(57)【要約】  【課題】  フィルタに捕集したＰＭを妨害物質等による影響及び成分の一部をロスするおそれのない状態で、かつ、効率よく抽出して所定の成分分析を高精度に行える液体試料を容易に作成することができるようにする。  【解決手段】  フッ素系樹脂製多孔質薄膜の一面側に通気性不織布を積層し補強してなるフィルタを用いてＰＭを捕集した後、このフィルタの一部で質量及び大きさが計測されたフィルタ断片３ａを硝酸水溶液を収容した管状容器９の内壁面に貼付けた状態で管状容器９に超音波振動を付与することにより、フィルタ断片３ａから捕集ＰＭを脱離させてＰＭが懸濁状態の溶液１４を作成し、この作成した溶液１４をＩＣＰ発光分光分析装置への導入液体試料として用いる。  【選択図】      図３
2006126111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素系樹脂製多孔質層の一面側に通気性補強層を積層してなるフィルタを用いて粒子状物質を捕集した後、このフィルタの一部で質量及び大きさが計測されたフィルタ断片を溶液が収容された管状容器の内壁面に貼付け、次に、その管状容器に超音波振動を付与して前記フィルタ断片から捕集粒子状物質を脱離させて粒子状物質が懸濁状態の溶液を作成し、この作成した溶液を成分分析装置への導入液体試料として用いることを特徴とする成分分析用液体試料の作成方法。
【請求項２】
前記超音波振動の付与により粒子状物質が懸濁された溶液に、界面活性剤を入れて均一なエマルジョン溶液とする請求項１に記載の成分分析用液体試料の作成方法。
【請求項３】
前記管状容器に収容する溶液として、水もしくは希釈硝酸を使用する請求項１または２に記載の成分分析用液体試料の作成方法。
【請求項４】
前記フィルタにおける通気性補強層として、帯電性の低い多孔質樹脂材料を素材とする不織布によって構成されたものを使用する請求項１ないし３のいずれかに記載の成分分析用液体試料の作成方法。
【請求項５】
前記成分分析装置として、作成された液体試料をネブライザーで霧化するとともに、その霧化試料を高周波プラズマとの接触により励起発光またはイオン化して液体試料中の成分を分光分析または質量分析する高周波プラズマ利用の分析装置を使用する請求項１ないし４のいずれかに記載の成分分析用液体試料の作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば大気中に浮遊する粒子状物質（以下、ＳＰＭというものを含む）や各種の排ガス等に含有されている粒子状物質のうち、特に粒子径が１０μｍ以下の微小ＰＭあるいは粒子径が２．５μｍ以下のＰＭをフィルタにより捕集し、このフィルタに捕集した微小ＰＭ中の含有成分を、例えば高周波誘導結合プラズマ（以下、ＩＣＰという）発光分光分析やＩＣＰ質量分析等の成分分析装置を用いて定性・定量分析する場合の前処理として、前記フィルタに捕集された微小ＰＭを溶液中に溶出（抽出）させて前記成分分析装置への導入が可能な液体試料を作成する成分分析用液体試料の作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大気中等の微小ＰＭをフィルタにより捕集し、その捕集により形成される測定スポットにβ線を照射し、その透過光を検出することによってＰＭ質量を測定するβ線吸収方式は従来より周知であるが、このβ線吸収方式の質量測定に用いられるフィルタは、ガラス繊維製であるために、ＩＣＰ等の成分分析装置へ導入される液体試料を得るべくフィルタに捕集されたＰＭを溶液中に溶出させる際、そのフィルタに含まれている妨害物質が多く溶出されることになり、所定の定性・定量分析を正常に行うことができない。
【０００３】
また、例えばローボリュームサンプラー等の手動式サンプラーを用い、サンプリング管内に連続的に吸引したサンプルガスを前記サンプリング管の下流側に設置したフッ素系樹脂よりなるフィルタに通過させてＰＭを捕集させ、このＰＭを捕集したフィルタに超音波振動を付与することにより、ＰＭをフィルタから脱離させ、この脱離したＰＭを溶液に懸濁させることによって、成分分析用液体試料を作成することも試みたが、この場合は、フィルタ自体が帯電しやすいために、その帯電によって捕集したＰＭが脱離しにくい上に、ＰＭ以外の不要物（妨害物質）も吸着し、それが液体試料中に混入するので、所定の定性・定量分析の精度が低下することは避けられない。
【０００４】
そこで、ＩＣＰ等の成分分析装置への導入液体試料の作成方法として、従来一般的には、図８の概要工程図で示すように、ＰＭを捕集したフッ素系樹脂製フィルタ２１の断片を、フッ素樹脂ビーカ等の容器に入れてＰＭをフッ化水素（ＨＦ）、過塩素酸（ＨＣｌＯ4 ）、硝酸（ＨＮＯ3 ）の混合液という非常に強い酸や超音波振動等を用いて溶解（分解）した後、加熱して乾燥固化させ、その固化物２５を硝酸（ＨＮＯ3 ）及び水（Ｈ2 Ｏ）の混合液で希釈して所定の成分分析用液体試料２６を作成する方法が採用されていた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】「浮遊粒子状物質汚染予測マニュアル」、監修  環境庁大気保全局大気規制課、著者  浮遊粒子状物質対策検討会、発行  株式会社東洋館出版社
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来一般的な液体試料の作成方法では、強い酸の使用によってＰＭ成分の一部をロスすることなく、濾過フィルタ２４の使用及び複数の容器の使い分けが必要であるために、非常に特殊な技術を要して作成効率が悪いとともに、妨害物質等によるコンタミの影響を受けやすく、所定の定性・定量分析に誤差を発生して精度の高い分析を行うことができない。特に、金属元素等の微小量のＰＭ成分の場合には誤差が大き過ぎて精度のよい分析が行えないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的は、フィルタに捕集したＰＭを妨害物質等による影響及びコンタミの影響を受けにくい状態で、かつ、効率よく抽出して所定の成分分析を高精度に行える液体試料を容易に作成することができる成分分析用液体試料の作成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る成分分析用液体試料の作成方法は、フッ素系樹脂製多孔質層の一面側に通気性補強層を積層してなるフィルタを用いて粒子状物質を捕集した後、このフィルタの一部で質量及び大きさが計測されたフィルタ断片を溶液が収容された管状容器の内壁面に貼付け、次に、その管状容器に超音波振動を付与して前記フィルタ断片から捕集粒子状物質を脱離させて粒子状物質が懸濁状態の溶液を作成し、この作成した溶液を成分分析装置への導入液体試料として用いることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
上記のような特徴を有する本発明によれば、フッ素系樹脂製多孔質層を通気性補強層の積層により補強支持させることで、多孔質層の薄膜化を可能として捕集ＰＭのリリース性に優れたフィルタを用いているので、ＰＭ捕集後にそのフィルタの断片を内壁面に貼付け、かつ、溶液が収容された管状容器に超音波振動を付与するだけで、捕集ＰＭの全てを脱離させてＰＭが懸濁状態の溶液、つまりは、成分分析装置へ導入可能な液体試料を前記管状容器内に作成することができる。したがって、冒述した従来一般的な作成方法の場合に必要であった濾過フィルタや複数の容器の使い分けといった非常に特殊な技術が全く不要で成分分析用液体試料の作成効率の著しい向上を図ることができるとともに、妨害物質等によるコンタミの影響をなくすることができる。しかも、強い酸の使用が不要であるから、ＰＭ成分の一部をロスするおそれもなく、所定の定性・定量分析を誤差なく非常に高精度に行うことができ、特に、金属元素等の微小量のＰＭ成分の分析にも十分に適用することができるという効果を奏する。
【００１０】
本発明に係る成分分析用液体試料の作成方法において、請求項２に記載のように、前記超音波振動の付与により粒子状物質が懸濁された溶液に、界面活性剤を入れて均一なエマルジョン溶液とすることにより、この溶液を成分分析装置に導入して行われる成分分析をより高効率かつ高精度に行うことができる。
【００１１】
また、本発明に係る成分分析用液体試料の作成方法において、請求項３に記載のように、前記管状容器に収容する溶液として、水もしくは希釈硝酸といった弱い酸を使用することにより、フィルタ断片に捕集されているＰＭを、酸分解と超音波振動との相乗作用によって一層確実かつ効率的に脱離させることができる。
【００１２】
また、本発明に係る成分分析用液体試料の作成方法に用いるフィルタにおける通気性補強層として、請求項４に記載のように、帯電性の低い多孔質樹脂材料を素材とする不織布によって構成されたものを使用することが望ましい。この場合は、補強層自体が帯電防止効果（除電効果）を有しているので、大気中の不要物などの吸着を防止し、成分分析における妨害物質が溶液に混入する事態を避けることができ、分析精度の一層の向上を図ることができる。
【００１３】
さらに、本発明方法により作成された液体試料を導入し成分分析を行う装置としては、請求項５に記載のように、液体試料をネブライザーで霧化するとともに、その霧化試料を高周波プラズマとの接触により励起発光またはイオン化して液体試料中の成分を分光分析または質量分析する高周波プラズマ利用の分析装置が好適であるが、それ以外の、例えばＰＩＸＥ分析装置やイオンクロマト分析装置等にも適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る成分分析用液体試料の作成方法の一実施例を、工程順に図面を参照しながら説明する。
第１工程：
図１に示すように、フッ素系樹脂製多孔質薄膜１の一面側に通気性補強層２を積層してなるフィルタ３を用いてサンプルガスＳ中に含まれているＰＭを捕集する。このＰＭの捕集に用いるフィルタ３は、図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、例えば四フッ化エチレン樹脂等のフッ素系樹脂によって、例えば平面視円形に形成されたフィルム状の多孔質薄膜１と、帯電性の低い多孔質樹脂材料、例えばポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリエステル、ポリアミドのいずれか一つまたは複数を素材とする吸湿性の低い不織布によって平面視円形に構成された通気性補強層２とを２層構造に積層してなる。
【００１５】
上記のようなフィルタ３は、図６に示すように、中央部に他の部分よりも一段低くしてその周縁部に環状部分４ａ、その中央部にサンプルガス通過用の複数の貫通孔４ｂ、さらに、変形防止用のブリッジ４ｃを有する円形状のフィルタ載置部４が形成されている平面視ほぼ長方形の板状ベースプレート５と、そのほぼ中央部に前記ベースプレート５の載置部４よりも若干小さい円形状の貫通孔６が形成されている平面視ほぼ長方形の板状押えプレート７との間に挟持固定させるように、フィルタユニット８に組み込まれる。そして、このフィルタユニット８をサンプラー（これは手動式、ターンテーブル等を用いた駆動式のいずれでもよいが、それらはいずれも周知のため、図示省略する）に装填してサンプルガスＳを当該フィルタ３に通過させることにより、ＰＭを捕集する。
【００１６】
第２工程：
図２に示すように、試験管タイプの管状容器９内に、水もしくは１％濃度の硝酸（ＨＮＯ3 ）５〜１０ｍｌの硝酸水溶液１０を収容し、その硝酸水溶液１０に浸漬される状態で前記フィルタ３の一部を切断したフィルタ断片３ａを管状容器９の内壁面に貼付ける。この際、前記フィルタ断片３ａの質量及び大きさ（容積）は予め計測されている。
【００１７】
第３工程：
次に、図３に示すように、圧電振動子や磁歪振動子等の超音波発振器１２を取り付けた容器１１内に水等の液体１３を収納し、その液体１３中に前記管状容器９を挿入した状態で、前記超音波発振器１２を１０〜２０分間作動して液体１３を伝達媒体として管状容器９に超音波振動を付与することにより、前記フィルタ断片３ａに捕集されているＰＭをそのフィルタ断片３ａから脱離させ、ＰＭが完全に脱離したことを確認することによって、管状容器９内にＰＭが懸濁状態の溶液１４を作成する。
【００１８】
第４工程：
最後に、図４に示すように、ＳＰＭが懸濁された溶液１４に、界面活性剤１５、特に、Ｔｒｉｔｏｎ  Ｘ−１００（Ａｃｒｏｓ  Ｏｒｇａｎ社製、ＵＳＡ）の１％溶液を１００μｌ添加することにより、均一なエマルジョン溶液１４’とする。
【００１９】
上記のように、フッ素系樹脂製多孔質薄膜１の一面側に通気性補強層２を積層してなるリリース性に優れたフィルタ３を用いることにより、ＰＭ捕集後のフィルタ断片３ａを内壁面に貼付けた管状容器９に超音波振動を付与するだけで、捕集ＰＭの全てを脱離させてＰＭが懸濁された均一エマルジョンの溶液１４を、濾過フィルタや複数の容器の使い分けといった非常に特殊な技術を要することなく、容易かつ効率的に作成することができるとともに、妨害物質等によるコンタミの影響もなくすることができる。また、強い酸は使用していないので、ＰＭ成分の一部をロスするおそれもなく、所定の定性・定量分析を誤差なく非常に高精度に行える液体試料を得ることができる。
【００２０】
そして、上記のようにして作成されたエマルジョン溶液１４’を、液体試料として用いられる成分分析装置の代表的なものの一つにＩＣＰ発光分光分析装置がある。以下、そのＩＣＰ発光分光分析装置について簡単に説明する。
【００２１】
図７は、ＩＣＰ発光分光分析装置Ａの概略構成図であり、前記管状容器９から移入されて試料容器１６内に貯溜されている液体試料（溶液）１４’はベリスタリックポンプ１７により可撓性チューブ３３を経てネブライザー１８に供給され、このネブライザー１８のチャンバー１９内で霧化された後、その霧化試料は搬送管２０を経由してプラズマトーチ３１に導入され、このプラズマトーチ３１の周囲に取り巻き配置された高周波コイル３２の高周波磁界によって霧化試料が励起発光される。この発光を図示していない測光手段により測定することで、ＰＭ成分の定量分析が行われる。
【００２２】
液体試料１４の成分分析装置としては、上述したＩＣＰ発光分光分析装置に限らず、ネプライザー１９で噴霧され、高エネルギー化した高周波プラズマによってイオン化した試料を質量分析するＩＣＰ質量分析装置にも、さらに、ＰＩＸＥ分析装置やイオンクロマト分析装置にも適用可能である。
【００２３】
因みに、本発明者らは、本発明方法に使用した２層構造のフィルタ３及び従来から使用されている単層構造のフッ素系樹脂製フィルタそれぞれに超音波振動を付与したときの捕集ＰＭのリリース性の実験、並びに、それらフィルタから離脱したＰＭを溶出した溶液をＩＣＰ発光分光分析装置に導入する定量分析の確認試験を行い、それぞれ次のような結果を得た。
【００２４】
１．標準サンプル
National Institute of Standards & Technology（ ＮＩＳＴ）製
Standard Reference MaterialR 2783(Air Partioulate on Filter on Filter Media)
２．試験結果
【００２５】
【表１】
2006126111.tif 000003
【００２６】
３．考察
以上の試験結果からも明らかなとおり、本発明の成分分析用液体試料の作成方法による前処理を行ったＮＩＳＴの標準サンプルから、大気環境で重要視される１０元素をＩＣＰ発光分光分析装置で定量することが可能であることが確認された。
【００２７】
なお、上記実施例における第２工程〜第４工程のうち、第４工程は省略してもよい。また、管状容器９内に、水もしくは１％濃度の硝酸（ＨＮＯ3 ）５〜１０ｍｌの硝酸水溶液１０を収容する代わりに、濃硝酸０．５〜１ｍｌを入れて超音波振動を付与し、その後に、超純水で５〜１０ｍｌにメスアップした溶液を成分分析装置に導入する液体試料として用いてもよい。
【００２８】
また、上記実施例では、フィルタ３における通気性補強層２として、例えばポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリエステル、ポリアミドのいずれか一つまたは複数を素材とする帯電性及び吸湿性の低い不織布によって構成されたものを使用したが、必ずしもそれに限定されるものでなく、フッ素系樹脂製多孔質薄膜１を補強でき、かつ、通気性に優れた素材から構成されたものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る成分分析用液体試料の作成方法の一実施例における第１工程を示す概要図である。
【図２】同上実施例における第２工程を示す概要図である。
【図３】同上実施例における第３工程を示す概要図である。
【図４】同上実施例における第４工程を示す概要図である。
【図５】（Ａ）および（Ｂ）は、本発明方法に用いるフィルタの構成を概略的に示す斜視図である。
【図６】同上フィルタが組み込まれたフィルタユニットの構成を概略的に示す斜視図である。
【図７】成分分析装置の一例となるＩＣＰ発光分光分析装置の概略構成図である。
【図８】従来一般的に採用されている成分分析用液体試料の作成方法を示す概要工程図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  フッ素系樹脂製多孔質薄膜
２  通気性補強層（不織布）
３  ＰＭ捕集用フィルタ
３ａ  フィルタ断片
９  管状容器
１４  懸濁状態の溶液
１４’  エマルジョン溶液
１８  ネブライザー
Ａ  ＩＣＰ発光分光分析装置
【図１】
2006126111.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006126111.tif 000009
【図７】
2006126111.tif 000010
【図８】
2006126111.tif 000011