JPH0510935A - 土壌中の揮発成分の測定方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微量成分の測定が可能で、測定現場でリアル
タイムに測定結果を得ることができる土壌中の揮発成分
の測定方法および測定装置を提供する。 【構成】 土壌中に挿入された吸着管を通してガスを強
制的に流通させることによって行なわれる動的吸着と、
吸着管に吸着された揮発成分を熱脱離したのちポータブ
ルガスクロマトグラフにより採取現場で行なわれる分析
とを結合した。 【効果】 土壌中の揮発成分ガスを短時間で能率よく採
取することがでる。またこれに必要な機器は小型、軽量
であり、溶剤を全く使用しないので、車両に搭載して運
搬することが容易である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地下資源の探査、ある
いは土壌中に含まれる有害物質の発見等の目的で、土壌
中に含まれる揮発成分を測定する方法、およびこの方法
の実施に適した装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】とくにＣ₁〜Ｃ₈の軽質の炭化水素は、石
油・天然ガス等の地下資源の探査の重要な指標である。
また近年、ＭＣ（1,1,1-トリクロロエタン）、ＰＣＥ
（テトラクロロエチレン）、ＴＣＥ（トリクロロエチレ
ン）等の発ガン性の疑いのある有機塩素化合物による地
下水汚染が全国各地で発見され、社会問題化しつつあ
る。このような事情から、土壌中の揮発成分を測定する
技術が注目されている。

【０００３】従来、実用レベルにある土壌揮発成分の測
定技術として、つぎの３つが知られている。 １）検知管法 土壌中に検知管を挿入し、揮発成分との反応による色の
変化を利用して検知する現場測定法。 ２）ＰＩＤ（光検知器）ポータブルガスクロマトグラフ
法 土壌に設けた孔に自動サンプリングバルブを挿入してサ
ンプリングし、高感度ポータブルガスクロマトグラフ装
置で分析する現場測定法。 ３）フィンガープリント法 土壌中にガス採取コレクターを埋設し、数日〜数週間放
置して揮発成分を蓄積し、その後、蓄積成分を質量分析
器で分析する方法。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のような従来の測
定方法のうち、検知管法は、最も簡便であるが、その検
知限界はｐｐｍのオーダーであり、また複数の揮発成分
（たとえばＰＣＥおよびＴＣＥ）が共存する場合にはそ
の各々を識別することができないので、揮発成分の性質
が判明しており、そしてその濃度が比較的高い場合にの
み適用される。またＰＩＤポータブルガスクロマトグラ
フ法は、検知管法よりも低レベル、すなわちｐｐｂのオ
ーダーでの測定が可能であるが、地下水の汚染調査のよ
うに、きわめて低濃度の汚染物質を測定するのには十分
とはいえない。一方、フィンガープリント法は、ｐｐｂ
以下のオーダーの微量成分をも測定することが可能であ
るが、ガス採取コレクターは長時間にわたって土壌中に
埋設され、そして採取現場から離れた場所に置かれた質
量分析装置で分析されるので、迅速性に欠ける。

【０００５】この発明の目的は、ｐｐｂ以下のオーダー
の微量成分をも測定することが可能であり、しかも測定
現場で直ちに測定結果を得ることができる土壌中の揮発
成分の測定方法、およびこの方法の実施に適用される測
定装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、任意の
測定点で土壌に穿設された孔内に、一端が解放され、他
端がチューブに接続された吸着管を挿入し、前記チュー
ブの他端側から吸引することにより前記吸着管を通して
前記孔内のガスを流通させて土壌中の揮発成分を前記吸
着管に吸着させ、ついで前記吸着管に熱脱離を施すこと
により、吸着されている揮発成分を脱離させ、この脱離
ガスをガスクロマトグラフで分析することを特徴とする
土壌中の揮発成分の測定方法が提供される。

【０００７】すなわちこの発明の測定方法は、土壌中に
挿入された吸着管を通してガスを強制的に流通させるこ
とによって行なわれる動的吸着と、吸着管に吸着された
揮発成分を熱脱離したのちポータブルガスクロマトグラ
フにより採取現場で行なわれる分析とを結合したもので
ある。

【０００８】さらにこの発明によれば、ほぼ円錐形のパ
ッカーを貫通し、一端に吸着管が取り付けられたチュー
ブを有する採取プローブと、前記チューブの他端に接続
され、前記吸着管を通して土壌ガスを流通させることに
より前記吸着管に土壌中の揮発成分の吸着を行なわせる
ための吸引ポンプと、前記吸着管に吸着された揮発成分
を熱脱離させるための熱脱離装置と、得られた熱脱離ガ
スを分析するガスクロマトグラフと、を備えたことを特
徴とする土壌中の揮発成分の測定装置が提供される。

【０００９】吸着管を通して土壌ガスを強制的に流通さ
せることによって行なわれる動的吸着により、土壌中の
揮発成分ガスを短時間で能率よく採取することが可能で
ある。さらに熱脱離式ガスクロマトグラフは、溶剤を全
く使用しないので、希釈や汚染の問題がなく、また引火
のおそれもないので車両に搭載して運搬することが容易
であり、採取現場での分析が可能となる。したがって１
回の採取、測定に要する時間は、約２０分程度の短時間
でよく、１日で２０〜３０点での測定ができる。

【００１０】この発明の測定方法を図１のフローチャー
トを参照して詳細に説明する。第１のステップＳ１は、
所望の測定場所に細い孔を穿ち、この孔に吸着管を備え
た採取プローブを設置することからなる。採取プローブ
を設置したのち、吸着管を通して孔内のガスを吸引して
動的吸着を行う（ステップＳ２）。所定量のガスを吸引
した後に吸引を停止し、採取プローブを孔から取り出
し、吸着管を熱脱離装置にセットして、吸着成分の熱脱
離を行ない（ステップＳ３）、引き続いてガスクロマト
グラフ（ＧＣ）分析を行なう（ステップＳ４）。ステッ
プＳ３およびステップＳ４は一連の操作であるが、まず
熱脱離装置において吸着成分の脱離が始まり、この脱離
ガスがガスクロマトグラフの分離カラムで分離される。
分離の状態は、オーブンの温度条件に左右されるので、
ガスクロマトグラフコントローラにより、オーブン温度
をあらかじめ設定されたプログラムにしたがって制御す
ることが望ましい。

【００１１】ガスクロマトグラフ分析ステップＳ４は、
分離カラムから溶出したガス成分の同定および定量操作
を包含する。この操作は、通常のガスクロマトグラフに
適用されているものと同じである。一例を示すと、分離
カラムから溶出したガス成分を、２連の光イオン検出器
（ＰＩＤ）に導いてその量を検出する。一方の検出器と
して１０．２ｅＶ、他方の検出器として１１．７ｅＶの
エネルギーをもつＵＶランプをそれぞれ設けることによ
り、相互に異なるイオン化電位をもつ２つの成分を同時
に最高感度で検出できる。

【００１２】もし必要であれば、検出器の出力信号はデ
ータ処理装置に送られ、ピークの保持時間、ピーク面
積、ピーク高さ等が計算され、記録される。これらのデ
ータは、あらかじめ用意された標準試料の分析結果と比
較され、検出成分の同定および定量が行なわれ、またこ
れにもとづいて揮発成分の分布図などの作成を行なうこ
ともできる。

【００１３】なお採取した土壌ガスが水分の多いもので
ある場合には、ステップ３の熱脱離の前に、吸着管から
水分を除去することが望ましい。この操作は、吸着管を
吸着かＮクリーナに装着し、３０〜１００℃に加熱しな
がらＮ₂ガスを流すことにより行なうことができる。こ
の水分パージが完了してから吸着管を熱脱離装置に装着
する。

【００１４】土壌の孔に挿入される採取プローブは、た
とえば図２に示すように、ほぼ円錐形のパッカー１を貫
通するチューブ２の先端に吸着管３を取り付けた構造を
有し、採取点に穿設された孔４内に挿入される。パッカ
ー１は、この孔４の開口部に嵌合して、孔４内部のガス
が外部と流通するのを阻止するとともに、吸着管３を所
定の位置に保持する。チューブ２の他端は、真空ポンプ
のような吸引ポンプに接続されており、この吸引ポンプ
の作用で、土壌からの揮発成分ガスは吸着管３にトラッ
プされる。

【００１５】吸着管３は、分析対象となる揮発成分を吸
着する能力を有する吸着剤を充填したものである。好ま
しい吸着管の例は、細いガラスチューブ内に、支持層と
してシラン処理ガラスビーズを詰め、その上に１種また
は２種以上の吸着剤を充填した構造のもので、一般に市
販されているものを利用することもできる。たとえばス
ペルコジャパン（株）から「Carbotrap」の商品名で市
販されている、熱脱離型試料採取用吸着管は、この発明
に有利に使用できる。

【００１６】この発明の測定方法を実施するのに必要な
機器は、採取プローブ、吸引ポンプ、熱脱離装置、ガス
クロマトグラフ本体、ガスクロマトグラフコントロー
ラ、およびＮ₂のようなキャリヤガス源（ボンベ）と、
採取プローブを設置する際に必要とされるわずかな工具
のみであり、これらは比較的小型の自動車のような車両
に搭載して容易に運搬することが可能である。したがっ
て測定が必要な場所に迅速に移動することができ、その
場で分析結果を得ることができる。

【００１７】

【実施例】図１に示した採取プローブを準備する。吸着
管３として、「Carbotrap 200」を使用した。この吸着
管は、外径６mm、内径４mm、長さ１１．５cmの硬質ガラ
ス製チューブの底部にシラン処理ガラスビーズを詰め、
その上に吸着剤としてCarbotrapおよびCarbosieve S-11
1（いずれも商品名）をそれぞれ所定の高さの層状に充
填したものである。この採取プローブは、所望の測定点
にたがねとハンマーを用いて穿設された直径４cm、長さ
約１mの孔４内に挿入され、孔の開口部はパッカー１で
封止された。

【００１８】チューブ４の先端は、流量計付きの電動吸
引ポンプに接続され、６０cc/min.の流量で土壌ガスが
５分間吸引された。ついで孔から採取プローブが引き出
され、吸着管が取り外された。この吸着管はクリーナに
装着され、約６０℃に加熱しながらＮ₂ガスを流すこと
により内部の水分のパージが行なわれた。ついでこの吸
着管は、熱脱離装置（スペルコジャパン社製、商品名
「サーマルディソープショニュニット」）にセットされ
た。この熱脱離装置において、吸着管はまずヒータで３
９０℃に加熱され、Ｎ₂ガスを流すことにより吸着成分
の熱脱離が行なわれた。

【００１９】得られた熱脱離ガスは、熱脱離装置に連結
されたポータブルガスクロマトグラフに導かれ、ガスク
ロマトグラフオーブン内の分離カラムにおいて成分毎に
分離された。

【００２０】以上の操作を測定区域内の多数の測定点で
繰り返し、各測定点での測定結果に基づいて総合的な評
価が行なわれる。図３の（ａ），（ｂ），（ｃ）は、３
つの測定点で得られたガスクロマトグラムである。

【００２１】

【発明の効果】以上に説明したようにこの発明によれ
ば、吸着管を通して土壌ガスを強制的に流す動的吸着に
より、土壌中の揮発成分ガスを短時間で能率よく採取す
ることができる。さらに熱脱離式ガスクロマトグラフ
は、フィンガープリント法に使用されている質量分析装
置に比較して著しく小型、軽量であり、また溶剤を全く
使用しないので、車両に搭載して運搬することが容易で
あり、採取現場での分析が可能となる。したがって高い
検出感度で現地測定することが可能であり、また調査が
短時間で完了する。さらに、得られた測定結果に応じ
て、配点計画を臨機に変更できるという利点も得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の測定方法の順序を示すフローチャー
ト。

【図２】この発明における採取プローブの構造およびそ
の設置状態を示す断面図。

【図３】この発明の実施例で得られた測定結果を示すク
ロマトグラム。

【符号の説明】

１ パッカー ２ チューブ ３ 吸着管 ４ 孔

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 任意の測定点で土壌に穿設された孔内
   に、一端が解放され、他端がチューブに接続された吸着
   管を挿入し、前記チューブの他端側から吸引することに
   より前記吸着管を通して前記孔内のガスを流通させて土
   壌中の揮発成分を前記吸着管に吸着させ、ついで前記吸
   着管に熱脱離を施すことにより、吸着されている揮発成
   分を脱離させ、この脱離ガスをガスクロマトグラフで分
   析することを特徴とする土壌中の揮発成分の測定方法。
2. 【請求項２】 前記熱脱離に先だって、前記吸着管を加
   熱した状態で前記吸着管を通して不活性ガスを流通させ
   ることにより、前記吸着管内部の水分が除去される請求
   項１記載の方法。
3. 【請求項３】 ほぼ円錐形のパッカーを貫通し、一端に
   吸着管が取り付けられたチューブを有する採取プローブ
   と、前記チューブの他端に接続され、前記吸着管を通し
   て土壌ガスを流通させることにより前記吸着管に土壌中
   の揮発成分の吸着を行なわせるための吸引ポンプと、前
   記吸着管に吸着された揮発成分を熱脱離させるための熱
   脱離装置と、得られた熱脱離ガスを分析するガスクロマ
   トグラフと、を備えたことを特徴とする土壌中の揮発成
   分の測定装置。
4. 【請求項４】 前記吸引ポンプ、前記熱脱離装置および
   前記ガスクロマトグラフが車両に搭載されている請求項
   ３記載の装置。