JPS623373B2 - - Google Patents
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Description
本発明は、その一構成面において、気体混合物
における特定の気体の存在を測定する装置に係
り、他の一構成面において、空気中の一特定気体
に対する個人の時平均露出を測定するのに好適な
装置に係る。 汚染蒸気の存在を測定する公知の検出装置の一
例は、米国特許第3714562号に開示されるそれで
あり、該装置は特定の蒸気を吸収するために金属
フイルムを使用し、該蒸気の存在は抵抗の変化に
よつて測定される。米国特許第3703696号、第
2976188号及び第2713625号にも抵抗型の検知要素
が開示されている。これら先行技術に依る検出装
置は、運動中の蒸気を抵抗要素上を通らせ、それ
らを定速度に依存させて精度を得るようにされて
いる。そのような装置は、検出装置上の気体の流
れが個人の運動によつて影響されるように個人に
装着されるときは正しく機能しない。各人の運動
は一様でなく、且つ、室内の空気の運動も一定で
ないから、個人に装用されたとき空気が検出要素
に接近するのを許す簡単なバツジ検出器は、速度
の関数として反応において著しい差異を生じ、し
たがつて、個人の露出度の精密な監視を不可能に
する。 米国産業衛生協会会誌第34巻第2号(1973年2
月)78〜81ページに掲載されている“汚染気体に
対する個人監視装置”(パームズとガニゾンの共
同論文)には、別の一検出装置が発表されてい
る。この装置は、収集媒質によつて特定の気体の
ゼロ濃度に保たれている室内へ既知寸法の1個の
小孔を通じて拡散する選択された気体の量を測定
することによつて濃度を測定する。 本発明に依る装置は、気体混合物中の特定蒸気
または気体に対するバツジの時平均露出または存
在を測定し得る監視装置を提供する。本装置は開
端部を形成された室を有し、測定さるべき蒸気と
相互作用する検出層を包囲する。減衰装置即ち流
れ制御装置は前記室に出入するばら気体の運動を
制御し、前記開端部と相互作用層との間において
前記室の内部及び、または入口、に配置され以て
静気層が前記減衰装置と相互作用層との間に存在
するように保証する。これは、検出層に対して相
互する特定蒸気の量が、静気層を通る特定の気体
の拡散の関数であり、前記室の開端部における速
度、流れの方向、乱流等から実質的に独立してい
ることを保証する。 本発明をさらに明快に理解するため、以下添付
図面を参照してさらに詳細に本発明を説明する。 一般に、満足される気体抽出装置を構成する場
合、少くとも3個の素因を制御することが望まし
い。理想的には、気体抽出装置は、(1)周囲速度効
果から独立している。;(2)制御可能の気道を有す
る;及び(3)制御可能の反応時間を有することが要
求される。本明細書において使用される用語“気
体”は、分子状態または原子状態に分散された物
質であつて通常の室温において固体あるいは液体
として存在し得、一般的にそれらの気相において
蒸気と呼ばれる物質を含むものを意味する。 速度効果及び空気流向効果を示すため、水銀気
体検出器が作られた。ポリスチレン製の装置は概
ね幅0.32cm、深さ0.08cm、長さ15.24cmの蛇行パタ
ーンを配して射出成形された。150オングストロ
ームの厚さの密着金フイルムが基板即ちサブスト
レートのパターン面に蒸着され、そして基板表面
の高部が研削され、かくして、薄い金を以て成る
蛇行形状の抵抗が残成された。ポリスチレン製の
ブロツクに直径0.16cm、長さ0.64cmの36個の平行
の穴を有する拡散格子が検出器上に配置された。
これら穴は心間間隔0.32cmを以て均等に離され、
そして金検出面に対して垂直にその直上に位置さ
れた。装置は、25時間に亘つて、50マイクログラ
ムHg/m3の定濃度を有する空気を使用して、各
種の迎角と速度とにおける速度独立度に就て試験
された。前記迎角は、流れの方向と装置表面との
間の鋭角である。吸収された水銀の量は、前記金
フイルムの抵抗の変化によつて決定された。装置
の反応は、抵抗の変化を測定することによつて決
定され、次式を用いることによつて計算される: 50×102(△R)/R (1)/tc 上式において、(R)はストリツプ即ち金フイ
ルムの初抵抗、(△R)は水銀蒸気に対する露出
後の抵抗、(t)は水銀蒸気に対する露出時間、
そして(c)は、空気毎1m3当りのHgをmgを以て表
した水銀濃度である。 第1表 速 度 迎 角 N 静止空気 (N/A) ※15.7 91.4cm/秒 90゜ 15.1 91.4cm/秒 45゜ 32.4 183.cm/秒 90゜ 27.9 183cm/秒 45゜ 51.4 ※(N/A)=適用せず 上記結果は、91.4cm/秒の通常室内速度におけ
る装置反応Nは、空気流が穴の軸線に対して平行
であるかぎりは影響されないことを示した。速度
を183cm/秒(速歩速度)に増すことは平行流に
対して装置の反応を2倍にし、45゜の迎角のとき
は反応を概ね4倍にする。 停滞状態下の反応に対する183cm/秒の速度と
45゜の迎角における反応の比は、速度効果からの
監視装置の自由度を表示する。一般に、満足され
る装置は、静止空気状態に比較されるとき約±45
%よりも大きい速度独立変動を有しないであろ
う。 速度効果は静気層を提供する減衰装置によつて
制御可能であることが発見された。減衰装置は周
囲大気から検出層への気体の拡散移転を許すとと
もに、本発明の装置に所望の反応特性を付与す
る。減衰装置は各種の形式、例えば、ワイヤ・ス
クリーン、粒状物質を以て成る多孔板、不織打延
綿、微小孔重合体フイルム等、を取り得る。織ら
れた細目の、または多くの微小孔を有する、重合
体スクリーンは減衰装置の一例であり、本発明に
依る装置において速度効果を減じるとともに、装
置の室の開端部と、該室内に収容された相互作用
物質との間に相対的に静止した静気層を生じさせ
ることを保証する。細目のワイヤ・スクリーン、
例えば270メツシユ(米国ふるい寸法)のもの、
は殆んど抵抗を提供せず、そして或る条件下にお
いてはワイヤ・スクリーンの全幅に亘る気体分子
または原子の拡散即ち質量運搬を増加させ得る
が、同時に、速度効果を300%も減じ得る。 もう一つの形式の減衰装置は粒状物質を以て作
られる多孔焼結板または層である。粒状物質の一
例は、米国特許第3175935号に開示されているそ
れらの如きエポキシ樹脂を以て被覆された球状の
ガラス・ビーズである。熱付着性のエポキシを以
て被覆されたガラス・ビーズは型の内部に詰込ま
れ、次いで、成形物は熱硬化される。硬化間、エ
ポキシ樹脂は球状のガラス・ビーズの連続接触点
へ流れ、ガラス・ビーズを強い多孔材料として互
いに固着させる。また、締固められたのち標準的
な粉末冶金技術を使用して多孔板として形成され
得る金属粒も使用され得る。好適な金属粒は、
銅、黄銅、青銅、ステンレス鋼並びにその他の金
属及び合金である。多孔板は比較的低い質量運搬
率の減衰装置を提供するとともに、該板内部に相
互作用物質を配置することによつて妨害気体を
除するすぐれた機会を提供する。前記多孔板の空
隙体積及び孔寸法は減衰率を支配し、使用される
粒子のいくつかの形式を混合することによつて変
更され得、さらに、ガラス・ビーズの場合におい
ては樹脂の追加によつて、あるいはまた、空隙の
一部を詰める目止材を使用することによつても変
更され得る。 減衰装置と拡散格子は、該装置を通過する気体
の量を制御することによつて、検出装置の感度を
制御する。粒状物質を以て成る多孔板はもし該多
孔板が配置されていないならば検出層に衝突する
であろう、または開放された静気層によつて通さ
れるであろう気体の小部分を通過させるにすぎな
い。したがつて、減衰装置は検出装置の反応を各
種の異なる周囲条件に対して適合させる方法を提
供する。長時間装置が必要とされる場合、または
特定気体が高濃度である場合は、質量運搬は減少
され得、そして急速短時間反応が重要とされる場
合、または特定の気体が低濃度である場合は、よ
り制限的でない減衰装置が使用され得る。 反応時間の制御は、形成される静気層の一特徴
である。高周囲濃度区域から相互作用物質におけ
る低または零濃度への原子及び分子流動は、特性
流動速度において生じる。特性流動速度CDV
は、二元拡散定数を分子移動距離(濃度勾配の長
さ)で除した値の2倍に等しい。各種の気体の二
元拡散定数は相対的に一定であるから、反応時間
の一次制御は濃度勾配の長さである。原子または
分子が静気層の厚さLを横断するのに要する平均
時間Tは特性流動速度CVDの関数であり、次式
によつて二元拡散定数Dに対して関係づけられ
る: T=L/CDV=L/2D/L=L2/2D 前記反応時間と静気層厚さとの間には放物線関
係が存在するから、速度効果を減じるために厚い
静気層を使用することは反応時間の著増を生じさ
る欠点を伴う。望ましい反応時間を与える勾配長
さの選択において、速度減衰装置の選択は、特
に、急速反応のために薄い静気層が使用される場
合、重要である。 本発明の実施に使用され得る相互作用物質は、
測定中の気体を吸収する、吸着する、該気体に対
して反応する、またはその他の方法を以て該気体
と結合する物質を包含する。相互作用物質が物理
的に変化せしめられる場合は存在する物質の量を
直ちに測定することが可能であり、一方、監視中
の気体を吸収または吸着するその他の物質は標準
の分析技術、例えば、ガス・クロマトグラフイに
よつて分析され得る。具体的な例として、一酸化
炭素を吸収すると同時に変色する(白色から灰色
へ、さらに黒色へ)紙に埋設された塩化パラジ
ウム11、抵抗が変化する薄い金属フイルム(例
えば、金)、自後の気体分析のために気体を保持
する吸着材、吸収材及び交換樹脂、重量分析のた
め気体を吸収する液体またはゲルが挙げられる。
本発明の実施に役立つ相互作用物質は、しばし
ば、特定の気体または特定の種類の気体に対して
特定される。しかし、多数の気体要素を同時に捕
捉しそして測定するため一種の吸収物質とクロマ
トグラフイ分析を使用することも可能である。 本発明の室は、周囲環境に対して反応せず、且
つ測定さるべき気体に対しても無反応である材料
を以て製作される。そのような材料の例は、ステ
ンレス鋼、ポリエチレン、ポリプロピレン、金属
その他である。一般的に、射出成形されるプラス
チツクスは、それらの安価性、化学的不活性、及
び製作の容易性の故に推奨される室を形成する。 本発明に基く気体検出装置は小さい寸法、例え
ば、幅2.5cm、長さ5cm、にされ得、これによつ
て、装置が個人の衣服または身体に装架されるこ
とを可能ならしめる。個人が定常作業に就く或る
時間に亘つてバツジを装用したのち、装置は分析
され得る。検出された気体の量を装置の被露出時
間で除することによつて、装置の累積露出のほか
に、時平均露出値が得られる。 先ず、同一部品を同一番号を以て示している添
付図面の第1図及び第2図を先ず参照すると、検
出装置10は、水銀ガスを吸収するのに好適な薄
い金を以て成る検出層12を、その表面に蛇行パ
ターンとして配置されている。検出装置10はそ
の上面に拡散格子14を配置されている。拡散格
子14は複数個の通路16を貫設されている。細
かい目穴の織製されたスクリーン18が通路16
の上面上方にリツプ19によつて保持されてい
る。該リツプ19は通路16を取囲み、前記スク
リーン18が拡散格子14の上面に接触するのを
防いでいる。前記スクリーン18は、それと拡散
格子14の上面との間に比較的静止した気体の層
15を画成する。該層15は速度効果から拡散格
子14を保護する働らきをする。 第3図〜第6図には、直列に配置された各種の
減衰装置であつて静気層を構成するとともに速度
効果を最小にするものを有する気体分析装置が図
示されている。第3図と第4図において、細目の
スクリーン18は、分析装置を通り過ぎる気体の
効果から、下置装置の上面を保護している。 さらに明細に述べると、第3図、第4図及び第
6図において、容器24は、検出層を形成する室
27内に収容されている相互作用物質のベツド2
6を有する。第3図において、開端部28は、複
数個の通路を形成された拡散格子14を有する。
細目のスクリーン18は、拡散格子14上方数mm
のところに装架されて突起30に固着され、これ
によつて、静気層に対してはスクリーン18の目
穴よりも大きい開口が無いようにされている。こ
のことは、相当量の気体がスクリーン18の端縁
において侵入して速度効果を生じるのを防止す
る。この構成は、スクリーン18と拡散格子14
との間に静気層32を形成する。この構成は、有
効な検出装置を提供し、拡散格子14の上面に接
触して気体が本質的に静止状態を保つことを保証
する。第4図においては、第3図の拡散格子14
は多孔板34に代えられている。多孔板34は、
多孔構造を形成するように固化された粒状物質を
以て形成されている。かくして構成された減衰装
置は、拡散によつて、周囲環境から相互作用物質
ベツド26へ気体を送達し、速度効果を最小にす
る。第6図においては、第3図の装置は、速度効
果をさらに減少させるため、拡散格子14の上下
にスクリーン36を増設することによつて修正さ
れている。 第5図の監視装置は拡散格子14と検出装置1
0との間に配置された圧縮された不織フアイバを
以て成るマツト22を有する。該マツト22は拡
散通路16を通る気体の運動をさらに減衰させる
のに役立つ。マツト22はその全域に分散された
反応物質を包含し、該反応物質は特定の形式の汚
染物質を捕捉あるいは抑留し以て検出層12の汚
染または変質を防ぐ。 減衰装置の一つは、また、気体混合物の1種ま
たは数種の気体成分であつて被測定気体の相互作
用物質を妨害するおそれあるものを別するまた
は吸収除去するのに使用されうる。例えば、アセ
トンまたはその他の有機気体が存在する場合、第
5図のマツト22に包含される活性炭素は存在す
る有機物を吸収しつつ気体例えばH2S、CO及び
Hgが減衰層を通過するのを許す。 本発明は、以下述べる非限定実施例を参照して
さらに詳細に説明される。これら実施例におい
て、特に示されないかぎり、全ての部は、重量に
基くものとする。特定の項目が個別のサンプルに
適用されない場合は、表にされた結果において、
記号N/Aがそのことを示す。 実施例 1 第1表に列記された結果を生じさせる仕様にお
いて使用される拡散格子は、細かい網目のメツシ
ユを有する織られたステンレス鋼で成る金網(細
かい粒状物のふるい分けに使用されるようなも
の)を、互いに平行する通路上方に配置すること
によつて修正された。網目の寸法は一辺0.0053cm
であり、金網の開放区域は32%であつた。この装
置は、第1表を参照して説明された如き定水銀蒸
気濃度において速度従属比に就て試験された。 第2表 速 度 迎 角 N 静止空気 (N/A) 16.4 183cm/秒 90゜ 19.5 183cm/秒 45゜ 23.6 これらの結果は、第1表の装置における51.4/
15.7=3.27に比べ、23.6/16.4=1.44の速度従属
比を示している。有毒気体が発見される室内にお
いて殆んどのすきま風の速度は183cm/秒を相当
下まわるから、気体速度に起因する本実施例の装
置の誤差は、44%よりも相当小さく、ほとんどの
場合、20%よりも小さい。有毒気体の存在を少し
過度表示することは、露出された者にとつてはお
そらく有益であり、個人検出装置においては許さ
れることである。 実施例 2 アルミニウムのブロツクに深さ約0.63cm、直径
約7.62cmの円形の室を形成することによつて、水
蒸気検出装置が製作された。この室は粒状の無水
CaSO4を詰められ、ポリメチルメタクリレートを
以て成る拡散格子であつて直径0.157cm、長さ
0.635cmの通路275個を有するものが前記室上に密
閉配置された。ポリエステル単フイラメントから
成る織られたスクリーンであつて0.0043cmの網目
寸法と27%の開放区域とを有するものが通路上方
0.76cmのところに吊持され、これによつて、拡散
格子に隣接した静気層が画成された。スクリーン
はその周縁に沿つて密封された。かようにして、
速度減衰層は、拡散格子によつて形成される静気
層に対して直列に形成された。 本装置は、毎m3当り17gmのH2Oを含む空気を
有する試験室内に3.17時間配置され、装置の反応
は重量によつて測定された。下記相対重量増加
は、乾燥剤の原重量を超える重量増加の百分率で
ある。 第3表 速 度 迎 角 相対重量増加 静止空気 (N/A) 9.94 178cm/秒 45゜ 11.80 これらの結果は、11.80/9.94=1.19の速度独立
比を示し、それは実施例第1における44%に対し
て比較されるとき速度とともに約20%の増加を表
わしている。 実施例 3 実施例第1の装置は拡散格子に代えて多孔フリ
ツトを配設された。該多孔フリツト材は合成樹脂
を以て被覆されたガラス・ビーズであつて締固め
られて互いに結合されたものを使用して製作され
た。前記ガラス・ビーズは米国特許第3,175,
935号に開示されているそれである。前記多孔フ
リツトは密集して押し固められた直径0.046cmの
球状物を含有した。前記ガラス・ビーズによつて
占められない容積は約30%であつた。そのような
不活性のフリツトは、気体の化学的活動度が問題
とされる場合に、すぐれた減衰装置である。実施
例におけるが如き試験の結果は下記第4表に列記
されている。 第4表 速 度 迎 角 N 1.52cm/秒 (N/A) 11.69 183cm/秒 …… 14.1 フリツト材における速度従属比は1.21であるこ
とが知られる。 実施例 4 凹所を有する“テフロン”のブロツクに長さ
7.62cm、幅0.63cmの室が形成され、前記凹所は
“ウイツコ”(Witco)粒度235−12 30メツシユ
(米国ふるい寸法)の活性炭素の小さいベツドを
詰められた。0.32cmの直径と、1.75cmの長さとを
有する12個の互いに平行の通路を有するナイロン
製の拡散格子が前記凹所上方に配置された。200
メツシユ(米国ふるい寸法)のニツケル・スクリ
ーンが拡散格子の通路の入口上方に配置された。
これら装置は、スクリーンを有しない同等装置に
比較して、0.1時間、ベンゼンを以て飽和された
22℃の空気内において試験された。スクリーンを
有する装置は3.8ngのベンゼンの平均重量増加を
以て反応し、スクリーンを有しない装置は3.03mg
のそれを以て反応した。前記200メツシユのスク
リーンが約47%の開放区域を有するに過ぎないと
いう事実は、明らかに、質量採取を同率の量を以
て減じなかつた。全く反対に驚くべきことに、前
記スクリーンは反応を増加した。細目の多孔性の
スクリーンの存在は、予想された如き質量採取の
減少を招かないと結論された。 実施例 5 実施例4の結果を実証するため、実施例2の静
気層は実施例1の静気層に対比して試験された。
静止空気状態下で水銀蒸気に対して露出されたと
き、多孔板を配設された装置の平均的反応は16.4
であつた。多孔板を配設されていない装置の平均
的反応は14.0であつた。スクリーン付き装置の反
応対スクリーン無し装置の反応の比は1よりも大
きい。従つて、実施例5の異常な結果は確証さ
れ、多孔板の存在は予期された如くに反応を減じ
させる代りに僅かに反応を増加させうる。 実施例 6 有機蒸気濃度を測定するため、成形されたポリ
プロピレンを以て成る容器は、直径1.27cm、深さ
2mmの下室を有するものとして作られた。約100
mgの“ウイツコ”(“Witco”)18×40米国メツシ
ユAC−4259活性炭素が前記下室に配置された。
実施例1のそれの如きステンレス鋼スクリーンが
前記活性炭素を適所に保持するように前記下室上
方に配置された。直径1.6mm、長さ2.1mmの均等間
隔を以て互いに離された12個の通路を有する拡散
格子が前記ステンレス・スクリーン上に配置さ
れ、実施例2の織られたポリエステル・スクリー
ンが前記通路の入口上方に結合された。 本装置は、トルエン、トリクロロエチレン及び
メチルエチルケトン(MEK)個々の蒸気及び混
合蒸気に対し、適当時間、露出された。結果は下
記の通りである。
における特定の気体の存在を測定する装置に係
り、他の一構成面において、空気中の一特定気体
に対する個人の時平均露出を測定するのに好適な
装置に係る。 汚染蒸気の存在を測定する公知の検出装置の一
例は、米国特許第3714562号に開示されるそれで
あり、該装置は特定の蒸気を吸収するために金属
フイルムを使用し、該蒸気の存在は抵抗の変化に
よつて測定される。米国特許第3703696号、第
2976188号及び第2713625号にも抵抗型の検知要素
が開示されている。これら先行技術に依る検出装
置は、運動中の蒸気を抵抗要素上を通らせ、それ
らを定速度に依存させて精度を得るようにされて
いる。そのような装置は、検出装置上の気体の流
れが個人の運動によつて影響されるように個人に
装着されるときは正しく機能しない。各人の運動
は一様でなく、且つ、室内の空気の運動も一定で
ないから、個人に装用されたとき空気が検出要素
に接近するのを許す簡単なバツジ検出器は、速度
の関数として反応において著しい差異を生じ、し
たがつて、個人の露出度の精密な監視を不可能に
する。 米国産業衛生協会会誌第34巻第2号(1973年2
月)78〜81ページに掲載されている“汚染気体に
対する個人監視装置”(パームズとガニゾンの共
同論文)には、別の一検出装置が発表されてい
る。この装置は、収集媒質によつて特定の気体の
ゼロ濃度に保たれている室内へ既知寸法の1個の
小孔を通じて拡散する選択された気体の量を測定
することによつて濃度を測定する。 本発明に依る装置は、気体混合物中の特定蒸気
または気体に対するバツジの時平均露出または存
在を測定し得る監視装置を提供する。本装置は開
端部を形成された室を有し、測定さるべき蒸気と
相互作用する検出層を包囲する。減衰装置即ち流
れ制御装置は前記室に出入するばら気体の運動を
制御し、前記開端部と相互作用層との間において
前記室の内部及び、または入口、に配置され以て
静気層が前記減衰装置と相互作用層との間に存在
するように保証する。これは、検出層に対して相
互する特定蒸気の量が、静気層を通る特定の気体
の拡散の関数であり、前記室の開端部における速
度、流れの方向、乱流等から実質的に独立してい
ることを保証する。 本発明をさらに明快に理解するため、以下添付
図面を参照してさらに詳細に本発明を説明する。 一般に、満足される気体抽出装置を構成する場
合、少くとも3個の素因を制御することが望まし
い。理想的には、気体抽出装置は、(1)周囲速度効
果から独立している。;(2)制御可能の気道を有す
る;及び(3)制御可能の反応時間を有することが要
求される。本明細書において使用される用語“気
体”は、分子状態または原子状態に分散された物
質であつて通常の室温において固体あるいは液体
として存在し得、一般的にそれらの気相において
蒸気と呼ばれる物質を含むものを意味する。 速度効果及び空気流向効果を示すため、水銀気
体検出器が作られた。ポリスチレン製の装置は概
ね幅0.32cm、深さ0.08cm、長さ15.24cmの蛇行パタ
ーンを配して射出成形された。150オングストロ
ームの厚さの密着金フイルムが基板即ちサブスト
レートのパターン面に蒸着され、そして基板表面
の高部が研削され、かくして、薄い金を以て成る
蛇行形状の抵抗が残成された。ポリスチレン製の
ブロツクに直径0.16cm、長さ0.64cmの36個の平行
の穴を有する拡散格子が検出器上に配置された。
これら穴は心間間隔0.32cmを以て均等に離され、
そして金検出面に対して垂直にその直上に位置さ
れた。装置は、25時間に亘つて、50マイクログラ
ムHg/m3の定濃度を有する空気を使用して、各
種の迎角と速度とにおける速度独立度に就て試験
された。前記迎角は、流れの方向と装置表面との
間の鋭角である。吸収された水銀の量は、前記金
フイルムの抵抗の変化によつて決定された。装置
の反応は、抵抗の変化を測定することによつて決
定され、次式を用いることによつて計算される: 50×102(△R)/R (1)/tc 上式において、(R)はストリツプ即ち金フイ
ルムの初抵抗、(△R)は水銀蒸気に対する露出
後の抵抗、(t)は水銀蒸気に対する露出時間、
そして(c)は、空気毎1m3当りのHgをmgを以て表
した水銀濃度である。 第1表 速 度 迎 角 N 静止空気 (N/A) ※15.7 91.4cm/秒 90゜ 15.1 91.4cm/秒 45゜ 32.4 183.cm/秒 90゜ 27.9 183cm/秒 45゜ 51.4 ※(N/A)=適用せず 上記結果は、91.4cm/秒の通常室内速度におけ
る装置反応Nは、空気流が穴の軸線に対して平行
であるかぎりは影響されないことを示した。速度
を183cm/秒(速歩速度)に増すことは平行流に
対して装置の反応を2倍にし、45゜の迎角のとき
は反応を概ね4倍にする。 停滞状態下の反応に対する183cm/秒の速度と
45゜の迎角における反応の比は、速度効果からの
監視装置の自由度を表示する。一般に、満足され
る装置は、静止空気状態に比較されるとき約±45
%よりも大きい速度独立変動を有しないであろ
う。 速度効果は静気層を提供する減衰装置によつて
制御可能であることが発見された。減衰装置は周
囲大気から検出層への気体の拡散移転を許すとと
もに、本発明の装置に所望の反応特性を付与す
る。減衰装置は各種の形式、例えば、ワイヤ・ス
クリーン、粒状物質を以て成る多孔板、不織打延
綿、微小孔重合体フイルム等、を取り得る。織ら
れた細目の、または多くの微小孔を有する、重合
体スクリーンは減衰装置の一例であり、本発明に
依る装置において速度効果を減じるとともに、装
置の室の開端部と、該室内に収容された相互作用
物質との間に相対的に静止した静気層を生じさせ
ることを保証する。細目のワイヤ・スクリーン、
例えば270メツシユ(米国ふるい寸法)のもの、
は殆んど抵抗を提供せず、そして或る条件下にお
いてはワイヤ・スクリーンの全幅に亘る気体分子
または原子の拡散即ち質量運搬を増加させ得る
が、同時に、速度効果を300%も減じ得る。 もう一つの形式の減衰装置は粒状物質を以て作
られる多孔焼結板または層である。粒状物質の一
例は、米国特許第3175935号に開示されているそ
れらの如きエポキシ樹脂を以て被覆された球状の
ガラス・ビーズである。熱付着性のエポキシを以
て被覆されたガラス・ビーズは型の内部に詰込ま
れ、次いで、成形物は熱硬化される。硬化間、エ
ポキシ樹脂は球状のガラス・ビーズの連続接触点
へ流れ、ガラス・ビーズを強い多孔材料として互
いに固着させる。また、締固められたのち標準的
な粉末冶金技術を使用して多孔板として形成され
得る金属粒も使用され得る。好適な金属粒は、
銅、黄銅、青銅、ステンレス鋼並びにその他の金
属及び合金である。多孔板は比較的低い質量運搬
率の減衰装置を提供するとともに、該板内部に相
互作用物質を配置することによつて妨害気体を
除するすぐれた機会を提供する。前記多孔板の空
隙体積及び孔寸法は減衰率を支配し、使用される
粒子のいくつかの形式を混合することによつて変
更され得、さらに、ガラス・ビーズの場合におい
ては樹脂の追加によつて、あるいはまた、空隙の
一部を詰める目止材を使用することによつても変
更され得る。 減衰装置と拡散格子は、該装置を通過する気体
の量を制御することによつて、検出装置の感度を
制御する。粒状物質を以て成る多孔板はもし該多
孔板が配置されていないならば検出層に衝突する
であろう、または開放された静気層によつて通さ
れるであろう気体の小部分を通過させるにすぎな
い。したがつて、減衰装置は検出装置の反応を各
種の異なる周囲条件に対して適合させる方法を提
供する。長時間装置が必要とされる場合、または
特定気体が高濃度である場合は、質量運搬は減少
され得、そして急速短時間反応が重要とされる場
合、または特定の気体が低濃度である場合は、よ
り制限的でない減衰装置が使用され得る。 反応時間の制御は、形成される静気層の一特徴
である。高周囲濃度区域から相互作用物質におけ
る低または零濃度への原子及び分子流動は、特性
流動速度において生じる。特性流動速度CDV
は、二元拡散定数を分子移動距離(濃度勾配の長
さ)で除した値の2倍に等しい。各種の気体の二
元拡散定数は相対的に一定であるから、反応時間
の一次制御は濃度勾配の長さである。原子または
分子が静気層の厚さLを横断するのに要する平均
時間Tは特性流動速度CVDの関数であり、次式
によつて二元拡散定数Dに対して関係づけられ
る: T=L/CDV=L/2D/L=L2/2D 前記反応時間と静気層厚さとの間には放物線関
係が存在するから、速度効果を減じるために厚い
静気層を使用することは反応時間の著増を生じさ
る欠点を伴う。望ましい反応時間を与える勾配長
さの選択において、速度減衰装置の選択は、特
に、急速反応のために薄い静気層が使用される場
合、重要である。 本発明の実施に使用され得る相互作用物質は、
測定中の気体を吸収する、吸着する、該気体に対
して反応する、またはその他の方法を以て該気体
と結合する物質を包含する。相互作用物質が物理
的に変化せしめられる場合は存在する物質の量を
直ちに測定することが可能であり、一方、監視中
の気体を吸収または吸着するその他の物質は標準
の分析技術、例えば、ガス・クロマトグラフイに
よつて分析され得る。具体的な例として、一酸化
炭素を吸収すると同時に変色する(白色から灰色
へ、さらに黒色へ)紙に埋設された塩化パラジ
ウム11、抵抗が変化する薄い金属フイルム(例
えば、金)、自後の気体分析のために気体を保持
する吸着材、吸収材及び交換樹脂、重量分析のた
め気体を吸収する液体またはゲルが挙げられる。
本発明の実施に役立つ相互作用物質は、しばし
ば、特定の気体または特定の種類の気体に対して
特定される。しかし、多数の気体要素を同時に捕
捉しそして測定するため一種の吸収物質とクロマ
トグラフイ分析を使用することも可能である。 本発明の室は、周囲環境に対して反応せず、且
つ測定さるべき気体に対しても無反応である材料
を以て製作される。そのような材料の例は、ステ
ンレス鋼、ポリエチレン、ポリプロピレン、金属
その他である。一般的に、射出成形されるプラス
チツクスは、それらの安価性、化学的不活性、及
び製作の容易性の故に推奨される室を形成する。 本発明に基く気体検出装置は小さい寸法、例え
ば、幅2.5cm、長さ5cm、にされ得、これによつ
て、装置が個人の衣服または身体に装架されるこ
とを可能ならしめる。個人が定常作業に就く或る
時間に亘つてバツジを装用したのち、装置は分析
され得る。検出された気体の量を装置の被露出時
間で除することによつて、装置の累積露出のほか
に、時平均露出値が得られる。 先ず、同一部品を同一番号を以て示している添
付図面の第1図及び第2図を先ず参照すると、検
出装置10は、水銀ガスを吸収するのに好適な薄
い金を以て成る検出層12を、その表面に蛇行パ
ターンとして配置されている。検出装置10はそ
の上面に拡散格子14を配置されている。拡散格
子14は複数個の通路16を貫設されている。細
かい目穴の織製されたスクリーン18が通路16
の上面上方にリツプ19によつて保持されてい
る。該リツプ19は通路16を取囲み、前記スク
リーン18が拡散格子14の上面に接触するのを
防いでいる。前記スクリーン18は、それと拡散
格子14の上面との間に比較的静止した気体の層
15を画成する。該層15は速度効果から拡散格
子14を保護する働らきをする。 第3図〜第6図には、直列に配置された各種の
減衰装置であつて静気層を構成するとともに速度
効果を最小にするものを有する気体分析装置が図
示されている。第3図と第4図において、細目の
スクリーン18は、分析装置を通り過ぎる気体の
効果から、下置装置の上面を保護している。 さらに明細に述べると、第3図、第4図及び第
6図において、容器24は、検出層を形成する室
27内に収容されている相互作用物質のベツド2
6を有する。第3図において、開端部28は、複
数個の通路を形成された拡散格子14を有する。
細目のスクリーン18は、拡散格子14上方数mm
のところに装架されて突起30に固着され、これ
によつて、静気層に対してはスクリーン18の目
穴よりも大きい開口が無いようにされている。こ
のことは、相当量の気体がスクリーン18の端縁
において侵入して速度効果を生じるのを防止す
る。この構成は、スクリーン18と拡散格子14
との間に静気層32を形成する。この構成は、有
効な検出装置を提供し、拡散格子14の上面に接
触して気体が本質的に静止状態を保つことを保証
する。第4図においては、第3図の拡散格子14
は多孔板34に代えられている。多孔板34は、
多孔構造を形成するように固化された粒状物質を
以て形成されている。かくして構成された減衰装
置は、拡散によつて、周囲環境から相互作用物質
ベツド26へ気体を送達し、速度効果を最小にす
る。第6図においては、第3図の装置は、速度効
果をさらに減少させるため、拡散格子14の上下
にスクリーン36を増設することによつて修正さ
れている。 第5図の監視装置は拡散格子14と検出装置1
0との間に配置された圧縮された不織フアイバを
以て成るマツト22を有する。該マツト22は拡
散通路16を通る気体の運動をさらに減衰させる
のに役立つ。マツト22はその全域に分散された
反応物質を包含し、該反応物質は特定の形式の汚
染物質を捕捉あるいは抑留し以て検出層12の汚
染または変質を防ぐ。 減衰装置の一つは、また、気体混合物の1種ま
たは数種の気体成分であつて被測定気体の相互作
用物質を妨害するおそれあるものを別するまた
は吸収除去するのに使用されうる。例えば、アセ
トンまたはその他の有機気体が存在する場合、第
5図のマツト22に包含される活性炭素は存在す
る有機物を吸収しつつ気体例えばH2S、CO及び
Hgが減衰層を通過するのを許す。 本発明は、以下述べる非限定実施例を参照して
さらに詳細に説明される。これら実施例におい
て、特に示されないかぎり、全ての部は、重量に
基くものとする。特定の項目が個別のサンプルに
適用されない場合は、表にされた結果において、
記号N/Aがそのことを示す。 実施例 1 第1表に列記された結果を生じさせる仕様にお
いて使用される拡散格子は、細かい網目のメツシ
ユを有する織られたステンレス鋼で成る金網(細
かい粒状物のふるい分けに使用されるようなも
の)を、互いに平行する通路上方に配置すること
によつて修正された。網目の寸法は一辺0.0053cm
であり、金網の開放区域は32%であつた。この装
置は、第1表を参照して説明された如き定水銀蒸
気濃度において速度従属比に就て試験された。 第2表 速 度 迎 角 N 静止空気 (N/A) 16.4 183cm/秒 90゜ 19.5 183cm/秒 45゜ 23.6 これらの結果は、第1表の装置における51.4/
15.7=3.27に比べ、23.6/16.4=1.44の速度従属
比を示している。有毒気体が発見される室内にお
いて殆んどのすきま風の速度は183cm/秒を相当
下まわるから、気体速度に起因する本実施例の装
置の誤差は、44%よりも相当小さく、ほとんどの
場合、20%よりも小さい。有毒気体の存在を少し
過度表示することは、露出された者にとつてはお
そらく有益であり、個人検出装置においては許さ
れることである。 実施例 2 アルミニウムのブロツクに深さ約0.63cm、直径
約7.62cmの円形の室を形成することによつて、水
蒸気検出装置が製作された。この室は粒状の無水
CaSO4を詰められ、ポリメチルメタクリレートを
以て成る拡散格子であつて直径0.157cm、長さ
0.635cmの通路275個を有するものが前記室上に密
閉配置された。ポリエステル単フイラメントから
成る織られたスクリーンであつて0.0043cmの網目
寸法と27%の開放区域とを有するものが通路上方
0.76cmのところに吊持され、これによつて、拡散
格子に隣接した静気層が画成された。スクリーン
はその周縁に沿つて密封された。かようにして、
速度減衰層は、拡散格子によつて形成される静気
層に対して直列に形成された。 本装置は、毎m3当り17gmのH2Oを含む空気を
有する試験室内に3.17時間配置され、装置の反応
は重量によつて測定された。下記相対重量増加
は、乾燥剤の原重量を超える重量増加の百分率で
ある。 第3表 速 度 迎 角 相対重量増加 静止空気 (N/A) 9.94 178cm/秒 45゜ 11.80 これらの結果は、11.80/9.94=1.19の速度独立
比を示し、それは実施例第1における44%に対し
て比較されるとき速度とともに約20%の増加を表
わしている。 実施例 3 実施例第1の装置は拡散格子に代えて多孔フリ
ツトを配設された。該多孔フリツト材は合成樹脂
を以て被覆されたガラス・ビーズであつて締固め
られて互いに結合されたものを使用して製作され
た。前記ガラス・ビーズは米国特許第3,175,
935号に開示されているそれである。前記多孔フ
リツトは密集して押し固められた直径0.046cmの
球状物を含有した。前記ガラス・ビーズによつて
占められない容積は約30%であつた。そのような
不活性のフリツトは、気体の化学的活動度が問題
とされる場合に、すぐれた減衰装置である。実施
例におけるが如き試験の結果は下記第4表に列記
されている。 第4表 速 度 迎 角 N 1.52cm/秒 (N/A) 11.69 183cm/秒 …… 14.1 フリツト材における速度従属比は1.21であるこ
とが知られる。 実施例 4 凹所を有する“テフロン”のブロツクに長さ
7.62cm、幅0.63cmの室が形成され、前記凹所は
“ウイツコ”(Witco)粒度235−12 30メツシユ
(米国ふるい寸法)の活性炭素の小さいベツドを
詰められた。0.32cmの直径と、1.75cmの長さとを
有する12個の互いに平行の通路を有するナイロン
製の拡散格子が前記凹所上方に配置された。200
メツシユ(米国ふるい寸法)のニツケル・スクリ
ーンが拡散格子の通路の入口上方に配置された。
これら装置は、スクリーンを有しない同等装置に
比較して、0.1時間、ベンゼンを以て飽和された
22℃の空気内において試験された。スクリーンを
有する装置は3.8ngのベンゼンの平均重量増加を
以て反応し、スクリーンを有しない装置は3.03mg
のそれを以て反応した。前記200メツシユのスク
リーンが約47%の開放区域を有するに過ぎないと
いう事実は、明らかに、質量採取を同率の量を以
て減じなかつた。全く反対に驚くべきことに、前
記スクリーンは反応を増加した。細目の多孔性の
スクリーンの存在は、予想された如き質量採取の
減少を招かないと結論された。 実施例 5 実施例4の結果を実証するため、実施例2の静
気層は実施例1の静気層に対比して試験された。
静止空気状態下で水銀蒸気に対して露出されたと
き、多孔板を配設された装置の平均的反応は16.4
であつた。多孔板を配設されていない装置の平均
的反応は14.0であつた。スクリーン付き装置の反
応対スクリーン無し装置の反応の比は1よりも大
きい。従つて、実施例5の異常な結果は確証さ
れ、多孔板の存在は予期された如くに反応を減じ
させる代りに僅かに反応を増加させうる。 実施例 6 有機蒸気濃度を測定するため、成形されたポリ
プロピレンを以て成る容器は、直径1.27cm、深さ
2mmの下室を有するものとして作られた。約100
mgの“ウイツコ”(“Witco”)18×40米国メツシ
ユAC−4259活性炭素が前記下室に配置された。
実施例1のそれの如きステンレス鋼スクリーンが
前記活性炭素を適所に保持するように前記下室上
方に配置された。直径1.6mm、長さ2.1mmの均等間
隔を以て互いに離された12個の通路を有する拡散
格子が前記ステンレス・スクリーン上に配置さ
れ、実施例2の織られたポリエステル・スクリー
ンが前記通路の入口上方に結合された。 本装置は、トルエン、トリクロロエチレン及び
メチルエチルケトン(MEK)個々の蒸気及び混
合蒸気に対し、適当時間、露出された。結果は下
記の通りである。
【表】
試験1〜試験4においては速度従属率は最大
12.5%であつた。これは、試験条件は前述の諸実
施例における程には厳しくはなかつたが、良好な
結果である。 この実施例において、厚さ約2.7mmの静気層を
通る有機蒸気の拡散は、殆んどの有機蒸気に就
き、約0.5秒の拡散時間を要する。本実施例に依
る装置の速度従属性は、狭い静気層にもかかわら
ず、良好であつた。 実施例 7 第1表を参照して説明された水銀検出装置は、
幅0.31cm、深さ0.64cm、長さ2.66cmの4個のスロ
ツトを有する拡散格子を配設された。該拡散格子
の上面は、米国特許第3,558,764号に開示され
ている如き微孔ポリプロピレン・フイルムによつ
て掩蔽された。そのようなフイルムの微孔は一般
的に0.1ミクロンまたはそれよりも小さく、該フ
イルムの表面区域の約35%を占めると信じられ
る。 実施例1におけるそれと同じ試験において、静
止空気条件下にてN=45.1;迎角45゜、速度183
cm/秒にてN=51.7の結果が得られた。本装置は
速度効果の下においてもその反応を僅かに14%増
したに過ぎず、最小の速度従属率を有する高反応
性の装置を提供する。 追加の関係 本発明は、原発明特許第1165572号(特公昭57
−38859号)記載の発明に欠くことのできない事
項の主要部、即ち、非導電性の基板またはサブス
トレート材料を以て構成される少くとも1個の開
端部を形成された室に設けられた蛇行形状の凹所
に周囲気体混合物中の少くとも一特定気体に対し
て反応する物質を以て成るフイルム状の細長片を
配設して気体検出層を形成して構成される検出装
置上に、変動空気流が前記検出層に接触すること
を阻止して滑らかな拡散勾配を提供する拡散格子
を組合わせ、これによつて、周囲気体混合物中の
測定さるべき特定気体と前記検出層との相互作用
による前記細長片の物理的または化学的特性の変
化を測定することを可能ならしめ以て例えば周囲
気体混合物中の有害気体に対する個人の時平均露
出量を検出するフイルム・バツジ等を提供するこ
とにおいて、原特許願記載の発明と同一の目的及
び効果を有するものであるが、本発明において
は、さらに、前記開端部と前記検出層との間に、
気体の運動を制御して該運動に起因する細長片の
反応誤差を無くし、あるいは最小ならしめるべ
く、細目のスクリーンあるいは多孔部材を以て構
成される少くとも2個の減衰装置を直列に配設
し、これによつて、前記室内に実質的に静止した
気体の層を存在せしめ、以て前記検出層に対して
相互作用せしめられる特定気体の量が前記静止気
体層を通る拡散の関数であるとともに周囲気体混
合物の相対流動に原因する速度効果から実質的に
独立せしめられ、且つ、周囲気体混合物中の妨害
成分を除去することによつて、検出装置の特定気
体検出精度を一そう向上させて、原発明と同一の
目的を達成するものである。
12.5%であつた。これは、試験条件は前述の諸実
施例における程には厳しくはなかつたが、良好な
結果である。 この実施例において、厚さ約2.7mmの静気層を
通る有機蒸気の拡散は、殆んどの有機蒸気に就
き、約0.5秒の拡散時間を要する。本実施例に依
る装置の速度従属性は、狭い静気層にもかかわら
ず、良好であつた。 実施例 7 第1表を参照して説明された水銀検出装置は、
幅0.31cm、深さ0.64cm、長さ2.66cmの4個のスロ
ツトを有する拡散格子を配設された。該拡散格子
の上面は、米国特許第3,558,764号に開示され
ている如き微孔ポリプロピレン・フイルムによつ
て掩蔽された。そのようなフイルムの微孔は一般
的に0.1ミクロンまたはそれよりも小さく、該フ
イルムの表面区域の約35%を占めると信じられ
る。 実施例1におけるそれと同じ試験において、静
止空気条件下にてN=45.1;迎角45゜、速度183
cm/秒にてN=51.7の結果が得られた。本装置は
速度効果の下においてもその反応を僅かに14%増
したに過ぎず、最小の速度従属率を有する高反応
性の装置を提供する。 追加の関係 本発明は、原発明特許第1165572号(特公昭57
−38859号)記載の発明に欠くことのできない事
項の主要部、即ち、非導電性の基板またはサブス
トレート材料を以て構成される少くとも1個の開
端部を形成された室に設けられた蛇行形状の凹所
に周囲気体混合物中の少くとも一特定気体に対し
て反応する物質を以て成るフイルム状の細長片を
配設して気体検出層を形成して構成される検出装
置上に、変動空気流が前記検出層に接触すること
を阻止して滑らかな拡散勾配を提供する拡散格子
を組合わせ、これによつて、周囲気体混合物中の
測定さるべき特定気体と前記検出層との相互作用
による前記細長片の物理的または化学的特性の変
化を測定することを可能ならしめ以て例えば周囲
気体混合物中の有害気体に対する個人の時平均露
出量を検出するフイルム・バツジ等を提供するこ
とにおいて、原特許願記載の発明と同一の目的及
び効果を有するものであるが、本発明において
は、さらに、前記開端部と前記検出層との間に、
気体の運動を制御して該運動に起因する細長片の
反応誤差を無くし、あるいは最小ならしめるべ
く、細目のスクリーンあるいは多孔部材を以て構
成される少くとも2個の減衰装置を直列に配設
し、これによつて、前記室内に実質的に静止した
気体の層を存在せしめ、以て前記検出層に対して
相互作用せしめられる特定気体の量が前記静止気
体層を通る拡散の関数であるとともに周囲気体混
合物の相対流動に原因する速度効果から実質的に
独立せしめられ、且つ、周囲気体混合物中の妨害
成分を除去することによつて、検出装置の特定気
体検出精度を一そう向上させて、原発明と同一の
目的を達成するものである。
第1図は拡散格子とそれに対して直列に配され
る網目のスクリーンとを有する気体検出装置の分
解部品配列図;第2図は組立状態において線2−
2に沿つて切つた第1図の断面図;第3図はスク
リーンと拡散格子との一修正形式を有する気体検
出装置の断面図;第4図はスクリーンと多孔板と
を有する気体検出装置の断面図;第5図は拡散格
子と不織布とを有する気体検出装置の分解部品配
列図;第6図は複数個のスクリーン及び1個の拡
散格子を有する気体検出装置の断面図である。 これらの図面において、10は検出装置;12
は検出層;14は拡散格子;15は静気層;16
は通路;18はスクリーン;22はマツト;24
は容器;26はベツド;28は開端部;32は静
気層;34は多孔板;36はスクリーンを示す。
る網目のスクリーンとを有する気体検出装置の分
解部品配列図;第2図は組立状態において線2−
2に沿つて切つた第1図の断面図;第3図はスク
リーンと拡散格子との一修正形式を有する気体検
出装置の断面図;第4図はスクリーンと多孔板と
を有する気体検出装置の断面図;第5図は拡散格
子と不織布とを有する気体検出装置の分解部品配
列図;第6図は複数個のスクリーン及び1個の拡
散格子を有する気体検出装置の断面図である。 これらの図面において、10は検出装置;12
は検出層;14は拡散格子;15は静気層;16
は通路;18はスクリーン;22はマツト;24
は容器;26はベツド;28は開端部;32は静
気層;34は多孔板;36はスクリーンを示す。
Claims (1)
- 1 周囲気体混合物中の少くとも一特定気体の量
を測定する装置にして該装置内で測定さるべき気
体と相互作用する材料の細長片に気体が接触する
ものにおいて、該装置が少くとも1個の開端部を
有する室と;該室内に配置され測定さるべき気体
と相互作用するようにされた検出層と;少くとも
2個の気体流れ減衰装置とを有し、該減衰装置
が、細目のスクリーン、多孔ガラス・フリツトま
たは多孔重合物質であり、あるいはまた、周囲気
体混合物中の妨害成分を除去する多孔質物であつ
て気体の運動を制御するように直列に配列され前
記開端部と前記検出層との間の前記室内に位置さ
れて実質的に静止した気体層を前記開端部と前記
検出層との間に存在せしめ、これによつて、前記
検出層に対して反応せしめられる特定気体の量
が、前記静止気体層を通る拡散の関数であり且つ
前記気体混合物と前記室との間の界面における前
記気体混合物の速度から実質的に独立することを
保証するものを以て成ることを特徴とする、周囲
気体混合物中の少くとも一特定気体の量を測定す
るバツジ型式の装置。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/455,211 US3950980A (en) | 1974-03-27 | 1974-03-27 | Vapor sampling device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS50131592A JPS50131592A (ja) | 1975-10-17 |
JPS623373B2 true JPS623373B2 (ja) | 1987-01-24 |
Family
ID=23807854
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP50036696A Expired JPS623373B2 (ja) | 1974-03-27 | 1975-03-26 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3950980A (ja) |
JP (1) | JPS623373B2 (ja) |
CA (1) | CA1044584A (ja) |
GB (1) | GB1509242A (ja) |
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