JPH09304374A - 揮発性有機化合物の監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 人手を要することなく長期間にわたって連続
し水中に含まれる揮発性有機化合物のモニターを行う監
視装置を提供する。 【解決手段】 試料を分離部２に送液する試料送液部１
と、送液された試料中の揮発性有機化合物をキャリアガ
ス側に分離する中空糸膜２２を備えた分離部２と、キャ
リアガス側に分離した揮発性有機化合物を濃縮する濃縮
部と、濃縮した揮発性有機化合物を分析する分析部４と
を備え、試料送液部１は所定時に所定量の試料を分離部
に送液する構成とする。送液された試料は分離部中の中
空糸膜を通過し、キャリアガスと中空糸膜を介して濃度
差を有して隣接する。試料液中に存在する揮発性有機化
合物は中空糸膜を通過してキャリアガス内に移動し、揮
発性有機化合物の分離が行なわれる。分離した揮発性有
機化合物を濃縮部で濃縮し、一気に加熱してガスクロマ
トグラフの分析器で揮発性有機化合物の分析を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水中に含まれる揮
発性有機化合物をモニターする装置に関し、水道水の水
質基準や環境水の環境基準や排水の排水基準等を長期間
にわたって監視する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水中に含まれる化合物による自然影響へ
の関心が深まり水道水の水質基準，環境水の環境基準，
排水の排水基準等が改定され、例えば工場の排水プラン
トや上下水処理プラントや化学工場のプラント等に適用
される。例えば排水基準項目及び排水基準では２４項目
について定められている（平成５年１２月２７日公布の
「水質汚濁防止法施行令の一部を改定する政令（４０
１）」，「排水基準を定める総理布令の一部を改定する
総理布令（総理５４）」）。この中には、ジクロロメタ
ン，四塩化炭素，1,2 −ジクロロエタン，1,1 −ジクロ
ロエチレン，シス-1,2−ジクロロエチレン，1,1,1 −ト
リクロロエタン，1,1,2 −トリクロロエタン，トリクロ
ロエチレン，テトラクロロエチレン，1,3 −ジクロロプ
ロペン，ベンゼン等の１１項目の揮発性有機化合物が含
まれている。

【０００３】従来、検水から揮発性有機化合物を検定す
る方法として、パージトラップ・ガスクロマトグラフ質
量分析法（ＰＴ・ＧＣＭＳ法）やヘッドスペース・ガス
クロマトグラフ質量分析法（ＨＳ・ＧＣＭＳ法）が知ら
れている。パージトラップ・ガスクロマトグラフ質量分
析法は、検水中に存在する揮発性有機化合物をヘリウム
や窒素ガスで攪拌して追い出し、追い出した揮発性有機
化合物をトラップ管に捕集し、トラップが終了した後に
一気に加熱してガスクロマトグラフのカラムに誘導し分
析を行う方法である。また、ヘッドスペース・ガスクロ
マトグラフ質量分析法は、検水をバイアル瓶に入れて密
栓した後、一定温度で加熱して気相部分が平衡に達した
ところでヘッドスペースガスをガスクロマトグラフのカ
ラムに導入し分析を行う方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の揮発性有機化合
物の検定方法は人手によるバッチ方法であり、オートサ
ンプラーを適用した装置においても検体の採取および装
置への導入、使用した器具の洗浄などは人手によって行
っている。そのため、従来の揮発性有機化合物の検定方
法では、検体の採取および採取した検水の検定を各処理
毎に人手を必要とするため、特に数時間毎の検定処理を
何日にも渡って行うような場合には、揮発性有機化合物
を長期間監視することは困難である。また、検定に必要
な試薬の調整や、検定に要する各装置の管理等について
も人手が必要であるため、長期間にわたって連続して揮
発性有機化合物のモニターを行う監視装置に使用できな
いという問題点がある。そこで、本発明は従来の揮発性
有機化合物の監視における問題点を解決し、人手を要す
ることなく長期間にわたって連続し水中に含まれる揮発
性有機化合物のモニターを行うことができる監視装置を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の揮発性有機化合
物の監視装置は、試料を分離部に送液する試料送液部
と、送液された試料中の揮発性有機化合物をキャリアガ
ス側に分離する中空糸膜を備えた分離部と、キャリアガ
ス側に分離した揮発性有機化合物を濃縮する濃縮部と、
濃縮した揮発性有機化合物を分析する分析部とを備え、
試料送液部は所定時に所定量の試料を分離部に送液する
構成とすることによって、人手を要することなく長期間
にわたって連続し水中に含まれる揮発性有機化合物の監
視を行うことができる。

【０００６】本発明の揮発性有機化合物の監視装置にお
いて、試料送液部は液体状の試料を分離部に送液する。
送液された試料は分離部中の中空糸膜を通過した後排出
される。分離部の中空糸膜部分には窒素ガス，ヘリウム
等のキャリアガスも供給されており、試料とキャリアガ
スは中空糸膜を介して濃度差を有して隣接する。試料液
中の揮発性有機化合物の濃度は、キャリアガス中の濃度
より高濃度の状態にある。したがって、濃度勾配による
有機液体透過（パーベーパレーション）によって、試料
液中に存在する揮発性有機化合物は中空糸膜を通過して
キャリアガス内に移動する。これによって、試料中の揮
発性有機化合物の分離を行うことができる。分離された
揮発性有機化合物はキャリアガスとともに濃縮部に送ら
れ、揮発性有機化合物のみが蓄積して濃縮される。濃縮
した揮発性有機化合物を一気に加熱してガスクロマトグ
ラフ等のカラムに送り分析部で試料から分離した揮発性
有機化合物の分析を行う。

【０００７】本発明の第１の実施態様において、監視装
置の試料送液部は試料液を分離部に送液するポンプを備
え、該ポンプを所定時に駆動することによって分離部へ
の試料液の導入を人手を要することなく行うことができ
る。また、監視装置の備えるタイマー機能によって、ポ
ンプを駆動する時刻あるいは駆動間隔，また駆動継続時
間を制御することができる。本発明の第２の実施態様に
おいて、監視装置の試料送液部は試料液に代えて標準液
あるいは洗浄液を送液することができ、これによって、
検出値の校正や分離部の洗浄を人手を要することなく行
うことができる。試料液に代えて標準液を用いて検出を
行い、そのとき得られた検出値を校正値とすることがで
き、また、試料液や標準液により検出を行った後に洗浄
液を送液することよって分離部の洗浄を行うことができ
る。本発明の第３，４の実施態様において、監視装置の
分離部は、中空糸膜の内面側あるいは外面側に試料液を
導入し内面側あるいは外面側にキャリアガスを導入する
ことによって、試料液からキャリアガスへの揮発性有機
化合物の移行または移動を行うことができる。本発明の
第５の実施態様において、監視装置の濃縮部と分析部と
は切換えバルブを介して接続し、これによって、濃縮部
へのキャリアガスの導入と濃縮部から分析部への揮発性
有機化合物の導入を切り換えて行うことができる。この
導入の切換えは監視装置の持つタイマー機能により制御
することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の揮発性有
機化合物の監視装置の一構成例を説明するための図であ
る。図１において、監視装置は、試料液を分離部２に送
液する試料送液部１と、送液された試料中の揮発性有機
化合物をキャリアガスに分離する中空糸膜を備えた分離
部２と、キャリアガスに分離した揮発性有機化合物を濃
縮する濃縮部３と、濃縮した揮発性有機化合物を分析す
る分析部４とを備えた構成であり、制御部５によって各
装置部分の制御を行うことができる。

【０００９】試料送液部１は所定時に所定量の試料を分
離部２に送液する装置部分であり、切換えバルブ１７−
１を通して試料を分離部２に導入し、分離部２から切換
えバルブ１７−２，ポンプ１４〜１６，および，切換え
バルブ１７−３を通してドレイン１８に排出する。図１
に示す構成では、分離部２に導入する試料として監視対
象となる試料液１２の他に標準液１１や洗浄液１３を備
え、切換えバルブ１７−１によって分離部２への導入液
の切り換えを行う。標準液は検出値の校正を行うために
濃度が既知の標準揮発性有機化合物であり、複数設ける
ことができる。また、各ポンプ１４〜１６は標準液，試
料液，および洗浄液に応じてそれぞれ設けることができ
る。各切換えバルブ１７−１，１７−２，１７−３，お
よびポンプ１４〜１６は、制御装置５から送られる制御
信号（図１中の破線）によって駆動制御が行い、分離部
２に送液する液の種類に応じて切り換えを行う。

【００１０】また、図５の本発明の監視装置の他の構成
例に示すように、試料送液部１のポンプを一つのポンプ
１０とし、各切換えバルブ１７−１，１７−２，および
ポンプ１０を制御装置５から送られる制御信号（図５中
の破線）によって駆動制御を行うよう構成することもで
きる。このときのポンプ１０の駆動継続時間は、送液す
る液に種類に応じて変更することができる。

【００１１】分離部２は試料送液部１から送液された試
料中に含まれる揮発性有機化合物をキャリアガスに分離
する装置部分であり、内部に中空糸膜２２を設けた抽出
管２１を備えている。中空糸膜２２は、例えば膜厚が４
０〜１００μｍ，内径が１７０〜２００μｍ，外径が２
５０〜３３０μｍのシリコン製の中空糸膜により形成す
ることができる。中空糸膜２２は濃度勾配による有機液
体透過（パーベーパレーション）の機能を備えており、
試料液中に存在する揮発性有機化合物を抽出してキャリ
アガス内に移動させて、試料液中の揮発性有機化合物の
分離を行う。

【００１２】抽出管２１はその内部に中空糸膜２２を通
過させ、中空糸膜２２の外周面が抽出管２１の内側に面
するよう取り付ける。また、抽出管２１には導入口２３
と導出口２４とを設ける。この構成の抽出管２１におい
て、中空糸膜２２に切換えバルブ１７−１を介して試料
液を注入すると、試料液は中空糸膜２２の内周面を通過
してドレイン側に排出される。また、導入口２３からキ
ャリアガスを抽出管２１の内部に導入し導出口２４から
濃縮部３側に導出すると、中空糸膜２２の内周面を除く
抽出管２１内はキャリアガスで満たされ、中空糸膜２２
の外周面はキャリアガスと接触することになる。このと
き、試料液とキャリアガスは中空糸膜２２を介して接触
し、両者の揮発性有機化合物の濃度差によって、揮発性
有機化合物は試料液からキャリアガス側に移動し分離が
行われる。

【００１３】また、図５の本発明の監視装置の他の構成
例に示すように、抽出管２７において、中空糸膜２２に
キャリアガスを導入し、抽出管２１側に試料液を注入す
る構成とすることもできる。抽出管２１の導入口２３か
ら切換えバルブ１７−１を介して試料液を注入すると、
試料液は中空糸膜２２の内周面を除く抽出管２１内を満
たすとともに中空糸膜２２の外周面と接触し、導出口２
４を通ってドレイン側に排出される。また、中空糸膜２
２の一端から窒素ガス等のキャリアガスを導入し他端か
ら濃縮部３側に導出すると、キャリアガスは中空糸膜２
２の内周面と接触しながら通過する。このとき、試料液
とキャリアガスは中空糸膜２２を介して接触し、両者の
揮発性有機化合物の濃度差によって、揮発性有機化合物
は試料液からキャリアガス側に移動し分離が行われる。

【００１４】また、分離部２と濃縮部３との接続および
分離部２と分析部４との接続は、六方バルブ等の切換え
バルブ２５によって行う。切換えバルブ２５の切り換え
によって、分離部２と濃縮部３と接続すると抽出管２１
からの揮発性有機化合物を含んだキャリアガスは濃縮部
３に送られ、分離部２と分析部４と接続すると濃縮部３
に蓄積されて濃縮された揮発性有機化合物が別のキャリ
アガスとともに分析部４に送られる。この切換えバルブ
２５の切り換えは、制御部５からの制御信号により行う
ことができる。なお、分離部２は恒温槽２６（図中の一
点鎖線）内に設置して設定温度に温度調節することがで
きる。

【００１５】濃縮部３は濃縮管（トラップ管）３１とそ
の外周部分に設置されるフラッシュヒーター３２とを含
む構成であり、分離部３中の切換えバルブ２５を介して
抽出管２１あるいは分析部４側と接続される。また、濃
縮管３１を冷却する冷却装置（図示していない）を設置
することもできる。分析部４は、例えばカラム等を備え
たガスクロマトグラフ４１と質量分析計等の分析器４３
により構成することができ、ガスクロマトグラフ４１は
恒温槽４２（図中の一点鎖線）内に設置して設定温度に
温度調節することができる。

【００１６】次に、図２に示すフローチャート，図３，
図４の動作図を用いて、本発明の揮発性有機化合物の監
視装置の動作について説明する。なお、図２に示すフロ
ーチャートは試料液を導入する場合の動作手順を示して
おり、検出値の校正を行うために、濃度が既知の標準揮
発性有機化合物による標準液を用いて検出値をあらかじ
め求めておく。

【００１７】はじめに、図３を用いて揮発性有機化合物
の分離動作と濃縮部への捕集動作を説明する。制御装置
５の内部に備えるタイマー機能により、試料液を導入し
て検出を行う測定時刻あるいは測定間隔を設定してお
く。制御装置５は、測定時刻になると試料送液部１に制
御信号を送信する（ステップＳ１）。制御信号により、
図示しないキャリアガス源から窒素ガス等のキャリアガ
スを抽出管２１の導入口２３に導入して（図３中の
ａ）、分離部３にキャリアガスを供給する。このとき、
制御信号は切換えバルブ２５を濃縮部３側に切り換えて
おき、抽出管２１を満たした後導出口２４から出たキャ
リアガスを濃縮管３１を通過させた後、監視装置外部に
排出する（ステップＳ２）。

【００１８】また、制御信号は切換えバルブ１７−１お
よび切換えバルブ１７−２，１７−３を試料液側および
試料液用ポンプ１５に切り換え、試料液１２を中空糸膜
２２内に注入する（ステップＳ３）（図３中のｂ）。注
入された試料液は中空糸膜２２内を通過し、切換えバル
ブ１７−２，試料液用ポンプ１５，および切換えバルブ
１７−３を通ってドレイン１８に排出する（図３中の
ｄ，ｅ）。このとき、抽出管２１内では、中空糸膜２２
の膜を介して内部の試料液と外部のキャリアガスとが接
触し、試料液からキャリアガスに揮発性有機化合物が移
動する（図３中のｃ）。これによって、試料液中の揮発
性有機化合物のキャリアガスへの分離を行うことができ
る（ステップＳ４）。

【００１９】抽出管２１の導出口２４から導出されたキ
ャリアガス（図３中のｆ）は、切換えバルブ２５を通っ
て濃縮管３１に導入する（図３中のｇ）。濃縮管３１
は、キャリアガス中の含まれる揮発性有機化合物を捕集
し、捕集後のキャリアガス（図中のｈ）を再び切換えバ
ルブ２５を通して監視装置の外に排出する（ステップＳ
５）。所定量の試料液を分離部３に供給した後、制御部
５は制御信号を切換えバルブ１７−１，１７−２，１７
−３，および試料液用ポンプ１５に送って試料液の供給
を停止する。試料液の所定量は、例えば制御部５が備え
るタイマー機能によるポンプの駆動時間によって判定す
ることができる（ステップＳ６）。

【００２０】次に、図４を用いて濃縮した揮発性有機化
合物の分析動作を説明する。制御部５は切換えバルブ２
５を切り換えて、濃縮部３と分析部４との接続を行う。
また、切換えバルブ２５にはキャリアガスが導入されて
おり（図４中のｉ）、導入されたキャリアガスは濃縮部
３に導かれ（図４中のｊ）、濃縮部３を通過した後、分
析部４に導入される（ステップＳ７）。制御部５は濃縮
部３に制御信号を送ってフラッシュヒーターを駆動し
（図４中のｋ）、一気に濃縮管２１を加熱する（ステッ
プＳ８）。この濃縮管２１の加熱によって、捕集されて
いた揮発性有機化合物は濃縮管２１から取り出される
（図４中のｌ）。取り出した揮発性有機化合物をキャリ
アガスとともに切換えバルブ２５を通過させ（図４中の
ｍ）、分析器４のガスクロマトグラフ４１のカラムに導
入する（ステップＳ９）。ガスクロマトグラフ４１によ
る分析結果（図４中のｏ）を分析器４３で検出する（図
４中のｐ）（ステップＳ１０）。

【００２１】分析した後、制御部５の制御信号によっ
て、切換えバルブ１７−１および切換えバルブ１７−
２，１７−３を洗浄液側および洗浄液用ポンプ１６に切
り換え、洗浄液１３を中空糸膜２２内に注入する（図３
中のｂ）。注入された洗浄液は中空糸膜２２内を通過
し、切換えバルブ１７−２，洗浄液用ポンプ１６，およ
び切換えバルブ１７−３を通ってドレイン１８に排出す
る（図３中のｄ，ｅ）。これによって、中空糸膜２２の
洗浄を行うことができる（ステップＳ１１）。前記した
ステップＳ１からステップＳ１１の工程を所定の測定期
間行うことにより、人手を要することなく長期間にわた
って連続し水中に含まれる揮発性有機化合物のモニター
を行うことができる。

【００２２】なお、図５に示す監視装置の構成例は、前
記したように試料送液部１および分離部３を他の構成と
した場合を示しているが、試料送液部１および分離部３
については既に説明し、その他の装置部分は図１と同様
であるため詳細な説明は省略する。なお、試料送液部１
および分離部３の構成の組み合わせは任意とすることが
できる。本発明の図１に示す分離部の抽出管において、
中空糸膜内にキャリアガスを導入し、抽出管側に試料液
を注入する構成の場合には、試料液中に含まれる浮遊物
が中空糸膜に詰まることによる障害を減少させることが
できる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
人手を要することなく長期間にわたって連続し水中に含
まれる揮発性有機化合物のモニターを行うことができる
監視装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の揮発性有機化合物の監視装置の一構成
例を説明するための図である。

【図２】本発明の揮発性有機化合物の監視装置の動作を
説明するためのフローチャートである。

【図３】本発明の監視装置の分離動作と捕集動作を説明
するための図である。

【図４】本発明の監視装置の濃縮した揮発性有機化合物
の分析動作を説明するための図である。

【図５】本発明の揮発性有機化合物の監視装置の他の一
構成例を説明するための図である。

【符号の説明】

１…試料送液部、２…分離部、３…濃縮部、４…分析
部、５…制御部、１１…標準液、１２…試料液、１３…
洗浄液、１４…標準液用ポンプ、１５…試料液用ポン
プ、１６…洗浄液用ポンプ、１７，２５…切換えバル
ブ、１８…ドレイン、２１，２７…抽出管、２２…中空
糸膜、２３…導入口、２４…導出口、２６，４２…恒温
槽、３１…濃縮管、３２…フラッシュヒーター、４１…
ガスクロマトグラフ、４３…分析器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｎ 30/08 Ｇ０１Ｎ 30/08 Ｇ 30/88 30/88 Ｃ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料を分離部に送液する試料送液部と、
   送液された試料中の揮発性有機化合物をキャリアガス側
   に分離する中空糸膜を備えた分離部と、キャリアガス側
   に分離した揮発性有機化合物を濃縮する濃縮部と、濃縮
   した揮発性有機化合物を分析する分析部とを備え、前記
   試料送液部は所定時に所定量の試料を分離部に送液する
   ことを特徴とする揮発性有機化合物の監視装置。