JP4571052B2 - A method for collecting and analyzing trace amounts of arsenic in gases - Google Patents

A method for collecting and analyzing trace amounts of arsenic in gases Download PDF

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Description

本発明は、気体中の微量ヒ素(砒素)の全量捕集法及び全量分析法に関し、より詳しくはる燃料ガス、排ガス、あるいは大気などの気体中の微量ヒ素化合物の全量を捕集する方法及びその全量を分析する方法に関する。   The present invention relates to a method for collecting a total amount of trace arsenic (arsenic) in a gas and a method for analyzing the total amount, and more particularly, a method for collecting the total amount of trace arsenic compounds in a gas such as fuel gas, exhaust gas, or air, and It relates to a method for analyzing the total amount.

ヒ素は、自然界において普遍的に存在している。地殻や土壌中には硫化物や酸化物の形の無機ヒ素化合物として平均5ppm程度含まれ、河川水中にはそれら無機ヒ素化合物として1〜30ppm程度含まれ、海水中には無機ヒ素化合物、有機ヒ素化合物の総量として平均2ppm程度存在している。また、ヒ素は、生物圏にも微量存在し、陸上生物に比べて海洋生物に高濃度の有機ヒ素化合物が含まれていることが知られている。   Arsenic exists universally in nature. The crust and soil contain an average of about 5 ppm as an inorganic arsenic compound in the form of sulfides and oxides, the river water contains about 1 to 30 ppm as an inorganic arsenic compound, and the seawater contains inorganic arsenic compounds and organic arsenic. The total amount of the compound is about 2 ppm on average. Arsenic is also present in a small amount in the biosphere, and it is known that marine organisms contain higher concentrations of organic arsenic compounds than terrestrial organisms.

そのほか、化石燃料の燃焼時や各種金属の精錬、ごみの焼却時に発生する排ガス中の煤塵粒子中にも、ヒ素化合物が含まれていることが知られている。排ガス中のヒ素化合物は、主として揮発性のヒ化物(Arsenide)すなわち金属化合物であるが、三酸化二ヒ素などの揮発性のヒ素酸化物も含まれている。   In addition, it is known that arsenic compounds are also contained in dust particles in exhaust gas generated during combustion of fossil fuels, refining of various metals, and incineration of garbage. Arsenic compounds in the exhaust gas are mainly volatile arsenides, that is, metal compounds, but also include volatile arsenic oxides such as diarsenic trioxide.

また、大気中には、それら自然界、例えば土壌の巻き上げや人為的な発生源、例えば排ガスに由来してヒ素化合物が含まれており、平成15年度の環境省の実績データによると、大気中に平均1.7ng/m3のヒ素化合物が存在していることが報告されている。 In addition, the atmosphere contains arsenic compounds derived from these natural worlds, such as soil rolling up and artificial sources such as exhaust gas. According to the results data of the Ministry of the Environment in 2003, It is reported that an average of 1.7 ng / m 3 of arsenic compound is present.

ところで、排ガス、大気などの環境分野や燃料ガスなどのガス品質管理分野においては、それら気体中のヒ素の有無、それが有の場合、その程度を測定し把握することが必要である。ヒ素の分析を行うにあたって参考になる測定法として、JIS K 0083(1997)(非特許文献1)で定めた排ガス中のヒ素測定法及び環境省(旧環境庁)が示している大気中のヒ素測定法(非特許文献2)がある。   By the way, in the field of environmental quality such as exhaust gas and air and the field of gas quality control such as fuel gas, it is necessary to measure and grasp the presence or absence of arsenic in the gas. As a measurement method that can be used as a reference when analyzing arsenic, arsenic measurement in exhaust gas defined by JIS K 0083 (1997) (Non-patent Document 1) and arsenic in the atmosphere indicated by the Ministry of the Environment (Former Environment Agency) There exists a measuring method (nonpatent literature 2).

JIS K 0083(1997)JIS K 0083 (1997) 環境庁「有害大気汚染物質測定方法マニュアル(平成9年2月)」Environment Agency “Toxic Air Pollutant Measurement Method Manual (February 1997)”

そのうち、排ガス中のヒ素測定法(以下、適宜“JIS法”と言う。)は、被測定ガスを吸収液(過マンガン酸カリウム水溶液、本明細書中適宜“KMnO4水溶液”と言う。)に通過させる方法である。この方法は、吸収液を用いることから、流速が遅い(約60L/hr)ため、採取ガス量が少なくなり、大気濃度レベル(1ng/m3)の測定は不可能である。 Among them, a method for measuring arsenic in exhaust gas (hereinafter referred to as “JIS method” as appropriate) uses a gas to be measured as an absorption liquid (potassium permanganate aqueous solution, referred to as “KMnO 4 aqueous solution” in this specification as appropriate). It is a method of passing. Since this method uses an absorbing solution, the flow rate is slow (about 60 L / hr), so the amount of collected gas is small, and the atmospheric concentration level (1 ng / m 3 ) cannot be measured.

一方、大気中のヒ素測定法(以下、適宜“環境省法”と言う。)は、大気中のヒ素をハイボリュームサンプラーやローボリュームサンプラーを用いてフィルターによって採取し、その量を定量する方法である。この方法によれば、大流量の大気を長時間流すことによって、フィルターを通過させる大気量を稼ぎ、ばいじんを多量に捕集することで、大気レベルの微量のヒ素全量の測定も可能である。しかし、この方法は、フィルターで捕集される粒子状物質に含まれるヒ素化合物のみを定量し、ガス状のヒ素化合物やフィルターで捕集できない超微粒子中のヒ素化合物は定量できない。   On the other hand, the arsenic measurement method in the atmosphere (hereinafter referred to as the “Ministry of the Environment” as appropriate) is a method in which arsenic in the air is collected with a filter using a high volume sampler or low volume sampler and the amount is quantified. is there. According to this method, a large amount of atmospheric arsenic can be measured by collecting a large amount of soot and dust by collecting a large amount of dust by flowing a large amount of air for a long time. However, this method quantifies only the arsenic compound contained in the particulate matter collected by the filter, and cannot quantitate the gaseous arsenic compound or the arsenic compound in the ultrafine particles that cannot be collected by the filter.

以上のように、JIS法では、採取ガス量が少ないため、大気濃度レベル(1ng/m3)の測定はできない。一方、環境省法では、ガス状ヒ素化合物は捕集できず、また超微粒子中のヒ素化合物は捕集できないため、大気に含まれるヒ素全量を把握しているとは言えない。 As described above, the JIS method cannot measure the atmospheric concentration level (1 ng / m 3 ) because the amount of collected gas is small. On the other hand, the Ministry of the Environment method cannot collect gaseous arsenic compounds and cannot collect arsenic compounds in ultrafine particles, so it cannot be said that the total amount of arsenic contained in the atmosphere is grasped.

大気中に存在するヒ素の存在形態は、一般に、大半が酸化物であり、粒子状物質となっている。ヒ素酸化物は、それ自体が粒子状であるほか、ばいじん等の粒子に含まれている場合もある。しかし、どの程度の粒子状物質にどれだけヒ素酸化物が含まれているのか、特に、PM2.5(=粒径2.5μm以下の粒子状物質)の微粒子中にどれだけヒ素化合物が存在しているかについては全く知見がない。   In general, most of the arsenic existing in the atmosphere is an oxide, which is a particulate matter. Arsenic oxide is not only in the form of particles, but also may be contained in particles such as dust. However, how much arsenic oxide is contained in how much particulate matter, especially how much arsenic compound is present in the fine particles of PM2.5 (= particulate matter having a particle size of 2.5 μm or less). There is no knowledge about whether or not.

さらに、大気や排ガスなどの環境ガス、あるいは燃料ガスなどの工業ガスの中には、ガス状のヒ素化合物が存在している可能性があり、現に、本発明者らは、予備実験等により、それらガス中に、フィルター孔径1μmのPTFEフィルターには捕捉されないものの、KMnO4水溶液には捕捉されたケースを経験している。 Furthermore, there is a possibility that a gaseous arsenic compound is present in an environmental gas such as the atmosphere or exhaust gas, or an industrial gas such as fuel gas. In these gases, although not trapped by the PTFE filter having a filter pore diameter of 1 μm, the trapped case is trapped by the KMnO 4 aqueous solution.

そのような事情から、現在も、ヒ素の捕集方法、捕集ヒ素の前処理法の検討が続けられている。本発明者らは、その一環として、PTFEフィルター等を用いる環境省法では捕集できない、気体中のガス状ヒ素化合物や超微粒子中のヒ素化合物も捕集でき、しかも環境省法よりさらに高流速(1m3/hr以上)で捕集できる方法の開発を目指した。 Under such circumstances, the arsenic collection method and the pretreatment method of the collected arsenic are still being studied. As part of this, the present inventors can also collect gaseous arsenic compounds in gases and arsenic compounds in ultrafine particles, which cannot be collected by the Ministry of the Environment method using a PTFE filter or the like, and have a higher flow rate than the Ministry of the Environment method. We aimed to develop a method that can collect at 1 m 3 / hr or more.

ここで、ヒ素に限らず、一般に、微量成分を測定する場合の定量下限は、(a)微量成分の捕集による濃縮、(b)採取した試料の前処理、(c)測定装置の感度の向上、の三つの要因の相乗効果により決まる。そこで、(a)微量成分の捕集による濃縮については、気体に含まれる微粒子中のヒ素化合物及びガス状ヒ素化合物が大流量で捕集できる捕集材、(b)捕集、採取した試料の前処理については、試料の分解から、定量までの前処理を現在の方法よりもコンタミネーションを防ぎ、高精度にすること、(c)測定装置の感度の向上については、現状の測定法をより高感度にするための測定法、の三つの条件、課題について検討した。   Here, not limited to arsenic, in general, the lower limit of quantification in the case of measuring trace components is (a) concentration by collecting trace components, (b) pretreatment of the collected sample, (c) sensitivity of the measuring device. It depends on the synergistic effect of the three factors of improvement. Therefore, (a) for concentration by collecting trace components, the arsenic compound and the gaseous arsenic compound in the fine particles contained in the gas can be collected at a large flow rate, (b) the sample collected and collected. As for pretreatment, pretreatment from sample decomposition to quantification prevents contamination from the current method and makes it highly accurate. (C) For the improvement of the sensitivity of the measuring device, the current measurement method is more Three conditions and problems of measurement method for high sensitivity were examined.

そして、実証試験により、それらそれぞれの課題をクリアし、気体に含まれる、ガス状ヒ素化合物も、微粒子状ヒ素化合物も、微粒子中のヒ素化合物も捕集可能な捕集材を開発し、さらに捕集試料の前処理法を含む高感度測定法の検討を行うことで、上記(a)〜(c)の条件を満たす方法を開発することができた。   Then, through a verification test, we cleared each of these issues, developed a collection material that can collect gaseous arsenic compounds, particulate arsenic compounds, and arsenic compounds contained in the gas. By studying the high sensitivity measurement method including the pretreatment method of the collected sample, a method satisfying the above conditions (a) to (c) could be developed.

すなわち、本発明は、気体に含まれる、ガス状ヒ素化合物、微粒子状ヒ素化合物、微粒子中のヒ素化合物の全量を捕集する方法を提供し、また、大気レベルのヒ素濃度の測定を可能とする気体中の微量ヒ素の全量分析法を提供することを目的とするものである。   That is, the present invention provides a method for collecting the total amount of gaseous arsenic compound, fine arsenic compound, and arsenic compound contained in the gas, and enables measurement of the arsenic concentration at the atmospheric level. The object of the present invention is to provide a method for analyzing the total amount of trace arsenic in a gas.

本発明(1)は、気体中微量ヒ素の全量捕集方法である。そして、気体中の微量ヒ素化合物の捕集して分析するに際して、気体中のガス状ヒ素化合物、微粒子状ヒ素化合物、微粒子中のヒ素化合物を、KMnO4担持のガラス繊維フィルターにより捕集することを特徴とする。 The present invention (1) is a method for collecting all trace amounts of arsenic in a gas. Then, when collecting and analyzing trace arsenic compounds in the gas, the gaseous arsenic compound in the gas, the fine arsenic compound, and the arsenic compound in the fine particles are collected by a glass fiber filter supporting KMnO 4. Features.

本発明(2)は、気体中微量ヒ素の全量捕集方法である。そして、気体中の微量ヒ素化合物を捕集して分析するに際して、気体中のガス状ヒ素化合物、微粒子状ヒ素化合物、微粒子中のヒ素化合物を、KMnO4担持のガラス繊維フィルター及びフッ素樹脂フィルターにより捕集することを特徴とする。 The present invention (2) is a method for collecting all trace amounts of arsenic in a gas. When collecting and analyzing trace arsenic compounds in the gas, the gaseous arsenic compound, the fine arsenic compound in the gas, and the arsenic compound in the fine particles are captured by a glass fiber filter and fluororesin filter carrying KMnO 4. It is characterized by collecting.

本発明(3)は、気体中微量ヒ素の全量捕集方法である。そして、気体中の微量ヒ素化合物を捕集して分析するに際して、気体中のガス状ヒ素化合物、微粒子状ヒ素化合物、微粒子中のヒ素化合物を、KMnO4担持のガラス繊維フィルター及びフッ素樹脂フィルターからなる捕集単位を複数段配置して捕集することを特徴とする。後述のとおり、捕集単位は二段(すなわち二連)でも十分であるが、必要に応じて三段(三連)以上配置してもよい。 The present invention (3) is a method for collecting all trace amounts of arsenic in a gas. When collecting and analyzing a trace amount of arsenic compound in the gas, the gaseous arsenic compound, the particulate arsenic compound, and the arsenic compound in the fine particle are composed of a glass fiber filter and a fluororesin filter carrying KMnO 4. It is characterized by collecting the collecting units in a plurality of stages. As will be described later, a two-stage (that is, two-stage) collection unit is sufficient, but three or more stages (three-stage) may be arranged as necessary.

本発明(4)は、気体中微量ヒ素の全量分析法である。そして、気体中の微量ヒ素化合物を捕集して分析するに際して、気体中のガス状ヒ素化合物、微粒子状ヒ素化合物、微粒子中のヒ素化合物を、KMnO4担持のガラス繊維フィルターにより捕集した後、該KMnO4担持のガラス繊維フィルター中のヒ素化合物を酸分解し、次いで、水溶液濃度を上げるために、酸分解後の水溶液を順次、下記(a)〜(e)の操作により濃縮することを特徴とする。
(a)酸分解水溶液にKMnO4水溶液を加える。
(b)、(a)で得た水溶液にアンモニア水を加えてpHを7〜8に調整する。
(c)、(b)の水溶液に還元剤である塩化ヒドロキシルアンモニウム水溶液を滴下して生成沈殿側にヒ素化合物を移す。
(d)、(c)の沈殿物を濾過して残渣を集める。
(e)、(d)の残渣に過剰の塩化ヒドロキシルアンモニウム水溶液を加えて残渣を溶解し、酸及び還元剤を加える。
The present invention (4) is a method for analyzing the total amount of trace arsenic in a gas. And, when collecting and analyzing a trace amount of arsenic compound in the gas, after collecting the gaseous arsenic compound in the gas, the fine arsenic compound, and the arsenic compound in the fine particle with a glass fiber filter carrying KMnO 4 , The arsenic compound in the KMnO 4 -supported glass fiber filter is acid-decomposed, and then the acid-decomposed aqueous solution is sequentially concentrated by the following operations (a) to (e) to increase the concentration of the aqueous solution. And
(A) KMnO 4 aqueous solution is added to the acid decomposition aqueous solution.
Ammonia water is added to the aqueous solution obtained in (b) and (a) to adjust the pH to 7-8.
An aqueous solution of hydroxylammonium chloride as a reducing agent is dropped into the aqueous solution of (c) and (b), and the arsenic compound is transferred to the product precipitation side.
The precipitates of (d) and (c) are filtered to collect the residue.
An excess aqueous solution of hydroxylammonium chloride is added to the residue of (e) and (d) to dissolve the residue, and an acid and a reducing agent are added.

本発明(5)は、気体中微量ヒ素の全量分析法である。そして、気体中の微量ヒ素化合物を捕集して分析するに際して、気体中のガス状ヒ素化合物、微粒子状ヒ素化合物、微粒子中のヒ素化合物を、KMnO4担持のガラス繊維フィルター及びフッ素樹脂フィルターにより捕集した後、該KMnO4担持のガラス繊維フィルター及びフッ素樹脂フィルター中のヒ素化合物を酸分解し、次いで、水溶液濃度を上げるために、酸分解後の水溶液を順次、下記(a)〜(e)の操作により濃縮することを特徴とする。
(a)酸分解水溶液にKMnO4水溶液を加える。
(b)、(a)で得た水溶液にアンモニア水を加えてpHを7〜8に調整する。
(c)、(b)の水溶液に還元剤である塩化ヒドロキシルアンモニウム水溶液を滴下して生成沈殿側にヒ素化合物を移す。
(d)、(c)の沈殿物を濾過して残渣を集める。
(e)、(d)の残渣に過剰の塩化ヒドロキシルアンモニウム水溶液を加えて残渣を溶解し、酸及び還元剤を加える。
The present invention (5) is a total amount analysis method for trace amounts of arsenic in gas. When collecting and analyzing trace arsenic compounds in the gas, the gaseous arsenic compound, the fine arsenic compound in the gas, and the arsenic compound in the fine particles are captured by a glass fiber filter and fluororesin filter carrying KMnO 4. After collecting, the arsenic compounds in the KMnO 4 -supported glass fiber filter and fluororesin filter are acid-decomposed, and then the acid-decomposed aqueous solutions are sequentially added to the following (a) to (e) in order to increase the concentration of the aqueous solution. It is characterized by concentrating by the operation.
(A) KMnO 4 aqueous solution is added to the acid decomposition aqueous solution.
Ammonia water is added to the aqueous solution obtained in (b) and (a) to adjust the pH to 7-8.
An aqueous solution of hydroxylammonium chloride as a reducing agent is dropped into the aqueous solution of (c) and (b), and the arsenic compound is transferred to the product precipitation side.
The precipitates of (d) and (c) are filtered to collect the residue.
An excess aqueous solution of hydroxylammonium chloride is added to the residue of (e) and (d) to dissolve the residue, and an acid and a reducing agent are added.

本発明(1)〜(5)によれば、KMnO4担持のガラス繊維フィルターにより、気体中のガス状ヒ素化合物、微粒子状ヒ素化合物、微粒子中のヒ素化合物の全量を捕捉、捕集し、KMnO4との反応により酸化物に変えることで捕集することができる。また、本発明(2)、(3)及び(5)のように、KMnO4担持のガラス繊維フィルターの後段にフッ素樹脂フィルターを配置することにより、二酸化ヒ素、三酸化ヒ素などの微粒子状ヒ素化合物、微粒子中のヒ素化合物をより完璧に捕集することができる。 According to the present invention (1) to (5), the total amount of gaseous arsenic compound, particulate arsenic compound, and arsenic compound in fine particles is captured and collected by the glass fiber filter carrying KMnO 4. It can be collected by changing to oxide by reaction with 4 . Further, as in the present inventions (2), (3), and (5), a fine particle arsenic compound such as arsenic dioxide and arsenic trioxide can be obtained by disposing a fluororesin filter behind the KMnO 4 -supported glass fiber filter. The arsenic compound in the fine particles can be collected more completely.

本発明によれば、大気、排ガス、あるいは燃料ガスなどの気体中の微量ヒ素化合物の全量を捕集して分析することにより、大気レベルのヒ素濃度(=測定定量下限がガス量50m3を採取したとき、1ng/m3)の測定が可能である。本発明は、排ガスや大気などの環境関連分野における気体中のヒ素の調査、燃料ガスなどの品質管理分野における気体中のヒ素の調査に利用することができる。本発明においては気体中の微粒子状ヒ素化合物、微粒子中のヒ素化合物をも捕集するが、それら微粒子の大きさに上限、下限はなく、いわゆる超微粒子も含まれる。 According to the present invention, by collecting and analyzing the total amount of trace amounts of arsenic compounds in gas such as air, exhaust gas, or fuel gas, the arsenic concentration at the atmospheric level (= the lower limit of measurement quantification is 50 m 3 gas sampling) Measurement of 1 ng / m 3 ) is possible. The present invention can be used for investigation of arsenic in gas in environment-related fields such as exhaust gas and air, and investigation of arsenic in gas in quality control fields such as fuel gas. In the present invention, the particulate arsenic compound in the gas and the arsenic compound in the fine particle are also collected, but there is no upper limit and lower limit in the size of the fine particle, and so-called ultrafine particles are included.

本発明においては、大気、排ガス、あるいは燃料ガスなどの気体中のガス状ヒ素化合物、微粒子状ヒ素化合物及び微粒子中のヒ素化合物の捕集材として、KMnO4担時のガラス繊維フィルター(以下、適宜“KMnO4ガラス繊維フィルター”とも言う。)を用いることが重要である。このフィルターは、ガラス繊維にKMnO4水溶液を含浸し、乾燥することにより、ガラス繊維にKMnO4を担持することで構成される。この捕集材により、大気、排ガス、あるいは燃料ガスなどの気体中のガス状ヒ素化合物、微粒子状ヒ素化合物及び微粒子中のヒ素化合物をきわめて有効に捕集することができる。 In the present invention, a glass fiber filter loaded with KMnO 4 (hereinafter referred to as appropriate) is used as a trapping material for gaseous arsenic compounds, fine arsenic compounds in fine gases and arsenic compounds in fine particles, such as air, exhaust gas, or fuel gas. It is important to use “KMnO 4 glass fiber filter”). This filter is constituted by impregnating glass fiber with KMnO 4 aqueous solution and drying it, thereby supporting KMnO 4 on the glass fiber. With this collection material, gaseous arsenic compounds, particulate arsenic compounds, and arsenic compounds in fine particles can be collected very effectively in the gas such as air, exhaust gas, or fuel gas.

なお、特許第3471446号公報には、半導体製造工程のプロセスガスなどに含まれる金属不純物を強酸耐性材料である多孔質ガラスからなる多孔体により捕集することが開示されている。しかし、その多孔質ガラスからなる多孔体は、ガラス繊維とは製造方法、形状、構造、特性を異にし(非特許文献3)、また同公報で捕集すると言う金属不純物は、具体的にはFe、Al、Mn、Ni、Cu、Zn、Cr、あるいはそれらの化合物であり、ヒ素やヒ素化合物を捕捉するのでもない。   Japanese Patent No. 3471446 discloses that metal impurities contained in a process gas in a semiconductor manufacturing process are collected by a porous body made of porous glass which is a strong acid resistant material. However, the porous body made of the porous glass is different from the glass fiber in the production method, shape, structure, and characteristics (Non-patent Document 3), and the metal impurities that are collected in the same publication are specifically: Fe, Al, Mn, Ni, Cu, Zn, Cr, or a compound thereof, and does not capture arsenic or arsenic compounds.

特許第3471446号公報Japanese Patent No. 3471446 社団法人セラミックス協会編、1989年4月10日発行「セラミック工学ハンドブック」p.1150−1155、p.1188−1190“Ceramic Engineering Handbook” published on April 10, 1989, p. 1150-1155, p. 1188-1190

以下、本発明を開発するに至るまでの経過を含めて、本発明を順次説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in order, including the process leading up to the development of the present invention.

〈KMnO4水溶液法:JIS法〉
図1は、JIS法すなわちJIS K 0083(1997)で規定された排ガス中のヒ素分析法における試料採取装置である。ダクトを流れる排ガスは、水分凝縮を避けるため必要に応じて保温、加熱しながら、冷却槽中に配置された二個の吸収瓶に順次通された後、ガラスフィルター、乾燥管等を経て排出される。ダクトを流れる排ガスは真空ポンプで吸引される。
<KMnO 4 aqueous solution method: JIS method>
FIG. 1 shows a sampling device for an arsenic analysis method in exhaust gas defined by the JIS method, that is, JIS K 0083 (1997). Exhaust gas flowing through the duct is passed through two absorption bottles arranged in the cooling tank while being kept warm and heated as necessary to avoid moisture condensation, and then discharged through a glass filter, drying tube, etc. The The exhaust gas flowing through the duct is sucked by a vacuum pump.

各吸収瓶には、水素化ヒ素などのガス状ヒ素化合物の吸収液としてJIS K 8247で規定するKMnO4水溶液(KMnO4の0.5gを水に溶かして100mLとしたもの)を各50mLずつ収容し、冷却槽で0〜10℃に保持する。 Each absorption bottle contains 50 mL of KMnO 4 aqueous solution (100 mL by dissolving 0.5 g of KMnO 4 in water) specified in JIS K 8247 as an absorbing solution for gaseous arsenic compounds such as arsenic hydride. And hold at 0-10 ° C. in a cooling bath.

〈フィルター法:環境省法〉
環境省法すなわち、前述、環境庁「有害大気汚染物質測定方法マニュアル(平成9年2月) 第IV章 大気中のニッケルおよびヒ素の測定方法」に従い、大気中の浮遊粉じんをハイボリウムエアサンプラーを用いてフィルター上に捕集する。分粒装置を使用しないで全ての粒子を捕集し、捕集した試料をヒ素の分析に供する。この試料採取装置は図2に示す構造である。図2(a)のとおり、本装置はフィルターホルダA、ポンプB、流量測定部Cからなり、これらは保護ケースに収容、配置される。
<Filter method: Ministry of the Environment Act>
In accordance with the Ministry of the Environment Act, namely, the Environmental Agency's “Manual for Measuring Methods for Hazardous Air Pollutants (February 1997), Chapter IV Method for Measuring Nickel and Arsenic in the Air”, a high volume air sampler is used to remove airborne dust. Use to collect on filter. All particles are collected without using a sizing device, and the collected sample is subjected to arsenic analysis. This sampling apparatus has a structure shown in FIG. As shown in FIG. 2 (a), the apparatus includes a filter holder A, a pump B, and a flow rate measuring unit C, which are housed and arranged in a protective case.

フィルターホルダーAは、捕集用フィルター4を保持した窓側のフレーム2、7、漏斗状部1からなる。図2(b)のとおり、捕集用フィルター4は、漏斗状部1に連なるフレーム2に支持されたステンレス製金網3上に配置される。図2(b)中、5はフッ素樹脂製テープ、6はパッキン、8は締付け具である。なお、環境省法では、捕集用フィルター4として、石英繊維製フィルター、フッ素樹脂製フィルター、ニトロセルロース製フィルター等を用いるとされているが、本実験ではフッ素樹脂の一種であるPTFEフィルターを使用した。   The filter holder A includes window-side frames 2 and 7 holding a collection filter 4 and a funnel-shaped portion 1. As shown in FIG. 2 (b), the collection filter 4 is disposed on a stainless steel wire mesh 3 supported by a frame 2 connected to the funnel-shaped portion 1. In FIG. 2B, 5 is a fluororesin tape, 6 is a packing, and 8 is a fastener. According to the Ministry of the Environment, it is said that a quartz fiber filter, a fluororesin filter, a nitrocellulose filter, etc. are used as the collection filter 4, but a PTFE filter which is a kind of fluororesin is used in this experiment. did.

〈本発明による方法:KMnO4ガラス繊維フィルター法〉
図3は、本発明によるヒ素化合物捕集に用いた試料採取装置である。図3のとおり、試料ガスラインに順次、一段目と二段目との二段(すなわち二連)のKMnO4ガラス繊維フィルター、乾式ガスメーターを配置した。また、各KMnO4ガラス繊維フィルターについては、順次、SUS304製ホルダー、PTFEパッキン、KMnO4ガラス繊維フィルター、PTFEフィルター、SUS304製サポート板及びSUS304製ホルダーをガス密に配して構成した。
<Method according to the present invention: KMnO 4 glass fiber filter method>
FIG. 3 shows a sampling device used for collecting arsenic compounds according to the present invention. As shown in FIG. 3, a two-stage (namely, two-stage) KMnO 4 glass fiber filter and a dry gas meter were disposed in the sample gas line in sequence. In addition, each KMnO 4 glass fiber filter was configured by sequentially arranging a SUS304 holder, PTFE packing, a KMnO 4 glass fiber filter, a PTFE filter, a SUS304 support plate, and a SUS304 holder in a gastight manner.

そのうち、KMnO4ガラス繊維フィルターは、ガラス繊維ろ紙(厚さ=0.74mm、直径=47mm、商品名=GA−200)に、KMnO4水溶液を含浸し、乾燥することでガラス繊維にKMnO4を担持したものである。 Among them, KMnO 4 glass fiber filters, glass fiber filter paper (thickness = 0.74 mm, diameter = 47 mm, trade name = GA-200) to, and impregnated with KMnO 4 aqueous solution, the KMnO 4 to the glass fiber by drying It is supported.

本試料採取装置では、一段目のKMnO4ガラス繊維フィルターの後段と二段目のKMnO4ガラス繊維フィルターの後段にそれぞれPTFEフィルターを配しているが、PTFEフィルターは、気体に含まれる微粒子状ヒ素化合物、微粒子中のヒ素化合物のうちのごく一部がKMnO4ガラス繊維フィルターで捕捉できなかったときにも、それらをより完璧に捕捉するためのものである。 In the sampling apparatus, although arranged respectively PTFE filter downstream of KMnO 4 glass fiber filter in the subsequent stage and two-stage KMnO 4 glass fiber filters in the first stage, PTFE filter, particulate arsenic contained in the gas Even when only a small part of the arsenic compound in the compound and fine particles could not be captured by the KMnO 4 glass fiber filter, it is for capturing them more perfectly.

以上の三方法により、試料ガス中ヒ素化合物の捕集試験を行った。この試料ガスは、ヒ素の標準試料から、水素化物発生装置により、水素化ヒ素(アルシン:AsH、沸点=−55℃)を発生させ、それをArガス中、約1.5μg/m3(ヒ素換算)となるように調製したものである。水素化ヒ素濃度をそのように高濃度としたのは、三方法による結果を比較しやすくするためである。捕集試験は、三方法とも、各流速ごとに3m3の試料ガスを通して実施した。 The collection test of the arsenic compound in the sample gas was performed by the above three methods. This sample gas generates arsenic hydride (arsine: AsH 3 , boiling point = −55 ° C.) from a standard arsenic sample using a hydride generator, and this is generated in Ar gas at about 1.5 μg / m 3 ( Arsenic equivalent). The reason why the arsenic hydride concentration is set to such a high concentration is to facilitate comparison of the results of the three methods. The collection test was conducted through 3 m 3 sample gas at each flow rate in all three methods.

〈捕集した試料の前処理法:酸分解〉
捕集した試料を前処理した。前処理法は、ICP分光分析法(誘導結合高周波プラズマ分光分析法、以下“ICP法”と言う。)により定量する前の処理であり、いずれもJIS法に準拠し、試料中の水素化ヒ素(ヒ素化合物)を硝酸及び硫酸を用いて完全分解する方法を適用した。前処理に供した捕集試料は、JIS法では二個の吸収瓶中のKMnO4水溶液、環境省法ではPTFEフィルター、本発明法では二連のKMnO4ガラス繊維フィルターである。
<Pretreatment method of collected sample: acid decomposition>
The collected sample was pretreated. The pretreatment method is a treatment prior to quantification by ICP spectroscopy (inductively coupled high-frequency plasma spectroscopy, hereinafter referred to as “ICP method”). A method of completely decomposing (arsenic compound) using nitric acid and sulfuric acid was applied. The collected sample subjected to the pretreatment is a KMnO 4 aqueous solution in two absorption bottles in the JIS method, a PTFE filter in the Ministry of the Environment method, and a double KMnO 4 glass fiber filter in the method of the present invention.

なお、本発明法では二連のKMnO4ガラス繊維フィルターの各後段にPTFEフィルターを配置している。しかし、PTFEフィルターは、粒子状のヒ素化合物、粒子中のヒ素化合物の捕集には有効であるが、PTFEフィルターのみを用いる環境省法での試験結果(後述表2参照)から水素化ヒ素等のガス状ヒ素化合物の捕集効果はなく、且つKMnO4ガラス繊維フィルターの捕集効果の有無をみる上では無関係であるため、ここでの前処理の対象とはしていない。本発明の気体中の微量ヒ素の全量分析法において、KMnO4ガラス繊維フィルターの後段にPTFEフィルターを配してヒ素化合物を捕集する場合にはPTFEフィルターを含めて前処理することはもちろんである。 In the method of the present invention, a PTFE filter is disposed at each subsequent stage of the double KMnO 4 glass fiber filter. However, the PTFE filter is effective for collecting particulate arsenic compounds and arsenic compounds in the particles. However, arsenic hydride and the like based on the test results of the Ministry of the Environment using only the PTFE filter (see Table 2 below). The arsenic compound is not collected and has no effect on the presence or absence of the collection effect of the KMnO 4 glass fiber filter. In the method for analyzing the total amount of trace arsenic in the gas of the present invention, when a PTFE filter is disposed after the KMnO 4 glass fiber filter to collect an arsenic compound, it is a matter of course that pretreatment including the PTFE filter is performed. .

また、上記酸分解に用いる硝酸は、ヒ素をICP法や原子吸光光度法で定量するに際して妨害となる。このため、水素化ヒ素を水溶液化した後、硝酸を追い出す操作が必要である。その追い出し操作にはケルダール分解法、すなわちケルダールフラスコを用いて、加熱しながら不溶解分を水溶液化するとともに、硝酸を追い出す作業を一貫して行う方法が最良と判断して採用した。前処理までの試験条件を纏めて表1に示している。なお、表1中“%”は“wt%”であり、この点、後述表4、表6及び表8においても同じである。   The nitric acid used for the acid decomposition is an obstacle when arsenic is quantified by ICP method or atomic absorption photometry. For this reason, after making arsenic hydride into aqueous solution, the operation which drives out nitric acid is required. For the purge operation, the Kjeldahl decomposition method, that is, a Kjeldahl flask was used to determine that the best solution was to make the undissolved solution into an aqueous solution while heating and to carry out the work of flushing nitric acid consistently. Table 1 summarizes the test conditions up to the pretreatment. In Table 1, “%” is “wt%”, and this is the same in Table 4, Table 6, and Table 8 described later.

Figure 0004571052
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前処理後の各試料ガスについてICP法により水素化ヒ素濃度を測定した。分析装置としてパーキンエルマ社製のICP装置(=ICP分光分析装置)を用いた。三方法における各捕集流速ごとの測定結果を表2に示している。なお、表2中“ヒ素濃度(μg/m3)”は、水素化ヒ素濃度をヒ素(元素)濃度に換算した値であり、この点、後述表7においても同じである。 The arsenic hydride concentration was measured by ICP method for each sample gas after the pretreatment. An ICP device (= ICP spectroscopic analyzer) manufactured by Perkin Elma was used as the analyzer. The measurement results for each collection flow rate in the three methods are shown in Table 2. In Table 2, “arsenic concentration (μg / m 3 )” is a value obtained by converting the arsenic hydride concentration into an arsenic (element) concentration. This also applies to Table 7 described later.

Figure 0004571052
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表2のとおり、環境省法では、PTFEフィルターのみを用いているが、この方法でのヒ素濃度は0.01μg/m3未満で、殆ど効果はなく、PTFEフィルターにはガス状ヒ素化合物である水素化ヒ素の捕集効果はないことを示している。JIS法では、KMnO4水溶液を用いているが、流速0.8L/minで1.3μg/m3、流速2.2L/minでは1.5μg/m3と、流速0.8L/minに比べて少しだけ向上する。しかし、流速2.3L/minでは1.3μg/m3となり、それ以上流速を上げても水素化ヒ素の捕集効果は向上しないことを示している。 As shown in Table 2, the Ministry of the Environment uses only a PTFE filter, but the arsenic concentration in this method is less than 0.01 μg / m 3 , which is almost ineffective, and the PTFE filter is a gaseous arsenic compound. It shows that there is no arsenic hydride collection effect. In the JIS method, but using a KMnO 4 aqueous solution, and a flow rate of 0.8 L / min at 1.3 ug / m 3, a flow rate of 2.2 L / min at 1.5 [mu] g / m 3, compared with the flow rate of 0.8 L / min And improve a little. However, at a flow rate of 2.3 L / min, it becomes 1.3 μg / m 3 , indicating that the effect of collecting arsenic hydride does not improve even if the flow rate is increased further.

これに対して、本発明法によるヒ素濃度は、KMnO4水溶液を用いるJIS法のヒ素濃度に対して相対的に高く、捕集流速を速くすることでより良好な捕集効果を示している。すなわち、本発明法によると、流速2.0L/minでは1.2μg/m3であるが、流速4.5L/minで1.6μg/m3と向上し、流速9.0L/minでは1.9μg/m3となり、流速12.0L/minでも1.7μg/m3の値を示している。 In contrast, the arsenic concentration according to the method of the present invention is relatively higher than the arsenic concentration of the JIS method using an aqueous KMnO 4 solution, and a better collection effect is shown by increasing the collection flow rate. That is, according to the present invention method, a flow rate of 2.0L / min at 1.2 ug / m 3, and improved 1.6 [mu] g / m 3 at a flow rate of 4.5 L / min, a flow rate of 9.0 L / min at 1 .9μg / m 3, and the shows the values of 1.7μg / m 3 even flow rate 12.0 L / min.

〈酸分解水溶液の濃縮法の検討〉
ここで、前記前処理法すなわちJIS法に準拠した通常の前処理法では、酸分解操作中の洗浄作業などに起因し、水溶液量として50mL以上となり、希薄な水溶液になってしまった。そこで、水溶液濃度を上げるために、以下(a)〜(e)の手順を基本にして、酸分解水溶液にヒ素化合物の沈殿を生成し、濃縮する方法を検討した。
(a)酸分解水溶液にKMnO4水溶液を加える。
(b)、(a)で得た水溶液にアンモニア水を加え、pHを7〜8に調整する。
(c)、(b)の水溶液に還元剤である塩化ヒドロキシルアンモニウム水溶液を滴下して沈殿を生成させる(沈殿側にヒ素化合物を移す)。
(d)、(c)の沈殿物を濾過し、残渣を集める。
(e)、(d)の残渣に過剰の塩化ヒドロキシルアンモニウム水溶液を加えて残渣を溶解し、次いで酸及び還元剤を加えて10mLにする。ここで、酸として硫酸を用い、還元剤として塩酸、ヨウ化カリウム及びL−アスコルビン酸を用いた。
<Examination of concentration method of acid decomposition aqueous solution>
Here, in the normal pretreatment method based on the pretreatment method, that is, the JIS method, the amount of the aqueous solution is 50 mL or more due to a washing operation during the acid decomposition operation, and the aqueous solution is diluted. Therefore, in order to increase the concentration of the aqueous solution, a method for producing and concentrating a precipitate of an arsenic compound in the acid-decomposed aqueous solution based on the following procedures (a) to (e) was studied.
(A) KMnO 4 aqueous solution is added to the acid decomposition aqueous solution.
Ammonia water is added to the aqueous solution obtained in (b) and (a), and pH is adjusted to 7-8.
A hydroxylammonium chloride aqueous solution as a reducing agent is dropped into the aqueous solution of (c) and (b) to form a precipitate (arsenic compound is transferred to the precipitation side).
Filter the precipitates (d) and (c) and collect the residue.
Add excess hydroxylammonium chloride aqueous solution to the residue of (e), (d) to dissolve the residue, then add acid and reducing agent to make 10 mL. Here, sulfuric acid was used as the acid, and hydrochloric acid, potassium iodide and L-ascorbic acid were used as the reducing agent.

ヒ素標準試薬により一定量のヒ素(100μg:ヒ素換算)を含む水溶液を生成した。
(A) この水溶液について、上記(a)〜(e)のとおりの濃縮操作を実施し、残渣中のヒ素濃度を測定してヒ素の残渣側への濃縮効率を調べた。
(B) また、(b)の操作のアンモニア水による中和の効果を調べるため、アンモニア水を加えずに沈殿を生成させて濃縮する操作を行い、残渣中のヒ素濃度を測定し、ヒ素の残渣側への濃縮効率を調べた。
(C) さらに、(b)の操作で、pHを7〜8に調整するのに代えて、過剰のアンモニア水を添加して沈殿を生成させ、塩化ヒドロキシルアンモニウム水溶液を加えずに、濃縮を行った場合の残渣中のヒ素濃度を測定し、ヒ素の残渣側への濃縮効率を調べた。
An aqueous solution containing a certain amount of arsenic (100 μg: arsenic conversion) was produced with an arsenic standard reagent.
(A) About this aqueous solution, concentration operation as said (a)-(e) was implemented, the arsenic density | concentration in a residue was measured, and the concentration efficiency to the residue side of arsenic was investigated.
(B) Further, in order to investigate the effect of neutralization with ammonia water in the operation of (b), an operation of generating and concentrating a precipitate without adding ammonia water, measuring the arsenic concentration in the residue, The concentration efficiency to the residue side was investigated.
(C) Further, instead of adjusting the pH to 7 to 8 by the operation of (b), an excess ammonia water is added to form a precipitate, and the concentration is performed without adding the hydroxylammonium chloride aqueous solution. The arsenic concentration in the residue was measured, and the concentration efficiency of arsenic on the residue side was examined.

これら(A)〜(C)のいずれの場合にも、水溶液量は、前記前処理法での50mLに対して10mLになっており、5倍に濃縮されている。表3はこれらの結果である。   In any of these cases (A) to (C), the amount of the aqueous solution is 10 mL with respect to 50 mL in the pretreatment method, and is concentrated five times. Table 3 shows these results.

Figure 0004571052
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表3のとおり、(A)すなわち前述(a)〜(e)のとおりの濃縮操作では、ヒ素は、ほぼ100%残渣側に濃縮されている。   As shown in Table 3, arsenic is concentrated almost 100% to the residue side in the concentration operation as shown in (A), that is, the above-described (a) to (e).

一方、(B)の濃縮操作では、(A)の濃縮操作より残渣側への濃縮率が劣り、試験No.4〜6の各試験ごとにバラツキがあり、(C)の濃縮操作では、残渣側への濃縮率は最大91%強程度であり、濃縮率にもバラツキがあり安定しなかった。これらの原因として、(B)のように中和操作をしない場合は、沈殿粒子が小さく濾過しにくくなるという操作上の問題があり、また(C)の過剰のアンモニア水による沈殿生成の場合は、沈殿生成の速度が遅く、沈殿が十分に生成しないという問題があることが考えられる。   On the other hand, in the concentration operation of (B), the concentration rate to the residue side is inferior to the concentration operation of (A). There was variation for each test of 4 to 6, and in the concentration operation of (C), the concentration rate to the residue side was about 91% at the maximum, and the concentration rate also varied and was not stable. As a cause of these, when neutralization operation is not performed as in (B), there is an operational problem that the precipitated particles are small and difficult to filter, and in the case of precipitation formation due to excess ammonia water in (C) It is considered that there is a problem that the rate of precipitate formation is slow and the precipitate is not sufficiently formed.

以上の結果から、前述(A)すなわち(a)〜(e)のうち、(a)〜(b)のように酸分解水溶液にKMnO4水溶液を加えて得た水溶液にアンモニア水を加え、pHを7〜8に調整することが重要であり、当該(a)〜(b)の操作を含む(a)〜(e)の濃縮操作により、酸分解水溶液を、通常の(すなわちJIS法に準拠した通常仕様の)前処理法に比べて、5倍に濃縮できることが分かった。 From the above results, among the above (A), that is, (a) to (e), ammonia water was added to an aqueous solution obtained by adding an aqueous KMnO 4 solution to an acid decomposition aqueous solution as in (a) to (b), and pH It is important to adjust the acid decomposition aqueous solution to 7 to 8, and the acid decomposition aqueous solution is converted into a normal (ie, compliant with JIS method) by the concentration operation (a) to (e) including the operations (a) to (b). It was found that it can be concentrated 5 times as much as the pretreatment method (with normal specifications).

〈ヒ素の測定試験:ICP法〉
ヒ素化合物の捕集から、酸分解操作、濃縮操作までの以上の結果、知見を利用して、ICP法によるヒ素測定試験を実施した。前記試験と同じく、分析装置としてパーキンエルマ社製のICP装置を用いた。ICP装置に供するガス状ヒ素化合物である水素化ヒ素(水素化物)の発生条件を表4に示している。
<Measurement test of arsenic: ICP method>
Based on the above results from the collection of arsenic compounds to the acid decomposition operation and the concentration operation, an arsenic measurement test by the ICP method was carried out. As in the above test, an ICP device manufactured by Perkin Elma was used as the analyzer. Table 4 shows the conditions for generating arsenic hydride (hydride), which is a gaseous arsenic compound used in the ICP apparatus.

Figure 0004571052
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表4のとおり、測定時の個々の水素化物発生試薬、すなわちテトラヒドロホウ酸ナトリウムと塩酸(HCL)の濃度を、上記知見に基づき、通常の濃度の5倍とし、これに対応して、ICP装置への試料導入ポンプチューブの内径を変えて、試料導入量を通常の1/5とした。そして、これらの条件下で、ヒ素の測定を継続的に行った。図4に、本ヒ素の測定試験における捕集、酸分解、濃縮(KMnO4水溶液添加から定容まで)、水素化ヒ素発生、測定の工程を纏めて示している。 As shown in Table 4, the concentrations of the individual hydride generating reagents at the time of measurement, that is, sodium tetrahydroborate and hydrochloric acid (HCL) were set to 5 times the normal concentration based on the above findings, and the ICP device By changing the inner diameter of the sample introduction pump tube, the sample introduction amount was reduced to 1/5 of the normal amount. Under these conditions, arsenic was continuously measured. FIG. 4 summarizes the steps of collection, acid decomposition, concentration (from addition of KMnO 4 aqueous solution to constant volume), arsenic hydride generation, and measurement in this arsenic measurement test.

図5は通常仕様の水素化物発生試薬導入の場合の発光強度、図6は通常仕様の5倍濃度の水素化物発生試薬導入の場合の発光強度である。なお、図5〜6中“● 0ppm”として示すグラフは水素化ヒ素を発生せずに測定したデータであり、いわゆるブランクテストに相当している。この点、図7における“● 0ppm”についても同じである。   FIG. 5 shows the luminescence intensity in the case of introducing the hydride generating reagent of the normal specification, and FIG. 6 shows the luminescence intensity in the case of introducing the hydride generating reagent having a concentration five times that of the normal specification. 5 to 6 are data measured without generating arsenic hydride and correspond to a so-called blank test. This is the same for “● 0 ppm” in FIG.

図5のとおり、通常の試薬による発生時の発光強度は約480(a.u.)であるのに対して、図6のとおり、5倍濃度試薬による発生時の発光強度は約2500(a.u.)である。このように、プラズマの安定性を損なわずに、同一濃度における発光強度を約5.5倍上昇できる。すなわち、5倍濃度試薬からの水素化物発生により、同一測定条件で、測定感度を5倍に向上させることができる。本実験では、酸分解水溶液を通常の5倍に濃縮したが、4〜6倍と言うように濃縮することで同一測定条件で、測定感度をその濃縮度に対応して向上させることができる。   As shown in FIG. 5, the emission intensity when generated by a normal reagent is about 480 (au), whereas as shown in FIG. 6, the emission intensity when generated by a 5-fold concentration reagent is about 2500 (a .u.). Thus, the emission intensity at the same concentration can be increased by about 5.5 times without impairing the stability of the plasma. That is, by generating hydride from a 5-fold concentration reagent, the measurement sensitivity can be improved 5 times under the same measurement conditions. In this experiment, the acid-decomposed aqueous solution was concentrated 5 times as usual, but by concentrating it to 4 to 6 times, the measurement sensitivity can be improved corresponding to the concentration under the same measurement conditions.

加えて、通常の水素化物発生試薬からの発生時のICP装置による定量では、瞬時の発光強度を測定しているが、試料導入方法の検討の一環として、試料導入中に、発光強度を継続的に検出することを可能とし、データーの再現性も得られることが明らかになった。このように、発光強度を継続的に検出し、そして発光強度を積算することにより、さらに感度、精度を向上させて定量を行うことが可能となった。   In addition, in the quantification by the ICP device at the time of generation from the normal hydride generating reagent, the instantaneous luminescence intensity is measured, but as part of the examination of the sample introduction method, the luminescence intensity is continuously increased during the sample introduction. It has become clear that data can be detected easily and data reproducibility can be obtained. Thus, by continuously detecting the emission intensity and accumulating the emission intensity, it is possible to perform quantitative determination with further improved sensitivity and accuracy.

〈ICP装置への試料導入前にクッションタンクを設けて実施した試験〉
上記実験では、試料として、水素化物発生装置からのArガスと発生水素化ヒ素ガスの混合ガスをICP装置へ導入している。これに対して、水素化物発生装置とICP分光分析装置との間にクッションタンク(吸収瓶:250mLドレッセル)を設けて、上記と同様に試験した。図7は、通常仕様の5倍濃度の水素化物発生試薬による発生水素化ヒ素ガスについて、クッションタンクを設けた場合における試験結果である。
<Test conducted with a cushion tank prior to sample introduction into the ICP device>
In the above experiment, a mixed gas of Ar gas and arsenic hydride gas from a hydride generator was introduced into the ICP device as a sample. On the other hand, a cushion tank (absorption bottle: 250 mL dresser) was provided between the hydride generator and the ICP spectroscopic analyzer and tested in the same manner as described above. FIG. 7 is a test result in the case where a cushion tank is provided for arsenic hydride gas generated by a hydride generating reagent having a concentration five times that of normal specifications.

図7のとおり、水素化物発生装置からICP装置への導入ガス(Arガスと発生水素化ヒ素ガスの混合ガス)を、ICP装置に導入する前に、クッションタンクに通すことにより、ICP装置への導入ガス中の水素化ヒ素濃度が均一化され、測定強度のバラツキを小さくすることができる。   As shown in FIG. 7, the introduction gas (mixed gas of Ar gas and generated arsenic hydride gas) from the hydride generator to the ICP device is passed through the cushion tank before being introduced into the ICP device, so that The concentration of arsenic hydride in the introduced gas is made uniform, and variations in measurement intensity can be reduced.

すなわち、前述図6のとおり、通常の5倍濃度試薬にして発生させた水素化ヒ素ガスによる発光強度は約2500(a.u.)と大きいが、その強度にはバラツキがある。これに対して、図7のとおり、クッションタンクを設けることにより、ICP装置への水素化ヒ素の導入流量が安定化し、測定強度のバラツキを小さくすることができる。   That is, as shown in FIG. 6, the luminescence intensity of the arsenic hydride gas generated by using a normal 5-fold concentration reagent is as high as about 2500 (au), but the intensity varies. On the other hand, as shown in FIG. 7, by providing a cushion tank, the introduction flow rate of arsenic hydride to the ICP device can be stabilized, and the variation in measurement intensity can be reduced.

また、図8は、図7のデータを基に、濃度に対する発光強度の積算値をグラフ化した図である。図8のとおり、その積算値は0、1、5、10、20μg/Lの、0点を含む5点の相関関係についても直線的、すなわち1次である。このように、水素化ヒ素発生試薬濃度を通常の5倍とし、且つ、クッションタンクを設けることにより、1ppbレベルまで直線が引けるほど安定した測定が可能となることを示している。   FIG. 8 is a graph showing the integrated value of the emission intensity with respect to the concentration based on the data of FIG. As shown in FIG. 8, the integrated value is 0, 1, 5, 10, 20 μg / L, and the correlation of five points including zero is linear, that is, first order. As described above, it is shown that, by setting the arsenic hydride generating reagent concentration to 5 times the normal concentration and providing a cushion tank, stable measurement is possible as a straight line is drawn up to 1 ppb level.

なお、これにより、実際の定量下限は1μg/Lよりもっと低濃度まで測定可能であるが、KMnO4ガラス繊維フィルターや酸分解操作、試薬まで含めると、これ以上感度を追求してもあまり意味がなく、本発明法のように1μg/Lレベルを正確に出せれば十分と考えられる。 As a result, the actual lower limit of quantification can be measured to a concentration lower than 1 μg / L. However, if a KMnO 4 glass fiber filter, acid decomposition operation, and reagents are included, there is not much meaning to pursue further sensitivity. However, it is considered sufficient that the 1 μg / L level can be accurately obtained as in the method of the present invention.

〈KMnO4ガラス繊維フィルターを用いた高速捕集試験〉
KMnO4担持のガラス繊維フィルターを用いて高速捕集試験を行った。図9は、本実験でガス状ヒ素(水素化ヒ素)を捕集するために使用した装置の概略である。本装置を使用し、水素化ヒ素を、流速毎分25Lで二連(すなわち二段)のKMnO4担持のガラス繊維フィルターに通した場合と、流速毎分50Lで二連のKMnO4担持のガラス繊維フィルターに通した場合とを実施した。表5はその結果である。なお、表5中“流速”の欄の値は実測値である。
<High-speed collection test using KMnO 4 glass fiber filter>
A high-speed collection test was conducted using a glass fiber filter carrying KMnO 4 . FIG. 9 is a schematic of the apparatus used to collect gaseous arsenic (arsenic hydride) in this experiment. Using this apparatus, arsenic hydride was passed through a glass fiber filter carrying KMnO 4 in duplicate (that is, two stages) at a flow rate of 25 L / min. And glass having KMnO 4 carried in duplicate at a flow rate of 50 L / min. And passed through a fiber filter. Table 5 shows the results. In Table 5, the value in the “flow velocity” column is an actual measurement value.

Figure 0004571052
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表5のとおり、流速25L/minでの捕集では、一段目でほぼ捕集され、二段目には捕集されない。これに対して、流速50L/minの捕集では、二段目にも全体の16%程度の水素化ヒ素が捕集、検出された。これは、KMnO4担持のガラス繊維フィルターで捕集された水素化ヒ素は、ガラス繊維フィルターに担持されたKMnO4と反応して吸着していると解されたが、フィルター通過速度が速いと、KMnO4と反応しきれないことを示している。しかし、上記事実から、大気レベルの測定は、採取ガス量を増やすことで可能である。また、KMnO4担持のガラス繊維フィルターを二段方式とすることにより、一段目に8割以上の水素化ヒ素の捕集が可能であり、二段目も通過してしまう水素化ヒ素量が回収効率で求められることを考慮すると、流速50L/min、二段方式(二連方式)での捕集で問題ないと解される。 As shown in Table 5, in the collection at a flow rate of 25 L / min, almost the first stage is collected, but the second stage is not collected. On the other hand, in the collection at a flow rate of 50 L / min, about 16% of the arsenic hydride was collected and detected in the second stage. This, KMnO 4 loaded glass fiber filter with the collected hydrogenated arsenic is was understood by reaction with KMnO 4 supported on glass fiber filters are adsorbed, the filter passage speed is fast, It shows that it cannot fully react with KMnO 4 . However, from the above fact, the atmospheric level can be measured by increasing the amount of collected gas. Moreover, by using a two-stage glass fiber filter carrying KMnO 4 , it is possible to collect more than 80% of arsenic hydride in the first stage, and recover the amount of arsenic hydride that passes through the second stage. Considering that the efficiency is required, it is understood that there is no problem in the collection with a flow rate of 50 L / min and a two-stage method (two-unit method).

〈環境省法と本発明法による大気中のヒ素の捕集試験〉
PTFEフィルターによる環境省法とKMnO4担持のガラス繊維フィルターによる本発明法による大気中のヒ素化合物の捕集試験を実施した。環境省法では図2の装置を使用し、本発明法では図3の装置を使用した。試験条件は表6のとおりであり、表7はその試験結果である。この結果から、本実地試験でのサンプルにはガス状、微粒子状及び微粒子中のヒ素化合物は含まれていないことが分かった。
<Carrying test of arsenic in the atmosphere by the Ministry of the Environment and the present method>
The collection test of the arsenic compound in the atmosphere by the Ministry of the Environment method using a PTFE filter and the method of the present invention using a glass fiber filter carrying KMnO 4 was carried out. In the Ministry of the Environment method, the apparatus of FIG. 2 was used, and in the method of the present invention, the apparatus of FIG. 3 was used. The test conditions are as shown in Table 6, and Table 7 shows the test results. From this result, it was found that the samples in this practical test did not contain gaseous, fine particles, and arsenic compounds in the fine particles.

Figure 0004571052
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以上の結果を基にし、本発明を利用する好ましい“気体中の微量ヒ素の全量捕集法及び全量分析法”、すなわち“サンプリング(=KMnO4担持のガラス繊維フィルター+PTFEフィルターによる気体中のヒ素化合物の捕集)→捕集試料の酸分解・溶液化(=捕集試料の前処理)→前処理済み試料のICP法による分析・定量”の工程例を示すと表8のようになる。 Based on the above results, the preferred method of collecting and analyzing the total amount of trace arsenic in gas using the present invention, that is, “sampling (= glass fiber filter carrying KMnO 4 + PTFE filter, arsenic compound in gas Table 8 shows an example of the process of “collection of sample) → acid decomposition / solution of collected sample (= pretreatment of collected sample) → analysis / quantification of pretreated sample by ICP method”.

Figure 0004571052
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JIS法による排ガス中のヒ素化合物試料採取装置を示す図Diagram showing a sampling device for sampling arsenic compounds in exhaust gas by JIS method 環境省法による大気中ヒ素化合物試料採取装置を示す図Arrangement sampling device for atmospheric arsenic compounds by the Ministry of the Environment 本発明法によるヒ素化合物捕集用試料採取装置を示す図The figure which shows the sampling device for arsenic compound collection by this invention method ヒ素化合物の捕集、酸分解、濃縮、測定の工程を纏めて示した図A diagram summarizing the steps of arsenic compound collection, acid decomposition, concentration, and measurement 通常の水素化物発生試薬量の場合の結果を示す図Diagram showing results for normal hydride generation reagent amounts 5倍の水素化物発生試薬量の場合の結果を示す図The figure which shows the result in the case of 5 times the amount of hydride generating reagents クッションタンク設置前の水素化発生試薬5倍液についての試験結果を示す図The figure which shows the test result about the hydrogenation generation reagent 5 times solution before cushion tank installation クッションタンク設置後の水素化発生試薬5倍液についての試験結果を示す図The figure which shows the test result about the hydrogenation generation reagent 5 times solution after cushion tank installation 〈KMnO4ガラス繊維フィルターを用いた高速捕集試験〉で使用した水素化ヒ素捕集用装置を示す図The figure which shows the apparatus for arsenic hydride collection used in <High-speed collection test using KMnO 4 glass fiber filter>

符号の説明Explanation of symbols

A フィルターホルダー
B ポンプ
C 流量測定部
1 ステンレス製金網
2、7 窓側のフレーム
3 漏斗状部
4 捕集用フィルター
5 フッ素樹脂製テープ
6 パッキン
8 締付け具
A Filter holder B Pump C Flow rate measuring part 1 Stainless steel mesh 2, 7 Window side frame 3 Funnel-shaped part 4 Collection filter 5 Fluororesin tape 6 Packing 8 Fastening tool

Claims (4)

気体中の微量ヒ素化合物を捕集して分析するに際して、気体中のガス状ヒ素化合物、微粒子状ヒ素化合物及び微粒子中のヒ素化合物を、KMnO4担持のガラス繊維フィルター及びフッ素樹脂フィルターにより捕集することを特徴とする気体中微量ヒ素の全量捕集方法。 When collecting and analyzing trace arsenic compounds in a gas, the gaseous arsenic compound, the fine arsenic compound in the gas, and the arsenic compound in the fine particle are collected by a glass fiber filter and a fluororesin filter carrying KMnO 4. A method for collecting a total amount of trace amount of arsenic in a gas. 気体中の微量ヒ素化合物を捕集して分析するに際して、気体中のガス状ヒ素化合物、微粒子状ヒ素化合物及び微粒子中のヒ素化合物を、KMnO4担持のガラス繊維フィルター及びフッ素樹脂フィルターからなる捕集単位を複数段配置して捕集することを特徴とする気体中微量ヒ素の全量捕集方法。 When collecting and analyzing trace arsenic compounds in a gas, the gas arsenic compound in the gas, the fine arsenic compound, and the arsenic compound in the fine particles are collected from a glass fiber filter and a fluororesin filter carrying KMnO 4. A method for collecting a total amount of trace arsenic in a gas, characterized in that the unit is arranged in a plurality of stages and collected. 気体中の微量ヒ素化合物を捕集して分析する方法であって、気体中のガス状ヒ素化合物、微粒子状ヒ素化合物及び微粒子中のヒ素化合物を、KMnO4担持のガラス繊維フィルター及びフッ素樹脂フィルターにより捕集した後、該KMnO4担持のガラス繊維フィルター及びフッ素樹脂フィルター中のヒ素化合物を酸分解し、次いで、水溶液濃度を上げるために、酸分解後の水溶液を順次、下記(a)〜(e)の操作により濃縮することを特徴とする気体中微量ヒ素の全量分析法。
(a)酸分解水溶液にKMnO4水溶液を加える。
(b)、(a)で得た水溶液にアンモニア水を加えてpHを7〜8に調整する。
(c)、(b)の水溶液に還元剤である塩化ヒドロキシルアンモニウム水溶液を滴下して生成沈殿側にヒ素化合物を移す。
(d)、(c)の沈殿物を濾過して残渣を集める。
(e)、(d)の残渣に過剰の塩化ヒドロキシルアンモニウム水溶液を加えて残渣を溶解し、酸及び還元剤を加える。
A method for collecting and analyzing a trace amount of arsenic compound in a gas, wherein a gaseous arsenic compound, a particulate arsenic compound and an arsenic compound in a fine particle are separated by a glass fiber filter and a fluororesin filter supporting KMnO 4. After the collection, the KMnO 4 -supported glass fiber filter and the arsenic compound in the fluororesin filter are acid-decomposed, and then the acid-decomposed aqueous solutions are sequentially added to the following (a) to (e The method for analyzing the total amount of trace arsenic in the gas, characterized in that it is concentrated by the operation of
(A) KMnO 4 aqueous solution is added to the acid decomposition aqueous solution.
Ammonia water is added to the aqueous solution obtained in (b) and (a) to adjust the pH to 7-8.
An aqueous solution of hydroxylammonium chloride as a reducing agent is dropped into the aqueous solution of (c) and (b), and the arsenic compound is transferred to the product precipitation side.
The precipitates of (d) and (c) are filtered to collect the residue.
An excess aqueous solution of hydroxylammonium chloride is added to the residue of (e) and (d) to dissolve the residue, and an acid and a reducing agent are added.
請求項3に記載の気体中微量ヒ素の全量分析法において、前記酸分解における酸分解試薬が硫酸、硝酸であることを特徴とする気体中微量ヒ素の全量分析法。
4. The method for analyzing the total amount of trace arsenic in gas according to claim 3 , wherein the acid decomposing reagent in the acid decomposition is sulfuric acid or nitric acid.
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