JP3856653B2

JP3856653B2 - 大気中のホルムアルデヒドの捕集具

Info

Publication number: JP3856653B2
Application number: JP2001035415A
Authority: JP
Inventors: 宏行坂井
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2000-04-14
Filing date: 2001-02-13
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2021-02-13
Also published as: JP2001356117A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気中のホルムアルデヒドの捕集具の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来技術】
こんにち、新築の建物等で新建材から発生する有害ガスが人体に影響を及ぼすこと（例えばシックハウス症候群）が大きな問題となっており、そのような有害ガスの一つとしてホルムアルデヒドがある。そこで大気中のホルムアルデヒドを捕集してその濃度を測定することが要求される。
大気中のホルムアルデヒドの捕集には通常知られた捕集方法として、ポンプ等で構成した捕集機器を用いて強制的に大気を捕集する手法と、捕集材を大気中に晒して捕集する手法とが一般的に採用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前者の場合には捕集機器を必要とするため汎用性に欠けるという問題がある。これに対し、後者の場合には簡便な捕集ができ、その場合に採用される捕集材としては、例えば活性炭や硫酸含浸テフロン（登録商標）フィルターによる捕集の他に、ろ紙にトリエタノールアミンを含浸させたものがあり、これら捕集材（シート材）を測定対象の大気中に晒して捕集することになる。そしてこの場合のホルムアルデヒドの捕集に際しては、大気中のホルムアルデヒドが飽和捕集状態になるまでの時間を予め測定しておき、少なくともこの時間に達するまで捕集材を測定対象の大気中に晒しておく必要があって捕集に時間を要するという問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、大気中のホルムアルデヒドを捕集する捕集具を、捕集用の化学物質を含浸させたシート材と、該シート材を支持する支持部材と、該支持部材を囲繞する通気性の有る筐体とで構成するにあたり、
筐体は、二分割され、枢軸を介して開閉自在に蝶着した一対の網状体で形成され、前記枢軸は、シート材を支持するための支持部材の枢軸であることを特徴とする大気中のホルムアルデヒドの捕集具である。
そして本発明は、これらによって、簡便に大気中のホルムアルデヒドを捕集することができる。
【０００６】
次に、本発明の実施の形態について図６、図７に示す簡易捕集具１について説明するが、この捕集具１とすることで簡便でしかも外部露出物との接触を避けた状態での大気捕集ができる。つまりこの簡易捕集具１は、前述した薬剤を含浸させたシート状の捕集材２を支持する支持部材３と、該支持部材３を囲繞する通気性のある筐体４とで構成されるが、支持部材３は、枢軸５に一対の支持金具６の各半部中間部が互いに対向する状態で揺動自在に枢支され、弾機７を介して支持金具６の一端側の摘み部６ａが拡開し、他端側の支持部（挟持部）６ｂが弾圧状に接当するよう付勢されている。そして両摘み部６ａを弾機７に抗して押圧することで拡開した支持部６ｂ間に前記捕集材２を弾圧挟持させることで該捕集材２の支持ができるようになっている。
一方、前記筐体４は、半球状（半割り状）に二分割された通気性の有る一対の網状体４ａで形成され、その基端部が、前記枢軸５の延長部に揺動自在に蝶着（軸支）され、一方の網状体４ａの先端部には他方の網状体４ａ先端部に係脱自在に係止できる係止爪８が設けられていて、該一対の網状体４ａの開閉、そして付き合わせ支持ができるようになっている。さらにこのものでは、一方の支持金具６の摘み部６ａには、リング状の紐状体（ベルト状体でもよい）９が設けられていて、適宜部所に掛けることができるように配慮されている。
そして、このように筐体４に囲繞された捕集材２を用いて屋内外を問わず大気中のホルムアルデヒドを捕集することができるようになり、これによって、簡便な捕集が可能となる。
【０００７】
さて次に、本発明の実施の形態で採用する採取したホルムアルデヒドのケイ光誘導化剤は、次の一般化学式
Ｒ_１−ＣＯ−ＣＨ_２−ＣＯ−Ｒ_２
で表されるジオン化合物のなかから選択されるものである。
そしてこのようなジオン化合物を、アンモニウム塩の存在下でアルデヒド誘導体と反応させた場合に生成するケイ光誘導化化合物の一般反応式は次式のとおりとなる。
【化１】

この一般反応式から明らかなように、ジオン化合物の置換基Ｒ_１、Ｒ_２が異なるものであった場合、異性体の生成があり、このため、これら置換基Ｒ_１、Ｒ_２は同じもの、あるいは環化されたものであることが好ましい。
【０００８】
さらに上記ジオン化合物のなかには、該ジオン化合物をアンモニウム塩の存在下でホルムアルデヒド、アセトアルデヒドと反応させることにより生成した各ケイ光誘導体に励起光をそれぞれ照射したとき、ホルムアルデヒドから生成したケイ光誘導体の励起スペクトルについて、アセトアルデヒドから生成したケイ光誘導体の励起スペクトルには影響を受けない、つまりオーバーラップしないスペクトル領域を有するものと、オーバーラップしてしまう（一致する、またはアセトアルデヒドから生成したケイ光誘導体の励起スペクトルに含まれてしまう）ものがあり、本実施の形態で採用するケイ光誘導体としては、前者のオーバーラップしないスペクトル領域を有するジオン化合物が選択される。そしてこのようなオーバーラップしないスペクトル領域を有するジオン化合物として、シクロペンタン−１，３−ジオン、シクロヘキサン−１，３−ジオンが例示される。
そしていま、アルデヒド誘導体をシクロヘキサン−１，３−ジオンと反応させた場合に、その生成物は、９−Ｒ−３，４，６，７，９，１０−ヘキサヒドロ−１，８（２Ｈ，５Ｈ）−アクリジンジオン誘導体で、その一般反応式は、
【化２】

となる。そして具体的に、Ｒが水素であるホルムアルデヒドの場合には、３，４，６，７，９，１０−ヘキサヒドロ−１，８（２Ｈ，５Ｈ）−アクリジンジオン（３，４，６，７，９，１０−ｈｅｘａｈｙｄｒｏ−１，８（２Ｈ，５Ｈ）−ａｃｒｉｄｉｎｅｄｉｏｎｅ：ケイ光誘導化化合物１）が生成し、メチル基であるアセトアルデヒドの場合には、９−メチル−３，４，６，７，９，１０−ヘキサヒドロ−１，８（２Ｈ，５Ｈ）−アクリジンジオン（９−ｍｅｔｈｙｌ−３，４，６，７，９，１０−ｈｅｘａｈｙｄｒｏ−１，８（２Ｈ，５Ｈ）−ａｃｒｉｄｉｎｅｄｉｏｎｅ：ケイ光誘導化化合物２）が生成する。これらケイ光誘導化化合物１、２が上記反応により合成されることはいずれも既知であり、その詳細は省略する。
また、シクロペンタン−１，３−ジオンをホルムアルデヒド、アセトアルデヒドと反応させた場合には、次のケイ光誘導化化合物３、４が生成する。
【化３】

【０００９】
そしてこれらケイ光誘導化反応に用いるアンモニウム塩としては、酢酸アンモニウムが代表例としてあげられるが、プロピオン酸アンモニウム等の適宜のアンモニウム塩を用いることができる。
【００１０】
そして前述したケイ光誘導化化合物１、２についてそれぞれの励起スペクトル（吸収スペクトル）の測定をしたところ、図１のようになった。このスペクトル表図からも判るように、ケイ光誘導化化合物１の励起スペクトルは、波長３１０〜４８０ｎｍ（ナノメートル）であるのに対し、ケイ光誘導化化合物２の励起スペクトルは３００〜４３０ｎｍであることが観測された。そこでケイ光誘導化化合物２の励起スペクトルに影響を受けない約４３０ｎｍを超えた波長を励起光として特定し、この特定される励起光を照射したときに観測されるケイ光（分子内緩和があるので照射した励起光より長波長側に遷移する）の強度を測定することで、ケイ光誘導化化合物１にケイ光誘導化化合物２が混在していても、該ケイ光誘導化化合物２に影響されることなくケイ光誘導化化合物１の濃度測定ができるという知見を得、これによってホルムアルデヒド濃度の測定ができるという知見を得た。
尤も、ケイ光誘導化化合物２の励起スペクトルをみたときに、例えば４００ｎｍ付近の励起光でも僅かな吸収しかないことから、大気中のアセトアルデヒド濃度が低いと判断される場合には、この付近の光を励起光として採用することもできる。
【００１１】
ホルムアルデヒドのケイ光誘導化化合物からホルムアルデヒド濃度の測定をするにあたり、捕集した空気量から換算することもできるが、前述した捕集材を大気中に晒したときのホルムアルデヒドの捕集量が飽和状態になるまでの時間を予め確認しておき、この飽和時間のあいだ晒したものについて必要な処理を施したものを測定することでより簡便な濃度測定ができる。この必要な処理において好ましいものは、前記捕集材を前述のケイ光誘導化処理を施したものをそのままか、せいぜい希釈する程度の操作を付加したもののケイ光強度の測定でホルムアルデヒドの濃度測定をするようにできる。
【００１２】
このような捕集をしたものの処理としては、まず捕集材に捕集したホルムアルデヒドの溶出、捕集材繊維（残渣）の除去、そしてケイ光誘導化反応させ、該反応溶液をそのままかあるいは希釈してケイ光強度の測定をしてホルムアルデヒド濃度の測定をすることになる。ここでホルムアルデヒドの溶出方法としては、捕集材を水またはメタノール等の溶媒に添加したものに超音波照射することで溶出させる方法が短時間で確実な溶出ができて好ましい。次に、捕集材繊維の除去であるが、これは一般に採用される遠心分離による手法を用いることが好ましい。
また、これらケイ光誘導化化合物は、水に溶けづらく、濃度が高いと結晶化してしまい、これを避けるためには、メタノール等のケイ光測定に影響を与えない有機溶媒を添加する等して対応できる。
ケイ光強度の測定にあたり、ホルムアルデヒド濃度とケイ光強度との関係について予め検量線を作成し、この検量線からホルムアルデヒド濃度を求めることになるが、測定したケイ光強度が検量線濃度を超えるものであるときには、該超えたものについて検量線を作成してもよいが、希釈することで既に決定されている検量線の範囲になるよう調整をし、これによって測定することができる。この場合には、希釈した分を換算してホルムアルデヒド濃度を決定することはいうまでもない。
以下に、捕集材を用いた場合についてのホルムアルデヒドの濃度測定の実験例について説明する。
【００１３】
【実験例１】
＜捕集材の作成＞
２０ｍｍ（ミリメートル）×２０ｍｍの大きさのろ紙に、水にて５０重量％に希釈したトリエタノールアミンの２５μＬ（マイクロリットル）を塗まつしたものを捕集材として作成する。
【００１４】
＜ホルムアルデヒド捕集の飽和時間の確定実験＞
前記捕集材を、ホルムアルデヒド濃度がそれぞれ１００ｎｇｍＬ^−１（ナノグラム・ミリリットルのマイナス１乗）、３０ｎｇｍＬ^−１にそれぞれ調節したガラス製チャンバー中に暴露する。暴露から１時間、２時間、３時間、５時間経過した捕集材をそれぞれ採取し、これら採取した捕集材を１５ｍＬの水にひたし、１５分間超音波照射する。ついで３０００回転分^−１にて５分間遠心分離をし、上澄み液の１．０ｍＬを採取する。この採取した捕集液を、シクロヘキサン−１，３−ジオン０．２５ｇ、酢酸５ｍＬ、酢酸アンモニウム１０ｇ、水５０ｍＬで調合したケイ光誘導化剤の２．０ｍＬと混合する。そしてこの混合液を、８０℃にて４５分間反応させた後、室温に冷却する。このようにして得られた各反応液について、波長４５１．０ｎｍの励起光を照射し、その場合に放出される波長４８１．０ｎｍの各ケイ光強度を測定したところ、図２のようになった。このことから、前記作成した捕集材では、前記濃度範囲付近においてはホルムアルデヒド捕集量が飽和状態になるまでに要する時間は凡そ２時間で、ホルムアルデヒド濃度による変化はないことが確認された。従って、より安全側に設定したときでも捕集材を２．５時間も暴露させれば十分であることが確認された。
【００１５】
＜検量線の作成実験＞
次に、ホルムアルデヒド濃度について、前記１００ｎｇｍＬ^−１、３０ｎｇｍＬ^−１の他に、４００ｎｇｍＬ^−１に調節したガラス製チャンバー中に前記捕集材をそれぞれ２．５時間暴露し、このものを前記飽和実験と同様の処理をし、そして波長４５１．０ｎｍの励起光を照射し、そのときのケイ光強度を測定し、そのデータをプロットしたものを図３に示すが、これらデータは、ホルムアルデヒド濃度とケイ光強度との関係が直線（一次関数）となっていることが観測される。
そこでこの関係を、例えば近似式の一つである最小二乗法で算出して一次関数として関数化し、これをパーソナルコンピューター等に設けた登録手段に登録しておき、そして実際にホルムアルデヒド濃度を測定しようとして捕集した大気について同様の処理を施し、このものについて波長４５１．０ｎｍの励起光を照射したときに測定されるケイ光強度を前記関数に代入し、これに基づいて演算される数値をホルムアルデヒド濃度とし、これをディスプレイに表示するように設定することで、大気中のホルムアルデヒド濃度の簡易な測定装置を構成することができることになる。
【００１６】
＜アセトアルデヒドを含有する大気下でのホルムアルデヒド濃度の測定＞
ホルムアルデヒド濃度を１００ｎｇｍＬ^−１に統一し、アセトアルデヒド濃度が３０ｎｇｍＬ^−１、１００ｎｇｍＬ^−１になるようそれぞれ調節したガラス製チャンバー中に前記捕集材を２．５時間暴露した後、該捕集材について前記飽和時間の確定実験と同様の処理をしてケイ光誘導化した反応液を得、これらについて前記波長４５１．０ｎｍの励起光を照射してケイ光強度の測定をした。その結果、測定されたケイ光の相対強度は、０．９３、０．９８で、この数値は、前記アセトアルデヒドを含まないで行った実験の場合に測定されたケイ光の相対強度１．０とよく一致した。このことから、アセトアルデヒドを含む大気中のホルムアルデヒド濃度を測定する場合に、アセトアルデヒドのケイ光誘導化化合物をいちいち分離することなくホルムアルデヒド濃度の測定ができることが確認された。
【００１７】
【実験例２】
＜シクロペンタン−１，３−ジオンを用いた実験＞
次に、実験例１の場合と同様にしてホルムアルデヒド、アセトアルデヒドを、酢酸アンモニウムの存在下でシクロペンタン−１，３−ジオンと反応させ、生成した前述のケイ光誘導化化合物３、４の励起スペクトルをそれぞれ測定したところ、図４のようになった。これらの励起スペクトルを比較したところ、ホルムアルデヒドのケイ光誘導化化合物３は、波長４５０〜４６０ｎｍ付近の励起スペクトルに、アセトアルデヒドのケイ光誘導化化合物４の励起スペクトルとはオーバーラップしないスペクトル領域が存在していることが認められる。そこでこのスペクトル領域の励起スペクトルの波長、例えば波長４５５ｎｍを測定する励起光として特定し、これを特定波長の励起光として実験例１と同様に検量線を作成し、該作成された検量線を用いて実験例１と同様にしてホルムアルデヒドとアセトアルデヒドとが混在する大気中のホルムアルデヒドの濃度測定をしたところ、実験例１と同様、アセトアルデヒドに影響されることなくホルムアルデヒドの濃度測定ができることが確認された。
【００１８】
【比較例１】
＜ペンタン−２，４−ジオンを用いた実験＞
次に、実験例１の場合と同様にしてホルムアルデヒド、アセトアルデヒドを、酢酸アンモニウムの存在下でペンタン−２，４−ジオンと反応させた。反応式は次のとおりである。
【化４】

生成した各ケイ光誘導化化合物５、６の励起スペクトルをそれぞれ測定したところ、図５のようになった。これらの励起スペクトルを比較したところ、ホルムアルデヒドのケイ光誘導化化合物５の励起スペクトルは、総てのスペクトル領域でアセトアルデヒドのケイ光誘導化化合物６の励起スペクトルとオーバーラップしていて、影響されないスペクトル領域がないことが確認される。このようなものについては、ホルムアルデヒドとアセトアルデヒドとが混在する大気中のホルムアルデヒドの濃度測定を選択的にすることは無理と判断し、これ以上の実験をすることは断念した。
【図面の簡単な説明】
【図１】ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドをシクロヘキサン−１，３−ジオンと反応させてケイ光誘導化した化合物１、２の励起スペクトルの表図である。
【図２】ホルムアルデヒドの捕集状態を示す表図である。
【図３】ホルムアルデヒド濃度とケイ光強度とをプロットした表図である。
【図４】ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドをシクロペンタン−１，３−ジオンと反応させてケイ光誘導化した化合物３、４の励起スペクトルの表図である。
【図５】ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドをペンタン−２，４−ジオンと反応させてケイ光誘導化した化合物の励起スペクトルの表図である。
【図６】簡易捕集具を開いた状態を示す側面図である。
【図７】簡易捕集具の一部を切欠いた状態を示す平面図である。

Claims

大気中のホルムアルデヒドを捕集する捕集具を、捕集用の化学物質を含浸させたシート材と、該シート材を支持する支持部材と、該支持部材を囲繞する通気性の有る筐体とで構成するにあたり、筐体は、二分割され、枢軸を介して開閉自在に蝶着した一対の網状体で形成され、前記枢軸は、シート材を支持するための支持部材の枢軸であることを特徴とする大気中のホルムアルデヒドの捕集具。