスが吸着乃至分解しにくい不活性処理を施した方がよい。

カセット２の材質としては、フッ素樹脂、ガラス、プラスチック製が望ましく、また、カセットはシリンジプランジャー４にて取り付け取り外しできるように（使用するときは、シリンジ針先部にでき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ることが望ましい。

カセットセル６の材質としては、プラスチック、ガラス、フッ素樹脂製が望ましく、上部及び底部はガスが両方向に流れるような構造であることが望ましい。

本発明の気体濃縮用シリンジはシリンジプランジャー４を上下させて、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で、捕集体７にガス成分を効率良く吸着させることが好ましく行われる。なお、シリンジ本体１のポンピング動作にとしては、シリンジ本体１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。

ガスを捕集した後、該カセット２から取り出した捕集体７は、通常、専用のガラスチューブに捕集体７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７から脱着したガスをＧＣ／ＭＳあるいはＧＣ分析を実施することで、ガス成分の定性、定量を行う。

本発明の気体濃縮用シリンジを用い、捕集体として、シリカモノリス捕集剤であるジーエルサイエンス社製ＭｏｎｏＴｒａｐ１個をカセット２に挿入した後、容量１００ｍｌの密封容器内に封入されたカンファー・メントール・サリチル酸メチルの濃度が１００ｐｐｍに混合されたガスを、吸気と排気のポンピング操作（１０ｍｌ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２をシリンジプランジャー４で捕集体７を取り出した。

＜比較例１＞
特許文献１に示された気体濃縮用シリンジに捕集体を設けた。捕集体として、ＴｗｉｓｔｅｒＴＭ １個をカセットに挿入した後、容量１００ｍｌの密封容器内に封入されたカンファー（しょうのう）・メントール・サリチル酸メチルの濃度が１００ｐｐｍに混合されたガスを、吸気と排気のポンピング操作（１０ｍｌ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、カセット部をシリンジプランジャー４で捕集体７を取り出した。

実施例１及び比較例１でガス捕集した捕集体として、シリカモノリス捕集剤であるジーエルサイエンス社製のＭｏｎｏＴｒａｐ及び、ＧＥＲＥＳＴＥＬ製のＴｗｉｓｔｅｒＴＭを、ＧＥＲＥＳＴＥＬ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。

＜分析結果＞
実施例１と比較例１の比較を、図５に示す。その結果において、検出されたメントール・サリチル酸メチルのピーク面積値は、比較例１に比べ、カンファーで６０％、メントールで４８％、サリチル酸メチルで３６％程度多くなっていた。このことから、本発明の気体濃縮シリンジは、捕集体をカセット内面に固定し、捕集体７とカセット２との間に接触部が発生する気体濃縮用シリンジより捕集率が高いことが確認された。

１・・・シリンジ本体
２・・・カセット
３・・・ガス開閉コック
４・・・シリンジプランジャー
５・・・シリンジ針
６・・・カセットセル
７・・・捕集体
８・・・捕集体を通過したヘッドスペースガス
９・・・磁石

Claims (5)

1. 円筒状で、中空部をもつシリンダー本体に、ガス開閉コックを経由して気体の吸引口となるシリンジ針と、気体を吸引するためのシリンジプランジャーが取り付けられ、前記シリンダー本体内の中空部に捕集体を内蔵したカセットをセットする気体濃縮用シリンジであって、
   前記カセットが、捕集体を格納するスペースを有しており、捕集体を設置脱着により交換可能にしたことを特徴とする気体濃縮用シリンジ。
2. 前記カセットの捕集体を格納するスペースが、1箇所以上設置されていることを特徴とする請求項１に記載の気体濃縮用シリンジ。
3. 前記捕集体が円柱形状で、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）が塗布された構造であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の気体濃縮用シリンジ。
4. 前記捕集体が円柱形状で、連続孔を有するモノリス構造のシリカ骨格に細孔をもつシリカゲル、或は活性炭を含有した連続孔を有するモノリス構造のシリカ骨格に細孔をもつシリカゲルであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の気体濃縮用シリンジ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の気体濃縮用シリンジを用い、環境中のガス成分を捕集することを特徴とする気体捕集方法。