JP2022135002A - Low-temperature concentration device and atmosphere concentration device - Google Patents

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Abstract

To provide a low-temperature concentration device and an atmosphere concentration device capable of collecting a substance to be analyzed contained in sample gas to concentrate the substance, using a low-function and inexpensive cold storage refrigerator.SOLUTION: A low-temperature concentration device 1 comprises: a cold storage refrigerator 2; a heat conductor 3 having a first hole 31, and thermally connected to the cooling unit 21 of the cold storage refrigerator 2; a first sample conduit 6 having a first sample concentration unit 61 arranged in the first hole 31; an adsorbent 11 arranged in the first sample concentration unit 61; a first heating unit 8 that is arranged in the first hole 31, and heats the first sample concentration unit 61; and a heat insulating material 10 covering the heat conductor 3 and the first sample conduit 6. The first sample conduit 6 and the first heating unit 8 are separated from the inner wall of the first hole 31.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、低温濃縮装置及び大気濃縮装置に関する。 The present invention relates to cryogenic concentrators and atmospheric concentrators.

低温濃縮装置は、例えば大気に含まれる揮発性有機化合物(VOC:volatile organic compounds)を捕集し、濃縮するために用いられる。捕集され、濃縮された揮発性有機化合物は、例えばガスクロマトグラフ質量分析装置を用いて分析される。揮発性有機化合物は、揮発性を有し、大気中で気体となる有機化合物の総称である。揮発性有機化合物には、例えばトルエン、キシレン、酢酸エチル等の多種多様な物質が含まれる。 Cryogenic concentrators are used, for example, to capture and concentrate volatile organic compounds (VOCs) contained in the atmosphere. The collected and concentrated volatile organic compounds are analyzed using, for example, a gas chromatograph-mass spectrometer. A volatile organic compound is a general term for organic compounds that have volatility and become gas in the atmosphere. Volatile organic compounds include a wide variety of substances such as toluene, xylene, ethyl acetate, and the like.

ガスクロマトグラフ質量分析装置等を用いて、例えば大気に含まれる低濃度の揮発性有機化合物を精度よく分析するために、分析対象物質である揮発性有機化合物をあらかじめ捕集し、濃縮して分析用の試料を作成する方法がある。 For example, in order to accurately analyze low-concentration volatile organic compounds contained in the atmosphere using a gas chromatograph mass spectrometer, etc., the volatile organic compounds, which are the substances to be analyzed, are collected in advance, concentrated, and used for analysis. There is a method to prepare a sample of

そのような試料作成方法の一つは、低温濃縮法である。これは、分析対象物質(例えば揮発性有機化合物)を含む試料ガス(例えば大気)を、低温(例えば-190℃)に冷却された試料導管に導き、分析対象物質を試料導管内で液化させたり試料導管内に配置された吸着材に吸着させたりしたのち、試料導管を高温(例えば200℃)まで急速に加熱し、分析対象物質を試料導管内で気化させたり吸着材から脱着させたりすることによって、試料ガスに含まれる夾雑物を除去し、分析対象物質を捕集・濃縮する方法である。試料導管の冷却には、液体窒素等の冷媒又はスターリング冷凍機等の蓄冷式冷凍機を用いることができる。また、試料導管の加熱には、ニクロム線ヒータ等の抵抗加熱器を用いることができる。 One such sample preparation method is the cryoconcentration method. This involves introducing a sample gas (eg, atmospheric air) containing an analyte (eg, volatile organic compounds) into a sample conduit cooled to a low temperature (eg, −190° C.) to liquefy the analyte within the sample conduit. After adsorbing on an adsorbent placed in the sample conduit, the sample conduit is rapidly heated to a high temperature (eg, 200° C.) to vaporize the analyte within the sample conduit or desorb it from the adsorbent. This is a method of removing contaminants contained in the sample gas and collecting and concentrating the substance to be analyzed. A refrigerant such as liquid nitrogen or a regenerative refrigerator such as a Stirling refrigerator can be used to cool the sample conduit. A resistance heater such as a nichrome wire heater can be used to heat the sample conduit.

低温濃縮法によって分析対象物質を捕集し、濃縮する装置として、特許文献1には、スターリング冷凍機と、スターリング冷凍機によって冷却される冷却部と、電熱によって加熱される加熱部と、加熱部に埋設され、試料ガスが導入される捕集導管とを備え、冷却部と加熱部とを接触させたり離隔させたりすることができる低温濃縮装置が記載されている。また、非特許文献1には、スターリング冷凍機と、スターリング冷凍機によって冷却されるアルミニウム製のコールドブロックと、コールドブロックを覆う断熱材と、コイル状に巻き回された試料濃縮部を有し、試料ガスが導入されるステンレス管と、試料濃縮部に充填された吸着材と、試料濃縮部に巻き回されたニクロム線ヒータとを備え、試料濃縮部がコールドブロックに接触している低温濃縮装置が記載されている。 As an apparatus for collecting and concentrating a substance to be analyzed by a low-temperature concentration method, Patent Document 1 discloses a Stirling refrigerator, a cooling unit cooled by the Stirling refrigerator, a heating unit heated by electric heat, and a heating unit. A cryogenic concentrator is described which includes a collection conduit embedded in a tube through which a sample gas is introduced, and which allows the cooling and heating sections to be brought into contact and separated. In addition, Non-Patent Document 1 has a Stirling refrigerator, an aluminum cold block cooled by the Stirling refrigerator, a heat insulating material covering the cold block, and a sample concentration part wound in a coil shape, A low-temperature concentration apparatus comprising a stainless steel tube into which a sample gas is introduced, an adsorbent filled in a sample concentration section, and a nichrome wire heater wound around the sample concentration section, wherein the sample concentration section is in contact with a cold block. is described.

国際公開第2011/099079号WO2011/099079

Taku UMEZAWA, Stephen J. ANDREWS,and Takuya SAITO, “A Cryogen-Free Automated Measurement System of Stable CarbonIsotope Ratio of Atmospheric Methane”, Journal of the Meteorological Society of Japan, 93(1), pp. 115-127 (2020)Taku UMEZAWA, Stephen J. ANDREWS,and Takuya SAITO, “A Cryogen-Free Automated Measurement System of Stable CarbonIsotope Ratio of Atmospheric Methane”, Journal of the Meteorological Society of Japan, 93(1), pp. 115-127 (2020)

上述したような低温濃縮装置においては、試料ガスに含まれる分析対象物質を捕集し、濃縮するために、試料導管の温度を広い範囲にわたって(例えば-190℃から200℃に、又はその逆に)急速に変化させなければならないので、試料導管を冷却する蓄冷式冷凍機には大きな負荷がかかる。したがって、高い冷凍能力を備えた蓄冷式冷凍機が必要となるが、そのような蓄冷式冷凍機は、一般に高価である。 In cryogenic concentrators such as those described above, the temperature of the sample conduit is varied over a wide range (eg, from -190°C to 200°C or vice versa) in order to collect and concentrate the analyte contained in the sample gas. ), which must be changed rapidly, placing a heavy load on the regenerative refrigerator cooling the sample conduit. Therefore, a regenerative refrigerator with high refrigerating capacity is required, but such a regenerative refrigerator is generally expensive.

本発明は、比較的低機能で比較的安価な蓄冷式冷凍機を用いて、試料ガスに含まれる分析対象物質を捕集し、濃縮することができる低温濃縮装置及び大気濃縮装置の提供を目的とする。 An object of the present invention is to provide a low-temperature concentrator and an atmospheric concentrator capable of collecting and concentrating a substance to be analyzed contained in a sample gas using a relatively low-performance and relatively inexpensive regenerative refrigerator. and

本発明に係る低温濃縮装置は、蓄冷式冷凍機と、孔を有し、蓄冷式冷凍機の冷却部に熱的に接続された熱伝導体と、孔内に配置された試料濃縮部を有する試料導管と、試料濃縮部内に配置された吸着材と、孔内に配置され、試料濃縮部を加熱する加熱部と、熱伝導体及び試料導管を覆っている断熱材と、を備え、試料導管及び加熱部は、孔の内壁から離れている。 A low-temperature concentrator according to the present invention has a regenerative refrigerator, a heat conductor having a hole and thermally connected to a cooling part of the regenerative refrigerator, and a sample concentrator arranged in the hole. a sample conduit, an adsorbent disposed within the sample concentrating portion, a heating portion disposed within the pores to heat the sample concentrating portion, and an insulating material covering the heat conductor and the sample conduit; and the heating portion is spaced from the inner wall of the hole.

本発明に係る低温濃縮装置は、蓄冷式冷凍機の冷却部に熱的に接続された熱伝導体を備え、熱伝導体が有する孔の中に試料導管の試料濃縮部が配置されることによって、試料導管の試料濃縮部が熱伝導体で覆われているので、また、熱伝導体及び試料導管が断熱材で覆われているので、蓄冷式冷凍機によって試料濃縮部を効率的に冷却することができる。したがって、試料ガスに含まれる分析対象物質を、試料濃縮部に配置された吸着材に容易にかつ確実に吸着させることができる。また、試料濃縮部及びそれを加熱する加熱部が孔の内壁から離れているので、分析対象物質を吸着材から脱着させるために試料濃縮部を加熱部によって加熱しても、加熱部が発する熱が熱伝導体に伝わりにくい。したがって、蓄冷式冷凍機にかかる負荷を低減することができる。以上により、分析対象物質を捕集し、濃縮するのに必要な低温を、比較的低機能で比較的安価な蓄冷式冷凍機によって実現することができる。 The low-temperature concentrator according to the present invention comprises a thermal conductor thermally connected to the cooling part of the regenerative refrigerator, and the sample concentrating part of the sample conduit is arranged in the hole of the thermal conductor. Since the sample concentration portion of the sample conduit is covered with the heat conductor, and since the heat conductor and the sample conduit are covered with the heat insulating material, the sample concentration portion is efficiently cooled by the regenerative refrigerator. be able to. Therefore, the substance to be analyzed contained in the sample gas can be easily and reliably adsorbed on the adsorbent arranged in the sample concentration section. In addition, since the sample enrichment part and the heating part for heating it are separated from the inner wall of the hole, even if the sample enrichment part is heated by the heating part in order to desorb the analyte substance from the adsorbent, the heat generated by the heating part is difficult to transfer to the heat conductor. Therefore, the load on the cold storage type refrigerator can be reduced. As described above, the low temperature necessary for collecting and concentrating the substance to be analyzed can be achieved by a relatively low-performance and relatively inexpensive regenerative refrigerator.

本発明に係る低温濃縮装置は、孔及び試料導管を複数備えていてもよい。この場合、分析対象物質に対する複数種類の処理、例えば一次濃縮及び二次濃縮を、一つの装置で行うことができる。また、複数種類の分析対象物質に対する処理を、一つの装置で行うことができる。 A cryogenic concentration device according to the invention may comprise a plurality of holes and sample conduits. In this case, a single device can perform multiple types of processing for the substance to be analyzed, such as primary concentration and secondary concentration. In addition, a single apparatus can be used to process a plurality of types of substances to be analyzed.

本発明に係る低温濃縮装置は、試料導管及び加熱部と孔の内壁との間に空気層が設けられていてもよい。この場合、試料導管及び加熱部と孔の内壁との間の空気層が断熱層となって熱伝導を妨げるので、加熱部が発する熱が熱伝導体に伝わりにくい。また、低温濃縮装置の構造を簡素化することができる。 The cryogenic concentration apparatus according to the present invention may have an air layer between the sample conduit and the heating section and the inner wall of the hole. In this case, the air layer between the sample conduit and the heating section and the inner wall of the hole acts as a heat insulating layer to prevent heat conduction, so that the heat generated by the heating section is less likely to be transmitted to the heat conductor. Also, the structure of the cryogenic concentration apparatus can be simplified.

本発明に係る低温濃縮装置は、孔内に配置された断熱管をさらに備え、試料濃縮部及び加熱部が断熱管内に配置されていてもよい。この場合、試料濃縮部及び加熱部と孔の内壁との間に存在する断熱管が熱伝導を妨げるので、加熱部が発する熱が熱伝導体に伝わりにくい。 The low-temperature concentrator according to the present invention may further comprise an adiabatic tube arranged within the hole, and the sample concentrator and the heating section may be arranged in the adiabatic tube. In this case, the heat-insulating pipes present between the sample concentration section and the heating section and the inner wall of the hole impede heat conduction, so that the heat generated by the heating section is less likely to be transmitted to the heat conductor.

本発明に係る低温濃縮装置は、断熱管がガラスからなっていてもよい。この場合、入手が容易な材料で断熱管を作成することができる。 In the cryogenic concentration apparatus according to the present invention, the heat insulating tube may be made of glass. In this case, the heat-insulating pipe can be made from readily available materials.

本発明に係る低温濃縮装置は、断熱材の表面に配置された防湿膜をさらに備えていてもよい。この場合、断熱材が防湿膜で被覆されているので、断熱材に水分が侵入せず、断熱材の断熱効果を長期間にわたって維持することができる。 The cryogenic concentration apparatus according to the present invention may further comprise a moisture-proof film arranged on the surface of the heat insulating material. In this case, since the heat insulating material is covered with the moisture-proof film, moisture does not enter the heat insulating material, and the heat insulating effect of the heat insulating material can be maintained for a long period of time.

本発明に係る低温濃縮装置の試料濃縮部は、試料導管の一部がコイル状に巻き回された部分であってもよい。この場合、分析対象物質の捕集・濃縮に必要な量の吸着材を試料濃縮部の内部に配置できるように、試料濃縮部の容積(長さ)を十分に確保しつつも、その外形寸法の増大を抑えて、試料濃縮部をコンパクトに収めることができる。 The sample concentrator of the cryogenic concentrator according to the present invention may be a coiled portion of the sample conduit. In this case, the volume (length) of the sample enrichment part should be sufficiently secured so that the required amount of adsorbent for collecting and concentrating the substance to be analyzed can be placed inside the sample enrichment part, but the external dimensions of the sample enrichment part should be can be suppressed, and the sample concentration section can be accommodated compactly.

本発明に係る低温濃縮装置の蓄冷式冷凍機は、スターリング冷凍機であってもよい。この場合、入手が容易な蓄冷式冷凍機を使用して、本発明に係る低温濃縮装置を構成することができる。 The regenerative refrigerator of the low-temperature concentrator according to the present invention may be a Stirling refrigerator. In this case, the low-temperature concentrator according to the present invention can be configured using a regenerative refrigerator that is easily available.

本発明の低温濃縮装置を用いて大気濃縮装置を構成してもよい。この場合、本発明の低温濃縮装置を、大気に含まれる分析対象物質を捕集し、濃縮するために使用することができる。 An atmospheric concentrator may be configured using the cryogenic concentrator of the present invention. In this case, the cryogenic concentrator of the present invention can be used to collect and concentrate analytes contained in the atmosphere.

本発明に係る低温濃縮装置及び大気濃縮装置によれば、分析対象物質を捕集し、濃縮するのに必要な低温を、比較的低機能で比較的安価な蓄冷式冷凍機によって実現することができる。 According to the low-temperature concentrator and atmospheric concentrator according to the present invention, the low temperature necessary for capturing and concentrating the substance to be analyzed can be realized by a relatively low-performance and relatively inexpensive regenerative refrigerator. can.

一実施形態に係る低温濃縮装置の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the cryogenic concentration apparatus which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る低温濃縮装置を備える大気濃縮装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram showing an example of an atmospheric concentrator provided with a cryogenic concentrator according to one embodiment. 一実施形態に係る低温濃縮装置の試料濃縮部の温度変化の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of temperature changes in the sample concentration section of the cryogenic concentration device according to one embodiment.

本発明に係る低温濃縮装置の実施形態を添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されない。本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。図面の説明において、同一の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。 An embodiment of a cryogenic concentration apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the embodiments described below. The technical scope of the present invention is defined based on the description of the claims. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.

図1は、本発明の一実施形態に係る低温濃縮装置1の断面を示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross section of a cryogenic concentration apparatus 1 according to one embodiment of the present invention.

図1に示されるように、低温濃縮装置1は、蓄冷式冷凍機2と、熱伝導体3と、第1の断熱管4と、第2の断熱管5と、第1の試料導管6と、第2の試料導管7と、第1の加熱部8と、第2の加熱部9と、断熱材10とを備えている。 As shown in FIG. 1, the cryogenic concentrator 1 includes a cold storage refrigerator 2, a heat conductor 3, a first heat insulating tube 4, a second heat insulating tube 5, and a first sample conduit 6. , a second sample conduit 7 , a first heating section 8 , a second heating section 9 and a thermal insulator 10 .

蓄冷式冷凍機2は、冷却部21を備えており、冷却部21の温度を、例えば-140℃程度にまで低下させることができる。したがって、蓄冷式冷凍機2は、冷却部21に接触している物体から熱を奪ってその物体を冷却することができる。蓄冷式冷凍機2は、具体的には、一般に市販されているスターリング冷凍機である。蓄冷式冷凍機2は、スターリング冷凍機に限られるものではなく、ギフォード・マクマホン冷凍機など、他の方式の蓄冷式冷凍機でもよい。 The cold storage type refrigerator 2 includes a cooling section 21, and the temperature of the cooling section 21 can be lowered to, for example, about -140.degree. Therefore, the cold storage type refrigerator 2 can take heat from an object in contact with the cooling unit 21 to cool the object. Specifically, the regenerative refrigerator 2 is a commercially available Stirling refrigerator. The regenerative refrigerator 2 is not limited to the Stirling refrigerator, and may be another type of regenerative refrigerator such as a Gifford-McMahon refrigerator.

熱伝導体3は、熱伝導性に優れるアルミニウム製の中実部材であり、コールドブロックと呼ばれることもある。熱伝導体3は、蓄冷式冷凍機2と熱的に接続されている。具体的には、蓄冷式冷凍機2の冷却部21と接触しており、蓄冷式冷凍機2によって冷却される。熱伝導体3の材料は、アルミニウムに限定されるものではなく、熱伝導性に優れる他の物質、例えば銅などの金属でもよい。熱伝導体3には、第1の孔31及び第2の孔32が設けられている。孔の数は、2つに限定されるものではなく、1つでもよいし、3つ以上でもよい。 The heat conductor 3 is a solid member made of aluminum having excellent heat conductivity, and is sometimes called a cold block. The heat conductor 3 is thermally connected to the regenerative refrigerator 2 . Specifically, it is in contact with the cooling part 21 of the cold storage type refrigerator 2 and is cooled by the cold storage type refrigerator 2 . The material of the heat conductor 3 is not limited to aluminum, but may be other substances with excellent heat conductivity, such as metals such as copper. The heat conductor 3 is provided with a first hole 31 and a second hole 32 . The number of holes is not limited to two, and may be one or three or more.

第1の断熱管4及び第2の断熱管5は、いずれも一端が開放され、他端が閉塞されたガラス製の管である。そのようなガラス製の管としては、例えば市販のガラス製の試験管を用いることができる。第1の断熱管4及び第2の断熱管5は、その閉塞端が孔の最奥部に位置するように、それぞれ第1の孔31及び第2の孔32の内部に配置されている。第1の断熱管4及び第2の断熱管5の材料は、ガラスに限定されないが、後述するように、蓄冷式冷凍機2の負荷の増大の抑制と実用的な冷却速度の確保とを両立できるような適度の断熱性を有する物質が好ましい。なお、第1の断熱管4及び第2の断熱管5は、一端が開放され、他端が閉塞された管に限定されるものではなく、両端が開放された管であってもよい。 Each of the first heat insulating tube 4 and the second heat insulating tube 5 is a glass tube with one end open and the other end closed. As such a glass tube, for example, a commercially available glass test tube can be used. The first heat insulating pipe 4 and the second heat insulating pipe 5 are arranged inside the first hole 31 and the second hole 32, respectively, so that their closed ends are positioned at the innermost part of the hole. The material of the first heat insulating pipe 4 and the second heat insulating pipe 5 is not limited to glass, but as described later, it is possible to suppress an increase in the load on the cold storage refrigerator 2 and ensure a practical cooling rate. Materials with adequate thermal insulation properties are preferred. The first heat insulating pipe 4 and the second heat insulating pipe 5 are not limited to pipes with one end open and the other end closed, and may be pipes with both ends open.

第1の試料導管6及び第2の試料導管7は、いずれもステンレス製の管であり、それぞれ第1の断熱管4及び第2の断熱管5の内部に配置されている。第1の試料導管6及び第2の試料導管7の材料は、ステンレスに限定されるものではなく、他の物質でもよい。第1の試料導管6及び第2の試料導管7は、それらの内部を気体が流れるので、その気体と反応しない物質を材料とすることが好ましい。 The first sample conduit 6 and the second sample conduit 7 are both stainless steel tubes and placed inside the first and second heat insulating tubes 4 and 5, respectively. The material of the first sample conduit 6 and the second sample conduit 7 is not limited to stainless steel, and other substances may be used. The first sample conduit 6 and the second sample conduit 7 are preferably made of a material that does not react with the gas that flows through them.

第1の断熱管4に挿入されている第1の試料導管6のうち、第1の断熱管4の閉塞端に近い部分は、コイル状に巻き回されている。この部分は、第1の試料濃縮部61である。第1の試料濃縮部61は、例えば、第1の試料導管6の一部を、100mmを超える長さにわたって直径10mm程度のコイル状に巻き回すことによって形成することができる。 A portion of the first sample conduit 6 inserted into the first heat insulating tube 4 near the closed end of the first heat insulating tube 4 is wound in a coil shape. This part is the first sample concentration part 61 . The first sample concentration portion 61 can be formed, for example, by winding a portion of the first sample conduit 6 over a length exceeding 100 mm into a coil having a diameter of approximately 10 mm.

同様に、第2の断熱管5に挿入されている第2の試料導管7のうち、第2の断熱管5の閉塞端に近い部分は、コイル状に巻き回されている。この部分は、第2の試料濃縮部71である。その形成方法及び寸法は、第1の試料濃縮部61と同様とすることができる。 Similarly, of the second sample conduit 7 inserted into the second heat insulating tube 5, the portion near the closed end of the second heat insulating tube 5 is wound in a coil. This part is the second sample concentration part 71 . The formation method and dimensions thereof can be the same as those of the first sample enrichment section 61 .

第1の試料濃縮部61及び第2の試料濃縮部71の内部には、吸着材11が例えば充填されることによって配置されている。 The adsorbent 11 is placed inside the first sample concentration unit 61 and the second sample concentration unit 71 by, for example, filling them.

吸着材11は、第1の試料濃縮部61及び第2の試料濃縮部71が冷却されると、所定の温度(例えば-130℃)にまで温度が下がり、第1の試料導管6及び第2の試料導管7のそれぞれの内部を流れる試料ガスに含まれる分析対象物質を、同じく試料ガスに含まれる夾雑物とともに吸着する。また、吸着材11は、第1の試料濃縮部61及び第2の試料濃縮部71が加熱されると、所定の温度(例えば-70℃)にまで温度が上がり、吸着していた夾雑物を脱着する。その後、さらなる加熱によって温度が上がり、所定の温度(例えば100℃)に達すると、吸着していた分析対象物質を脱着する。すなわち、吸着されていた分析対象物質は、吸着材11が加熱されて所定の温度になると、吸着材11から脱着する。吸着材11は、分析対象物質に応じて適当なものを選択することができる。例えば、試料ガスが大気であり、分析対象物質がトリクロロフルオロメタンである場合には、吸着材11としてジーエルサイエンス社製のHayeSep D(商品名)を用いることができる。 When the first sample concentration portion 61 and the second sample concentration portion 71 are cooled, the temperature of the adsorbent 11 drops to a predetermined temperature (eg, −130° C.), and the first sample conduit 6 and the second sample conduit 6 and the second The analyte contained in the sample gas flowing through each of the sample conduits 7 is adsorbed together with contaminants also contained in the sample gas. Further, when the first sample concentration unit 61 and the second sample concentration unit 71 are heated, the temperature of the adsorbent 11 rises to a predetermined temperature (for example, −70° C.), and the adsorbed contaminants are removed. take off. After that, the temperature is raised by further heating, and when it reaches a predetermined temperature (for example, 100° C.), the adsorbed substance to be analyzed is desorbed. That is, the adsorbed substance to be analyzed is desorbed from the adsorbent 11 when the adsorbent 11 is heated to a predetermined temperature. A suitable adsorbent 11 can be selected according to the substance to be analyzed. For example, when the sample gas is air and the substance to be analyzed is trichlorofluoromethane, HayeSep D (trade name) manufactured by GL Sciences Inc. can be used as the adsorbent 11 .

第1の加熱部8は、第1の試料濃縮部61を加熱することができる位置に配置されており、第1の試料濃縮部61を、例えば100℃程度にまで加熱することができる。第1の加熱部8は、例えばニクロム線ヒータである。この場合、第1の加熱部8は、第1の試料濃縮部61に巻き付けられていてもよい。第1の加熱部8としてのニクロム線ヒータは、図示しない電源と電気的に接続され、通電により発熱して第1の試料濃縮部61を加熱する。 The first heating unit 8 is arranged at a position where it can heat the first sample concentration unit 61, and can heat the first sample concentration unit 61 to, for example, about 100.degree. The first heating unit 8 is, for example, a Nichrome wire heater. In this case, the first heating section 8 may be wound around the first sample concentration section 61 . The nichrome wire heater as the first heating unit 8 is electrically connected to a power source (not shown) and heats the first sample concentrating unit 61 by generating heat when energized.

同様に、第2の加熱部9は、第2の試料濃縮部71を加熱することができる位置に配置されている。第2の加熱部9は、これ以外の点においては第1の加熱部8と同様であるから、詳細な説明は省略する。 Similarly, the second heating section 9 is arranged at a position where it can heat the second sample concentration section 71 . Since the second heating section 9 is the same as the first heating section 8 except for this point, detailed description thereof will be omitted.

第1の試料濃縮部61及び第1の加熱部8は第1の断熱管4の内部に配置され、第1の断熱管4は第1の孔31の内部に配置されているので、第1の試料濃縮部61及び第1の加熱部8と第1の孔31の内壁との間には、第1の断熱管4が存在する。そのため、第1の試料濃縮部61及び第1の加熱部8は、第1の孔31の内壁から離れており、第1の孔31の内壁に接触しない。 Since the first sample enrichment section 61 and the first heating section 8 are arranged inside the first heat insulating tube 4 and the first heat insulating tube 4 is arranged inside the first hole 31, the first Between the sample enrichment section 61 and the first heating section 8 and the inner wall of the first hole 31, the first heat insulating pipe 4 is present. Therefore, the first sample concentration section 61 and the first heating section 8 are separated from the inner wall of the first hole 31 and do not contact the inner wall of the first hole 31 .

同様に、第2の試料濃縮部71及び第2の加熱部9と第2の孔32の内壁との間には、第2の断熱管5が存在するので、第2の試料濃縮部71及び第2の加熱部9は、第2の孔32の内壁から離れており、第2の孔32の内壁に接触しない。 Similarly, since the second heat insulating tube 5 is present between the second sample enrichment section 71 and the second heating section 9 and the inner wall of the second hole 32, the second sample enrichment section 71 and The second heating part 9 is separated from the inner wall of the second hole 32 and does not contact the inner wall of the second hole 32 .

断熱材10は、冷却部21と、熱伝導体3と、第1の断熱管4と、第2の断熱管5と、第1の試料導管6と、第2の試料導管7とを覆っている。断熱材10は、断熱性に優れる材料、例えば硬質ウレタンフォームで作られている。断熱材10は、低温濃縮装置1の外部環境の熱が装置内部に侵入することを防止し、蓄冷式冷凍機2の負荷の増大を抑制する。 The heat insulating material 10 covers the cooling part 21, the heat conductor 3, the first heat insulating tube 4, the second heat insulating tube 5, the first sample conduit 6, and the second sample conduit 7. there is The heat insulating material 10 is made of a material having excellent heat insulating properties, such as rigid urethane foam. The heat insulating material 10 prevents the heat from the external environment of the low-temperature concentrator 1 from entering the inside of the device, and suppresses an increase in the load on the regenerative refrigerator 2 .

断熱材10の外部に露出している表面は、防湿膜によって覆われている。防湿膜は、外部環境の水分が断熱材10の内部に侵入することを防止する。これによって、断熱材の断熱効果を長期間、例えば1~2年にわたって維持することができる。防湿膜は、例えば一般にサーフェイサーと呼ばれている塗料を塗布することによって形成することができる。 The surface exposed to the outside of the heat insulating material 10 is covered with a moisture-proof film. The moisture-proof film prevents moisture in the external environment from entering the interior of the heat insulating material 10 . Thereby, the heat insulating effect of the heat insulating material can be maintained for a long period of time, for example, 1 to 2 years. A moisture-proof film can be formed, for example, by applying a paint generally called a surfacer.

以上に説明した低温濃縮装置1は、第1の試料濃縮部61及び第1の加熱部8が第1の孔31の内壁から離れており、第2の試料濃縮部71及び第2の加熱部9が第2の孔32の内壁から離れているので、以下に述べるような効果を奏する。 In the cryogenic concentration apparatus 1 described above, the first sample concentration section 61 and the first heating section 8 are separated from the inner wall of the first hole 31, and the second sample concentration section 71 and the second heating section are separated from each other. Since 9 is separated from the inner wall of the second hole 32, there are effects as described below.

低温濃縮装置1においては、第1の試料濃縮部61及び第1の加熱部8が第1の孔31の内壁から離れているので、第1の加熱部8によって第1の試料濃縮部61を加熱しても、第1の加熱部8が発する熱及び加熱された第1の試料濃縮部61が有する熱が熱伝導体3に直接伝わらない。したがって、熱伝導体3の温度の上昇が抑制され、熱伝導体3を冷却する蓄冷式冷凍機2にかかる負荷の増大が抑制される。第1の試料濃縮部61及び第1の加熱部8と第1の孔31の内壁とが互いに接触している場合に比べると、蓄冷式冷凍機2にかかる負荷が小さくなるので、分析対象物質を捕集し、濃縮するのに必要な低温を比較的低い冷凍能力によって実現することができる。したがって、蓄冷式冷凍機2として、比較的低機能で比較的安価なものを使用することができる。また、蓄冷式冷凍機2にかかる負荷を考慮することなく、第1の試料濃縮部61の温度を適切な値に調節することができるので、試料ガスに含まれる様々な化学種を分析対象物質とすることができ、様々な妨害成分を除去することができる。また、第2の試料濃縮部71及び第2の加熱部9が第2の孔32の内壁から離れていることもあいまって、第1の試料濃縮部61には、第2の試料濃縮部71及び第2の加熱部9が有する熱が直接伝わらない。したがって、第2の試料濃縮部71が加熱されているか冷却されているかを考慮することなく、第1の試料濃縮部61を加熱したり冷却したりすることができ、第1の試料濃縮部61の温度を、第2の試料濃縮部71の温度とは独立に制御することができる。そのため、例えば、第1の試料濃縮部61を加熱して分析対象物質を脱着させると同時に、第2の試料濃縮部71を冷却して分析対象物質の二次濃縮を行うことができる。さらに、蓄冷式冷凍機2への負荷が低いことに加えて、加熱・冷却の切り替えのための可動部がないことから、長期安定性に優れた低温濃縮装置1を提供することができる。 In the low-temperature concentrator 1 , the first sample concentration section 61 and the first heating section 8 are separated from the inner wall of the first hole 31 , so the first sample concentration section 61 is heated by the first heating section 8 . Even when heated, the heat generated by the first heating unit 8 and the heat possessed by the heated first sample concentration unit 61 are not directly transmitted to the heat conductor 3 . Therefore, an increase in the temperature of the heat conductor 3 is suppressed, and an increase in the load on the cold storage refrigerator 2 that cools the heat conductor 3 is suppressed. Compared to the case where the first sample concentrating part 61 and the first heating part 8 and the inner wall of the first hole 31 are in contact with each other, the load applied to the cold storage type refrigerator 2 is smaller, so that the analysis target substance can be achieved with a relatively low refrigeration capacity. Therefore, as the regenerator type refrigerator 2, a relatively inexpensive one with relatively low functionality can be used. In addition, since the temperature of the first sample concentration unit 61 can be adjusted to an appropriate value without considering the load on the cold storage type refrigerator 2, various chemical species contained in the sample gas can be analyzed. and various interfering components can be removed. In addition, since the second sample concentration section 71 and the second heating section 9 are separated from the inner wall of the second hole 32, the first sample concentration section 61 includes the second sample concentration section 71. And the heat of the second heating unit 9 is not directly transmitted. Therefore, the first sample concentration unit 61 can be heated or cooled without considering whether the second sample concentration unit 71 is heated or cooled. can be controlled independently of the temperature of the second sample concentrator 71 . Therefore, for example, the first sample concentration unit 61 can be heated to desorb the target substance, and at the same time, the second sample concentration unit 71 can be cooled to perform secondary concentration of the target substance. Furthermore, since the load on the cold storage refrigerator 2 is low and there is no moving part for switching between heating and cooling, the low-temperature concentrator 1 with excellent long-term stability can be provided.

なお、第1の試料濃縮部61から熱伝導体3に熱が直接伝わらないので、第1の試料濃縮部61と第1の孔31の内壁とが互いに接触している場合と比べれば、第1の試料濃縮部61の冷却速度は低下を免れない。しかし、熱伝導体3を熱伝導性に優れる物質(例えばアルミニウム、銅などの金属)で作成し、熱伝導体3の体積を増して熱容量を十分大きくすることにより、実用上問題のない冷却速度を実現することができる。 Note that since heat is not directly transmitted from the first sample concentration portion 61 to the heat conductor 3, compared to the case where the first sample concentration portion 61 and the inner wall of the first hole 31 are in contact with each other, the The cooling speed of the sample concentration unit 61 of 1 cannot avoid a decrease. However, by making the heat conductor 3 from a material with excellent thermal conductivity (for example, a metal such as aluminum or copper) and increasing the volume of the heat conductor 3 to sufficiently increase the heat capacity, the cooling rate is practically acceptable. can be realized.

また、第1の試料濃縮部61及び第1の加熱部8から熱伝導体3への熱伝導は、第1の断熱管4の材料の断熱性(熱伝導率)及び管壁の厚みの影響を受ける。したがって、第1の断熱管4の材料として、適度の断熱性を有するものを使用し、かつ、第1の断熱管4の管壁の厚みを適切なものすることによって、蓄冷式冷凍機2にかかる負荷の増大を抑制しつつ、第1の試料濃縮部61の冷却速度を実用上問題のないものにすることが可能である。 In addition, the heat conduction from the first sample enrichment section 61 and the first heating section 8 to the heat conductor 3 is affected by the heat insulation (thermal conductivity) of the material of the first heat insulation tube 4 and the thickness of the tube wall. receive. Therefore, by using a material having appropriate heat insulating properties as the material for the first heat insulating pipe 4 and by making the wall thickness of the first heat insulating pipe 4 appropriate, the cold storage type refrigerator 2 It is possible to set the cooling rate of the first sample enrichment section 61 to a practically acceptable level while suppressing such an increase in load.

すなわち、低温濃縮装置1においては、第1の断熱管4をガラス製の管としたが、第1の断熱管4の材料及び管壁の厚みは、適宜変更することができる。さらに、適度の断熱性が空気によって得られる場合には、第1の断熱管4を省略することができる。この場合、第1の試料濃縮部61及び第1の加熱部8を、第1の孔31の内壁から所定の距離だけ離すことによって、第1の試料濃縮部61及び第1の加熱部8と第1の孔31の内壁との間に所定の厚みの空気層が形成されるので、第1の試料濃縮部61及び第1の加熱部8の熱が熱伝導体3に直接伝わることがない。 That is, in the cryogenic concentration apparatus 1, the first heat insulating tube 4 is made of glass, but the material and the thickness of the tube wall of the first heat insulating tube 4 can be changed as appropriate. Furthermore, the first heat insulating pipe 4 can be omitted if a suitable heat insulating property is obtained by air. In this case, by separating the first sample concentration section 61 and the first heating section 8 from the inner wall of the first hole 31 by a predetermined distance, the first sample concentration section 61 and the first heating section 8 are separated from each other. Since an air layer having a predetermined thickness is formed between the first hole 31 and the inner wall, the heat of the first sample concentration section 61 and the first heating section 8 is not directly transmitted to the heat conductor 3. .

以上、第1の試料濃縮部61及び第1の加熱部8が第1の孔31の内壁から離れていることによる効果を説明した。第2の試料濃縮部71及び第2の加熱部9が第2の孔32の内壁から離れていることによる効果は、これと同様であるので、説明は省略する。 The effects of the separation of the first sample concentration section 61 and the first heating section 8 from the inner wall of the first hole 31 have been described above. Since the second sample concentrating section 71 and the second heating section 9 are separated from the inner wall of the second hole 32, the effect is the same as this, so the explanation is omitted.

図2は、本発明の一実施形態に係る低温濃縮装置1を組み込んで構成された大気濃縮装置50の一例を模式的に示す図である。 FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of an atmospheric concentrator 50 configured by incorporating the cryogenic concentrator 1 according to one embodiment of the present invention.

図2に示されるように、大気濃縮装置50は、低温濃縮装置1、流路選択弁51、8ポート切換弁52、4ポート切換弁53、6ポート切換弁54、除湿器55及びマスフローコントローラ56を備え、これらは、気体の流路となる導管によって相互に接続されている。また、大気濃縮装置50は、ヘリウムガス供給源He、大気取り入れ部A、標準ガス供給源SG、ポンプP、排気部V、及びガスクロマトグラフ質量分析装置GC/MSと接続されている。 As shown in FIG. 2, the atmospheric concentrator 50 includes a cryogenic concentrator 1, a flow path selection valve 51, an 8-port switching valve 52, a 4-port switching valve 53, a 6-port switching valve 54, a dehumidifier 55, and a mass flow controller 56. , which are interconnected by conduits through which the gas flows. Also, the air concentrator 50 is connected to a helium gas supply source He, an air intake section A, a standard gas supply source SG, a pump P, an exhaust section V, and a gas chromatograph/mass spectrometer GC/MS.

ヘリウムガス供給源Heは、流路選択弁51と、8ポート切換弁52が有する複数のポート(導管接続部)の一つと、6ポート切換弁54が有する複数のポートの一つとにおいて、それぞれ大気濃縮装置50と接続されている。すなわち、大気濃縮装置50とヘリウムガス供給源Heとの接続部は全部で3つあり、これら3つの接続部を通じて、ヘリウムガスがヘリウムガス供給源Heから大気濃縮装置50に供給されている。なお、流路選択弁51と接続されたヘリウムガス供給源Heから大気濃縮装置50へのヘリウムガスの供給は、流路選択弁51の流路をヘリウムガス供給源Heに切り換えたときにのみ行われる。 The helium gas supply source He is supplied to the atmosphere at each of the passage selection valve 51, one of the plurality of ports (conduit connection portions) of the 8-port switching valve 52, and one of the plurality of ports of the 6-port switching valve 54. It is connected with the concentrator 50 . That is, there are a total of three connections between the air concentrator 50 and the helium gas supply source He, and helium gas is supplied from the helium gas supply source He to the air concentrator 50 through these three connections. The supply of helium gas from the helium gas supply source He connected to the channel selection valve 51 to the air concentrator 50 is performed only when the channel of the channel selection valve 51 is switched to the helium gas supply source He. will be

なお、ヘリウムガスに代えて、他の不活性ガスを用いることもでき、ガスクロマトグラフ質量分析装置GC/MSに代えて、他の分析装置を用いることもできる。また、標準ガスは、既知の組成を有する気体であり、大気濃縮装置50に接続された分析装置(図示の例では、ガスクロマトグラフ質量分析装置GC/MS)の校正などに使用される。 It should be noted that other inert gases can be used instead of helium gas, and other analyzers can be used instead of the gas chromatograph/mass spectrometer GC/MS. The standard gas is a gas having a known composition, and is used for calibration of an analyzer (a gas chromatograph mass spectrometer GC/MS in the illustrated example) connected to the atmospheric concentrator 50.

流路選択弁51は、大気濃縮装置50と、ヘリウムガス供給源He、大気取り入れ部A、及び標準ガス供給源SGとの接続をオン又はオフにする弁である。流路選択弁51を操作することによって、ヘリウムガス供給源Heから供給されるヘリウムガス、大気取り入れ部Aから取り入れられる大気、及び標準ガス供給源SGから供給される標準ガスを、選択的に又は同時に大気濃縮装置50に導入することができる。 The flow path selection valve 51 is a valve that turns on or off connections between the air concentrator 50, the helium gas supply source He, the air intake section A, and the standard gas supply source SG. By operating the flow path selection valve 51, helium gas supplied from the helium gas supply source He, air taken in from the atmospheric air intake part A, and standard gas supplied from the standard gas supply source SG are selectively selected or It can be introduced into the atmospheric concentrator 50 at the same time.

8ポート切換弁52は、8つのポートを有する切換弁であり、オン位置にあるかオフ位置にあるかに応じて、各ポートをそれに隣接する2つのポートのいずれかに切り換えて接続することができる。4ポート切換弁53及び6ポート切換弁54は、ポートの数がそれぞれ4つ及び6つであることを除けば、8ポート切換弁52と同様の切換弁である。図2においては、オン位置におけるポート間の接続は実線によって示されており、オフ位置におけるポート間の接続は破線によって示されている。 The 8-port switching valve 52 is a switching valve having 8 ports, and each port can be switched and connected to either of the two adjacent ports depending on whether it is in the ON position or the OFF position. can. The 4-port switching valve 53 and the 6-port switching valve 54 are switching valves similar to the 8-port switching valve 52 except that they have four and six ports, respectively. In FIG. 2, connections between ports in the ON position are indicated by solid lines, and connections between ports in the OFF position are indicated by dashed lines.

除湿器55は、大気濃縮装置50の導管に導入された気体から水分を除去する。気体に含まれる水分は、低温濃縮装置1によって気体が冷却されると凍結し、導管を詰まらせる恐れがあるので、除去しておく必要がある。除湿器55としては、例えばパーマピュアー社製のガスドライヤーを使用することができる。 Dehumidifier 55 removes moisture from the gas introduced into the conduit of atmospheric concentrator 50 . Moisture contained in the gas must be removed because it freezes when the gas is cooled by the cryogenic concentrator 1 and clogs the conduit. As the dehumidifier 55, for example, a gas dryer manufactured by Permapure can be used.

マスフローコントローラ56は、導管を流れる気体の質量流量を制御する。マスフローコントローラ56は、ポンプPと接続されている。 Mass flow controller 56 controls the mass flow rate of gas through the conduit. The mass flow controller 56 is connected with the pump P.

以下では、大気濃縮装置50を用いて、大気に含まれる分析対象物質としての揮発性有機化合物を捕集し、濃縮する手順の一例を説明する。分析対象物質は、例えば炭化水素、含ハロゲン炭化水素などであり、具体的には、例えばトリクロロフルオロメタン、塩化メチル、クロロホルム、ベンゼン、トルエン、エタン、六フッ化硫黄などである。 An example of a procedure for collecting and concentrating a volatile organic compound as a substance to be analyzed contained in the air using the air concentrator 50 will be described below. Substances to be analyzed include, for example, hydrocarbons and halogen-containing hydrocarbons, and specific examples include trichlorofluoromethane, methyl chloride, chloroform, benzene, toluene, ethane, and sulfur hexafluoride.

第1ステップとして、分析対象物質の一次濃縮を行う。 As a first step, the primary concentration of the substance to be analyzed is performed.

まず、8ポート切換弁52及び4ポート切換弁53をオン位置に設定する。これによって、流路選択弁51から除湿器55、8ポート切換弁52及び4ポート切換弁53を経て低温濃縮装置1の第1の試料導管6の一端に至り、第1の試料導管6の他端から4ポート切換弁53及び8ポート切換弁52を経てマスフローコントローラ56に至り、さらにポンプPに至る流路が形成される。 First, the 8-port switching valve 52 and the 4-port switching valve 53 are set to the ON position. As a result, the flow path selection valve 51 passes through the dehumidifier 55, the 8-port switching valve 52, and the 4-port switching valve 53 to reach one end of the first sample conduit 6 of the cryogenic concentration apparatus 1, and the other end of the first sample conduit 6. A flow path is formed from the end to the mass flow controller 56 through the 4-port switching valve 53 and the 8-port switching valve 52, and further to the pump P.

同時に、流路選択弁51の操作によって大気濃縮装置50と大気取り入れ部Aとの接続をオンにし、大気取り入れ部Aを通じて試料ガスとしての大気を所定の流量で大気濃縮装置50に導入する。試料ガスの流量は、マスフローコントローラ56によって制御される。導入された試料ガスは、除湿器55を通過し、除湿器55によって水分が除去された後、8ポート切換弁52及び4ポート切換弁53を通過して、低温濃縮装置1の第1の試料導管6にその一端から流入する。このとき、第1の試料濃縮部61は、所定の吸着温度、例えば-130℃に冷却されている。第1の試料濃縮部61に流入した試料ガスに含まれる各種の揮発性有機化合物は、第1の試料濃縮部61に配置された吸着材11に吸着されて、一次濃縮が行われる。吸着されなかった残りの気体は、第1の試料導管6の他端から流出し、4ポート切換弁53、8ポート切換弁52及びマスフローコントローラ56を通過して、ポンプPによって大気濃縮装置50の外部に排出される。 At the same time, the passage selection valve 51 is operated to turn on the connection between the air concentrator 50 and the air intake section A, and the air as the sample gas is introduced into the air concentrator 50 through the air intake section A at a predetermined flow rate. The sample gas flow rate is controlled by a mass flow controller 56 . The introduced sample gas passes through the dehumidifier 55, and after the moisture is removed by the dehumidifier 55, it passes through the 8-port switching valve 52 and the 4-port switching valve 53 to be the first sample in the low-temperature concentrator 1. It enters the conduit 6 at one end thereof. At this time, the first sample concentration unit 61 is cooled to a predetermined adsorption temperature, eg, -130°C. Various volatile organic compounds contained in the sample gas that has flowed into the first sample concentration unit 61 are adsorbed by the adsorbent 11 arranged in the first sample concentration unit 61, and primary concentration is performed. The remaining gas that has not been adsorbed flows out from the other end of the first sample conduit 6, passes through the 4-port switching valve 53, the 8-port switching valve 52 and the mass flow controller 56, and is It is discharged outside.

第2ステップとして、妨害成分の除去を行う。 As a second step, the interfering components are removed.

試料ガスには、通常、分析対象物質である揮発性有機化合物だけでなく、それ以外の成分、例えば窒素、酸素、二酸化炭素、キセノンなども含まれている。したがって、吸着材11には、一般に、分析対象物質以外の成分の一部も吸着され、それらは、分析における妨害成分となる。そこで、大気濃縮装置50においては、分析における妨害成分が次のようにして除去される。 The sample gas usually contains not only volatile organic compounds, which are substances to be analyzed, but also other components such as nitrogen, oxygen, carbon dioxide, and xenon. Therefore, the adsorbent 11 generally adsorbs some of the components other than the substance to be analyzed, and these components interfere with the analysis. Therefore, in the atmospheric concentrator 50, the interfering components in the analysis are removed as follows.

すなわち、8ポート切換弁52及び4ポート切換弁53をオン位置に維持したまま、流路選択弁51の流路を、大気取り入れ部Aからヘリウムガス供給源Heに切り換える。そうすると、試料ガスの代わりにヘリウムガス供給源Heから供給されるヘリウムガスがポンプPによって吸引され、上記の流路を流れるようになる。このとき、通電によって第1の加熱部8を発熱させ、第1の試料濃縮部61を適当な妨害成分脱着温度、例えば-70℃にまで上昇させることにより、分析対象物質を吸着材11に吸着させたまま、妨害成分を吸着材11から脱着させる。吸着材11から脱着した妨害成分は、流路を流れるヘリウムガスとともに第1の試料濃縮部61から流出し、ポンプPによって大気濃縮装置50の外部に排出される。なお、妨害成分脱着温度の具体的な値は、吸着材11、分析対象物質及び妨害成分に応じて選択される。 That is, the flow path of the flow path selection valve 51 is switched from the atmosphere intake portion A to the helium gas supply source He while the 8-port switching valve 52 and the 4-port switching valve 53 are maintained at the ON position. Then, instead of the sample gas, the helium gas supplied from the helium gas supply source He is sucked by the pump P and flows through the flow path. At this time, the substance to be analyzed is adsorbed on the adsorbent 11 by heating the first heating unit 8 by energization and raising the first sample concentrating unit 61 to an appropriate interfering component desorption temperature, for example, −70° C. The interfering component is desorbed from the adsorbent 11 while keeping it. The interfering components desorbed from the adsorbent 11 flow out of the first sample concentrator 61 together with the helium gas flowing through the channel, and are discharged to the outside of the air concentrator 50 by the pump P. A specific value of the interfering component desorption temperature is selected according to the adsorbent 11, the substance to be analyzed, and the interfering component.

第3ステップとして、分析対象物質の二次濃縮を行う。 As a third step, secondary concentration of the substance to be analyzed is performed.

まず、4ポート切換弁53をオン位置に維持したまま、8ポート切換弁52をオフ位置に切り換え、6ポート切換弁54をオフ位置に設定する。これによって、ヘリウムガス供給源Heから、8ポート切換弁52及び4ポート切換弁53を経て低温濃縮装置1の第1の試料導管6の他端に至り、第1の試料導管6の一端から4ポート切換弁53、8ポート切換弁52及び6ポート切換弁54を経て低温濃縮装置1の第2の試料導管7の一端に至り、第2の試料導管7の他端から6ポート切換弁54及び8ポート切換弁52を経て排気部Vに至る流路が形成される。 First, while maintaining the 4-port switching valve 53 at the ON position, the 8-port switching valve 52 is switched to the OFF position, and the 6-port switching valve 54 is set to the OFF position. As a result, from the helium gas supply source He to the other end of the first sample conduit 6 of the cryogenic concentrator 1 via the 8-port switching valve 52 and the 4-port switching valve 53, and from one end of the first sample conduit 6 to 4 Through the port switching valve 53, the 8-port switching valve 52 and the 6-port switching valve 54, it reaches one end of the second sample conduit 7 of the cryogenic concentrator 1, and from the other end of the second sample conduit 7 the 6-port switching valve 54 and the A flow path is formed that reaches the exhaust portion V via the 8-port switching valve 52 .

同時に、8ポート切換弁52のポートの一つを通じて、ヘリウムガス供給源Heからヘリウムガスが供給され、ヘリウムガスは、8ポート切換弁52及び4ポート切換弁53を通過して低温濃縮装置1の第1の試料導管6にその他端から流入する。このとき、通電によって第1の加熱部8を発熱させ、第1の試料濃縮部61を適当な脱着温度、例えば100℃にまで上昇させることにより、分析対象物質を吸着材11から脱着させる。吸着材11から脱着した分析対象物質は、流路を流れるヘリウムガスとともに第1の試料導管6の一端から流出し、4ポート切換弁53、8ポート切換弁52及び6ポート切換弁54を通過して低温濃縮装置1の第2の試料導管7にその一端から流入する。このとき、第2の試料濃縮部71は、所定の吸着温度、例えば-120℃に冷却されている。ヘリウムガスとともに第2の試料濃縮部71に流入した分析対象物質は、第2の試料濃縮部71に配置された吸着材11に吸着されて、二次濃縮が行われる。吸着されなかった残りの気体成分(例えば二酸化炭素)は流路を流れるヘリウムガスとともに、第2の試料導管7の他端から流出し、6ポート切換弁54及び8ポート切換弁52を通過して排気部Vへと排出される。 At the same time, helium gas is supplied from the helium gas supply source He through one of the ports of the 8-port switching valve 52, and the helium gas passes through the 8-port switching valve 52 and the 4-port switching valve 53 to the cryogenic concentrator 1. It enters the first sample conduit 6 at the other end. At this time, the substance to be analyzed is desorbed from the adsorbent 11 by heating the first heating section 8 by energization and raising the desorption temperature of the first sample concentration section 61 to an appropriate desorption temperature, for example, 100.degree. The substance to be analyzed desorbed from the adsorbent 11 flows out from one end of the first sample conduit 6 together with the helium gas flowing through the channel, and passes through the 4-port switching valve 53, the 8-port switching valve 52 and the 6-port switching valve 54. from one end into the second sample conduit 7 of the cryoconcentrator 1 . At this time, the second sample concentration unit 71 is cooled to a predetermined adsorption temperature, eg, -120°C. The substance to be analyzed that has flowed into the second sample concentration unit 71 together with the helium gas is adsorbed by the adsorbent 11 arranged in the second sample concentration unit 71, and secondary concentration is performed. The remaining gaseous components (for example, carbon dioxide) that have not been adsorbed flow out from the other end of the second sample conduit 7 together with the helium gas flowing through the channel, pass through the 6-port switching valve 54 and the 8-port switching valve 52, and It is discharged to the exhaust section V.

第4ステップとして、低温濃縮された分析対象物質を大気濃縮装置50から取り出す。 As a fourth step, the cryogenically concentrated analyte substance is taken out from the atmospheric concentrator 50 .

まず、6ポート切換弁54をオン位置に設定する。これによって、ヘリウムガス供給源Heから6ポート切換弁54を経て低温濃縮装置1の第2の試料導管7の他端に至り、第2の試料導管7の一端から6ポート切換弁54を経てガスクロマトグラフ質量分析装置GC/MSに至る流路が形成される。 First, the 6-port switching valve 54 is set to the ON position. As a result, the helium gas supply source He passes through the 6-port switching valve 54 to reach the other end of the second sample conduit 7 of the cryogenic concentrator 1, and from one end of the second sample conduit 7 passes through the 6-port switching valve 54 to the gas chromator. A channel leading to a tograph mass spectrometer GC/MS is formed.

同時に、6ポート切換弁54のポートの一つを通じて、ヘリウムガス供給源Heからヘリウムガスが供給され、ヘリウムガスは、6ポート切換弁54を通過して低温濃縮装置1の第2の試料導管7にその他端から流入する。このとき、通電によって第2の加熱部9を発熱させ、第2の試料濃縮部71を適当な脱着温度、例えば100℃にまで上昇させることにより、分析対象物質を吸着材11から脱着させる。吸着材11から脱着した分析対象物質は、流路を流れるヘリウムガスとともに第2の試料導管7の一端から流出し、6ポート切換弁54を通過して、大気濃縮装置50から取り出される。取り出された分析対象物質は、その後の分析に供するために、ガスクロマトグラフ質量分析装置GC/MSへと供給される。 At the same time, helium gas is supplied from the helium gas source He through one of the ports of the 6-port switching valve 54, and the helium gas passes through the 6-port switching valve 54 to the second sample conduit 7 of the cryogenic concentrator 1. flow into from the other end. At this time, the substance to be analyzed is desorbed from the adsorbent 11 by heating the second heating section 9 by energization and raising the desorption temperature of the second sample concentrating section 71 to an appropriate desorption temperature, for example, 100.degree. The substance to be analyzed desorbed from the adsorbent 11 flows out from one end of the second sample conduit 7 together with the helium gas flowing through the flow path, passes through the 6-port switching valve 54, and is extracted from the air concentrator 50. The extracted analyte substance is supplied to a gas chromatograph mass spectrometer GC/MS for subsequent analysis.

以上の手順により、大気に含まれる分析対象物質としての揮発性有機化合物を捕集し、濃縮することができる。 According to the above procedure, volatile organic compounds as substances to be analyzed contained in the air can be collected and concentrated.

図3は、低温濃縮装置1の第1の試料濃縮部61の温度T1及び第2の試料濃縮部71の温度T2の変化の一例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an example of changes in the temperature T1 of the first sample concentration section 61 and the temperature T2 of the second sample concentration section 71 of the cryogenic concentration apparatus 1. As shown in FIG.

図3に示されているように、低温濃縮装置1は、一般に市販されているスターリング冷凍機を使用して、第1の試料濃縮部61及び第2の試料濃縮部71の温度を-140℃程度にまで下げることができる。また、低温濃縮装置1は、第1の試料濃縮部61及び第2の試料濃縮部71の温度を、-140℃から100度までの範囲で独立にかつ迅速に制御することができる。 As shown in FIG. 3, the low-temperature concentrator 1 uses a commercially available Stirling refrigerator to reduce the temperature of the first sample concentrator 61 and the second sample concentrator 71 to -140.degree. can be lowered to some extent. In addition, the low-temperature concentrator 1 can control the temperatures of the first sample concentrator 61 and the second sample concentrator 71 independently and quickly within the range of -140°C to 100°C.

1…低温濃縮装置、2…蓄冷式冷凍機、21…冷却部、3…熱伝導体、31…第1の孔、32…第2の孔、4…第1の断熱管、5…第2の断熱管、6…第1の試料導管、61…第1の試料濃縮部、7…第2の試料導管、71…第2の試料濃縮部、8…第1の加熱部、9…第2の加熱部、10…断熱材、11…吸着材、50…大気濃縮装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Low-temperature concentrator, 2... Regenerative refrigerator, 21... Cooling part, 3... Heat conductor, 31... First hole, 32... Second hole, 4... First heat insulating pipe, 5... Second Insulated tube 6 First sample conduit 61 First sample concentration unit 7 Second sample conduit 71 Second sample concentration unit 8 First heating unit 9 Second , 10: Heat insulating material, 11: Adsorbent, 50: Atmospheric concentrator.

Claims (9)

蓄冷式冷凍機と、
孔を有し、前記蓄冷式冷凍機の冷却部に熱的に接続された熱伝導体と、
前記孔内に配置された試料濃縮部を有する試料導管と、
前記試料濃縮部内に配置された吸着材と、
前記孔内に配置され、前記試料濃縮部を加熱する加熱部と、
前記熱伝導体及び前記試料導管を覆っている断熱材と、を備え、
前記試料導管及び前記加熱部は、前記孔の内壁から離れている、
低温濃縮装置。
a cold storage refrigerator;
a heat conductor having a hole and thermally connected to the cooling part of the regenerative refrigerator;
a sample conduit having a sample concentration portion disposed within the bore;
an adsorbent disposed within the sample concentration unit;
a heating unit disposed in the hole for heating the sample concentration unit;
a thermal insulator covering the thermal conductor and the sample conduit;
the sample conduit and the heating portion are spaced apart from the inner wall of the hole;
Cryogenic Concentrator.
前記孔及び前記試料導管を複数備える、
請求項1に記載の低温濃縮装置。
comprising a plurality of said holes and said sample conduits;
The cryogenic concentration apparatus according to claim 1.
前記試料導管及び前記加熱部と前記孔の内壁との間には、空気層が設けられている、
請求項1又は2に記載の低温濃縮装置。
An air layer is provided between the sample conduit and the heating unit and the inner wall of the hole.
3. The cryogenic concentration apparatus according to claim 1 or 2.
前記孔内に配置された断熱管をさらに備え、
前記試料濃縮部及び前記加熱部は、前記断熱管内に配置されている、
請求項1~3のいずれか一項に記載の低温濃縮装置。
further comprising a heat insulating tube disposed within the hole;
The sample concentration unit and the heating unit are arranged in the heat insulating tube,
The cryogenic concentration apparatus according to any one of claims 1-3.
前記断熱管は、ガラスからなる、
請求項4に記載の低温濃縮装置。
The heat insulating tube is made of glass,
5. The cryogenic concentration apparatus according to claim 4.
前記断熱材の表面に配置された防湿膜をさらに備える、
請求項1~5のいずれか一項に記載の低温濃縮装置。
Further comprising a moisture-proof film disposed on the surface of the heat insulating material,
The cryogenic concentration apparatus according to any one of claims 1-5.
前記試料濃縮部は、前記試料導管の一部がコイル状に巻き回された部分である、
請求項1~6のいずれか一項に記載の低温濃縮装置。
The sample enrichment part is a part in which a part of the sample conduit is wound in a coil shape.
The cryogenic concentration apparatus according to any one of claims 1-6.
前記蓄冷式冷凍機は、スターリング冷凍機である、
請求項1~7のいずれか一項に記載の低温濃縮装置。
The cold storage type refrigerator is a Stirling refrigerator,
A cryogenic concentration apparatus according to any one of claims 1-7.
請求項1~8のいずれか一項に記載の低温濃縮装置を備える大気濃縮装置。 An atmospheric concentrator comprising a cryogenic concentrator according to any one of claims 1-8.
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