JP5922937B2

JP5922937B2 - 捕集装置、捕集方法及び濃度測定方法

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Publication number: JP5922937B2
Application number: JP2012015312A
Authority: JP
Inventors: 眞利柴田; 義浩鈴木
Original assignee: Sibata Scientific Tech Ltd; Veritas System Ltd
Current assignee: Sibata Scientific Tech Ltd; Veritas System Ltd
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2016-05-24
Anticipated expiration: 2032-01-27
Also published as: JP2013156067A

Description

本発明は、大気中に浮遊するホルムアルデヒドや揮発性有機化合物（ＶＯＣ）などの被捕集物質をパッシブサンプラに捕集させる捕集装置と、この捕集装置により被捕集物質を捕集する捕集方法と、この捕集方法により捕集された被捕集物質の濃度を測定する濃度測定方法に関する。

従来から、大気中に浮遊するホルムアルデヒドや揮発性有機化合物（ＶＯＣ）などの被捕集物質の捕集には、大気中に曝され、自然拡散により捕集を行なうパッシブサンプラが用いられている（特許文献１）。このパッシブサンプラは、パッシブサンプラ内に設けられた吸着剤や捕集剤によって、被捕集物質濃度を捕集内面において常にゼロとし、それよりも濃度の高い捕集大気中と接する捕集外面となる導入口と一定の濃度勾配を保つことにより、物質濃度の移動拡散現象を利用して、被捕集物質を捕集するものである。

一方、パッシブサンプラの単位面積当たりの捕集率、すなわち単位捕集速度Ｊは、濃度勾配（Ｃ／Ｌ）及び拡散する物質の分子拡散係数Ｄ［ｃｍ^２／ｓｅｃ］により決定され、これは、いわゆるＦｉｃｋの拡散第１法則式（Ｊ＝Ｄ×Ｃ／Ｌ）により表すことができる。ここで、Ｆｉｃｋの拡散第１法則式において、Ｃは周囲の濃度［μｇ／ｍｌ］を表し、Ｌは拡散長［ｃｍ］、すなわちパッシブサンプラの導入口から捕集面までの長さを表す。また、（ＳＲ＝Ａ×Ｄ×Ｃ／Ｌ）式に示すように、単位面積当たりの捕集率Ｊ（Ｊ＝Ｄ×Ｃ／Ｌ）に捕集面積Ａを掛けることにより、パッシブサンプラの総捕集速度ＳＲを求めることができる。一般にこれをサンプリングレートＳＲといい、パッシブサンプラのある特定の被捕集物質に対する固有捕集速度として知られている。このサンプリングレートＳＲは、［μｇ／（ｐｐｍ×ｍｉｎ）］などの次元単位で表現され、これにより、サンプリングレートＳＲの値と、捕集後の分析結果から得られた採取量Ｍ［μｇ］及び捕集時間ｔ［ｍｉｎ］の値とから、（Ｃ´＝Ｍ／（ＳＲ×ｔ））式に基づいて、大気中の被捕集物質の濃度Ｃ´を求めることができることが知られている。

特開２００３−１１４１７６号公報

しかしながら、パッシブサンプラのサンプリングレートＳＲは、自然拡散により捕集を行なうものであるため、現場における風速の影響により定数値を示さず、特に微風速の場合には、サンプリングレートＳＲが著しく変動するという問題がある。これは、パッシブサンプラの周囲風速が小さくなることにより、拡散濃度勾配がパッシブサンプラから延伸してパッシブサンプラ外において濃度勾配を作ってしまい、拡散長Ｌの値が大きく変動するためであると考えられる。このような「拡散場の延伸」は、図８に示すように、風速が０．５ｍ／ｓｅｃ未満、特に０．１ｍ／ｓｅｃ以下の微風速において顕著となる。ここで、図８は、本発明者らがパッシブサンプラを用いて検証した結果を示す、定常環境下におけるパッシブサンプラの捕集量と風速との関係を示すグラフであり、図８における縦軸、すなわち、パッシブサンプラの捕集量は、基準を明確にするために、ポンプを用いて捕集を行なうアクティブ法によって得られた捕集量との比［％］（パッシブサンプラの捕集量／アクティブ法による捕集量）によって表してある。

このような「拡散場の延伸」を防止するために、例えばパッシブサンプラの膜厚を厚くしたり、開孔径や開口率を小さくしたりして拡散長Ｌを大きく取ることにより、延伸を見かけ上小さくすることが考えられる。しかしながら、延伸を０にすることは原理上不可能であり、かつ実際の測定環境において風速は常に変動しており、風速変動に応じ拡散長Ｌも変動してしまうため、パッシブサンプラにおいて見掛け上の拡散長Ｌを予測し定数化とすることは不可能に近い。これにより、パッシブサンプラを用いた大気中の被捕集物質の濃度を正確に測定する場合には、測定現場に応じてサンプリングレートＳＲを実測にて求め、あるいは、ポンプなどを用いるアクティブ法との比較をして、予め代表値としてサンプリングレートＳＲを求め、これを用いるという、概括的な算定手法を用いなければならず、測定が煩雑であり、また、アクティブ法より精度の低い下位の手法であるという問題がある。

一方、図９に示すように、パッシブサンプラ３０２をハウジング３１０内に収容し、例えばファン３２２等の流動手段によってハウジング３１０内に強制的に風速を発生させることが考えられる。このような捕集装置３００によれば、現場における風速の影響を排除し、安定した被捕集物質の捕集を可能とすることができると考えられる。しかしながら、このような捕集装置３００においては、図８に示すグラフの結果から、ハウジング３１０内を流動する気体流の風速を０．５ｍ／ｓｅｃ以上、特に１．０ｍ／ｓｅｃ以上にしなければ安定した捕集を行うことができず、風速が０．５ｍ／ｓｅｃ未満とならないように厳密な制御が必要である。また、このような風速を実現するためにファンの動作を高速化させる必要があるため、大型のバッテリーを用いる必要があり、さらに、ファンの高速回転音による騒音が発生し、測定場所の音環境を害するという問題がある。

そこで、本発明は、現場における風速の影響を排除し、安定した被捕集物質の捕集を可能とする被捕集物質の捕集装置であって、低騒音で小型化及び軽量化が可能な捕集装置並びにこれを用いる捕集方法及び濃度測定方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明者らは、例えば風速０．５ｍ／ｓｅｃ未満の低風速の場合であっても安定した被捕集物質の捕集を可能とすべく、鋭意研究を重ねた結果、ハウジング内を流動する気体流を乱流状態とさせることにより例えば風速０．５ｍ／ｓｅｃ未満の低風速であっても安定した被捕集物質の捕集を行うことができることを見出し、本発明を発明するに至った。すなわち、本発明に係る捕集装置は、パッシブサンプラを用いて大気中の被捕集物質を捕集する捕集装置であって、前記パッシブサンプラを収容可能な空間を有し、該空間内に大気中の空気を流入可能な流入口及び前記空間内の空気が流出可能な流出口が形成されたハウジングと、前記流入口から前記空間内に空気を流入させると共に、その空気を前記流出口に向かって流動させ、前記空間内に気体流を発生させる流動手段と、前記気体流が流動する位置に前記パッシブサンプラを保持する保持手段とを備え、前記パッシブサンプラよりも上流側に前記気体流を乱流状態とさせる乱流発生手段を更に備えることを特徴とする。

このように、本発明に係る捕集装置によれば、ハウジング内を流動する気体流を乱流状態とさせる乱流発生手段を備えていることにより、例えば風速０．５ｍ／ｓｅｃ未満の低風速であっても、安定した被捕集物質の捕集を可能とすることができる。また、本発明に係る捕集装置によれば、ハウジング内を流動する気体流の風速を０．５ｍ／ｓｅｃ以上とする必要がないため、大型のファンやバッテリーを用いる必要がなく、また、ファンの回転速度を抑えることができ、これにより、低騒音で小型化及び軽量化が可能な捕集装置とすることができる。本発明において、乱流状態とは、流体の局所的な速度と圧力が不規則的にランダムに変動する流れの状態をいう。

本発明に係る捕集装置において、前記ハウジングは、前記空間の少なくとも一部を規定する筒状の内面を有し、前記乱流発生手段は、前記内面と交叉する方向に貫通する流入口を含むことが好ましい。

また、本発明に係る捕集装置において、前記乱流発生手段は、前記ハウジングの空間内に設けられ、前記流入口から流入された空気の流動方向を変更可能な変更部材を備えることが好ましい。

本発明に係る捕集方法は、上記捕集装置を用いて行なう被捕集物質の捕集方法であって、前記流動手段及び前記乱流発生手段によって前記空間内に乱流状態で流動する前記気体流を発生させて、該気体流に含まれている被捕集物質をパッシブサンプラに捕集させることを特徴とする。

本発明に係る濃度測定方法は、上記捕集方法により捕集された被捕集物質の濃度を測定する方法であって、分子拡散係数（Ｄ）の値、周囲の濃度（Ｃ）の値、拡散長（Ｌ）の値、及びパッシブサンプラの捕集面積（Ａ）の値に基づいて、（ＳＲ＝Ａ×Ｄ×Ｃ／Ｌ）式から総捕集速度（ＳＲ）を算出し、該総捕集速度（ＳＲ）の値と、パッシブサンプラにより捕集された被捕集物質の捕集量（Ｍ）の値及び捕集時間（ｔ）の値とに基づいて、（Ｃ´＝Ｍ／（ＳＲ×ｔ））式から大気中の被捕集物質の濃度（Ｃ´）を算出することを特徴とする。

本発明によれば、現場における風速の影響を排除し、安定した被捕集物質の捕集を可能とする被捕集物質の捕集装置であって、低騒音で小型化及び軽量化が可能な捕集装置並びにこれを用いる捕集方法及び濃度測定方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る捕集装置の概略構成を示す断面図である。第１実施形態に係る捕集装置をＡ方向から見た状態を示す側面図である。ハウジング内を流動する気体流を乱流状態とした場合における風速量に対する捕集量の変化を示すグラフである。ハウジング内を流動する気体流を層流状態とした場合における風速量に対する捕集量の変化を示すグラフである。本発明の第２実施形態に係る捕集装置の概略構成を示す断面図である。図５のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。本発明の第３実施形態に係る捕集装置の概略構成を示す断面図である。パッシブサンプラの捕集量と風速との関係を示すグラフである。気体流を層流状態で流動させる捕集装置の概略構成を示す断面図である。

次に、本発明の第１実施形態に係る捕集装置について、図面に基づいて説明する。第１実施形態に係る捕集装置１は、図１に示すように、パッシブサンプラ２を収容可能な空間１２を有し、空間１２内に大気中の空気を流入可能な水平流入口１４ａ及び傾斜流入口１４ｂ並びに空間１２内の空気が流出可能な流出口１６が形成されたハウジング１０と、水平流入口１４ａ及び傾斜流入口１４ｂから空間１２内に空気を流入させると共に、その空気を流出口１６に向かって流動させ、空間１２内に気体流を発生させる流動部２０と、気体流が流動する位置にパッシブサンプラ２を保持する保持部３０と、パッシブサンプラ２よりも上流側において気体流を乱流状態とさせる乱流発生部（傾斜流入口）１４ｂとを備えている。

ハウジング１０は、円筒状に形成されたハウジング本体１０ａと、ハウジング本体１０ａの上流側（図１中、左側）の開口を閉塞可能な蓋部材１０ｂとから構成されており、これらハウジング本体１０ａ及び蓋部材１０ｂの内面によって、パッシブサンプラ２を収容可能な空間１２が規定されている。第１実施形態に係る捕集装置１において、ハウジング１０は、日光などの遮光効果を持たせるために遮光性を有する構成とすることが好ましいが、これに限定されるものではない。

ハウジング本体１０ａは、パッシブサンプラ２を収納可能で、かつパッシブサンプラ２を収納した状態において、流動部２０によって発生された気体流が測定するのに十分に安定して流動可能な径と長さを有している。ハウジング本体１０ａの下流側（図１中、右側）は、開放されており、これにより、空間１２内の空気が流出可能な流出口１６を構成している。

蓋部材１０ｂは、ハウジング本体１０ａの軸に交わる面を有する円盤状に形成されており、ハウジング本体１０ａに対して脱着可能に構成されている。この蓋部材１０ｂには、上流側の面（図１中、左側の面）から下流側の面（図１中、右側の面）に亘って、ハウジング本体１０ａの軸方向に貫通する３つの水平流入口１４ａと、ハウジング本体１０ａの軸方向と交叉する方向、すなわち、ハウジング本体１０ａの内面と交叉する方向に貫通する３つの傾斜流入口１４ｂが形成されている。これら水平流入口１４ａ及び傾斜流入口１４ｂは、大気中の空気を空間１２内に流入可能な径を有しており、流動部２０の動作及び機能を阻害しないように構成されている。これら水平流入口１４ａ及び傾斜流入口１４ｂは、図２に示すように、蓋部材１０ｂの中心を中心とする同一円の円周上に等間隔をおいて連なって交互に形成されている。

流動部２０は、図１に示すように、ハウジング１０の流出口１６に設けられたファン２２と、ファン２２を駆動させるための電力を供給する電力源（図示せず）とを備えている。このファン２２は、その駆動により、水平流入口１４ａ及び傾斜流入口１４ｂから空間１２内に空気を流入させると共に、その空気を流出口１６に向かって一定の速度で流動させ、空間１２内に所定速度の気体流を発生させるように構成されている。ここで、ファン２２は、風速０．５ｍ／ｓｅｃ未満の気体流を発生可能なもので良く、比較的小型のものを用いることができる。また、電力源は、例えば乾電池等を用いることができ、低電力かつ小型なものを用いることができる。これらファン２２及び電力源は、所定速度の気体流を発生させるように構成されていれば、細かい流速制御を持つ必要はない。

保持部３０は、棒状に形成された支柱部３２と、パッシブサンプラ２の端部と嵌合可能な凹部３４とを備えている。この支柱部３２の上流側端部（図１中、左側）は、支柱部３２の中心軸がハウジング本体１０ａの中心軸と同軸となるように、蓋部材１０ｂの内面の中心位置に接続されており、支柱部３２の下流側端部（図１中、右側）には、下流側に開口が向くように凹部３４が設けられている。この保持部３０は、凹部３４にパッシブサンプラ２の端部を嵌合させることにより、パッシブサンプラ２の中心軸がハウジング本体１０ａの中心軸と同軸となるように、パッシブサンプラ２を保持可能に構成されている。また、保持部３０は、パッシブサンプラ２を保持した際に、パッシブサンプラ２がハウジング１０の空間１２内に収まるような長さを有している。

第１実施形態に係る捕集装置１において、傾斜流入口１４ｂは、ハウジング本体１０ａの軸方向と交叉する方向に貫通しているため、該傾斜流入口１４ｂを通過してハウジング１０内に流入する空気の流れをハウジング本体１０ａの軸方向と異ならせることができ、これにより、ハウジング１０内を流動する空気流の流れを乱し、乱流状態とすることができる。このように、第１実施形態に係る捕集装置１においては、傾斜流入口１４ｂが乱流発生部として機能する。

次に、第１実施形態に係る捕集装置１を用いて大気中の被捕集物質を捕集する方法と、この捕集方法により捕集された被捕集物質の捕集量から大気中の被捕集物質の濃度を算出する方法ついて、説明する。第１実施形態に係る捕集装置１を用いて大気中の被捕集物質を捕集するためには、まず、蓋部材１０ｂをハウジング本体１０ａから取り外した後、気密袋からパッシブサンプラ２を取り出し、パッシブサンプラ２の端部を保持部３０に保持させる。次に、パッシブサンプラ２がハウジング１０の空間１２内に位置するように、蓋部材１０ｂをハウジング本体１０ａに装着させる。その後、流動部２０の図示しない操作スイッチを操作してファン２２を駆動させ、空間１２内に一定速度の気体流を発生させる。この際、傾斜流入口１４ｂから流入した空気がハウジング１０内を流動する気体流の流れを乱し、ハウジング１０内の気体流が乱流状態となる。そして、パッシブサンプラ２の捕集面が被捕集物質を含有する気体流に曝され、移動拡散現象によりパッシブサンプラ２に被捕集物質が捕集される。所定の捕集時間経過後、ファン２２の駆動を停止させると共に、蓋部材１０ｂをハウジング本体１０ａから取り外し、パッシブサンプラ２を気密袋に回収する。その後、パッシブサンプラ２を測定室まで搬送すると共に、測定室において、周知の種々の方法により、パッシブサンプラ２に捕集された被捕集物質の捕集量Ｍを測定する。

第１実施形態に係る捕集装置１を用いて大気中の被捕集物質の濃度を算出するためには、まず、Ｆｉｃｋの拡散第１法則式（Ｊ＝Ｄ×Ｃ／Ｌ）から、使用したパッシブサンプラ２の被捕集物質に対する単位捕集速度Ｊを算出する。ここで、第１実施形態に係る捕集装置１は、パッシブサンプラ２が曝される気体流を強制的に一定の速度で発生させることにより、測定環境における風速の影響を排除し、拡散長Ｌ、すなわち、パッシブサンプラ２の導入口から捕集面までの長さの値を一定にすることができるため、Ｆｉｃｋの拡散第１法則式を精度良く反映させて単位捕集速度Ｊを算出することができる。ここで、Ｆｉｃｋの拡散第１法則式において、Ｄは被捕集物質の分子拡散係数を表し、Ｃは周囲の濃度を表し、Ｃ／Ｌは濃度勾配を意味する。

次に、Ｆｉｃｋの拡散第１法則式（Ｊ＝Ｄ×Ｃ／Ｌ）から求められた単位捕集速度Ｊの値と、パッシブサンプラ２の捕集面積Ａの値に基づいて、（ＳＲ＝Ａ×Ｄ×Ｃ／Ｌ）式から総捕集速度、すなわちサンプリングレートＳＲを算出する。このサンプリングレートＳＲは、パッシブサンプラのある特定の被捕集物質に対する固有捕集速度である。ここで、サンプリングレートＳＲの次元単位は、［μｇ／（ｐｐｍ×ｍｉｎ）］である。

次に、（ＳＲ＝Ａ×Ｄ×Ｃ／Ｌ）式から求められたサンプリングレートＳＲの値と、パッシブサンプラ２により実際に捕集された被捕集物質の捕集量Ｍの値と、捕集時間ｔの値とに基づいて、（Ｃ´＝Ｍ／（ＳＲ×ｔ））式から大気中の被捕集物質の濃度Ｃ´を算出する。

このように、第１実施形態に係る大気中の被捕集物質の濃度測定方法によれば、Ｆｉｃｋの拡散第１法則式（Ｊ＝Ｄ×Ｃ／Ｌ）を精度良く反映させ、（ＳＲ＝Ａ×Ｄ×Ｃ／Ｌ）式によりほぼ全ての拡散する被捕集物質のサンプリングレートＳＲを理論上推測することが可能となる。また、サンプリングレートＳＲの推測が可能となることにより、（Ｃ´＝Ｍ／（ＳＲ×ｔ））式により大気中の被捕集物質の濃度を正確に算出することができるため、精度の高い濃度測定を可能とすることができる。

以上のように構成された第１実施形態に係る捕集装置１によれば、ハウジング１０内を流動する気体流の風速が０．５ｍ／ｓｅｃ未満の低風速であったとしても、安定した被捕集物質の捕集を可能とすることができる。図３は、第１実施形態に係る捕集装置１を用いた場合、すなわち、ハウジング１０内を流動する気体流を乱流状態とした場合における、トルエン及びエチルベンゼンの風速量に対する捕集量の変化を示すグラフである。図３から明らかであるように、第１実施形態に係る捕集装置１によれば、ハウジング１０内を流動する気体流の風速が０．０５〜０．４ｍ／ｓｅｃの低風速において、風速に応じた捕集量があまり変わっていないこと、すなわち、被捕集物質の捕集が安定していることがわかる。一方、ハウジング１０の蓋部材１０ｂを取り外してハウジング本体１０ａの上流側の開口を開放させた場合、すなわち、ハウジング１０内を流動する気体流を層流状態とした場合における風速量に対する捕集量の変化を示すグラフを図４に示す。図４から明らかであるように、ハウジング１０内を流動する気体流を層流状態とした場合には、ハウジング１０内を流動する気体流の風速が０．０５〜０．４ｍ／ｓｅｃの低風速では風速に応じた捕集量が著しく変動していること、すなわち、被捕集物質の捕集が安定していないことがわかる。この図４に示した測定結果は、環境試験装置内での定常環境試験の結果、すなわち、図８に示したパッシブサンプラの捕集量と風速との関係を示すグラフ（風速影響特性）の結果と整合するものであった。ここで、図３及び図４における縦軸、すなわち、強制的に風速を発生させた環境下におけるパッシブサンプラの捕集量は、基準を明確にするために、ポンプを用いて捕集を行なうアクティブ法によって得られた捕集量との比（第１実施形態の捕集方法による捕集量／アクティブ法による捕集量）によって表してある。

以上のように、第１実施形態に係る捕集装置１によれば、現場における風速の影響を排除することが可能となり、これにより、一般的に簡易法として知られているパッシブサンプリングを、ポンプを用いて捕集を行なう一般的なアクティブサンプリングに相当する精度に高めることができる。また、第１実施形態に係る捕集装置１は、現場における風速の影響を排除することが可能であるため、拡散長Ｌを一般的なパッシブサンプラのように意図的に長くする必要がなく、これにより、拡散長Ｌを極端に短くし、捕集速度を限りなく高めたパッシブサンプラを作成し、用いる事ができる。さらに、第１実施形態に係る捕集装置１によれば、ハウジング１０内を流動する気体流の風速を０．５ｍ／ｓｅｃ以上とする必要がないため、大型のファンやバッテリーを用いる必要がなく、また、ファンの回転速度を抑えることができ、これにより、低騒音で小型化及び軽量化が可能な捕集装置とすることができる。

また、第１実施形態に係る捕集装置１は、乾電池駆動のファン２２によりハウジング１０内に気体流を発生させるという簡単な構造の装置であるため、電源の確保が困難な場所においても使用することができ、また、例えば高速道路、生産工場などの被捕集物質発生源からの拡散調査など、測定箇所を多数設定する調査手法において、コストを掛けずに実施することができる。

第１実施形態に係る捕集装置１において、水平流入口１４ａ及び傾斜流入口１４ｂは、それぞれ３つずつ形成され、蓋部材１０ｂの中心を中心とする同一円の円周上に等間隔をおいて連なって交互に形成されているとしたが、これに限定されず、ハウジング１０内を流動する気体流を乱流状態とすることができる構成であれば良く、傾斜流入口１４ｂが少なくとも１つ形成されていれば良い。

次に、本発明に係る捕集装置の第２実施形態に係る捕集装置１００について、図５及び図６を用いて説明する。なお、第２実施形態に係る捕集装置１００の構成を示す図５及び図６において、第１実施形態に係る捕集装置１と同様の符号を付した構成は、第１実施形態に係る捕集装置１の構成と同様であるため、その説明を省略する。また、第２実施形態に係る捕集装置１００を用いて行う捕集方法及び濃度測定方法は、第１実施形態に係る捕集装置１を用いて行う捕集方法及び濃度測定方法と同様であるため、その説明を省略する。

第２実施形態に係る捕集装置１００は、図５に示すように、内部に空間１１２を有するハウジング１１０と、空間１１２内に所定速度の気体流を発生させる流動部２０と、気体流が流動する位置にパッシブサンプラ２を保持する保持部３０と、パッシブサンプラ２よりも上流側において気体流を乱流状態とさせる乱流発生部１１３とを備えている。

ハウジング１１０は、円筒状に形成されたハウジング本体１１０ａと、ハウジング本体１１０ａの上流側（図５中、左側）の開口を閉塞可能な蓋部材１１０ｂとから構成されている。第２実施形態に係る捕集装置１００において、ハウジング１１０は、第１実施形態に係る捕集装置１のハウジング１０と同様に遮光性を有することが好ましい。

ハウジング本体１１０ａは、パッシブサンプラ２を収納可能で、かつパッシブサンプラ２を収納した状態において、流動部２０によって発生された気体流が測定するのに十分に安定して流動可能な径と長さを有している。ハウジング本体１１０ａの下流側（図５中、右側）は、開放されており、これにより、空間１２内の空気が流出可能な流出口１６を構成している。ハウジング本体１１０ａの上流側の端部及びその近傍１１１ａは、ハウジング本体１１０ａの他の部分よりも外径が小さくなるように肉薄に形成されており、後述する蓋部材１１０ｂの開口端部及びその近傍１１１ｂ内に挿入可能に構成されている。

蓋部材１１０ｂは、ハウジング本体１１０ａと概ね同径の円筒状に形成されており、その内部がハウジング本体１１０ａの軸に交わる面１１７によって区切られることにより、蓋部材１１０ｂの軸に水平な方向の断面の形状が略エ字状となるように形成されている。蓋部材１１０ｂの下流側の開口端部及びその近傍１１１ｂは、蓋部材１１０ｂの他の部分よりも内径が大きくなるように肉薄に形成されており、ハウジング本体１１０ａの上流側の端部及びその近傍１１１ａとインロー構造によって着脱可能に構成されている。蓋部材１１０ｂの周面には、図６に示すように、径方向の外側の面から内側の面に亘って、ハウジング本体１１０ａの軸方向と交叉する方向、すなわち、ハウジング本体１１０ａの内面と交叉する方向に貫通する３つの流入口１１４が形成されている。これら流入口１１４は、ハウジング本体１１０ａの軸と直交する断面において、それぞれ、これら流入口１１４の各中心軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３がハウジング本体１１０ａの中心軸Ｘ４と直交しないように、周方向に位置をずらして形成されている。流入口１１４は、大気中の空気を空間１１２内に流入可能な径を有しており、流動部２０の動作及び機能を阻害しないように構成されている。

保持部３０は、第１実施形態に係る捕集装置１の保持部３０と同様に、支柱部１３２と、凹部３４とを備えている。支柱部１３２の上流側の端部及びその近傍には、乱流発生部１１３の後述する螺旋気流発生部１１５の孔に形成されたねじ１１５ａと螺合可能なねじ切り部１３２ａが形成されている。この支柱部１３２は、その上流側の端部にビス１１８のねじ切り部１１８ａが螺入可能なねじが形成された凹部１３２ｂが形成されており、ビス１１８による締結力によって、蓋部材１１０ｂの面１１７に垂直に立設されている。

乱流発生部１１３は、蓋部材１１０ｂの周面に形成された流入口１１４と、ハウジング１１０の内部において流入口１１４と整合する位置に設けられ、流入口１１４から流入された空気の流動方向を変更可能な変更部材１１５とから構成されている。変更部材１１５は、ハウジング１１０の下流側に向けて先細りとなる円錐台形状に形成されており、その上面から底面に亘って支持部１３２のねじ切り部１３２ａが螺合かつ貫通可能なねじ孔１１５ａが形成されている。この変更部材１１５は、ねじ孔１１５ａが支持部１３２のねじ切り部１３２ａと螺合することによって支持部１３２の周面上に支持されており、ハウジング１１０の周方向に湾曲する曲面１１５ｂが流入口１１４と対向する位置に設けられている。このように構成された乱流発生部１１３によれば、流入口１１４から流入した空気を変更部材１１５の曲面１１５ｂに沿って流動させることにより、ハウジング１１０内に螺旋気流を発生させることができ、ハウジング１１０内を流動する気体流を乱流状態にさせることができる。特に、第２実施形態における乱流発生部１１３によれば、流入口１１４の中心軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３がハウジング本体１１０ａの中心軸Ｘ４と直交しないように周方向に位置をずらして形成されているため、効率良く螺旋気流を発生させることができる。

第２実施形態に係る捕集装置１００において、乱流発生部１１３は、流入口１１４と、変更部材１１５とから構成されているとしたが、これに限定されず、蓋部材１１０ｂの周面に形成された流入口１１４のみからなるとしても良い。また、第２実施形態に係る捕集装置１００において、流入口１１４は、３つ形成され、その中心軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３がハウジング本体１１０ａの中心軸Ｘ４と直交しないように周方向に位置をずらして形成されているとしたが、これに限定されず、流入口１１４は少なくとも１つ形成されていれば良く、また、流入口１１４が形成される位置も特に限定されるものではない。

次に、本発明に係る捕集装置の第３実施形態に係る捕集装置２００について、図７を用いて説明する。第３実施形態に係る捕集装置２００は、第１実施形態に係る捕集装置１の３つの傾斜流入口を水平流入口とする代わりに、水平流入口から流入された空気の流動方向を変更可能な板状の変更部材（乱流発生部）２１５を設けたものである。以下、第１実施形態に係る捕集装置１と共通する構成、すなわち、図１と図７とで同一の符号が付された構成については、その説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。また、第３実施形態に係る捕集装置２００を用いて行う捕集方法及び濃度測定方法は、第１実施形態に係る捕集装置１を用いて行う捕集方法及び濃度測定方法と同様であるため、その説明を省略する。

第３実施形態に係る捕集装置２００は、図７に示すように、内部に空間１２を有するハウジング２１０と、空間１２内に所定速度の気体流を発生させる流動部２０と、気体流が流動する位置にパッシブサンプラ２を保持する保持部３０と、パッシブサンプラ２よりも上流側において気体流を乱流状態とさせる乱流発生部２１５とを備えている。

ハウジング２１０は、円筒状に形成されたハウジング本体１０ａと、ハウジング本体１０ａの上流側（図７中、左側）の開口を閉塞可能な蓋部材２１０ｂとから構成されている。蓋部材２１０ｂは、ハウジング本体１０ａの軸に交わる面を有する円盤状に形成されており、ハウジング本体１０ａに対して脱着可能に構成されている。この蓋部材２１０ｂには、上流側の面（図７中、左側の面）から下流側の面（図７中、右側の面）に亘って、ハウジング本体１０ａの軸方向に貫通する水平流入口２１４が形成されている。この水平流入口２１４は、大気中の空気を空間１２内に流入可能な径を有する多孔状、すなわち蓋部材２１０ｂの中心を中心とする同一円の円周上に等間隔をおいて連なって形成された複数のオリフィスから構成されている（図２参照）。

乱流発生部２１５は、板状に形成された複数の妨害板から構成されており、その一面が水平流入口２１４と対向するように、ハウジング本体１０ａの内面に垂直に立設されている。このような乱流発生部２１５によれば、水平流入口２１４から流入した空気の流れを乱し、ハウジング１１０内を流動する気体流を乱流状態にさせることができる。

第３実施形態に係る捕集装置２００において、乱流発生部２１５は、複数の板状の変更部材から構成されるとしたが、これに限定されず、ハウジングの流入口から流入された空気の流動方向を変更可能なもの、すなわち、流入口から流入した空気の流れを乱して気体流を乱流状態とすることができるものであればいかなるものであっても良く、例えば、空気の流れを阻害可能な程度に目の粗い濾紙、不織布及び金属網等、種々の構成を採用することができる。また、第３実施形態に係る捕集装置２００において、流入口は、複数の水平流入口からなるとしたが、これに限定されず、大気中の空気をハウジング２１０内に流入可能な構成であればいかなる構成であっても良く、例えば、１つの水平流入口又は１つ若しくは複数の傾斜流入口からなるとしても良いし、１以上の水平流入口及び１以上の傾斜流入口からなるとしても良い。

本発明に係る捕集装置は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内において種々の改変を行なうことができる。例えば、第１乃至第３実施形態に係る捕集装置の説明において、パッシブサンプラ２は、チューブ型のパッシブサンプラを用いて説明したが、これに限定されず、種々のパッシブサンプラを用いることができ、また、第１乃至第３実施形態に係る捕集装置１、１００、２００は、使用するパッシブサンプラの種類及び形状に応じて種々の改変を行なうことができる。

また、第１乃至第３実施形態に係る捕集装置１、１００、２００において、ハウジングは、円筒状のハウジング本体と、蓋部材とから構成されるとしたが、これに限定されず、内部に空間を有し、該空間内に大気中の空気を流入可能な流入口及び空間内の空気が流出可能な流出口が形成されたものであれば、いかなる構成及び形状を有していても良い。

さらに、第１乃至第３実施形態に係る捕集装置１、１００、２００において、流動部２０は、ファン２２と、電力源とから構成されるとしたが、これに限定されず、ハウジングの流入口から空間内に空気を流入させると共に、その空気を流出口に向かって一定の速度で流動させ、空間内に所定速度の気体流を発生させるものであれば、いかなる構成及び形状を有していても良い。

１捕集装置、１０ハウジング、１２空間、１４ａ水平流入口、１４ｂ傾斜流入口（乱流発生部）、１６流出部、２０流動部、３０保持部

Claims

パッシブサンプラを用いて大気中の被捕集物質を捕集する捕集装置であって、
前記パッシブサンプラを収容可能な空間を有し、該空間内に大気中の空気を流入可能な流入口及び前記空間内の空気が流出可能な流出口が形成されたハウジングと、
前記流入口から前記空間内に空気を流入させると共に、その空気を前記流出口に向かって流動させ、前記空間内に気体流を発生させる流動手段と、
前記気体流が流動する位置に前記パッシブサンプラを保持する保持手段と、
前記パッシブサンプラよりも上流側において前記気体流を乱流状態とさせる乱流発生手段と
を備え、
前記ハウジングは、前記空間の少なくとも一部を規定する筒状の内面を有するハウジング本体と、該ハウジング本体の上流側の開口を閉塞可能な蓋部材とを備え、
前記流入口は、前記ハウジング本体の前記内面と交叉する方向に貫通するよう前記蓋部材に形成された少なくとも１つの傾斜流入口を有し、
前記乱流発生手段は、前記傾斜流入口を含む
ことを特徴とする捕集装置。
パッシブサンプラを用いて大気中の被捕集物質を捕集する捕集装置であって、
前記パッシブサンプラを収容可能な空間を有し、該空間内に大気中の空気を流入可能な流入口及び前記空間内の空気が流出可能な流出口が形成されたハウジングと、
前記流入口から前記空間内に空気を流入させると共に、その空気を前記流出口に向かって流動させ、前記空間内に気体流を発生させる流動手段と、
前記気体流が流動する位置に前記パッシブサンプラを保持する保持手段と、
前記パッシブサンプラよりも上流側において前記気体流を乱流状態とさせる乱流発生手段と
を備え、
前記ハウジングは、前記空間の少なくとも一部を規定する筒状の内面を有するハウジング本体と、該ハウジング本体の上流側の開口を閉塞可能な蓋部材とを備え、
前記流入口は、前記ハウジング本体の前記内面と交叉する方向に貫通するよう前記ハウジングの周面に形成された少なくとも１つの流入口を有し、
前記乱流発生手段は、前記ハウジングの周面に形成された前記流入口を含む
ことを特徴とする捕集装置。
前記ハウジングの周面に形成された前記流入口は、複数形成されており、
前記複数の流入口は、前記ハウジング本体の軸と直交する断面において、各流入口の中心軸が前記ハウジング本体の中心軸と直交しないよう、周方向に位置をずらして形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の捕集装置。
前記乱流発生手段は、前記ハウジングの内部における前記ハウジングの周面に形成された前記流入口と整合する位置に設けられ、該流入口から流入された空気の流動方向を変更可能な変更部材を更に備え、
前記変更部材は、前記ハウジングの下流側に向けて先細りとなり、かつ、周方向に湾曲する曲面を有している
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の捕集装置。
パッシブサンプラを用いて大気中の被捕集物質を捕集する捕集装置であって、
前記パッシブサンプラを収容可能な空間を有し、該空間内に大気中の空気を流入可能な流入口及び前記空間内の空気が流出可能な流出口が形成されたハウジングと、
前記流入口から前記空間内に空気を流入させると共に、その空気を前記流出口に向かって流動させ、前記空間内に気体流を発生させる流動手段と、
前記気体流が流動する位置に前記パッシブサンプラを保持する保持手段と、
前記パッシブサンプラよりも上流側において前記気体流を乱流状態とさせる乱流発生手段と
を備え、
前記ハウジングは、前記空間の少なくとも一部を規定する筒状の内面を有するハウジング本体と、該ハウジング本体の上流側の開口を閉塞可能な蓋部材とを備え、
前記流入口は、前記蓋部材に形成されており、
前記乱流発生手段は、前記ハウジングの前記空間内に設けられ、前記流入口から流入された空気の流動方向を変更可能な変更部材を備える
ことを特徴とする捕集装置。
前記変更部材は、前記流入口と対向するよう前記ハウジングの前記空間内に設けられた妨害板である
ことを特徴とする請求項５に記載の捕集装置。
請求項１乃至６いずれか１項に記載の捕集装置を用いて行なう大気中の被捕集物質の捕集方法であって、
前記流動手段及び前記乱流発生手段によって前記空間内に乱流状態で流動する前記気体流を発生させて、該気体流に含まれている被捕集物質をパッシブサンプラに捕集させる
ことを特徴とする捕集方法。
請求項７に記載の捕集方法により捕集された被捕集物質の濃度を測定する方法であって、
分子拡散係数（Ｄ）の値、周囲の濃度（Ｃ）の値、拡散長（Ｌ）の値、及びパッシブサンプラの捕集面積（Ａ）の値に基づいて、（ＳＲ＝Ａ×Ｄ×Ｃ／Ｌ）式から総捕集速度（ＳＲ）を算出し、
該総捕集速度（ＳＲ）の値と、パッシブサンプラにより捕集された被捕集物質の捕集量（Ｍ）の値及び捕集時間（ｔ）の値とに基づいて、（Ｃ´＝Ｍ／（ＳＲ×ｔ））式から大気中の被捕集物質の濃度（Ｃ´）を算出することを特徴とする濃度測定方法。