JPH10253509A - エアロゾル中化学成分の捕集抽出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エアロゾルの捕集とエアロゾル中化学成分の
抽出を一工程で同時に行い、また、エアロゾル中化学成
分濃度の測定装置において自動連続測定を可能とし、ま
た、気体中のエアロゾル化学成分を正確に捕集し抽出す
る。 【解決手段】 エアロゾルの捕集とエアロゾル中化学成
分の抽出を一工程で同時に行うために、エアロゾルを含
む試料気体を導入し通気させ、この通気気体によって導
入した抽出水を噴霧化する噴霧手段と、噴霧化した抽出
水と試料気体を混合させ、エアロゾルを抽出水中に捕集
させ、エアロゾル中化学成分を抽出水中に抽出させる混
合室と、エアロゾルを捕集した抽出水を回収する回収手
段とを備えた構成とし、これによって、抽出水を試料ガ
スによって噴霧化し、噴霧状態の抽出水と試料ガスを混
合させることによって、試料ガス中のエアロゾルを抽出
水中に捕集すると同時に、エアロゾル中の化学成分を抽
出水内に抽出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サンプラーに関
し、特に大気や室内の気中の含まれるエアロゾル中の化
学成分の濃度測定に用いられる捕集抽出装置、および該
捕集抽出装置を用いたエアロゾル中化学成分濃度の測定
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大気や室内の気体中の含まれるエアロゾ
ル中の化学成分の濃度測定は、労働衛生や健康住宅環境
や排気ガス、あるいは環境汚染等を監視するモニタリン
グ分野において利用されている。

【０００３】従来、可溶性のエアロゾル中の化学成分の
濃度測定では、通気流量が１５００ｌ／ｍｉｎ程度のハ
イボリュームサンプラーや、通気流量が５０ｌ／ｍｉｎ
程度のローボリュームサンプラーによって、フィルター
を通して試料ガスを吸引し、フィルター上にエアロゾル
をろ過し捕集を行い、このフィルター試料を超純水で抽
出し、抽出水をイオンクロマトグラフ等の分析装置によ
って分析を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のエアロ
ゾル中化学成分の捕集および抽出によって測定を行う場
合には、エアロゾルの捕集にフィルターを使用している
ため、エアロゾルを捕集する捕集工程と、捕集したエア
ロゾル中化学成分を抽出する抽出工程の二つの工程が必
要となり、エアロゾル中化学成分の分析を自動かつ連続
して行うことができないという問題がある。大気中に含
まれるエアロゾル中化学成分の測定による環境測定等で
は、サンプリング箇所が様々な環境にあり、また測定時
間も長時間化する傾向にあるため、自動連続測定が可能
な測定装置が必要とされている。

【０００５】また、従来のフィルターを用いたエアロゾ
ル中化学成分の捕集では、大気中のガス成分がフィルタ
ーを通過する際に、吸着し粒子化する場合がある。通
常、分析対象がエアロゾル中化学成分である場合には、
大気中にガスの状態で存在する成分は測定対象外であ
り、フィルターに吸着して粒子化したガス成分は、本来
エアロゾルで存在する成分濃度に対して誤差成分となる
という問題点がある。

【０００６】また、逆に、フィルター上に捕集した粒子
が昇華性である場合には、該昇華性の粒子がガス化して
揮散してしまい、粒子として抽出されるべき化学成分量
が減少して、測定誤差が生じるという問題点もある。

【０００７】そこで、本発明は前記した従来のフィルタ
ーによるエアロゾル中化学成分捕集の問題点を解決し、
エアロゾルの捕集とエアロゾル中化学成分の抽出を一工
程で同時に行うことができるエアロゾル中化学成分の捕
集抽出装置を提供することを第１の目的とし、このエア
ロゾル中化学成分の捕集抽出装置を用いて自動連続測定
が可能なエアロゾル中化学成分濃度の測定装置を提供す
ることを第２の目的とする。

【０００８】また、エアロゾル中化学成分の捕集抽出装
置およびエアロゾル中化学成分濃度測定装置において、
気体中のエアロゾル化学成分を正確に捕集し抽出するこ
とを第３の目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、抽出水を試料
ガスによって噴霧化し、この噴霧状態の抽出水と試料ガ
スを混合させることによって、試料ガス中のエアロゾル
を抽出水中に捕集すると同時に、エアロゾル中の化学成
分を抽出水内に抽出させる装置であり、これによって、
捕集と抽出を一工程で行うことができるエアロゾル中化
学成分の捕集抽出装置である。

【００１０】本発明のエアロゾル中化学成分の捕集抽出
装置は、エアロゾルの捕集とエアロゾル中化学成分の抽
出を一工程で同時に行うために、エアロゾルを含む試料
気体を導入し通気させ、この通気気体によって導入した
抽出水を噴霧化する噴霧手段と、この噴霧手段を内部に
含み、噴霧化した抽出水と試料気体を混合させ、エアロ
ゾルを抽出水中に捕集させ、エアロゾル中化学成分を抽
出水中に抽出させる混合室と、エアロゾルを捕集した抽
出水を回収する回収手段とを備えた構成とするものであ
る。

【００１１】本発明のエアロゾル中化学成分の捕集抽出
装置によれば、噴霧手段に試料気体と抽出水を導入し、
試料気体を通気させることによる気体の流れを利用し
て、抽出水を噴霧化する。混合室内において、噴霧化し
た抽出水と試料気体は混合した状態となり、この間に試
料気体中のエアロゾルは抽出水中に捕集される。また、
捕集されたエアロゾル中の化学成分は、捕集の母体が抽
出水であるため、捕集と同時に抽出水中に抽出される。

【００１２】この噴霧手段および混合室は、従来ミスト
チャンバーとして知られている装置と同様の装置を用い
ることができる。従来のミストチャンバーは、試料気体
中のガス成分を液体中に捕集することを目的とした装置
であり、通常、エアロゾルを捕集せずにガス成分のみを
捕集するために、ミストチャンバーの前段にエアロゾル
を除去するためのフィルターを備えている。これに対し
て、本発明のエアロゾル中化学成分の捕集抽出装置が備
える噴霧手段および混合室は、従来のミストチャンバー
とは目的を逆にするものであり、試料気体中のエアロゾ
ルを捕集し抽出することを目的とし、積極的に抽出水中
へのエアロゾルの捕集を行って、従来のミストチャンバ
ーとは異なる機能、作用を奏するものである。そのた
め、従来のミストチャンバーが要したエアロゾル除去の
ためのフィルターを構成要素とせず、むしろフィルター
は測定誤差の要因となるものである。

【００１３】上記構成のエアロゾル中化学成分の捕集抽
出装置によれば、抽出水中に抽出された化学成分中に
は、エアロゾル中化学成分の他に試料気体中でガス状態
に存在した化学成分も含まれる。したがって、この捕集
抽出装置で抽出した化学成分の濃度を測定することによ
って、試料気体中でエアロゾルの状態およびガスの状態
で存在するそれぞれの化学成分のトータル量を測定する
ことができる。

【００１４】本発明の他の構成のエアロゾル中化学成分
の捕集抽出装置は、エアロゾル中化学成分とガス状態の
化学成分とを切り分けて捕集し抽出するものであり、前
記した構成のエアロゾル中化学成分の捕集抽出装置に加
えて、噴霧手段に試料気体を導入する前段部分に、試料
気体中の酸性，塩基性ガスを抽出するガス捕集手段を備
えるものである。

【００１５】このガス捕集手段は、湿式平行板デニュー
ダによって構成することができ、超純水を流下させる平
行板の間に試料気体を通すことによって、該超純水中に
試料気体中に含まれる酸性，塩基性ガスを捕集させるも
のである。これによって、このガス捕集手段は、試料気
体中の酸性，塩基性ガスを選択的に捕集し、試料気体中
でガス状態で存在する化学成分の捕集、分析および濃度
測定を行うことができる。

【００１６】また、このガス捕集手段を通過した試料気
体は、酸性，塩基性ガスが除去されているため、このガ
ス状態の化学成分を除去した試料気体を本発明のエアロ
ゾル中化学成分の捕集抽出装置に導入することによっ
て、試料気体中でエアロゾル中の化学成分の捕集、抽
出、分析および濃度測定を行うことができる。

【００１７】したがって、本発明の他の構成のエアロゾ
ル中化学成分の捕集抽出装置によれば、エアロゾル中化
学成分とガス状態の化学成分とを切り分けて捕集し抽出
し、化学成分の濃度をエアロゾル状態とガス状態とで区
分して測定することができる。

【００１８】また、両測定による化学成分の濃度を加算
することによっても、トータル量を求めることもでき
る。

【００１９】また、このエアロゾル中化学成分の捕集抽
出装置が持つ、捕集と抽出の工程を一工程で同時に行う
ことができるという特性を用い、また、試料気体および
抽出水の導入，導出をプログラム制御することによっ
て、捕集，抽出の工程を自動で連続して行うことがで
き、これによって、自動連続測定が可能なエアロゾル中
化学成分濃度の測定装置を構成することができる。

【００２０】また、本発明のエアロゾル中化学成分の捕
集抽出装置は、混合室に超音波振動器を備え、これによ
って、混合室内に付着したエアロゾルを混合室内に導入
した超純水に抽出させ、噴霧手段および混合室の洗浄を
行うことができ、これによって、自動連続測定における
洗浄効果を高めることができる。

【００２１】

【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は本発明のエアロゾ
ル中化学成分の捕集抽出装置、およびエアロゾル中化学
成分濃度の測定装置の概略図であり、図２は本発明のエ
アロゾル中化学成分の捕集抽出装置の概略図である。

【００２２】図２において、エアロゾル中化学成分の捕
集抽出装置１は混合室３と、混合室３内に抽出水の噴霧
を形成する噴霧手段２とを備える。混合室３内には試料
気体と抽出水が導入されるよう構成される。

【００２３】試料気体は、導入管２ａを通して混合室３
内の気体ノズル２ｂに導入され、フィルター１１を介し
て吸引され混合室３外に導出される。なお、このフィル
ターは従来用いられるエアロゾル捕集用のフィルターで
はなく、吸引ポンプ側への噴霧された抽出水の到達を防
止するものである。

【００２４】また、導入管４ａおよび導出管４ｂは混合
室３の内外とを連絡し、抽出水はこの導入管４ａおよび
導出管４ｂを通して混合室３内に対して導入および導出
を行う。導入管４ａの開放端は混合室３の底部付近に配
置され、導入された抽出水はこの開放端付近の底部に溜
まり、また、該底部に溜まった抽出水は導出管４ｂを通
して外部に取り出される。

【００２５】また、混合室３内において、導入管４ａお
よび導出管４ｂの開放端付近の底部には、液体ノズル２
ｃの一方の開放端が配置され、該液体ノズル２ｃの他方
の開放端は気体ノズル２ｂの他方の開放端の近傍に配置
される。

【００２６】上記構成のエアロゾル中化学成分の捕集抽
出装置１において、混合室２の底部の抽出水を導入した
状態で混合室２内を吸引ポンプで吸引すると、試料気体
は導入管２ａを通して混合室２内に導入され、気体ノズ
ル２ｂの先端から放出される。この試料気体の気体ノズ
ル２ｂからの放出に伴う減圧によって抽出水は吸引さ
れ、気体ノズル２ｂの近傍に設けられた液体ノズル２ｃ
の先端から霧流状となって放出される。これによって、
抽出水の噴霧化が行われる。

【００２７】このとき、試料気体中に含まれるエアロゾ
ルは、形成された噴霧状の抽出水と混合室３内で混合さ
れ、抽出水中に捕集される。霧状の抽出水はフィルター
１１でブロックされ次第に液体となって混合室３の底部
に溜まり、再び液体ノズル２ｃから霧状となって放出さ
れ、エアロゾルの捕集を行う。この動作は、試料気体が
導入されている間続けられ、エアロゾルの捕集が続行さ
れる。

【００２８】この、エアロゾルの抽出水中への捕集が行
われている間、エアロゾル中の化学成分は抽出水中に抽
出される。したがって、エアロゾルの抽出水への捕集工
程と、エアロゾル中化学成分の抽出水中への抽出工程
は、同じ工程の中で同時に行われることになる。

【００２９】エアロゾル化学成分の抽出が行われた抽出
水は、導出管４ｂを通して混合室３の外部に取り出され
る。

【００３０】次に、図１を用いて本発明のエアロゾル中
化学成分の捕集抽出装置１、およびエアロゾル中化学成
分濃度の測定装置１００について説明する。混合室２内
への試料気体の導入は、直接あるいは、後述する湿式平
行板デニューダ５を通して、吸引ポンプ２０で混合室３
内を吸引することによって行うことができる。なお、混
合室３と吸引ポンプ２０との間にはフィルター１１およ
び流量調整器１２が設けられる。フィルター１１は、混
合室３内で噴霧された抽出水が吸引ポンプ２０側へ到着
するのを防止する。また、流量調整器１２は混合室３内
に導入する試料気体の流量を調整する。

【００３１】混合室２内への抽出水の導入は、超純水の
抽出水を溜めた超純水容器９ａからポンプ６ｂを介し、
導入管４ａを通して行う。また、エアロゾルの捕集およ
び抽出が完了した抽出水の導出は、ポンプ６ａによって
導出管４ｂを通して、イオンクロマトグラフ１０等の分
析装置に導いて行われる。

【００３２】また、洗浄、あるいはオーバーフロー解除
等の目的で混合室３内の抽出水を外部に取り出す場合に
は、光センサ等の液量検出器８ａの検出信号に基づいて
ポンプ６ｃを駆動し、図示していない他の導出管を通し
て行うことができる。

【００３３】本発明のエアロゾル中化学成分濃度の測定
装置１００は、エアロゾル中化学成分の捕集抽出装置１
と、抽出水の分析測定行うイオンクロマトグラフ１０と
によって構成することも、また、湿式平行板デニューダ
５を設けて構成することもできる。

【００３４】湿式平行板デニューダ５は、平行に配置し
た板に超純水を流下させることによって、通過する気体
中に含まれる酸性，塩基性ガスを抽出、あるいは除去す
るものである。超純水の注水は、抽出水を溜めた超純水
容器９ｂからポンプ６ｄで行い、抽出水の回収はポンプ
６ｅによって抽出水容器９ｃに行うことができる。ま
た、抽出水容器９ｃに設けた光センサ等の液量検出器８
ｂの検出信号に基づいて、抽出水を抽出水容器９ｃから
イオンクロマトグラフ１０に送液し、ガス状態で存在す
る化学成分の分析を行うことができる。

【００３５】湿式平行板デニューダ５により、試料気体
中にガス状態で存在する化学成分を前もって除去するこ
とによって、本装置は試料気体中のエアロゾルの状態で
存在する化学成分の捕集、抽出、分析および濃度測定を
行うことができる。また、湿式平行板デニューダにより
試料気体中の酸性，塩基性ガスを選択的に捕集し、試料
気体中でガス状態で存在する化学成分の捕集、分析およ
び濃度測定を行うことができる。

【００３６】したがって、エアロゾル中化学成分とガス
状態の化学成分とを切り分けて捕集し抽出し、化学成分
の濃度をエアロゾル状態とガス状態で区分して測定する
ことができる。また、両測定による化学成分の濃度を加
算することによって、化学成分のトータル量を求めるこ
ともできる。

【００３７】次に、エアロゾル中化学成分の捕集抽出装
置の動作手順について、図３のフローチャートを用いて
説明する。

【００３８】超純水容器９ａから超純水を取り出して混
合室３内に導入することによって、抽出水の注入を行う
（ステップＳ１）。抽出水の注入後、吸引ポンプを駆動
して、混合室３内の底部に抽出水を溜めた状態で、試料
気体を混合室３内に導入し通気させる。抽出水は、試料
気体の通気によって噴霧化される（ステップＳ２）。

【００３９】混合室３内では、噴霧化された抽出水と試
料気体が混合され、これによって、試料気体中のエアロ
ゾルは抽出水中に捕集され、さらに、抽出水中に捕集さ
れたエアロゾル中の化学成分は抽出水中に抽出される
（ステップＳ３）。

【００４０】エアロゾルの捕集とエアロゾル中化学成分
の抽出が完了した後、吸引ポンプを停止し、混合室３の
底部に溜まった抽出水を回収する（ステップＳ４）。回
収した抽出水をイオンクロマトグラフ等の分析装置に導
き、エアロゾル中化学成分の分析を行う（ステップＳ
５）。

【００４１】次のエアロゾルの捕集、およびエアロゾル
中化学成分の抽出を行うために、超純水容器９ａから超
純水を取り出して混合室３に導入することによって、洗
浄水の注水を行い（ステップＳ６）、混合室３に設けた
超音波振動器１３によって振動させることにより、混合
室３の内壁に付着したエアロゾルを洗浄する（ステップ
Ｓ７）。洗浄した洗浄水を、ポンプ６ｃを駆動して排出
する（ステップＳ８）。上記工程を繰り返すことによっ
て、連続測定を行うことができる。

【００４２】また、図４はエアロゾル中化学成分濃度の
測定装置の動作を説明するためのフローチャートであ
る。湿式平行板デニューダを備えたエアロゾル中化学成
分濃度の測定装置は、エアロゾルのみの測定、エアロゾ
ルとガス成分の両方の測定、およびガス成分のみの測定
を、選択し切り分けて行うことができる（ステップＳ１
０）。

【００４３】エアロゾルのみの測定の場合には、湿式平
行板デニューダを動作させた状態で（ステップＳ１
１）、前記図３のフローチャートに示す動作を行い、エ
アロゾルとガス成分の両方の測定の場合には、湿式平行
板デニューダを停止した状態で（ステップＳ２１）、前
記図３のフローチャートに示す動作を行う。また、ガス
成分のみの測定の場合には、湿式平行板デニューダを動
作させた状態で（ステップＳ３１）、湿式平行板デニュ
ーダの抽出水を回収し（ステップＳ３２）、回収した抽
出水を分析する（ステップＳ３３）。

【００４４】また、各部に設けられた弁，バルブ，ポン
プのオン、オフ制御は図示しない制御装置によって行
い、これによって、自動連続測定を行うことができる。

【００４５】

【表１】 表１は、本発明のエアロゾル中化学成分の捕集抽出装置
によるエアロゾルの捕集効率の測定結果であり、毎分
８．０ｌの流量で五分間測定したとき測定例である。こ
れによれば、本発明の捕集抽出装置は９９％以上の捕集
効率を示している。

【００４６】

【表２】 また、表２および図５は本発明のエアロゾル中化学成分
の捕集抽出装置と従来のフィルターを用いた捕集抽出装
置のクロスチェックの結果である。なお、表２中の傾き
ａと切片ｂはＹ軸方向にフィルター法による大気濃度を
プロットし、Ｘ軸方向に本発明による大気濃度をプロッ
トした一次回帰式の値である。また、平均濃度は本発明
の装置によって得られた大気濃度（μｇ／ｍ³ ）であ
る。また、図５は、ＳＯ₄ ^2- を例として、フィルター法
による大気濃度と本発明による大気濃度を比較したもの
である。

【００４７】表２および図５の測定結果から本発明のエ
アロゾル中化学成分の捕集抽出装置によって、エアロゾ
ル中化学成分の捕集，測定を充分に行うことが確認され
る。

【００４８】

【表３】 また、表３は本発明の装置とフィルターを用いた装置の
ブランク値（大気濃度換算値）の比較、および実際の大
気濃度の例である。なお、フィルターを用いた装置の値
は、４０ｌ／ｍｉｎの通気流量で一時間の捕集した場合
のブランク値（抽出量を２０ｍｌ）であり、また、本発
明の装置の値は、８ｌ／ｍｉｎの通気流量で一時間の捕
集した場合のブランク値である。

【００４９】

【表４】 また、表４は湿式平行板デニューダにより酸性・塩基性
ガスの捕集効率の測定結果である。高い捕集効率が確認
され、１０ｌ／ｍｉｎではほぼ１００％に近い捕集効率
となる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のエアロゾ
ル中化学成分の捕集抽出装置によれば、エアロゾルの捕
集とエアロゾル中化学成分の抽出を一工程で同時に行う
ことができ、エアロゾル中化学成分濃度の測定装置に適
用することにより、自動連続測定が可能となり、また、
気体中のエアロゾル化学成分を正確に捕集し抽出するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエアロゾル中化学成分の捕集抽出装
置、およびエアロゾル中化学成分濃度の測定装置の概略
図である。

【図２】本発明のエアロゾル中化学成分の捕集抽出装置
の概略図である。

【図３】本発明のエアロゾル中化学成分の捕集抽出装置
の動作手順を説明するためのフローチャートである。

【図４】本発明のエアロゾル中化学成分濃度の測定装置
の動作を説明するためのフローチャートである。

【図５】本発明のエアロゾル中化学成分の捕集抽出装置
と従来のフィルターを用いた捕集抽出装置による大気濃
度のクロスチェックの結果の１例（ＳＯ₄ ^2-）である。

【符号の説明】

１…エアロゾル中化学成分の捕集抽出装置、２…噴霧手
段、２ａ…導入管、２ｂ，２ｃ…ノズル、３…混合室、
４…回収手段、４ａ，４ｂ…導入出管、５…湿式平行板
デニューダ、６…ポンプ、７…バルブ、８…液量検出
器、９…容器、１０…イオンクロマトグラフ、１１…フ
ィルター、１２…流量調整器、１３…超音波振動器、１
００…エアロゾル中化学成分濃度の測定装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エアロゾルを含む試料気体を導入し通気
   させ、該通気気体によって導入した抽出水を噴霧化する
   噴霧手段と、前記噴霧手段を内部に含み、噴霧化した抽
   出水と試料気体を混合させ、エアロゾルを抽出水中に捕
   集させ、エアロゾル中化学成分を抽出水中に抽出させる
   混合室と、エアロゾルを捕集した抽出水を回収する回収
   手段とを備え、抽出水中へのエアロゾルの捕集とエアロ
   ゾル化学成分の抽出を同時に行うことを特徴とするエア
   ロゾル中化学成分の捕集抽出装置。