JP4768744B2 - 拡散型試料採取装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス状流体、主として空気中の汚染物質の検出のため及びかかる汚染物質の濃度の測定のために使用される拡散型試料採取装置または「ドジメーター（ｄｏｓｉｍｅｔｅｒ）」に関する。

この種の拡散型試料採取装置は従来技術に記載されている。それらはガス混合物、例えば室内作業所の周囲空気に露出されたとき、特定の汚染物質と反応しまたはそれを吸着することができる吸着剤を含む。汚染物質は空隙または多孔性材料の一部、または両者の組合せであることができる拡散部を通して前記吸着剤に向けて拡散することができる。吸着剤による汚染物質の捕捉から、空気中の汚染物質の濃度が拡散部の寸法及び前記拡散部の汚染物質の拡散係数の知識に基づいて、そのとき計算されることができる。

既知の拡散型ドジメーターはＵＳ−Ａ−４１５８９５８、ＧＢ−Ａ−２０７８３７１及びＦＲ−Ａ−２６２１６９１に記載されている。現存するドジメーターの持つ問題はそれらがある種の「ブラックボックス」として製造されることである。それらは各汚染物質に対し固定された捕捉速度、すなわち単位時間当たりの吸着された汚染物質の質量、を導く固定された寸法を持つ。測定の時間は固定されていることが多いので（例えば作業所の試験に対して８時間）、捕捉速度がその装置の使用者により試験条件に適応されることができないという問題がある。低汚染物質濃度を持つ周囲空気はより高い捕捉速度を必要とするかもしれないし、またその逆もまた同様である。固定された高い捕捉速度が適用されるとき、吸着剤の過飽和の危険がある一方で、低い捕捉速度は吸着された汚染物質が検出限界未満のままであるかもしれない。

本発明は、その操作においてより高度のフレキシビリティを可能とするモジュール式拡散型ドジメーターを提供することを目的とする。フレキシビリティは試料採取器の外部幾何学的寸法、試料採取時間及び露出濃度を変えることなしの捕捉速度、従って一つの同じ試料採取器により吸着された質量の選択である。

本発明は、添付請求項に記載されたような可変捕捉速度を持つモジュール式拡散型ドジメーターに関する。

図面の簡略説明
図１は、開放カバーと第一スペーサー素子を持つ本発明のドジメーターを示す。

図２は、小さな穴を含むスペーサーが与えられた同じドジメーターを示す。

図３は、二つの異なる吸着剤の適用を可能とするスペーサーが与えられた同じドジメーターを示す。

図４は、二つの半分体を備え、その各半分体が異なる捕捉速度を持つスペーサーが与えられた同じドジメーターを示す。

図５，６及び７は、本発明によるドジメーターの原型を示す。

フィックの拡散法則に基づくと、ガス混合物中の汚染物質の濃度は、前記汚染物質が拡散層を通して拡散されたとき、次のように表現されることができる：

ここでｍは汚染物質の捕捉量（ｍｇ）であり、Ｌは拡散経路の長さ（ｃｍ）であり、Ｄは拡散層内の汚染物質の拡散係数（ｃｍ^２／ｓ）であり、Ａは拡散層の表面積（ｃｍ^２）であり、そしてｔは捕捉時間（秒）である。
捕捉速度ＱをＤ．Ａ／Ｌと定義するとき、これは：

となる。

上述のように、現存するドジメーターでは、Ｑは特定の汚染物質形式に対し一定値である。吸着された量（ｍ）は試料採取時間（ｔ）を変えることによりまたはＣ_０が変わるときにのみ変えられることができる。本発明のドジメーターでは、装置の外部寸法を変えることなく、使用者に対し周囲条件の関数として捕捉速度を適応させる手段が提供される。基本的な考えはモジュール式ドジメーターを提供することであり、そこでは特定の部品の使用がパラメーターＡ及びＬの特定の値をもたらし、それにより可変捕捉速度Ｑを導くように、一つまたはそれより多いサブ部品が使用者により交換されることができる。

図１は本発明によるドジメーターの概略図を示す。それはハウジング１を含み、そのハウジング１は図に示すように底板１１と垂直周壁１２により形成された方形受器であることができる。ハウジングの底に吸着剤２があり、それは物理または化学反応により汚染物質を捕捉することができる好適な材料の層である。更にスペーサー３が吸着剤の上に存在している。スペーサーはハウジングと同じ形の本質的にリング形状部品であり、それは拡散層（静止空気帯域）の一部の役割を果たす空隙４を作る機能を持つ。スペーサー３の上部に保護層５があり、それは汚染物質に対して透過性であるが対流がドジメーターに入るのを停止し、従って空隙中の空気は本質的に乱されないままである。ドジメーターはカバー６により閉じられる。このカバーは装置から容易に除去される。図１に示されたカバー６は開口７を持つ。これは拡散距離Ｌ、及び空隙領域の表面Ａにより規定される所定の捕捉因子Ｑを持つドジメーターをもたらす。カバー６は輸送のために閉じたカバーにより置き換えられることができる。本発明の好適実施態様のカバーは周壁８を持ち、それはハウジングの壁と重なり、それによりドジメーターを側面で閉じる。この態様は図５から７の原型に基づいてより良く説明されるであろう。

本発明によれば、スペーサー３は異なる表面積Ａを持つ別のスペーサーにより置き換えられることができる。例えば、図２に示されたスペーサー１５が使用されることができ、それはスペーサーの厚さを通して多数の円柱状穴１０を持つ。スペーサー１５の設置は表面積Ａの減少効果を持ち、従って特定の汚染物質に対し捕捉速度の変化を持つ。スペーサーの厚さを通して変動量の穴を持つスペーサーの組を準備することにより、使用者は特定の汚染物質に対して最適の捕捉速度を生じる好適スペーサーを選択する可能性を持つ。

図３は別の形式のスペーサー１６を示し、それは先に述べたモデル３の代わりに設置されることができる。スペーサー１６は二つの大きな開口２０及び２１を持つ。このスペーサー部品は二つの開口に対応して、各吸着剤が異なる汚染物質を測定するのに適応されている二つの異なる吸着剤層２２及び２３と組合せて使用されるのに適している。これに代えて、図３のスペーサー１６は図１に示されたような一つの特定の形式の吸着剤２と共に使用されることができる。この方式では、吸着剤の二つの半分体が分離された空隙４ａ及び４ｂを通して汚染物質を捕捉する。露出後、吸着剤は次いで二つの部分に切断されることができ、それらはおそらく異なる分析手順を適用することにより別個に分析されることができる。同じ形式の二つの吸着剤層を図３のスペーサー１６と組合せて並べて置くことも同じく可能である。二つの吸着剤は次いで試験後に別個に分析されることができる。二個より多い開口を持つ形式１６のスペーサーを提供することができる。

スペーサーの一つの特別な実施態様はスペーサー表面の一つの半分上に一つの大きな開口２５を持ち、他の半分上に多数の円柱状穴１０を持つ（図４のスペーサー１７参照）。このスペーサーはドジメーターの表面の各サブ部分に対し異なる捕捉速度で測定をすることが可能である。この形式のスペーサーは二つの異なる捕捉速度で一つの測定をすることを可能とするので、ドジメーターに別の寸法を付加し、それにより同じ吸着剤を用いて量的に異なる汚染物質を、並びに非常に異なる濃度範囲に渡って同じ汚染物質を測定することを可能とする。もちろん、スペーサー１７はまた、各サブ部分の下に異なる吸着剤を持って使用されることができ、それにより測定条件の更なる変動を可能とする。

スペーサー（３，１５，１６，１７）は別として、吸着剤２及び保護層５も容易に装置から除去可能であり、例えばドジメーターを別の形式の汚染物質に適応させるために、使用者に提供されたこれらの項目の組から選ばれた吸着剤または保護層により置き換えられることができる。この目的のために、これらの層は好ましくは自立型であり、すなわち十分に硬く、従ってそれらは使用者により装置から容易に取り除かれることができる。最後に、異なる寸法の開口７を持つカバー６の組が提供されることができる。

従って、まず本発明は「部品のキット」に関し、それは少なくとも：
− ハウジング１
− 第一吸着剤２
− 拡散層の厚さＬ及び第一表面積Ａを規定する第一スペーサー３
− 第一保護層５
− 開口７を持つ第一カバー６
を含み、好ましくは同じ厚さＬを持つ少なくとも一つまたはそれより多い追加のスペーサーをさらに含み、各追加のスペーサーは前記第一スペーサーと置き換えることができ、更に各スペーサーは異なる表面積を規定し、従って各スペーサーは異なる捕捉速度で測定することを可能とする。これはマルチ捕捉速度試料採取器の概念に導く。

特に、各スペーサーはスペーサーの厚さを通る開口を含み、前記開口は本質的に一定の断面を持ち、前記開口は表面積Ａを規定する。一つのスペーサーの開口は数、寸法または形状において別のスペーサーの開口と異なっており、従って異なるスペーサーは異なる捕捉速度で測定することを可能とする。

言い換えると、各スペーサーは吸着剤の表面を異なる方式で仕切り、吸着剤の異なる部分を汚染物質に露出可能とし、それによりフィックの法則の式中のパラメーター「Ａ」の変動に導く。拡散経路の所定の長さ「Ｌ」、及び特定の拡散層（好ましくは空気）に対し、これは捕捉速度Ｑの変動に導く（一つの同じ試料採取器内でも、例えば図４のスペーサーが使用されるとき）。

好ましくは、スペーサーの組は一つまたはそれより多い次のものを含む：図２に示されるような多数の小さな穴を持つスペーサー、図３に示されるような同じ寸法の二つの大きな開口を持つスペーサー、図４に示されるような表面の一つの半分の上の一つの大きな開口と他の半分の上の小さな開口を持つスペーサー（一つの同じ試料採取器内で二つの異なる捕捉速度による測定を可能とする）。

この他に、スペーサーを追加してもよく、それはドジメーターの表面を別の方式で、例えば表面の４分の１の上に小さな穴を、別の４分の１の上に別の直径を持つ小さな穴を、そして表面の残りの上に大きな開口を作って区切ることができる。当業者に明らかであるように、開口の寸法及び形状または数のいずれの組合せも適用されることができる。

好適実施態様によれば、部品のキットは測定後の開放カバー６を置き換えるための追加の閉鎖カバーを更に含み、従って吸着剤がもはや大気に露出されないことを確実とするためにさらなる注意を払う必要なしにドジメーターは閉じられかつ分析のために実験室にもたらされることができる。

一つの吸着剤の代わりに、本発明の部品のキットは異なる吸着剤、おそらく異なる寸法の吸着剤を含むことができる。例えば、それぞれがハウジングの表面の寸法の半分に相当する二つの異なる吸着剤が設けられることができる。これらの吸着剤はそのとき図３または４に示されるようなスペーサーと組合せて使用されることができる。部品のキットは同じく幾つかの追加の保護層を含むことができ、それは第一保護層と置き換えることができる。

部品のキットは特定のスペーサーにまたはスペーサーの一部に（例えば図４の場合に）連結された予め規定された捕捉速度を識別するための手段を更に含むことができる。この手段は、部品のキット内のスペーサーまたはスペーサーのサブ部品を識別し（例えばスペーサー自身の上に見える番号により）、かつ好ましくは空気からなる拡散層のための、またはおそらく異なる形式の拡散層のための、対応する捕捉速度を識別する、値のリストであることができる。これに代えて、捕捉速度はスペーサー自身の上に印刷されることができる。

本発明のドジメーターのハウジング及びカバーは、装置の側部を通るハウジングとカバーの間の最小の洩れで容易に分離されかつ再組立てできるように設計されなければならない。

図５ａは本発明によるドジメーターのハウジングの原型を示す。溝３０はハウジングの外壁に作られる。カバーの除去を容易にするために、ハウジングの一つの側に対して、位置３１に、溝は大きな深さを持つ。図５ａのハウジングと共に使用されるべきカバー６が図５ｂに示されている。それはカバーの正確な位置決めのために、ハウジングの上部の周囲溝３３中に収容されるように配置された第一突出縁３２を持つ。垂直壁上に、カバーは、溝３０中に嵌り、それによりハウジングを側部で閉じるように配置された第二突出縁３４を持つ。

ハウジングの側部での改善された閉鎖のために、ハウジングの外壁１２とカバーの垂直壁８の間にＯ−リングを付与することが有益である。この目的のため、図６ａ及び６ｂに示されたハウジングとカバーが好適である。このハウジングはその周囲周りに深い溝４０を持ち、その中にＯ−リングが収容されることができる。カバー６の垂直壁８はこの場合、突出する縁を持たない。

図７は開放ハウジング５０を持つ別の原型を示し、それにはカバーが両側に取り付けられることができ、従って二倍量の汚染物質捕捉が可能である。図５，６及び７の全ての実施態様は「バッジ」形式のものであり、すなわちそれらは例えば着用者の衣類に取り付けられることができる。この目的に対し、それらはハウジングの一つの側に連結リング６０を持つ。

ハウジング、カバー及びスペーサー部品はＰＶＣまたは均等材料から作られることができる。保護層５は例えば２ｍｍの厚さを持つ疎水性ポリエチレンの層であることができる。吸着剤は例えば従来技術で既知の炭素系材料の層であることができる。

開放カバーと第一スペーサー素子を持つ本発明のドジメーターを示す。 小さな穴を含むスペーサーが与えられた同じドジメーターを示す。 二つの異なる吸着剤の適用を可能とするスペーサーが与えられた同じドジメーターを示す。 二つの半分体を備え、その各半分体が異なる捕捉速度を持つスペーサーが与えられた同じドジメーターを示す。 本発明によるドジメーターの原型を示す。 本発明によるドジメーターの原型を示す。 本発明によるドジメーターの原型を示す。

Claims (14)

1. 汚染物質の検出のための拡散型ドジメーターを組立てるための部品のキットであって、前記部品のキットが：
   − ハウジング（１，５０）、
   − 前記ハウジングの内側に置かれる第一吸着剤（２）、
   − 拡散層の厚さ（Ｌ）及び第一表面積（Ａ）を規定するように、前記吸着剤の上に置かれる第一スペーサー（３）、
   − 前記スペーサーの上に置かれる第一保護層（５）、
   − 組立てられたドジメーターをその周囲で閉じるような態様で前記保護層の上に置かれる、開口（７）を持つ第一カバー（６）、
   を含み、かつ更に少なくとも一つまたはそれより多い追加のスペーサー（１５，１６，１７）を含み、各追加のスペーサーが前記第一スペーサーと置き換えることができ、各スペーサーが異なる表面積を規定し、従って各スペーサーが異なる捕捉速度で測定を行なうことが可能であることを特徴とする部品のキット。
2. 一つまたはそれより多い前記追加のスペーサー（１５）がその厚さを通る穴（１０）を持ち、前記穴がスペーサー毎に異なる寸法を持つこと及び／またはスペーサー毎に異なる数のものであることを特徴とする請求項１に記載の部品のキット。
3. 少なくとも一つの前記追加のスペーサー（１６）が同じ寸法の二つの大きな開口（２０，２１）を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の部品のキット。
4. 少なくとも一つの前記追加のスペーサー（１７）が、スペーサーの表面の半分に一つの大きな開口（２５）を、そして他の半分に多数のより小さい開口（１０）を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の部品のキット。
5. 第一吸着剤と共にハウジング中に置かれる、一つまたはそれより多い追加の吸着剤を更に含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の部品のキット。
6. 閉鎖カバーである一つの追加のカバーを更に含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の部品のキット。
7. 前記ハウジングが周壁（１２）を持ちかつ前記カバー（６）のそれぞれが周壁（８）を持ち、それにより組立てた状態ではドジメーターをその周囲で閉じるような態様で前記カバーの壁が前記ハウジングの壁に重なることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の部品のキット。
8. 前記ハウジング（１）がその周壁（１２）の外周周りに溝（３０）を含むことを特徴とする請求項７に記載の部品のキット。
9. 前記ハウジングが長方形の形をしており、前記溝（３０）が前記ハウジングの一つの側により大きな深さ（３１）を持つことを特徴とする請求項８に記載の部品のキット。
10. 前記カバー（６）のそれぞれがその周壁（８）の内部側に突出縁（３４）を含むことを特徴とする請求項８または９に記載の部品のキット。
11. 前記ハウジング（１）がその周壁（１２）の外周に沿って一定の深さの溝(４０)を含み、前記溝がＯ−リングを受けるために適応されていることを特徴とする請求項７に記載の部品のキット。
12. 前記ハウジング（５０）が前記ハウジングの両側にカバー（６）を受けるように適応されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一つに記載の部品のキット。
13. 前記スペーサーの一つに連結された予め規定された捕捉速度を識別するための手段を更に含むことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一つに記載の部品のキット。
14. 第一保護層を置き換えるための一つまたはそれより多い追加の保護層を更に含むことを特徴とする請求項１から１３のいずれか一つに記載の部品のキット。

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