JP7265294B2 - ガス環境中の有機化合物をモニタリングするためのシステム、機器及び方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2016年4月15日に出願された米国仮出願第62/322,980号の優先権を主張し、それ全体を参照により本明細書中に取り込む。
一般に、大気又は他の環境下での揮発性有機化合物(VOC)を含む有機化合物の測定は、大きく(最小で約2フィートx 2フィートx 2フィート)、高価で($25k~500kの範囲)、そしてクロマトグラフィー用の消費可能ガス、例えば、高純度ヘリウム、水素及び/又は窒素シリンダを必要とする計器を必要とする。科学の進歩、健康スクリーニング、環境モニタリング及び規制政策はこれらの制約及びそのコストによって大きく制限され、開発途上国又は恵まれない地域社会においてはさらになおさらである。現在の測定ツールは、現場での大型ガスクロマトグラフ及び/又は質量分析計の設置(及び訓練を受けた専門家による操作)を必要とするか、又は、1フィートのガスキャニスターで空気サンプルを捕捉して、次いで、実験室で分析するために(さらには海洋間の距離で)輸送する必要があり、その測定値は、凝縮及びその壁への吸着により、キャニスタから回収できるものによって限定される。
1つの態様において、本発明は、ガス混合物を分析するためのシステムであって、
フィルタ、トラップ、クロマトグラフィーカラム、ディテクタ及びポンプを含み、前記トラップ及び前記ポンプは流体連通されて、第一のガスフローパスを形成し、前記フィルタ、前記トラップ、前記クロマトグラフィーカラム、前記ディテクタ及び前記ポンプは流体連通されて、第二のガスフローパスを形成する、システムに関する。1つの実施形態において、ディテクタ及びポンプは流体連通されて、第三のガスフローパスを形成する。別の実施形態において、クロマトグラフィーカラムは、気体-固体吸着クロマトグラフィーカラムである。別の実施形態において、クロマトグラフィーカラムは気体-液体ガスクロマトグラフィーカラムである。別の実施形態において、トラップは吸着材料をさらに含む。別の実施形態において、フィルタは活性炭フィルタである。別の実施形態において、ディテクタは、光イオン化ディテクタ、質量分析計、分光光度計及び熱伝導率ディテクタからなる群より選ばれる。別の実施形態において、ディテクタは光イオン化ディテクタである。別の実施形態において、ポンプは負圧を提供する。別の実施形態において、システムは、ハウジングをさらに含む。別の実施形態において、ハウジングは216立方インチ以下である。
本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むと、よりよく理解されるであろう。本発明を例示する目的のために、図面には現在好ましい実施形態が示されている。しかしながら、本発明は、図面に示された実施形態の正確な配置及び手段に限定されないことを理解されたい。
本発明は、ガス環境中の有機化合物を濃縮、同定及び定量化するためのシステムに関する。本発明は、特に、ガス環境中の有機化合物を濃縮、同定及び定量化するための、空間、時間及びコスト効率の良いデバイスであるマイクロモニター機器に関する。本発明はさらに、圧縮された事前にボトル詰めされた精製されたキャリアガスを必要とせずに、ガス環境中の有機化合物を同定及び定量化するためのガスクロマトグラフィーを中心とする方法に関する。
本発明の明確な理解に関連する要素を例示するために、本発明の図面及び説明は簡略化されており、一方、明確にするために、ガスクロマトグラフィー、ガスストリーム精製、有機化合物の吸着/脱着及び/又は捕捉、有機化合物の検出、ガスポンプ、クロマトグラフィーシステムの較正などに関連して当該技術分野で見られる他の要素を排除している。当業者であれば、本発明を実施する上で他の要素及び/又は工程が望ましい及び/又は必要であることを認識することができる。本明細書の開示は、当業者に知られているそのような要素及び方法に対するそのようなすべての変更及び修正を対象とする。
ここで図面を詳細に参照すると、いくつかの図を通して同様の参照番号は同様の部品又は要素を示し、様々な実施形態において、ガス環境中の有機化合物を同定及び定量化するためのシステム又は機器及び方法は本明細書中に提示される。
以下の実験例を参照して本発明をさらに詳細に説明する。これらの実施例は、例示のみを目的として提供されており、特記しない限り、限定することを意図するものではない。したがって、本発明は、以下の実施例に限定されるものと決して解釈されるべきではなく、むしろ、本明細書で提供される教示の結果として明らかになるいかなるそして全ての変更を包含すると解釈されるべきである。
図11Aに示すように、本発明のシステムを使用して、空気/アセトン混合物中のアセトンを検出した。最初に、サンプルインレットを空気中のアセトンのパルスに暴露した。このシステムは、約10分間、吸着材料の冷却床にアセトンをトラップしそして濃縮させた。約10分後に、吸着床ヒータに通電して約60℃/分の温度勾配増加を与えた。約30秒後に、光イオン化ディテクタの出力にピークが検出された。
図11Bに示すように、本発明のシステムを使用して、ガスクロマトグラフィー法においてキャリアガスとして空気を用いてイソペンタン及びアセトンを分離しそして検出した。連続運転の20時間後に実行された3回の運転を含む、分離方法の6回の別々の運転は、時間の経過にわたって分離及び再現性の高い有効性を実証した。
図12Aに示すように、本発明のシステムを、外部圧力又は真空なしで付加的な装置なしで、完全自動デバイスのトラップモード及び運転モードで使用した。この図は、PIDセンサ出力、トラップ温度及びY軸に沿ったオーブン温度及びX軸に沿った運転時間の「クロマトグラム」を示す。単環芳香族化合物の分析標準混合物を気相からサンプリングし、トラップし、保持し、次いでカラムに注入し、そこで自動温度プログラムで真空下に分離し、次いでPIDで測定した。示されている化合物は、科学、規制及び商業コミュニティで高い関心を集めている一般的で難しいBTEX化合物を含む。測定されそして標識化される具体的な検体はベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、m-キシレン及びp-キシレン、o-キシレン、1,2,4-トリメチルベンゼン、1,3,5-トリメチルベンゼン及び1,2,4,5-テトラメチルベンゼンである。
図12Bに示すように、クロマトグラム及びクロマトグラムの集束部分が示され、図12Aに記載されているようなデバイス自体のみを使用して収集された室内空気サンプルの20分間のトラップ及び脱着の結果が示されている。示されたピークは、微量の濃度(例えば、ppb又はppt)で室内に存在するすべての揮発性有機化合物である。グラフ及びそのサブプロットは、分解されたピークの量、狭いピークが多量に存在すること、優れたピーク形状及びピーク間の分解能を示すために、クロマトグラムの一部を拡大表示している。
本開示は以下も包含する。
[1] フィルタ、
トラップ、
クロマトグラフィーカラム、
ディテクタ、及び、
ポンプ
を含む、ガス混合物を分析するためのシステムであって、
前記トラップ及び前記ポンプを流体連通して、第一のガス流路を形成し、
前記フィルタ、前記トラップ、前記クロマトグラフィーカラム、前記ディテクタ及び前記ポンプを流体連通して、第二のガス流路を形成する、システム。
[2] 前記ディテクタ及び前記ポンプを流体連通して、第三のガス流路を形成する、上記態様1記載のシステム。
[3] 前記クロマトグラフィーカラムは気体-固体吸着クロマトグラフィーカラム及び気体-液体ガスクロマトグラフィーカラムからなる群より選ばれる、上記態様1記載のシステム。
[4] 前記トラップは吸着材料をさらに含む、上記態様1記載のシステム。
[5] 前記フィルタは活性炭フィルタである、上記態様1記載のシステム。
[6] 前記ディテクタは光イオン化ディテクタ、質量分析計、分光光度計及び熱伝導率ディテクタからなる群より選ばれる、上記態様1記載のシステム。
[7] 前記ディテクタは光イオン化ディテクタである、上記態様1記載のシステム。
[8] 前記ポンプは負圧を提供する、上記態様1記載のシステム。
[9] ハウジングをさらに含む、上記態様1記載のシステム。
[10] 前記ハウジングは216立方インチ以下である、上記態様9記載のシステム。
[11] 前記システムはppt(1兆分率)の感度で化合物を検出することができる、上記態様1記載のシステム。
[12] ガス混合物中の少なくとも1つの化合物を分析する方法であって、前記方法は、
トラップを通るように前記ガス混合物のフローを指向させて、少なくともある量の化合物を濃縮すること、
フィルタを通るようにガス混合物のフローを再指向させて、ろ過されたガスフローをトラップに提供すること、
前記ろ過されたガスフロー中に、少なくともある量の濃縮された化合物を解放すること、及び、
少なくともある量の解放された濃縮された化合物を分析すること、
を含み、
前記トラップを通るガス混合物のフローの方向は、前記トラップを通るろ過されたガスのフローの方向とは反対である、方法。
[13] 前記少なくとも1つの化合物は少なくとも1つの有機化合物を含む、上記態様12記載の方法。
[14] 前記少なくとも1つの有機化合物は少なくとも1つの揮発性有機化合物を含む、上記態様13記載の方法。
[15] 少なくともある量の解放された濃縮された化合物の分析は、解放された濃縮された化合物の少なくともある量をガスクロマトグラフィーカラムを通過させることを含む、上記態様12記載の方法。
[16] 前記ガスクロマトグラフィーカラムは気体-固体吸着クロマトグラフィーカラム及び気体-液体ガスクロマトグラフィーカラムからなる群より選ばれる、上記態様15記載の方法。
[17] 少なくともある量の解放された濃縮された化合物の分析は光イオン化、質量分析法、分光光度法及び熱伝導からなる群より選ばれる方法によって有機化合物を同定することを含む、上記態様12記載の方法。
[18] 前記化合物を定量化することをさらに含む、上記態様17記載の方法。
[19] 前記ガス混合物は環境ガス混合物である、上記態様12記載の方法。
[20] 前記ガス混合物は呼気ガス、又は、ヒト対象に由来する別のガスを含む、上記態様12記載の方法。
[21] 前記ガス混合物は空気である、上記態様12記載の方法。
Claims (18)
- フィルタ、
フロー絞り器、
トラップ、
クロマトグラフィーカラム、
ディテクタ、及び、
ポンプ
を含む、ガス混合物を分析するためのシステムであって、
前記トラップ及び前記ポンプは、前記トラップの下流に位置する前記ポンプで第一のガス流路を形成するように流体連通可能であり、
前記フィルタ、前記フロー絞り器、前記トラップ、前記クロマトグラフィーカラム、前記ディテクタ及び前記ポンプは、前記フィルタ、前記トラップ、前記クロマトグラフィーカラム、及び前記ディテクタの下流に位置する前記ポンプで第二のガス流路を形成するように流体連通可能であり、前記フロー絞り器は、前記トラップ、前記クロマトグラフィーカラム、前記ディテクタ及び前記ポンプの上流に位置しており、
前記フロー絞り器は前記第二のガス流路のみに位置している、システム。 - 前記トラップ及び前記クロマトグラフィーカラムに流体連通していないフィルタ、前記ディテクタ及び前記ポンプが、第三のガス流路を形成するように流体連通可能である、請求項1記載のシステム。
- 前記クロマトグラフィーカラムは気体-固体吸着クロマトグラフィーカラム及び気体-液体ガスクロマトグラフィーカラムからなる群より選ばれる、請求項1記載のシステム。
- 前記トラップは吸着材料をさらに含む、請求項1記載のシステム。
- 前記フィルタは活性炭フィルタである、請求項1記載のシステム。
- 前記ディテクタは光イオン化ディテクタ、質量分析計、分光光度計及び熱伝導率ディテクタからなる群より選ばれる、請求項1記載のシステム。
- 前記ディテクタは光イオン化ディテクタである、請求項1記載のシステム。
- 前記ポンプは前記第一のガス流路及び前記第二のガス流路に負圧を提供する、請求項1記載のシステム。
- ハウジングをさらに含む、請求項1記載のシステム。
- 前記ハウジングは216立方インチ以下である、請求項9記載のシステム。
- 前記システムはppt(1兆分率)の感度で化合物を検出することができる、請求項1記載のシステム。
- ガス混合物中の少なくとも1つの化合物を分析する方法であって、前記方法は、
トラップの下流に位置するポンプを用いて、前記トラップを通るように前記ガス混合物のフローを指向させて、少なくともある量の化合物を濃縮すること、
フィルタの下流に位置する前記ポンプを用いて、前記フィルタ、及び前記フィルタの下流のフロー絞り器を通るようにガス混合物のフローを再指向させて、ろ過されたガスフローをトラップに提供すること、
前記ろ過されたガスフロー中に、少なくともある量の濃縮された化合物を解放すること、及び、
少なくともある量の解放された濃縮された化合物を分析すること、
を含み、
前記トラップを通るガス混合物のフローの方向は、前記トラップを通るろ過されたガスのフローの方向とは反対である、方法。 - 前記少なくとも1つの化合物は少なくとも1つの有機化合物を含む、請求項12記載の方法。
- 前記少なくとも1つの有機化合物は少なくとも1つの揮発性有機化合物を含む、請求項13記載の方法。
- 少なくともある量の解放された濃縮された化合物の分析は、解放された濃縮された化合物の少なくともある量をガスクロマトグラフィーカラムを通過させることを含む、請求項12記載の方法。
- 前記ガスクロマトグラフィーカラムは気体-固体吸着クロマトグラフィーカラム及び気体-液体ガスクロマトグラフィーカラムからなる群より選ばれる、請求項15記載の方法。
- 少なくともある量の解放された濃縮された化合物の分析は光イオン化、質量分析法、分光光度法及び熱伝導率ディテクタを用いる方法からなる群より選ばれる方法によって有機化合物を同定することを含む、請求項12記載の方法。
- 前記化合物を定量化することをさらに含む、請求項17記載の方法。
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