JPH03142337A

JPH03142337A - 水中の微量物質捕集装置

Info

Publication number: JPH03142337A
Application number: JP1280149A
Authority: JP
Inventors: Hideharu Kimura; 英晴木村; Sakae Miyamoto; 栄宮本
Original assignee: MIYAMOTO RIKEN KOGYO KK
Current assignee: MIYAMOTO RIKEN KOGYO KK
Priority date: 1989-10-28
Filing date: 1989-10-28
Publication date: 1991-06-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野この発明は水中の微量物質捕集装置に関し、更に具体的
には水中の異臭味（例えば、ＭＩＢ、ボルネオール、ジ
オスミン等）の超微量分析をするためにガスクロマトグ
ラフに導入できるように異臭味を水中から追い出して濃
縮摘果させる捕集装置に関するものである。

（ロ）従来の技術及び発明が解決しようとする課題この種の水中の微量物質捕集装置は、例えば窒素ガスボ
ンベ、窒素バッグ、流量計、窒素ガス中の不純物除去管
、試料水を収容したばっ気管、捕集管及び真空ポンプを
この順序に接続して基本的に構成され、予め窒素ガスを
窒素ガスボンベから窒素バッグ中へ導いて、所望の圧力
に凋整し、しかる後、真空ポンプを作動させてばっ気管
中の試料水をばっ気し、水中の異臭味を追い出して捕集
管に捕集されるよう構成されている。

つまりこの捕集装置においては、真空（減圧）ポンプ及
び窒素ガスバッグが必要であると共に、経路（又は系）
内全体をその減圧に対応して大気の浸入を許さないよう
に構成する必要があり、高価で、かつ構成が繁雑である
という問題があった。

（ハ）課題を解決するための手段及び作用この発明は、
試料水を収容するパージ管と、不活性ガス供給源と、こ
の不活性ガス洪給源か４不活性ガスをパージ管の底部へ
導入するための不活性ガス導入管と、捕集管と、この捕
集管の入口とパージ管の上部との間に、捕集管とは切り
離し可能に接続された連結管と、捕集管の出口に切り離
し可能に接続され、捕集管を出たガスを大気中に排出す
る排気管とを備え、更に上記連結管には、不活性ガス源
からパーツ管への不活性ガスの導入を停止するときにの
み導通し、大気又は不活性ガスを連結管に導入しうる分
岐管を付設してなる水中の微量物質捕集装置である。

すなわち、この発明は、不活性ガス（源）の圧力を利用
して、試料水の、ばっ気を行うと共に試料水から追い出
された異臭味と不活性ガスとを捕集管へ導こうとするし
のである。

ところかこのように不活性ガス（源）の圧力を利用して
異臭味のガスを不活性ガスと共に経路内を移動させると
、その不活性ガス供給停止時には経路内が部分的に圧力
が低くＧっで（バックプレッシャー）その低い経路内の
一部（例えば、接続バルブ、切換バルブ、流量計はど）
に試料水が浸入するおそれがあった。この発明において
は、この試料水の浸入を防止するため、連結管に分岐管
を設け、経路内に大気又は不活性ガスを導入できるよう
にし、試料水か経路内に侵入しないようにしている。

この分岐管としては、開口端に不活性ガスバッグを装着
し、途中に開閉弁を備えたしの、又はその不活性ガスバ
ッグに代えてその開口端を大気中に開放したしの、更に
実施例のごとく上記開閉弁を３方電磁弁に代え、分岐す
る２つのボートのうち、１つのボートを閉塞し、他のボ
ートを不活性ガスバッグか大気に開放させ、この２つの
ボートを切換使用できるようにしてもよい。

更にこの発明においては、パージ管と捕集管との間に、
不活性ガス及び異臭味ガス中の水蒸気分を除去するため
のトラップを設けるのが捕集効率を上げる上で好ましい
。

（ニ）実施例以下、図に示す実施例に基づいてこの発明を上述する。

なお、これによってこの発明が限定されるものではない
。

第１図（Ｉ）（ＩＩ）において、Ｈは水中の異臭味の超
微量分析用前処理装置であり、試料の水中から目的成分
を追い出し捕集する捕集装置としてのパージ・トラップ
部Ｐと、このパージ・トラップ部の捕集管７を加熱して
、ガスクロマトグラフに導入する加熱導入部Ｋから成り
立ってる。パージ・トラップ部Ｐは、試料水を窒素ガス
で、ばっ気して異臭味、つまり揮発性有機物を水か与追
い出し、捕集管（捕集剤）７に捕集させるしのであり、
加熱導入部には捕集管７を急速加熱して、測定対象物質
を速やかにガスクロマトグラフに導入させろものである
。

さて、パージ・トラップ部Ｐは、第１図（１）において
、窒素ガス源としてのボンベ２３（以下、Ｎ、ガス源と
称す）、Ｎ２ガス中不純物除去管１７、フィルター１８
、三方電磁弁２０、定圧調節弁１９、流量計１６、流量
調節ニードルバルブ１５、パージ管２、フオームトラッ
プ６、捕集管７から主として成り、この捕集管とパージ
管２の間に、分岐部２４を設け、３方電磁弁１１を取り
付けている。

なお、４はバブリング用硝子フィルター、５はウォータ
ーバス、つまり加温容器、８は捕集管注入針（横穴型）
、９はベント用注入針（横穴型）、■０は排気管２５の
開放端、１２は３方電磁弁１１の閉ＭＦｔ、１３はＮ、
ガス収納袋（テフロン樹脂製）である。更に１４は温度
バルブコントロールユニット２２の温度センサー、２１
は撹拌用モーター制御部である。更に２６は窒素ガス導
入管、２７は連結管である。

かくして、パージ管２に採集された試料は、ウォーター
バス５で加熱され、Ｎ、ガスを定流量流すことによって
、パージ管２の先端に設けられたフィルター４によって
微粒の気泡が発生し、目的成分の気相への移行を速やか
にすると共に、捕集剤を詰めた捕集管７に濃縮される。

フオームトラップ６は、パージ管２において発生した微
細化したガスの気泡および水分を除去し、それら気泡お
よび水分が直接捕集管７に入ることを防止するものであ
る。試験中は、第１図（１）の矢印の経路にガスが流れ
、通過したガスは空気中に放出される。

通常バルブの開閉は、電磁弁で作動され、ある−定時間
経過後、停止するようになっている。この時、この経路
が遮断されると、パージ管内の圧力によって、パージ管
内の試料水が逆流し、流量計やバルブ等の器具及び配管
が汚染される重大欠点となる。汚染された配管及び器具
の洗浄は、困難であると共に、超微量分析に対しては、
わずかな汚染でも、再現性、信頼性のないことになり、
皆無にする必要がある。しかるにこのパージ・トラップ
部Ｐにおいては、パージ管２と捕集管７の間の分岐部２
４に３方電磁弁１１を設け、通電時には、Ａ−４Ｐｌに
流れる方向にＩＩ＠弁は作動するが、その先端を閉塞栓
１２にて密封しているため、分岐部２４は遮断され、第
１図（Ｉ）の矢印方向の流れを、さまたげることがない
。この流れの停止時には、Ａ−Ｐｆに流路が切換えられ
ることになり、その先端は、フィルター（図示省略）を
配置すると共にそのフィルタ一部２４にＮ、ガス収納用
袋！３を装備することによつて常圧のＮ、ガスを導入す
ることができる。また、内圧力を緩和させるために、更
にパージ管の前後に３方７４磁弁を設けてもよい。

更に、Ｎ、ガス収納用袋１３を離して開口端を大気に開
放すれば、空気が導入されろため、経路内の圧力は大気
圧となり逆流の恐れはない。

なお、目的成分を捕集する捕集管７は、硝子製であり、
このように直管形式でもＵ字形式でもよく、一方は捕集
剤の着脱可能なごとく開放されており、他の一方は注入
針が装着できろ小さな穴径になるごとく、テーパーが付
いている。つまり、捕集管７は、捕集剤（約ｏ、３ｇ）
を詰め両端に石英ウールを詰めたものに、内面にテフロ
ンコーティングした略凸字形状のパツキンにて、完全密
封され、更に小さな穴径にテーパ一部が付いている側に
、注入針（ｔ＊穴型）を装着したものである。捕集管７
は、透明硝子製であれば、捕集剤の状態が外部からすぐ
に観察できると共に、捕集剤の交換及び洗浄が容易にで
きる効果がある。ここで、捕集管７の取付方法は、パー
ジ管２、フオームトラップ６の矢印経路に逆らう方向に
捕集管７の注入針８を接続する。他の一方にも、注入針
９を挿入し、全体の経路が開放（連通）されるように接
続することが大切である。また、後述する加熱導入（加
熱脱離）時には捕集管の注入針をガスクロマトグラフの
試料注入口に差し込み、背後からキャリヤガス切換え経
路に接続された注入針を挿入し、前記のパージ・トラッ
プ部の接続経路と全く逆に流すことによって、捕集剤に
濃縮された揮発性有機物をガスクロマトグラフに導入す
ることができる（加熱脱離の場合）。通常、パージ管に
流すＮ。

ガス流量は３Ｇ−１５０ｍｅ／分程度である。真空ポン
プ及び圧力調整した窒素ガスを準備する窒素バッグを省
略し、一定の流量を流すための圧力調整弁及び流量計を
準備するたけの簡単な構成であるため、部品点数が極め
て少なく、また故障する箇所が皆無に等しく、製品価格
が低減できる効果がある。

捕集剤は、通常化学結合型及びシリカゲルと活性炭、Ｏ
Ｖ−を等の組み合わせが使用される。加熱脱離型の捕集
剤ならたいていのものが使用可能である。更に捕集剤を
３段に分け、低揮発性、中揮発性、高揮発性化合物を捕
集できる捕集剤を使用することにより、少ない試料水（
１０〜１００ｍ（２）で低沸点から比較的高沸点まで広
い範囲の化合物を順次濃縮ができる。

次に濃縮された捕集剤を加熱脱離させガスクロマトグラ
フに導入するガスクロマトグラフの試料導入装置として
の加熱導入部の構成を第１図（［［）を用いて説明する
。

まず、加熱導入部には、キャリヤガス（Ｈｅ又はＮ、）
をガスクロマトグラフ１３２に導入する不活性ガス供給
管としての配管部１１４より３方電磁弁＋３１を設け、
捕集管に接続させるようになっている。前に説明したパ
ージ・トラップ部Ｐにて、揮発性有機物質を濃縮した捕
集管７を外し捕集管７の注入針４をガスクロマトグラフ
の試料注入口１３４に挿入する。捕集管７とこの捕集管
と全く同形状の基準管としてのセンサー取付用捕集管（
内部に浦集剤を詰めている）１０５と全く同距離になる
α置に、相同かうように、近赤外線ヒーター（又はラン
プ）ｌ０９を装備する。近赤外線ヒーターの背後には全
体を囲うように反射板１０７が取り付けている。センサ
ー取付用捕集管１０５には、センサー（例えば熱電対、
白金測温抵抗体等）１０６が装着され、温度制御部１１
６に接続されている。３方７Ｊ、磁バルブ＋３１から配
管された管（テフロンチューブ等）の先端には注入針１
０８を装着してあり、捕集管７の注入針が付いてない反
射側から注入針ｌＯ８を挿入する。

捕集管７の取り付けは、捕集管７の注入針８をガスクロ
マトグラフの試料注入口１３４に挿入後、３方電磁バル
ブ１３１から配管、接続された注入針＋０８を捕集管７
の反対側に挿入するだけの構成になっているため、捕集
管の着脱は極めて簡単である。従って多くの試料水分析
において操作が容易である。また、赤外線ヒーター１０
９、捕集管７に直接冷風が流れるは置に冷却用ファンＩ
２２を装備している。なお、第２〜４図において、＋０
２は開閉扉、２０はヒータ取付具、１１１は捕集管昇降
装置部、１１２は加熱脱離部数付金具、＋１３は冷却フ
ァン＋２２の収納庫、１１５は電気配線コード、＋１７
は温度調節表示部、ｌ１８はタイマー設定及び表示部、
１１９は電圧調整ダイヤル、１２０はスタートスイッチ
、＋２１はＩＣ源スイッチである。また、特に第３図に
おいてｌ２３は格子窓、１２４は石英ウール、＋２５は
捕集管７の取付金具、１２６は捕集管７用取付割ねじ、
＋２７はゴムパツキン、１３０は浦集剤である。更に第
３〜４図において、１２８はセンサー取付用捕集管１０
５の取付金具、１２９は捕集管７の固定用止メねじであ
る。

次に動作を説明する。温度制御部１１６には、温度調節
器、電圧変換器及び電磁弁切換、時間設定用タイマ一部
を装備されている。第６図の加熱導入時の温度特性に示
すように、例えば設定温度２００　’Ｃ１保持時間Ｔ秒
を設定するものとすると、電源投入後赤外線ヒーター１
０９は通電され、高速で加熱される。約２０〜３０秒で
２００℃に達する。

温度の検知は、！！された捕集管７が密閉状態であり、
温度センサー１０６を内部に挿入することが不可能であ
るため、その温度センサー１０６を捕集管７と全く同温
度になるセンサー取付用捕集管１０５を設置することに
より、正確に行うことかできる。目的温度を検出すると
、温度制御部１１６にて、保持時間（例えば５〜４０秒
）だけ、温度を一定に保つと同時に３方切換電磁バルブ
■３１と冷却用ファン１２２が作動する。切換えられｒ
こ３方切換口に接続された注入針１０８に、Ｈｅ又はＮ
、ガスが流れ、捕集管７の内部の捕集された揮発性有機
物が加部脱離され、ガスクロマトグラフ＋３２に全量導
入される。すなわち、揮発性有機物は注入口１３４から
分析カラム１３３を経て検出器１３５にて検出される。

ここで、赤外線ヒーター１０９は、遠赤、近赤外線波長
のものでもよく、光エネルギーを与え、加熱させる方式
が好ましい。光エネルギーであるため、捕集管７と温度
センサー取付用捕集管１０５の内部温度が等しくなるよ
うに設置できろことは容易に理解できる。更に、近赤外
線ヒーター１０９の素材及び捕集管７の熱当量が小さい
ため（ヒーター及びアルミブロックを使用しないため）
、捕集管７の冷却効果は極めて良く、小さな冷却ファン
１２２を使用することによって、室温まで短時間で冷却
することができる効果がある（従来の１７３以下の冷却
時間ですむ）。

このように短時間で急加熱、急冷却させることによって
、最適な加熱脱離をすることができる。

捕集管に予熱か残り、急冷却されない場合は、加熱脱離
状態が継続されるため、分析時間設定か難しいと共に分
析データーにもピーク値が重なったり、後ろからピーク
が発生する等の分析に大きな支障をもたらすものである
。

第５図に、ガスクロマトグラフによる分析例を示すが、
このようにガスクロマトグラフ＋３２に接続することに
よってＩ）ｐｂレベルの測定ができ、ガスクロマトグラ
フ質量分析計（図示省略）に接続することによって、ｐ
ｐｔレベルの測定か可能である。

以上のごとく加」導入部には濃縮された捕集剤を急速に
加熱脱離さけ、急速に冷却させ、揮発性有機物質を全量
ガスクロマトグラフに導入することができる装置を提供
するしのである。更に捕集管にヒーターを巻いていない
ため、捕集管の脱着、捕集剤の交換及び渋浄か容易にで
きる。また、捕集管の製造価格乙著しく下げることかで
きる等の効果は極めて大である。従って、パージ・トラ
ップ部と加熱分離部の構成は極めて簡単であり、部品点
数ら著しく少ないため、故障等の発生が皆無に等しく長
期にわｋって使用されて乙、差異のない分析をすること
ができろ。

（ホ）発明の効果この発明によれば、不活性ガス源の圧力を利用すること
によって、真空ポンプなどの装置を必要とすることなく
実際に目的成分を捕集管へ汚染を起こすことなくａ縮で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図（＋）はこの発明に係る水中の微量物質浦集装置
の一実施例を示す概略構成説明図、第１図（■）はその
装置から取り出された捕集管を加熱し、測定灯象物質を
ガスクロマトグラフへ導入する加州導入部の眼略構成説
明図、第２図はその全体斜視図、第３図は要部縦断面図
、第４図は要部横断面図、第５図は分析例を示すガスク
ロマトグラム、第６図は加部導入時の温度制御特性図で
ある。２・・・・・・パージ管、６・・・・・・フオーム・ト
ラップ、７・・・・・捕集管、２３・・・・・・窒素ガ
ス源（ボンベ）、２４・・・・・・分岐部、２５・・・
・・・排気管、２６・・・・・窒素ガス導入管、２７・
・・・・・連結管。第１図（Ｉ）第１図（ｎ）第２図第４図

Claims

【特許請求の範囲】１、試料水を収容するパージ管と、不活性ガス供給源と
、この不活性ガス供給源から不活性ガスをパージ管の底
部へ導入するための不活性ガス導入管と、捕集管と、こ
の捕集管の入口とパージ管の上部との間に、捕集管とは
切り離し可能に接続された連結管と、捕集管の出口に切
り離し可能に接続され、捕集管を出たガスを大気中に排
出する排気管とを備え、更に上記連結管には、不活性ガス源からパージ管への不活性
ガスの導入を停止するときにのみ導通し、大気又は不活
性ガスを連結管に導入しうる分岐管を付設してなる水中
の微量物質捕集装置。２、連結管には、更に、通過する不活性ガス中に含まれ
る水蒸気分を除去するためのトラップを介設してなる請
求項１記載の水中の微量物質捕集装置。