(57)【要約】      （修正有）【課題】土壌中の石油系炭化水素成分含有量を汚染調査を行う現場で短時間に計測できる測定装置を提供する。【解決手段】気化・燃焼部１は、測定する試料の土壌をカプセル状の試料容器１１５と、前記試料用器１１５と試料投入室蓋１４５を２つの空間を持つ収容空間１１８へ収容させるために自動的に昇降させる収容昇降装置３と、前記試料容器１１５を収容する前記収容空間１１８の一方の加熱ガス通過空間１１９と、前記収容空間１１８のもう一方の酸素と窒素の混合ガスを導入する混合ガス入口２ａを備えた常温ガス通過空間１２０と、前記常温ガス通過空間１２０とインラインヒーター１１３に接続されて前記混合ガスが通過する混合ガス配管２ｃを備えた土壌中揮発性物質抽出装置。【選択図】図１
2011232333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測する土壌を収容する収容空間と、前記土壌に酸素と窒素の混合ガスを送入する送入手段と、前記混合ガスを急加熱して前記収容空間に導入する加熱手段と、土壌内に含有する揮発性物質が前記加熱手段により気化されたガスを触媒で燃焼させる燃焼手段と、該燃焼手段により燃焼したガスを再び常温状態のガスに冷却する冷却手段と、冷却された燃焼ガスの濃度を計測する燃焼ガス濃度計測手段を有することを特徴とする土壌中揮発性物質抽出装置。
【請求項２】
前記収容空間は、内壁で遮蔽された少なくとも２つの空間を有しており、一方の空間には常温状態の酸素と窒素の混合ガスを通過させ、他方の空間には前記土壌を収容させて前記加熱手段により加熱された前記混合ガスを通過させることを特徴とする請求項１に記載の土壌中揮発性物質抽出装置。
【請求項３】
前記加熱手段は、前記一方の空間を通過した前記混合ガスを急加熱して前記他方の空間に導入することを特徴とする請求項２に記載の土壌中揮発性物質抽出装置。
【請求項４】
前記加熱手段は、常温状態で送入された前記混合ガスを制御して急加熱させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の土壌中揮発性物質抽出装置。
【請求項５】
前記収容空間に導入される前の前記混合ガスの濃度を計測する入側ガス濃度計測手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の土壌中揮発性物質抽出装置。
【請求項６】
前記燃焼ガス濃度計測手段と前記燃焼前ガス濃度計測手段の測定値の差に基づいて、前記揮発性物質によって得られるガスの濃度を算出する演算制御部を備えることを特徴とする請求項５に記載の土壌中揮発性物質抽出装置。
【請求項７】
前記演算制御部は、前記燃焼ガス濃度計測手段と前記燃焼前ガス濃度計測手段の測定値の差が、測定終了用閾値以下となった場合に、計測を終了させることを特徴とする請求項５又は６に記載の土壌中揮発性物質抽出装置。
【請求項８】
前記演算制御部は、前記燃焼ガス濃度計測手段と前記燃焼前ガス濃度計測手段の測定値の差が、エラー判定用閾値以上となる場合に、エラー表示させることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の土壌中揮発性物質抽出装置。
【請求項９】
前記土壌に酸素と窒素の混合ガスを送入する前記送入手段によって送られる前記混合ガスの流路を切り換えることで、前記収容空間に導入せずに、前記燃焼手段に直接案内する触媒パージ用ガス配管を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の土壌中揮発性物質抽出装置。
【請求項１０】
前記燃焼ガス濃度計測手段は、前記触媒パージ用ガス配管によって前記燃焼手段に直接案内された前記混合ガスの濃度を計測することで、前記触媒に吸着されている物質の放出状況を判定することを特徴とする請求項９に記載の土壌中揮発性物質抽出装置。
【請求項１１】
前記収容空間と前記燃焼手段の間に設けられ、前記収容空間で気化されたガスを再加熱して前記燃焼手段に導入する第２加熱手段を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の土壌中揮発性物質抽出装置。
【請求項１２】
前記収容空間を構成する気化容器の外周に、前記気化容器を加熱する加熱ガス通過空間放熱防止ヒーターが設けられることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の土壌中揮発性物質抽出装置。
【請求項１３】
前記燃焼手段は、前記触媒が効果を発揮する温度に制御する触媒加熱手段を備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の土壌中揮発性物質抽出装置。
【請求項１４】
前記燃焼手段は、前記触媒を収容する触媒容器の外周に、前記触媒容器を加熱する触媒容器放熱防止ヒーターを備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の土壌中揮発性物質抽出装置。
【請求項１５】
前記土壌は、カプセル状の容器に収容され、前記収容空間は前記カプセル状の容器を収容することを特徴とした請求項１〜１４のいずれかに記載の土壌中揮発性物質抽出装置。
【請求項１６】
前記カプセル状の容器を自動的に昇降させる昇降装置を備えることを特徴とした請求項１５に記載の土壌中揮発性物質抽出装置。
【請求項１７】
前記送入手段は、前記混合ガスの流量を一定に制御させることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の土壌中揮発性物質抽出装置。
【請求項１８】
前記収容空間は温度センサを備えており、土壌内に含有する揮発性物質濃度の気化が終了した後、前記収容空間の温度が常温に戻るまで送入手段により酸素と窒素の混合ガスを前記収容空間に通過させることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の土壌中揮発性物質抽出装置。
【請求項１９】
前記燃焼ガス濃度計測手段は、燃焼したガスの濃度変化を時系列で計測し土壌中揮発性物質の種別を判定することを特徴とした請求項１〜１８のいずれかに記載の土壌中揮発性物質抽出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌汚染調査現場で迅速・簡便な手法で、且つ、環境に悪影響を与えずに土壌中に含有する揮発性物質濃度を測定する方法と計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
土壌汚染物質の揮発性物質には、例えば石油系炭化水素を含有するものがある。この石油系炭化水素とは、石油関連施設で扱っている石油製品に由来するものであり、例えば、ガソリン、灯油、軽油、Ａ重油、Ｃ重油、潤滑油類（鉱油、合成油）、原油等を構成する炭化水素化合物類である。現在、土地の使用用途変更などの際に土壌汚染調査の結果報告が義務付けられており、その一環として土壌中の石油系炭化水素成分の含有量を調べる必要がある。
【０００３】
これまでの分析法としては、土壌中の石油系炭化水素成分をｎ−ヘキサンで抽出・分離し、ｎ−ヘキサンを加熱により蒸発させ、残渣物の重量を測定する方法（ｎ−ヘキサン抽出−重量法）、土壌中の石油系炭化水素成分を四塩化炭素にて抽出・分離し、四塩化炭素抽出液の赤外吸収分光分析（ＩＲ）を行ない成分含有量を測定する方法（四塩化炭素抽出−ＩＲ法）、土壌中の石油系炭化水素成分を二硫化炭素にて抽出・分離し、二硫化炭素抽出液をガスクロマトグラフィー（ＧＣ、検出装置ＦＩＤ）にて、分析し、チャートの面積比より成分含有量を測定する方法（二硫化炭素抽出−ＧＣ法）等が知られている（例えば、非特許文献１参照）。また、土壌中の石油系炭化水素成分をテトラクロロエチレンにて抽出し、その抽出液のＩＲ分析を行ない、成分含有量を測定する方法（テトラクロロエチレン抽出−ＩＲ法）等が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、土壌中の炭化水素簡易分析器として採取した土壌の炭化水素を抽出溶媒で抽出し、抽出液の濁度から炭化水素含有量を測定する器具が市販されている。
【０００５】
他に、水中の油分を測定する方法として、水中の油分を抽出溶媒で抽出した後、油分抽出液から抽出溶媒を揮散させ、残留分を燃焼させることにより発生した二酸化炭素から油分を測定する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかし、これらの方法は何れも大気汚染或いは土壌汚染の原因となる抽出液を使用するものであり、したがってこれらの抽出液をそのまま排出すると、環境汚染の原因となり、またこれらの抽出液を無害化するには、多くの費用と労力を必要とする。
【０００７】
これに対して抽出液を使用しない方法として、土壌中の軽質の炭化水素留分を加熱により蒸発させ、トラップし（パージアンドトラップ、ＰＴ）、それをＧＣにて分析し、チャートの面積比より油分量を測定する方法（ＰＴ−ＧＣ法）が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００８】
しかし、この方法は土壌中に含まれる石油系炭化水素成分が軽質留分である場合に適用される方法であり、軽質留分以外に中重質留分を含む場合、中重質留分については前記した抽出液を使用する二硫化炭素抽出−ＧＣ法を適用する方法（ＰＥＣ法）が採用されている。したがって軽質留分から中重質留分まで幅広い石油系炭化水素成分を含む土壌に対しては、従来法では何れも大気汚染或いは土壌汚染の原因となる有機溶媒による抽出操作が用いられていた。
【０００９】
また、軽質留分から中重質留分まで幅広い石油系炭化水素成分を含む土壌に対して有機溶媒による抽出操作を必要とせず、且つ簡便に石油系炭化水素成分の含有量を測定する方法として、石油系炭化水素成分を含む土壌を加熱部のサンプル室内に装填して加熱処理して土壌中に含有される該成分を気化させると共に、サンプル室に酸素と窒素の混合ガスを導入し気化された該成分を反応室に送り込んで燃焼させ、これにより発生した二酸化炭素量を測定し、土壌中に含まれる該成分の含有量を測定することを特徴とする土壌中の石油系炭化水素成分含有量を測定する方法が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１０】
さらに、これらの知見に基づき、石油系炭化水素成分を含む土壌を気化装置内に装填し加熱処理して土壌中に含有される該成分を気化させると共に、上記気化装置に酸素と窒素の混合ガスを導入し気化された該成分を、酸化触媒を充填した反応管に送り込んで燃焼させ、これにより発生した二酸化炭素量を測定し、該二酸化炭素量より土壌中に含まれる該成分の含有量を測定する方法において、上記酸化触媒としてプラチナ触媒を使用する土壌中の石油系炭化水素成分含有量測定する方法が開示されている。（例えば、特許文献４及び特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−２９４６１７号公報
【特許文献２】特開２００３−３０２３１６号公報
【特許文献３】特開２００７−１７１０４９号公報
【特許文献４】特開２００８−３０４３１６号公報
【特許文献５】特開２００８−２８１４１２号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】石油汚染土壌の浄化に関する技術開発報告書、財団法人石油産業活    性化センター、平成１５年３月、Ｐ８〜Ｐ２８。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、これらの知見と、石油系炭化水素成分を含む土壌を気化装置内に装填し加熱処理して土壌中に含有される該成分を気化させると共に、上記気化装置に酸素と窒素の混合ガスを導入し気化された該成分を、酸化触媒を充填した反応管に送り込んで燃焼させ、これにより発生した二酸化炭素量を測定し、該二酸化炭素量より土壌中に含まれる該成分の含有量を測定する方法において、上記酸化触媒としてプラチナ触媒を使用する土壌中の石油系炭化水素成分含有量を測定する方法で開示された手法に基づき製品化しようとすると、土壌および土壌を加熱する空気を加熱するために大掛かりな加熱炉（電気炉等）が必要となる。そのため、加熱に必要な安定した温度に到達するまで数時間を要し、その間は測定を開始することが出来ない。また、加熱炉は常時３００℃近い温度を保つ必要があり装置外部にまで熱が伝わり素手で装置に触れると熱傷の危険性があり、測定時には熱傷防止の防護手袋やゴーグルが必要となる。さらに、触媒により燃焼したガスは全て専用の袋に回収（採取）しなければならない。このように一連の測定の手順が煩雑化し汚染調査を行う現場で測定者の安全を確保しつつ、且つ短時間に計測することは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、このような問題を解決しようとするもので、計測する土壌を収容する収容空間と、前記土壌に酸素と窒素の混合ガスを送入する送入手段と、前記混合ガスを急加熱して前記収容空間に導入する加熱手段と、土壌内に含有する揮発性物質濃度が前記加熱手段により気化されたガスを触媒で燃焼させる燃焼手段と、該燃焼手段により燃焼したガスを再び常温状態のガスに冷却する冷却手段と、冷却された燃焼ガスの濃度を計測する燃焼ガス濃度計測手段を備えた土壌中揮発性物質抽出装置である。
【００１５】
上記土壌中揮発性物質抽出装置の前記収容空間は、内壁で遮蔽された少なくとも２つの空間を有しており、一方の空間には常温状態の酸素と窒素の混合ガスを通過させ、他方の空間には前記土壌を収容させて前記加熱手段により加熱された前記混合ガスを通過させることを特徴とする。
【００１６】
上記土壌中揮発性物質抽出装置の前記加熱手段は、前記一方の空間を通過した前記混合ガスを急加熱して前記他方の空間に導入することを特徴とする。
【００１７】
上記土壌中揮発性物質抽出装置の前記加熱手段は、常温状態で送入された前記混合ガスを制御して急加熱させることを特徴とする。
【００１８】
上記土壌中揮発性物質抽出装置は、前記収容空間に導入される前の前記混合ガスの濃度を計測する入側ガス濃度計測手段を有することを特徴とする。
【００１９】
上記土壌中揮発性物質抽出装置は、前記燃焼ガス濃度計測手段と前記燃焼前ガス濃度計測手段の測定値の差に基づいて、前記揮発性物質によって得られるガスの濃度を算出する演算制御部を備えることを特徴とする。
【００２０】
上記土壌中揮発性物質抽出装置の前記演算制御部は、前記燃焼ガス濃度計測手段と前記燃焼前ガス濃度計測手段の測定値の差が、測定終了用閾値以下となった場合に、計測を終了させることを特徴とする。
【００２１】
上記土壌中揮発性物質抽出装置の前記演算制御部は、前記燃焼ガス濃度計測手段と前記燃焼前ガス濃度計測手段の測定値の差が、エラー判定用閾値以上となる場合に、エラー表示させることを特徴とする。
【００２２】
上記土壌中揮発性物質抽出装置は、前記土壌に酸素と窒素の混合ガスを送入する前記送入手段によって送られる前記混合ガスの流路を切り換えることで、前記収容空間に導入せずに、前記燃焼手段に直接案内する触媒パージ用ガス配管を備えることを特徴とする。
【００２３】
上記土壌中揮発性物質抽出装置の前記燃焼ガス濃度計測手段は、前記触媒パージ用ガス配管によって前記燃焼手段に直接案内された前記混合ガスの濃度を計測することで、前記触媒に吸着されている物質の放出状況を判定することを特徴とする。
【００２４】
上記土壌中揮発性物質抽出装置は、前記収容空間と前記燃焼手段の間に設けられ、前記収容空間で気化されたガスを再加熱して前記燃焼手段に導入する第２加熱手段を備えることを特徴とする。
【００２５】
上記土壌中揮発性物質抽出装置は、前記収容空間を構成する気化容器の外周に、前記気化容器を加熱する加熱ガス通過空間放熱防止ヒーターが設けられることを特徴とする。
【００２６】
上記土壌中揮発性物質抽出装置の前記燃焼手段は、前記触媒が効果を発揮する温度に制御する触媒加熱手段を備えることを特徴とする。
【００２７】
上記土壌中揮発性物質抽出装置の前記燃焼手段は、前記触媒を収容する触媒容器の外周に、前記触媒容器を加熱する触媒容器放熱防止ヒーターを備えることを特徴とする。
【００２８】
上記土壌中揮発性物質抽出装置の前記土壌は、カプセル状の容器に収容され、前記収容空間は前記カプセル状の容器を収容することを特徴とする。
【００２９】
上記土壌中揮発性物質抽出装置は、前記カプセル状の容器を自動的に昇降させる昇降装置を備えることを特徴とする。
【００３０】
上記土壌中揮発性物質抽出装置の前記送入手段は、前記混合ガスの流量を一定に制御させることを特徴とする。
【００３１】
上記土壌中揮発性物質抽出装置は、前記収容空間は温度センサを備えており、土壌内に含有する揮発性物質の気化が終了した後、前記収容空間の温度が常温に戻るまで送入手段により酸素と窒素の混合ガスを前記収容空間に通過させることを特徴とする。
【００３２】
上記土壌中揮発性物質抽出装置の前記燃焼ガス濃度計測手段は、燃焼したガスの濃度変化を時系列で計測し土壌中揮発性物質の種別を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、土壌に含まれる揮発性物質成分を気化させるために用いる酸素と窒素の混合ガスは、計測するときだけ急加熱することが可能で、電気炉のように加熱に必要な熱量を得る時間を要さず短時間で計測が可能となる。したがって、測定時の低エネルギー化が図られる。
【００３４】
また、内壁で遮蔽された少なくとも２つの空間を有した計測する土壌を収容する収容空間の、収容空間が計測装置外部に露出する面をもつ一方に常温状態の前記混合ガスを通過させて、装置内部にある前記土壌を収容させた他方の空間には加熱手段により加熱された前記混合ガスを通過させることで、急加熱された前記混合ガスの熱を収容空間が露出する装置外部面に伝えにくくすることが可能で、収容空間が計測装置外部に露出する面を素手で触れても熱傷を負うことを防ぐことができ、測定作業者の安全が図られる。さらに、収容空間が計測装置外部に露出する面をもつ一方の収容空間に常温状態の前記混合ガスを通過させたのち、その前記混合ガスを加熱することに用いることにより、いわゆる予熱効果を得ることが可能となり、測定時の低エネルギー化が図られる。
【００３５】
計測する土壌を、フィルターを取り付けたカプセル状の容器を用いて測定することで土壌の微細な粉塵のカプセル外への排出を防止しながら測定試料を交換することが容易になり、さらに、加熱した前記混合ガスを通過させても土壌の微細な粉塵がカプセル外部に排出されないことで配管内部の詰まりを防ぐことが可能となり測定装置のメンテナンスの軽減が図られる。
【００３６】
燃焼ガス濃度計測手段を備えており、加熱する前の前記混合ガスを燃焼ガス濃度計に通過させて、予め前記混合ガスに含有する二酸化炭素の濃度を計測しておくことで、燃焼ガスの濃度計測値から加熱前の前記混合ガスの二酸化炭素の濃度を差し引く演算処理をすることで、加熱前の混合ガスに含有する二酸化炭素の濃度（いわゆるバックグランド）の影響を取り除くことが可能となり測定精度の向上が図られる。さらに、灯油、軽油、Ａ重油、Ｃ重油等の炭化水素化合物類はそれぞれ気化する温度が異なるため、前記混合ガスの流量を一定に制御し燃焼したガスの濃度変化を時系列で計測し土壌中揮発性物質濃度を計測する事で、土壌中に含有されていた炭化水素化合物類の種別も土壌中揮発性物質濃度と同時に判定することが可能となる。これにより、従来、測定試料を持ち帰り分析していた炭化水素化合物類の種別判定を汚染調査現場でできることで判定に要する時間の短縮が図られる。
【００３７】
更に、入側濃度計測手段と燃焼ガス濃度計測手段との差分を利用すれば、加熱前の混合ガスに含有する二酸化炭素の濃度（いわゆるバックグランド）が計測中（経時的）に変動する場合であっても、常に、この影響を取り除きながら計測することが可能となる、。結果、計測精度を一層高めることが可能となる。更に、この２つの計測手段の差を利用することで、土壌からの揮発性物質の気化が完了したか否かを高精度に検知することも可能になり、測定の終了タイミングも高精度に制御することが可能となる。
【００３８】
また、計測前の暖気運転時に、混合ガスを収容空間に導入せずに、燃焼手段に直接案内する触媒パージ用ガス配管を利用すれば、触媒に吸着している異物を放出させることができる。特に、触媒を加熱しながらこの暖気運転を行うことで、より確実に異物の放出が可能となるので、実測時の測定誤差を低減することが可能となる。
【００３９】
計測装置内部は複数の温度センサを備えており、加熱−気化−燃焼−冷却−計測の各工程において最適な温度制御と異常監視をすることが可能で、異常加熱の防止、加熱中の収容空間開閉停止などの安全設計を施すことが可能となり、計測装置と計測作業及び計測作業者の安全を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る土壌中揮発性物質抽出装置の気化・燃焼部の構成図である。
【図２】同土壌中揮発性物質抽出装置全体の構成図である。
【図３】収容空間に収容昇降装置が収容されている状態を示す断面図である。
【図４】収容空間から収容昇降装置が取り出された状態を示す断面図である。
【図５】カプセル状の試料容器を開いた状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る土壌中揮発性物質抽出装置の気化・燃焼部の構成図である。
【図７】同土壌中揮発性物質抽出装置全体の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明の第１実施形態に係る土壌中揮発性物質抽出装置の気化と燃焼に係る構造の詳細について図１で説明する。気化・燃焼部１は、内部に収容空間１１８を有する気化容器１１６と、測定する試料となる土壌を入れるカプセル状の試料容器１１５と、前記試料用器１１５と試料投入室蓋１４５を収容空間１１８へ収容させるために、試料用器１１５および試料投入室蓋１４５を自動的に昇降させる収容昇降装置３とを有している。また、気化容器１１６は、試料容器１１５と試料投入室蓋１４５を収容することにより、収容空間１１８を２つの空間に仕切られるようになっている。収容空間１１８の一端側（加熱された混合ガスが通過する側）は、前記試料容器１１５を収容するとともに、加熱された混合ガス（例えば、摂氏２５０度〜３００度）を通過させる加熱ガス通過空間１１９となる。また、前記収容空間１１８の他方側（常温の混合ガスが通過する側）は、常温（例えば、摂氏０度〜４０度）の酸素と窒素の混合ガスを導入する混合ガス入口２ａを備えた常温ガス通過空間１２０となる。なお、気化容器１１６には、前記常温ガス通過空間１２０とインラインヒーター１１３（詳細は後述）を接続して前記常温の混合ガスを通過させる混合ガス配管２ｃと、前記インラインヒーター１１３と加熱ガス通過空間１１９を接続して前記インラインヒーター１１３で加熱された前記混合ガスを通過させる加熱混合ガス配管２ｄとを備えている。
【００４２】
更にこの気化・燃焼部１は、インラインヒーター１１３は、混合ガス配管２ｃを通過した常温の混合ガスを加熱する。このインラインヒーター１１３には、インラインヒーター１１３内の混合ガスの温度を計測するインラインヒーター温度計測センサ１２１が設けられている。
【００４３】
前記インラインヒーター１１３は、金属製の円管内に加熱用のヒーターが内蔵され円管内を通過する気体を急激（例えば数秒〜数分以内）に高温（例えば摂氏６００度程度）に加熱することができる。また、インラインヒーター１１３の内蔵ヒーターへの供給電源を制御（例えば電圧を調節）することで、発熱温度を制御することができる。
【００４４】
この結果、加熱ガス通過空間１１９は、前記混合ガス配管２ｄを通過した前記加熱混合ガスにより高温状態（例えば、摂氏２５０度〜３００度）となる。これにより、加熱ガス通過空間１１９に収容される前記試料容器１１５の土壌中に含有される炭化水素化合物成分が気化する。
【００４５】
この気化・燃焼部１は、前記加熱ガス通過空間１１９の温度を計測する気化ガス温度計測センサ１４７と、前記加熱ガス通過空間１１９と酸化用の触媒を充填した触媒容器１１７の間を接続する気化ガス配管２ｅと、前記気化ガス配管２ｅを通過した気化成分を含んだ前記加熱混合ガスを燃焼させる前記触媒容器１１７と、触媒容器１１７に充填した触媒１５８と、前記触媒１５８を予め加熱する前記触媒容器１１７に取り付けられた触媒加熱ヒーター１５７と、前記触媒容器１１７に前記触媒１５８を充填する時に開閉する触媒容器蓋１４９と、前記触媒加熱ヒーター１５７の温度を計測する触媒温度計測センサ１５９と、前記触媒容器１１７に取り付けられるとともに触媒容器１１７で燃焼させることで発生した二酸化炭素を含んだ前記加熱混合ガスを排出する燃焼ガス出口２ｂと、二酸化炭素を含んだ前記加熱混合ガスの温度を計測する燃焼ガス温度計測センサ１６１と、を備えている。この触媒容器１１７により、気化混合ガスを、測定対象となる二酸化炭素に置換することができる。
【００４６】
次に、土壌中の揮発性物質抽出装置２の全体に係る構造の詳細について図２で説明する。土壌中揮発性物質抽出装置２（以下装置２という）は、空気供給系統として、前記装置２の筐体１０と、前記筐体１０に取り付けられた外気導入口１０１と、前記外気導入口１０１から前記気化・燃焼部１へ導入される常温の酸素と窒素の混合ガスを前記筐体１０の内部に取り入れる送入するポンプ１０５と、送入する前記混合ガスから粉塵を取り除くエアーフィルター１０３と、送入された前記混合ガスの流量を一定に制御する流量制御装置１０７と、前記混合ガスの温度を計測する送入温度計測センサ１０８と、前記外気導入口１０１から取り入れられた前記混合ガスを前記気化・燃焼部１へ送入するか、それとも迂回させる流路に切り替えるかを決定する流路切替電磁弁１０９と、前記流路切替電磁弁１０９と気化・燃焼部１の間に接続されて前記混合ガスが通過する空気配管１５５と、前記流路切替電磁弁１０９と排気系統のガス濃度計測配管１６７を直結するバイパス配管１１１と、を備える。
【００４７】
更に、装置２は、排気系統として、燃焼ガス出口２ｂに接続され、気化・燃焼部１から排出された前記二酸化炭素を含んだ前記加熱混合ガスが通過する燃焼ガス配管１３５と、前記二酸化炭素を含んだ前記加熱混合ガスをガス濃度検出部１３３で計測できる温度（例えば、摂氏５度〜３０度）にまで冷却する冷却装置（冷却ファン）１２３と、前記冷却装置１２３の近傍を前記二酸化炭素を含んだ前記加熱混合ガスを通過させて冷却を行う冷却部１２５と、前記冷却部１２５の入口を通過する前記二酸化炭素を含んだ前記加熱混合ガスの温度を計測する冷却部ガス入口温度計測センサ１２９と、前記冷却部１２５の出口を通過する前記二酸化炭素を含んだ冷却後の混合ガスの温度を計測する冷却部ガス出口温度計測センサ１６３と、前記流路切替電磁弁１０９及びバイパス配管１１１で迂回されてガス濃度計測配管１６７に案内された前記常温の混合ガスが、冷却部１２５へ逆流することを防止する逆流防止電磁弁１４１と、冷却部ガス出口温度計測センサ１６３が冷却後の前記混合ガス温度を検出した結果、前記冷却後の加熱混合ガスがガス濃度検出部１３３で計測できる温度にまで冷却することが出来ない場合にガス濃度検出部１３３を保護するために前記加熱混合ガスを強制排気配管１６５へ流路切替する強制排気電磁弁１３１と、この強制排気配管１６５に設けられる強制排気口１３９と、前記冷却部１２５でガス濃度検出部１３３が計測できる温度にまで冷却された前記二酸化炭素を含んだ混合ガスが通過するガス濃度計測配管１６７と、前記ガス濃度計測配管１６７を通過する前記二酸化炭素を含んだ混合ガスの湿度を調節する除湿部１２７と、前記二酸化炭素を含んだ混合ガスの濃度を計測するガス濃度検出部１３３と、ガス濃度検出部１３３で計測された前記二酸化炭素を含んだ混合ガスを外部へ排出する、前記筐体１０に取り付けられた排気口１３７とを備える。
【００４８】
更に、装置２は、制御系統として、装置２の測定に必要な操作をする操作部１３と、操作に必要な項目と設定値及び測定結果などを表示する表示部１４と、前記ポンプ１０５と前記流量制御装置１０７を制御する流量制御部１７と、前記筐体１０の内部に取り付けられた複数の温度計測センサの温度を計測する温度計測部１９と、収容昇降装置３の開閉を制御するロック制御部２３と、ガス濃度検出部１３３の濃度を計測制御する計測制御部２１と、前記流量制御部１７と温度計測部１９と計測制御部２１からの信号をもとに演算制御する演算制御部１５と、前記流量制御部１７と前記温度計測部１９とロック制御部２３と前記計測制御部２１と前記演算制御部１５と前記操作部１３と前記表示部１４の各部を接続する入出力信号線１４３を備える。
【００４９】
尚、温度影響で計測制御に支障がでる装置（例えば、演算制御部１５や温度計測部１９などの計測部や制御部）を保護するために、前記気化・燃焼部１は遮熱壁１１で囲われている。
【００５０】
次に、気化容器１１６の収容空間１１８に対して、試料容器１１５や試料投入室蓋１４５を挿入または挿抜する収容昇降装置３について図３および図４で説明する。図３は試料容器１１５が気化容器１１６内部に形成された収容空間１１８に収納された状態を表わしている。また、図４は試料容器１１５が前記収容空間１１８の外部に出ている状態を表わしている。収容昇降装置３は、前記試料用器１１５と試料投入室蓋１４５を収容空間１１８へ収容または取り出しをするために、これらを自動的に昇降または下降させるモーター１５３と、前記モーターに駆動されるモータープーリー３０３と、前記モータープーリー３０３の動力を軸プーリー３０７に伝えるベルト３０５と、前記軸プーリー３０７に取り付けられ、前記ベルト３０５で伝えられた動力により軸プーリー３０７と共に回転するボールネジ３０９と、前記ボールネジ３０９と螺合して、その回転により前記軸プーリー３０７の取付側または逆方向に動くアーム取付台３１１と、前記アーム取付台３１１に取り付けられた前記スライドアーム１５１と、前記スライドアーム１５１に取り付けられた試料投入室蓋１４５と、前記試料投入室蓋１４５に連結棒３１３で取り付けられ、連結棒３１３が収容空間１１８に挿入されることで収容空間１１８を２つの空間（加熱ガス通過空間１１９および常温ガス通過空間１２０）に遮蔽する遮蔽壁３１５と、さらに前記連結棒３１３で取り付けられた試料容器取付台３１７を備える。
【００５１】
更に収容昇降装置３は、筺体１０に取り付けられた支柱３０１と、前記支柱３０１に取り付けられたスライドレール３２５と、前記スライドレール３２５に沿って移動するスライダー３２３と、前記支柱３０１または前記スライドレール３２５のいずれかに取り付けられて前記スライダー３２３の位置を検知する上部位置センサ３１９及び下部位置センサ３２１とを備える。尚、前記スライダー３２３は前記アーム取付台３１１に接続されて、前記アーム取付台３１１と連動して前記スライドレール３２５に沿って移動する。
【００５２】
更に収容昇降装置３の前記試料容器取付台３１７には前記試料容器１１５がセットされる。
【００５３】
更に収容昇降装置３の気化容器１１６の内部に形成される収容空間１１８は、前記遮蔽壁３１５により略真ん中の所定の位置で遮蔽され、前記常温ガス通過空間１２０と、前記加熱ガス通過空間１１９とが形成される。加熱ガス通過空間１１９は、高温の混合ガスにより高温状態にされ、試料容器１１５に入れられた土壌に含有される炭化水素化合物成分を気化させる。一方、遮蔽壁３１５により遮蔽された常温ガス通過空間１２０には、常温の混合ガスが通過される。つまり、気化容器１１６の内側（下部側）を高温の気化空間、外側（上部側）を常温の冷却空間の階層空間構造にすることで、高温状態の加熱ガス通過空間１１９の高温の熱は、遮蔽壁３１５及び常温ガス通過空間１２０により冷却され、気化容器１１６の外部に高温状態のまま伝わらないようになっている。これにより、測定者は高温の熱にさらされることなく安全に作業を行うことができる。
【００５４】
次に、カプセル状の土壌試料容器の実施形態について図５で詳しく説明する。図５は測定土壌５０３をカプセル状の試料容器１１５に入れた状態を表わしている。カプセル状試料容器５は、測定する土壌５０３を入れる試料容器受１１５ｂと、前記試料容器１１５ｂに被せる形で蓋をする試料容器蓋１１５ａから構成されている。
【００５５】
更に、カプセル状試料容器５は、前記試料容器１１５に入れた前記土壌５０３へ前記収容空間１１８において前記インラインヒーター１１３で加熱された前記混合ガスを通過させると共に、土壌５０３が前記試料容器１１５外部に流出しないような細目状のメッシュフィルタ５０１が取り付けられた構造を成している。なお、このメッシュフィルタ５０１は、前記試料容器蓋１１５ａの上面側と、前記試料容器受１１５ｂの底面側にそれぞれ設けられている。
【００５６】
次に、この装置２の使用方法（計測方法）について説明する。装置２の演算制御部１５の所定の記憶装置（例えば、ＲＯＭ）には、以下に説明する計測および操作に必要な各部の動作が予めプログラムとして内蔵されている。内蔵されたプログラムは測定者の操作部１３からの操作命令を受けて実行される。また、内蔵されたプログラムは操作項目と測定中の状態や測定結果などを表示部１４に表示する。これにより操作者はその表示される情報を見ることで適切な操作を適切なタイミングで行うことができ、短時間で高精度な計測を行うことができる。
【００５７】
揮発性物質成分を含む土壌５０３をカプセル状の試料容器１１５の試料容器受１１５ｂに入れて、試料容器蓋１１５ａを被せる。装置２の操作部１３で収容昇降装置３を駆動させて図４で示すように試料容器１１５がセットできるように試料容器取付台３１７を収容空間１１８から筺体１０の外部に出す。試料容器１１５をセットした後、図３で示すように再び操作部１３で収容昇降装置３を駆動させて試料容器１１５を収容空間１１８の内部に収納する。尚、収容装置３ではモーター１５３やボールネジ３０９を使用して試料容器１１５を収容空間１１８から取り出す方法を開示しているが、手動でも他の駆動装置を使用しても構わない。
【００５８】
図３で示すように試料容器１１５を収容空間１１８にセットし、装置２の操作部１３で測定開始操作を行う。操作部１３から演算制御部１５に送られた命令により、演算制御部１５は、予め記憶された制御プログラムに基づいて、以下の手順に従い装置２の制御動作を自動的に実行する。
【００５９】
ポンプ１０５が駆動して筺体１０に取り付けられた外気導入口１０１から常温の酸素と窒素の混合ガスが吸引され、エアーフィルター１０３で前記混合ガス中に含まれた塵や埃が取り除かれる。次に前記混合ガスは、ポンプ１０５に吸引された後に吐き出されれて流量制御装置１０７に送入される。このとき、前記混合ガスは、流量制御部１７からの信号により流量制御装置１０７で一定の流量に制御される。
【００６０】
一定の流量に制御された前記混合ガスは、流路切替電磁弁１０９と逆流防止電磁弁１４１と強制排気電磁弁１３１の切替制御によって、バイパス配管１１１からガス濃度計測配管１６７へと送入される。この混合ガスは、除湿部１２７で除湿された後にガス濃度検出部１３３へと送入される。このとき、前記混合ガスは、燃焼系統となる空気配管１５５、気化容器１１６、触媒容器１１７、燃焼ガス配管１３５などには流れない。また、排気系統における強制排気配管１６５にも流さないようにしている。
【００６１】
ガス濃度検出部１３３は、前記混合ガスの二酸化炭酸ガス濃度を計測する。計測された前記混合ガスの二酸化炭酸ガス濃度は前記混合ガスのバックグランド値として演算制御部１５の所定の記憶領域に記憶される。
【００６２】
前記バックグランド値として前記混合ガスの二酸化炭酸ガス濃度を計測している間に、気化・燃焼部１では、触媒加温ヒーター１５７で触媒容器１１７に入れられた触媒１５８を加熱する。この時、演算制御部１５は、触媒容器１１７の触媒温度を触媒効果に適した温度（例えば、摂氏２５０度〜３００度）に制御する。これは触媒容器１１７に取り付けられた触媒温度計測センサ１５９により触媒容器１１７の温度を検出することで行う。検出された触媒容器１１７の温度（温度信号）は、温度計測部１９で信号変換処理される。演算制御部１５は、信号変換処理された温度信号に基づいて触媒加温ヒーター１５７を制御し、触媒容器１１７の温度を一定に制御する。
【００６３】
前記触媒温度計測センサ１５９の温度が規定値に到達した後、前記ポンプ１０５から吐き出されて一定の流量に制御された前記混合ガスは、前記流路切替電磁弁１０９で流路を制御されて、空気配管１５５に送入される。この時、前記混合ガスは前記バイパス配管１１１には流れない。空気配管１５５に送入された常温の前記混合ガスは、気化容器１１６に取り付けられた前記混合ガス入口２ａからの遮蔽壁３１５で遮蔽された常温ガス通過空間１２０に送入され、さらに前記常温ガス通過空間１２０に接続された混合ガス配管２ｃを通過してヒーターが内蔵されたインラインヒーター１１３へと送入される。
【００６４】
前記インラインヒーター１１３は、前記混合ガスが前記空気配管１５５に送入されると同時に加熱を始める。結果、常温の前記混合ガスは前記インラインヒーター１１３を通過するときに加熱される。加熱された前記混合ガスは加熱混合ガス配管２ｄを通過して前記遮蔽壁３１５で遮蔽された加熱ガス通過空間１１９へ送入される。この時のインラインヒーター１１３に内蔵されたヒーターの温度は、含有された揮発性物質を気化させるために適した温度（例えば、摂氏２５０度〜３００度）に制御される。具体的には、演算制御部１５は、インラインヒーター温度計測センサ１２１で検出されて温度計測部１９で信号変換処理された温度信号に基づいて、インラインヒーター１１３に内蔵されたヒーターの温度を所定の温度範囲内で一定に制御する。
【００６５】
前記加熱ガス通過空間１１９送入された前記混合ガスは、試料容器取付台３１７にセットされた試料容器１１５に取り付けられたメッシュフィルタ５０１を通過して、前記試料容器１１５の中の土壌５０３を加熱する。そして土壌５０３に含有された揮発性物質を気化させる。気化した揮発性物質は前記混合ガスと一緒に気化ガス配管２ｅを通過して前記触媒容器１１７の中の触媒１５８へと送入され、触媒１５８で燃焼されて、二酸化炭素ガスとなる。
【００６６】
前記触媒１５８で燃焼されることで発生した二酸化炭素ガス（以下、燃焼ガスという）は、触媒容器１１７に取り付けられた燃焼ガス出口２ｂから燃焼ガス配管１３５を通過して冷却装置１２３に取り付けられた冷却部１２５に導入される。この冷却部１２５で常温まで冷却された燃焼ガスは、逆流防止電磁弁１４１と強制排気電磁弁１３１で流路を制御されてガス濃度計測配管１６７へと送入され、除湿部１２７で除湿された後にガス濃度検出部１３３へと送入される。このとき、前記燃焼ガスは流路を制御されるので、バイパス配管１１１と強制排気配管１６５には流れない。
【００６７】
ガス濃度検出部１３３で計測された前記燃焼ガスの二酸化炭酸ガス濃度の計測値は、計測開始時刻から終了時刻まで時系列に前記燃焼ガスの二酸化炭酸ガス濃度の値として演算制御部１５に記憶される。計測は、装置２の操作部１３で測定開始操作が行われ一定時間が経過した後に終了する。計測時間は任意に設定してもよいが、前記燃焼ガスの二酸化炭酸ガス濃度が、予め計測した前記混合ガスのバックグランド値として演算制御部１５に記憶されている値と同等又は測定終了用閾値以下になった時点で計測を終了とすることもできる。これは、土壌５０３に含有された揮発性物質の気化が終了したと判断されるためである。
【００６８】
土壌汚染物質の揮発性物質には、例えば石油系炭化水素を含有するものがある。例えば、石油系炭化水素が完全燃焼する場合には、前記演算制御部１５にプログラムされた下記の反応式（１）を適用することで、前記演算制御部１５は二酸化炭素の発生量により土壌中に含有されていた揮発性物質の含有量を算出して前記表示部１４に測定結果を表示する。
【００６９】
ＣｍＨｎ＋（ｍ＋ｎ／４）Ｏ２→ｍＣＯ２＋ｎ／２Ｈ２Ｏ・・・・（１）
【００７０】
予め土壌に含有されている汚染物質成分が判明しているとき、例えば軽油等の場合は、ｍ＝１、ｎ＝１．８として測定者が前記操作部１３から入力しておくと、前記演算制御部１５は前記反応式（１）を使えば汚染物質の含有量をより正確に算出することできる。
【００７１】
さらに、灯油、軽油、Ａ重油、Ｃ重油等の炭化水素化合物類は、それぞれ気化する温度や速度が異なるため、前記混合ガスの流量を一定に制御し燃焼したガスの濃度変化をガス濃度検出部１３３で時系列に計測する事で、前記演算制御部１５は土壌中に含有されていた炭化水素化合物類の種別も土壌中揮発性物質濃度と同時に判定することが可能となる。例えば、気化速度が異なる場合は、計測の時系列中に発生するそれぞれのガス濃度上昇のピークタイミングが異なる事から、そのピークに達する時間によって、含有している化合物の種別を判定することが出来る。また例えば、含有している複数種類の化合物のそれぞれの含有量を計測したい場合は、低温側から順番に、それぞれの気化温度に合わせて段階的に温度を上昇させながら、それぞれの含有量を計測することもできる。測定者は、測定後に、ｍとｎの正確な値を前記操作部１３から入力すると前記演算制御部１５は前記反応式（１）を使えば汚染物質の含有量をより正確に算出する。
【００７２】
以上のようにして得られた測定データは、前記演算制御部１５の所定の記憶領域（例えば、ＲＡＭ）に保存することが可能である。さらに、その前記測定データは、前記演算制御部１５から電子記憶媒体等に複写することも、前記演算制御部１５に直接パーソナルコンピュータ等を接続して複写するもできる。
【００７３】
前記演算制御部１５は、内蔵されたプログラムに従い測定開始操作が行われて一定時間が経過したか、あるいは土壌５０３に含有された揮発性物質の気化が終了したと判断したら測定を終了する。測定終了と同時に、前記演算制御部１５は前記インラインヒーター１１３の加熱を停止する。加熱を停止された前記インラインヒーター１１３には常温状態の前記混合ガスが通過してインラインヒーター１１３に内蔵されたヒーターが急激に冷却される。さらに、停止したインラインヒーター１１３を通過した常温に近い前記混合ガスによって、前記加熱ガス通過空間１１９、前記試料容器１１５、前記試料容器取付台３１７、連結棒３１３および遮蔽壁３１５も冷却される。このとき、前記加熱ガス通過空間１１９に取り付けられた気化ガス温度計測センサ１４７と、ポンプ１０５側に設けられている送入温度計測センサ１０８からの温度信号は、温度計測部１９で信号変換処理され演算制御部１５に入力される。２つのセンサの温度が同等になれば、気化容器１１６が十分に冷却されたと判定できる。気化容器１１６の冷却中は、この前記混合ガスは、気化・燃焼部１及び強制排気配管１６５を経由して筐体１０に取り付けられた強制排気口１３９から排出する。なお、気化容器１１６の冷却中であっても、次の測定が控えている場合は、触媒１５８の加熱は継続しておくことが望ましい。この流路制御は、流路切替電磁弁１０９と逆流防止電磁弁１４１と強制排気電磁弁１３１で行う。従って、ガス濃度計測配管１６７および前記バイパス配管１１１に前記混合ガスは流れない。
【００７４】
次に、別の土壌を計測する場合は、再び前記装置２の前記操作部１３で前記収容昇降装置３を駆動させて、図４で示すように、前記試料容器取付台３１７を前記収容空間１１８から前記筺体１０の外部に出して前記試料容器１１５がセットできるようにする。この際、計測が終了した前の前記試料容器１１５を取り外し、次に計測する土壌５０３をカプセル状の前記試料容器１１５に入れて前記試料容器取付台３１７にセットした後、前回同様の操作を繰り返す。
【００７５】
全ての計測が終了した場合、測定者は、再び前記装置２の前記操作部１３で終了を入力する。終了命令を受けた前記演算制御部１５は内蔵プログラムに従い以下の動作が自動的に実行される。まず前記演算制御部１５は、前記インラインヒーター１１３と前記触媒加温ヒーター１５７の加熱を停止する。加熱を停止された前記インラインヒーター１１３には、常温状態の前記混合ガスが通過してインラインヒーター１１３に内蔵されたヒーターが急激に冷却される。さらに、インラインヒーター１１３を通過した前記混合ガスにより、前記加熱ガス通過空間１１９と前記試料容器１１５と前記試料容器取付台３１７と連結棒３１３および遮蔽壁３１５が冷却される。さらに、この混合ガスは触媒容器１１７と触媒１５８にも流れ込んでこれらを冷却する。また、上記加熱の停止と同時に、前記逆流防止電磁弁１４１と前記強制排気電磁弁１３１で流路を制御して、前記強制排気配管１６５を経由して強制排気口１３９から前記混合ガスを排出する。このとき前記ガス濃度計測配管１６７および前記バイパ配管１１１に前記混合ガスは流れない。
【００７６】
次に、前記加熱ガス通過空間１１９に取り付けられた気化ガス温度計測センサ１４７と、送入温度計測センサ１０８と燃焼ガス温度計測センサ１６１と、触媒温度計測センサ１５９と、冷却部ガス入口温度センサ１２９の５つのセンサの温度が同等になれば、全ての冷却が終了したと判定する。結果、前記ポンプ１０５を停止させて前記表示部１４に終了を表示させて測定者に知らせる。なお、これらのセンサからの温度信号は温度計測部１９で信号変換処理され演算制御部１５に伝達される。
【００７７】
以上要するに、計測する土壌５０３を気化容器１１６（収容空間）にセットして、前記土壌にポンプ１０５（送入手段）により送入された酸素と窒素の混合ガスをインラインヒーター１１３（加熱手段）で急加熱して前記気化容器１１６（収容空間）に導入すると、土壌内に含有する揮発性物質が前記インラインヒーター１１３（加熱手段）により気化され、さらに気化した該ガスを触媒１５８（燃焼手段）で燃焼させた後、冷却装置１２３と冷却部１２５（冷却手段）で冷却して再び常温状態のガスにしてからガス濃度検出部１３３（燃焼ガス濃度計測手段）で該ガスの濃度を計測することで土壌中揮発性物質濃度を計測する事ができる。
【００７８】
この手法によると計測時にのみ加熱・冷却をすればよいことになり電気炉を使用する必要がなくなるので、測定時の低エネルギー化が図れる。また、電気炉による計測では計測に必要な最適温度に到達するまで数時間程度を要するが、この手法では短時間（例えばひとつの試料を計測する時間は１０分程度）で計測が可能となり、土壌汚染を調査したい現場で迅速に計測することが実現できる。換言すると本第１実施形態は、土壌に含まれる揮発性物質成分を気化させるために用いる酸素と窒素の混合ガスは、計測するときだけ急加熱することが可能で、電気炉のように加熱に必要な熱量を得る時間を要さず短時間で計測が可能となる。したがって、測定時の低エネルギー化が図られる。さらに、２つの空間に遮断された収容空間の一方の空間を通過した常温の前記混合ガスを急加熱して、土壌中を入れた他方の空間に導入することで、急加熱する他方の空間の熱を、一方の空間で遮蔽して装置外部に放出させない。この結果、測定者の安全を確保できる。また、気化した揮発性物質成分を燃焼させたガスをガス濃度検出部で時系列的に計測することで、汚染濃度の検出と汚染物質成分の判別することができる。
【００７９】
更に、気化容器１１６（収容空間）は、内壁で遮蔽された２つの空間を有しており、常温ガス通過空間１２０（一方の空間）に常温状態の酸素と窒素の混合ガスを通過させ、加熱ガス通過空間１１９（他方の空間）には該土壌５０３を収容させて前記インラインヒーター１１３（加熱手段）により加熱された前記混合ガスを通過させる。つまり、気化容器１１６の内側（下部側）を高温の気化空間、外側（上部側）を常温の冷却空間の階層空間構造にすることで、高温状態の加熱ガス通過空間１１９の高温の熱は、遮蔽壁３１５及び常温ガス通過空間１２０により冷却され、常温近辺まで冷却することができ、該気化容器１１６（収容空間）が露出する該装置２の外部面に伝えにくくすることが可能で、該気化容器１１６（収容空間）が該装置２の外部に露出する面を素手で触れても熱傷を負うことを防ぐことができ、測定作業者の安全が図られる。
【００８０】
前記インラインヒーター１１３（加熱手段）は常温ガス通過空間１２０（一方の空間）を通過した常温状態の前記混合ガスを急加熱して加熱ガス通過空間１１９（他方の空間）に導入する。これにより、前記加熱ガス通過空間１１９（他方の空間）の熱は、常温ガス通過空間１２０（一方の空間）に伝わることになるが同時に、通過する前記混合ガスによりその熱は奪われることになる。つまり、常温ガス通過空間１２０（一方の空間）に導入された常温状態の前記混合ガスは、常温ガス通過空間１２０（一方の空間）を冷却する効果と同時に、いわゆる予熱効果を得ることが可能となり、測定時の低エネルギー化が図られる。
【００８１】
前記インラインヒーター１１３（加熱手段）は常温状態で送入された前記混合ガスを前記インラインヒーター１１３に取り付けられたインラインヒーター温度計測センサ１２１の温度を監視して、前記インラインヒーター１１３に内蔵されたヒーターの加熱温度を制御（例えば摂氏３００度程度に）することができる。この手法では電気炉のように必要な最適温度に到達するまでの時間を必要とせず短時間（例えば１分程度）で目標加熱温度にまで到達させることが可能となり、現場で迅速に計測することが実現できる。さらに、前記加熱混合ガス配管２ｄや前記気化容器１１６への熱伝導により奪われる熱量を考慮して、加熱初期（例えば数秒間）において前記インラインヒーター１１３に内蔵されたヒーターの加熱温度を目標加熱温度以上に制御（例えば摂氏５００度程度に）することで、より短時間に目標加熱温度にまで到達させることが可能となる。また、前記混合ガスをインラインヒーター１１３に導入する前に前記インラインヒーター１１３を予熱（例えば摂氏５０度程度になるように前記内蔵ヒーターに電圧を加える）しておくことでさらに短時間に目標加熱温度にまで到達させることが可能となる。
【００８２】
前記土壌５０３は、前記試料容器１１５（カプセル状の容器）に収容して、該気化容器１１６（収容空間）に収容させることができる。これにより測定毎の試料交換が簡単に行える。さらに、前記試料容器１１５には細目状のメッシュフィルタ５０１が取り付けられており、前記混合ガスが通過するときに前記土壌５０３の微細な粉塵が前記試料容器１１５の外部に流出することを防ぐ。更に、前記混合ガスが通過する該気化容器１１６（収容空間）や触媒１５８などを汚損することがなく、メンテナンス性の向上が図られ、短時間に数多くの試料を計測したい土壌汚染現場での利便性が向上できる。
【００８３】
前記試料容器１１５（カプセル状の容器）を自動的に昇降させる収容昇降装置３（昇降手段）は、単に前記試料容器１１５（カプセル状の容器）を該気化容器１１６（収容空間）に収容させるだけでなく安全装置の役割も果たしている。例えば、前記土壌５０３に含有された揮発性物質を気化させるために、高温（例えば摂氏３００度）の前記混合ガスを使用するが、収容昇降装置３により前記試料容器１１５（カプセル状の容器）は、該気化容器１１６（収容空間）に収容され、前記装置２の外部から直接触れることが出来なくなる。また、該気化容器１１６（収容空間）に取り付けられた気化ガス温度計測センサ１４７の温度が前記送入温度計測センサ１０８と同程度の温度であることを条件にして収容昇降装置３の上昇を可能にするプログラムを有しているので、測定者が高温状態の前記試料容器１１５（カプセル状の容器）に触れることを防ぎ測定者を熱傷から守ることができる。当然のことながら、前記装置２内にある他の温度センサの温度監視、上部位置センサ３１９と下部位置センサ３２１の信号や前記インラインヒーター１１３などの動作と複合的に条件設定をすることも可能である。
【００８４】
前記ポンプ１０５と前記流量制御装置１０７（送入手段）は、常温状態で送入された前記混合ガスを流量制御装置１０７で一定流量に制御する。この混合ガスは、前記インラインヒーター１１３（加熱手段）で急加熱させて前記加熱ガス通過空間１１９（他方の空間）に導入して前記土壌５０３に含有された揮発性物質が気化させる。このときに、前記土壌５０３および前記土壌５０３を入れる前記試料容器蓋１１５ａと前記試料容器受１１５ｂに取り付けられた細目状のメッシュフィルタ５０１により加熱された前記混合ガスは抵抗を受けることになるが、前記流量制御装置１０７により常に一定流量に制御することが実現できる。つまり、計測する前記土壌５０３の種類や、細目状のメッシュフィルタ５０１のガス透過抵抗のバラツキなどに影響されることなく前記土壌５０３に含有された揮発性物質を気化させることができる。
【００８５】
該気化容器１１６（収容空間）は気化ガス温度計測センサ１４７（温度センサ）が取り付けられており、前記土壌５０３に含有する揮発性物質の気化が終了した後、気化ガス温度計測センサ１４７の温度が前記送入温度計測センサ１０８と同程度の温度（常温）に戻るまでを条件にして、前記ポンプ１０５と前記流量制御装置１０７（送入手段）により酸素と窒素の混合ガスを前記収容空間に通過させるプログラムを有しているので、測定者が高温状態の前記試料容器１１５（カプセル状の容器）に触れることを防ぎ測定者を熱傷から守ることができる。
【００８６】
気化した該ガスを触媒１５８（燃焼手段）で燃焼させるとき、前記触媒容器１１７の内部に取り付けられた触媒温度計測センサ１５９の温度を監視して、前記混合ガスをインラインヒーター１１３に導入する前に、前記触媒加温ヒーター１５７（触媒加熱手段）の温度を、触媒効果を発揮する温度（例えば摂氏２８０度）に制御することができる。これにより、気化した該ガスを触媒１５８（燃焼手段）で完全燃焼させることが可能となり、汚染物質の含有量を正確に算出することできる。
【００８７】
前記ガス濃度検出部１３３（燃焼ガス濃度計測手段）は、気化した該ガスを触媒１５８（燃焼手段）で燃焼したガスの濃度変化を時系列で計測することができる。これにより、例えば灯油、軽油、Ａ重油、Ｃ重油等の炭化水素化合物類はそれぞれ気化する温度が異なるため、土壌中に含有されていた炭化水素化合物類の種別も土壌中揮発性物質濃度と同時に判定することが可能となる。
【００８８】
次に、図６及び図７を参照して、本発明の第２実施形態に係る土壌中揮発性物質抽出装置２について説明する。なお、第１実施形態に係る土壌中揮発性物質抽出装置と同一又は類似する部品又は部材については、この第１実施形態と同じ名称及び符号を用いることで、ここでの説明を省略し、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００８９】
気化・燃焼部１は、内部に収容空間１１８を有する気化容器１１６の外周に、加熱ガス通過空間放熱防止ヒーター１８０が設けられている。この加熱ガス通過空間放熱防止ヒーター１８０は、土壌に含有される揮発性成分物質を気化させるために必要な熱量が、この気化容器１１６によって放熱により奪われないようにする。具体的には、気化容器１１６における加熱ガス通過空間１１９側に加熱ガス通過空間放熱防止ヒーター１８０が取り付けられている。これにより、加熱ガス通過空間１１９内の試料容器１１５と、加熱ガス通過空間１１９を通過する混合ガスの温度低下を抑制する。
【００９０】
気化・燃焼部１は、加熱ガス通過空間１１９と触媒容器１１７を接続する気化ガス配管２ｅの途中に、第２インラインヒータ１１４（第２加熱手段）が設置されている。また、この第２インラインヒータ１１４には、内部を通過するガスの温度を計測する第２インラインヒーター温度計測センサ１２２が設けられている。従って、第２インラインヒーター温度計測センサ１２２で検出された温度信号は、温度計測部１９で信号変換処理され、演算制御部１５に伝達される。演算制御部１５は、この温度信号に基づいて、第２インラインヒーター１１４に内蔵されたヒーターの温度を制御して、内部を通過するガスの温度を所定範囲内で一定に制御する。この結果、第２インラインヒータ１１４は、加熱ガス通過空間１１９で気化されたガスを加熱することによって、気化ガス配管２ｅなどによる放熱で、ガスの温度が下がるのを抑制する。この結果、触媒容器１１７内に安定した高い温度のガスを供給することが可能となり、触媒１５８によるガスの完全燃焼が促進され、計測精度を更に高めることが可能となる。
【００９１】
触媒容器１１７には、内部の触媒１５８を直接的に加熱する触媒加熱ヒーター１５７に加えて、容器の外周側にも触媒容器放熱防止ヒーター１８４が設けられている。この触媒容器放熱防止ヒーター１８４は、触媒２５８の熱が触媒容器１１７からの放熱で奪われることを抑制する。
【００９２】
更に本装置２では、触媒容器１１７と流路切替電磁弁１０９の間が、触媒パージ用ガス配管１１２によって接続されている。即ち、流路切替電磁弁１０９は、ポンプ１０５によって取り込まれた外気を、空気配管１５５を介して気化容器１１６に供給するか、または触媒パージ用ガス配管１１２を介して触媒容器１１７に供給するかを、選択できるようになっている。なお、第１実施形態では、この流路切替電磁弁１０９は、バイパス配管１１１によってガス濃度計測配管１６７側に接続されていたが、ここではバイパス配管１１１は省略されている。バイパス配管１１１の機能は、この触媒パージ用ガス配管１１２が兼ねるようになっている。
【００９３】
この触媒パージ用ガス配管１１２は、外気導入口１０１から取り入れられた混合ガスを、収容空間１１８に導入することなく、直接、触媒容器１１７に供給する。触媒２５８には、常温になると二酸化炭素を吸着し、高温になるとその二酸化炭素を放出する特性を有するものがある。例えば、この土壌中揮発性物質抽出装置２が停止している最中に触媒２５８に吸着した二酸化炭素が、実際の計測時に放出されると、計測誤差が生じる可能性がある。従って、本第２実施形態の土壌中揮発性物質抽出装置２では、計測前に、触媒２５８を触媒加熱ヒーター１５７及び触媒容器放熱防止ヒーター１８４で加熱することで二酸化炭素を放出させると同時に、流路切替電磁弁１０９によって、混合ガスを触媒パージ用ガス配管１１２を介して触媒容器１１７内に直接的に導入することで、触媒２５８が吸着していた二酸化炭素と一緒に混ざり合った混合ガスを、燃焼ガス配管１３５及びガス濃度計測配管１６７を介して排気口１３７から排出する。この混合ガスをガス濃度検出部１３３で計測すれば、触媒２５８が吸着していた二酸化炭素によって一時的に二酸化炭素濃度が上昇し、その後、通常の状態（外気の二酸化炭素濃度レベル）に復帰することを検出できる。このようにして、触媒２５８が吸着している二酸化炭素の放出をガス濃度検出部１３３及び演算制御部１５で確認してから、実際の計測を開始することで、より一層、計測精度を向上させることができる。
【００９４】
また、混合ガスを外部から取り入れるポンプ１０５と、このポンプ１０５によって送入された混合ガスの流量を一定に制御する流量制御装置１０７の間には、入側除湿部１２８が設けられている。流量制御装置１０７は、ポンプ１０５から送られる混合ガスの流量を絞り込む際、混合ガスが圧縮されることによって内部に含まれる水蒸気が凝縮し易い。そこで本第２実施形態のように、流量制御装置１０７の手間において、混合ガスを入側除湿部１２８で除湿することで、流量制御装置１０７における結露を防止する。
【００９５】
更にこの第２実施形態では、排出口１３７側に設置される出側ガス濃度検出部１３３に加えて、外気導入口１０１から収容空間１１８までの間に、入側ガス濃度検出部１４２が設置されている。ここでは、入側ガス濃度検出部１４２が、エアーフィルター１０３とポンプ１０５の間に設置されており、外気導入口１０１からエアーフィルター１０３を通過した混合ガス（空気）のガス濃度（ここでは二酸化炭素濃度）を計測する。入側ガス濃度検出部１４２と出側ガス濃度検出部１３３の出力を比較することで、各種計測の判断に用いることが可能となる。
【００９６】
次に第２実施形態の装置２における特徴的な操作手順について説明する。この手順は、演算制御部１５が入側ガス濃度検出部１４２と出側ガス濃度検出部１３３の出力結果を利用して自動的に実行される。なお、下記手順１〜４を除いた他の手順については、既に第１実施形態で説明した手順と同様であるので、ここでの説明を省略する。
【００９７】
（手順１）触媒のリセット・・・計測前の暖気運転として、触媒加熱ヒーター１５７及び触媒容器放熱防止ヒーター１８４で触媒２５８を加熱し、更に、流路切替電磁弁１０９によって、混合ガスを触媒パージ用ガス配管１１２を介して触媒容器１１７内に直接導入する。この結果、触媒２５８が吸着していた二酸化炭素が、加熱によって放出され、その二酸化炭素が混合ガスと一緒に排気口１３７から排出される。触媒２５８の二酸化炭素が完全に放出されたか否かは、排気口１３７の手前にある出側ガス濃度検出部１３３の計測値から演算制御部１５が判断する。この際、入側ガス濃度検出部１４２と出側ガス濃度検出部１３３の計測値の差から判断すると、バックグラウンドの二酸化炭素値がキャンセルされるので、より高精度な判定が可能となる。両者の計測値の差が大きいときは、まだ、触媒２５８による二酸化炭素の放出が継続されていることを意味しているので暖気運転を継続して実測動作への移行を禁止する。一方、両者の計測値の差が、触媒リセット判定用の閾値以下まで小さくなったら、触媒２５８が吸着している二酸化炭素の放出が完了したと判断し、次の（手順２）のバックグランド計測に移行する。
【００９８】
（手順２）バックグランド計測・・・上記（手順１）における暖気運転が終了したら、そのまま、この暖気運転状態を維持し、外気の二酸化炭素のガス濃度を計測する。この計測は、入側ガス濃度検出部１４２と出側ガス濃度検出部１３３の双方で実施する。
【００９９】
（手順３）個体差のオフセット・・・上記（手順２）の計測結果を利用して、入側ガス濃度検出部１４２と出側ガス濃度検出部１３３の測定値の個体差をオフセットする。具体的に、例えば、入側ガス濃度検出部１４２と出側ガス濃度検出部１３３の測定値にずれがある場合は、出側ガス濃度検出部１３３の測定値側を基準として、入側ガス濃度検出部１４２の測定値をオフセット（補正）し、両者の測定結果が殆ど同じとなるようにする。なお、入側ガス濃度検出部１４２と出側ガス濃度検出部１３３の測定値のずれが大きく、そのずれがエラー判定用閾値以上となる場合は、センサー自体のトラブルの可能性があるので、補正を行わずに表示部１４にエラー表示を行う。このなお、ここでは入側ガス濃度検出部１４２と出側ガス濃度検出部１３３の一方の測定値を基準とする場合を例示したが、両者の平均値を基準として、双方の出力値を補正してもよい。
【０１００】
（手順４）実測作業・・・上記（手順１）〜（手順３）が終了したら、実測に移行する。まず、触媒温度計測センサ１５９によって触媒２５８の温度を一定に制御し、更に、加熱ガス通過空間放熱防止ヒーター１８０によって気化容器１１６を加熱する。なお、気化容器１１６の加熱は、手順１〜手順３の間に予め行っていても良い。その後、ポンプ１０５から吐き出され一定の流量に制御された混合ガスを、流路切替電磁弁１０９で空気配管１５５に切り替えて、インラインヒーター１１３で加熱しながら気化容器１１６に送り込む。この混合ガスは、試料容器１１５の中の土壌５０３を加熱して、土壌５０３に含有された揮発性物質を気化させる。気化した揮発性物質は、再度、第２インラインヒーター１１４で加熱されてから、混合ガスと一緒に触媒容器１１７の中の触媒１５８へと送入され、触媒１５８で燃焼されて二酸化炭素ガスとなる。この二酸化炭素ガス（以下、燃焼ガスという）は、出側ガス濃度検出部１３３へと送入され、二酸化炭素濃度が検出される。
【０１０１】
実測中、演算制御部１５は、出側ガス濃度検出部１３３と入側ガス濃度検出部１４２の双方で二酸化炭素濃度を経時的に検出していく。更に、出側ガス濃度検出部１３３で計測された計測値と、入側ガス濃度検出部１４２で計測された計測値の差を算出し、これを実際の検出濃度とする。この検出濃度から、揮発性物質による二酸化炭素ガス量を計算して記憶手段に記憶する。実測時間は、出側ガス濃度検出部１３３で計測された計測値と、入側ガス濃度検出部１４２で計測された計測値の差が、測定終了用閾値以下まで小さくなった時点を終了とすることが好ましい。これは、土壌５０３に含有された揮発性物質の気化が終了したと判断できるからである。
【０１０２】
以上、本第２実施形態の土壌中揮発性物質抽出装置２によれば、入側ガス濃度検出部１４２と出側ガス濃度検出部１３３の双方を用いて計測を行うので、常にバックグラウンドの二酸化炭素濃度をキャンセルできるようになり、計測精度を一層高めることが可能となる。例えば、狭い部屋内で土壌中揮発性物質抽出装置２を使用する際は、土壌５０３内の揮発性物質による二酸化炭素が、排気口１３７から排出されるので、この部屋自体の二酸化炭素濃度が計測中に上昇する可能性がある。また、この部屋に数名の計測者がいる場合は、その呼気によって室内の二酸化炭素濃度が上昇する可能性がある。このように、外部環境（バックグラウンド）の二酸化炭素濃度が変動するような計測環境であっても、本第２実施形態の装置２によれば、常に、入側ガス濃度検出部１４２と出側ガス濃度検出部１３３の差を利用して濃度を算出しているので、土壌５０３に含まれる揮発性物質のみの二酸化炭素濃度の増加分を高精度で測定することが可能となる。
【０１０３】
同様に、土壌５０３に含まれる揮発性物質のみによる二酸化炭素濃度を高精度で測定できることから、その濃度が零に近づいた時を正確に判定することが可能となり、測定の終了タイミングも高精度に判定できる。結果、誤って、途中で測定を終了させてしまったり、無駄に長時間に亘って測定を行ったりする不都合を解消できる。
【０１０４】
更に、実測前に、入側ガス濃度検出部１４２と出側ガス濃度検出部１３３の双方で混合ガスの二酸化炭素濃度を測定しているので、入側ガス濃度検出部１４２と出側ガス濃度検出部１３３の一方が故障して濃度検出に誤差が生じる場合に、他方の計測値からそれを速やかに検出できる。従って、センサーが故障していることに気づかないまま、測定を行ってしまうトラブルも未然に防止できる。
【０１０５】
また、本装置２によれば、加熱ガス通過空間放熱防止ヒーター１８０、及び触媒容器放熱防止ヒーター１８４が設けられているので、インラインヒーター１１３及び第２インラインヒーター１１４によって加熱された混合ガスが、収容容器１１６や触媒容器１１７で放熱されることを抑制できる。結果、土壌５０３の揮発性物質の揮発効率や、気化したガスを二酸化炭素ガスに置換する燃焼効率を高めることが出来るので、計測精度が高められる。更には、計測時間を短縮することが可能となる。特に本第２実施形態では、第２インラインヒーター１１４によって、揮発性物質が気化した混合ガスの温度を更に高精度で制御しながら、触媒容器１１７に供給できるので、燃焼効率を高めることが可能となっている。
【０１０６】
また更に、本装置２によれば、触媒パージ用ガス配管１１２によって、外気導入口１０１から取り込まれた混合ガスを、気化容器１１６を介さずに、触媒容器１１７に直接供給することで、実測前に、触媒２５８に吸着している二酸化炭素を放出できるようになっている。この結果、土壌５０３の揮発性物質から得られる二酸化炭素と、触媒２５８に吸着している二酸化炭素の混在が低減されるので、計測精度を一層高めることが可能となる。なお、ここでは特に図示しないが、この触媒バージ用ガス配管１１２で、混合ガスを加熱することも可能である。
【０１０７】
この第２実施形態では、入側ガス濃度検出部１４２が、外気導入口１０１から収容空間１１８までの間に配置されている場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、装置２内の混合ガスの流路上ではなく、外気（混合ガス）を直接計測できる場所に入側ガス濃度検出部１４２を配置しても良い。即ち、この収容空間１１８に取り込まれるであろう混合ガスの濃度を計測できる場所であれば、入側ガス濃度検出部１４２をどこに配置しても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は、土壌中に含有する揮発性物質濃度を測定する分野に幅広く利用することができる。特に土壌中の揮発性汚染物質の濃度計測の分野において利用することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１        気化・燃焼部
２        土壌中揮発性物質抽出装置（装置）
２ａ      混合ガス入口
２ｂ      燃焼ガス出口
２ｃ      混合ガス配管
２ｄ      加熱混合ガス配管
２ｅ      気化ガス配管
３        収容昇降装置
５        カプセル状試料容器
１０      筐体
１１      遮熱壁
１３      操作部
１４      表示部
１５      演算制御部
１７      流量制御部
１９      温度計測部
２１      計測制御部
２３      ロック制御部
１０１    外気導入口
１０３    エアーフィルター
１０５    ポンプ
１０７    流量制御装置
１０８    送入温度計測センサ
１０９    流路切替電磁弁
１１１    バイパス配管
１１２    触媒パージ用ガス配管
１１３    インラインヒーター
１１４    第２インラインヒーター
１１５    試料容器
１１５ａ  試料容器蓋
１１５ｂ  試料容器受
１１６    気化容器
１１７    触媒容器
１１８    収容空間
１１９    加熱ガス通過空間
１２０    常温ガス通過空間
１２１    インラインヒーター温度計測センサ
１２２    第２インラインヒーター温度計測センサ
１２３    冷却装置
１２５    冷却部
１２７    除湿部
１２８    入側除湿部
１２９    冷却部ガス入口温度センサ
１３１    強制排気電磁弁
１３３    （出側）ガス濃度検出部
１３５    燃焼ガス配管
１３７    排気口
１３９    強制排気口
１４１    逆流防止電磁弁
１４２    入側ガス濃度検出部
１４３    入出力信号線
１４５    試料投入室蓋
１４７    気化ガス温度計測センサ
１４９    触媒容器蓋
１５１    スライドアーム
１５３    モーター
１５５    空気配管
１５７    触媒加温ヒーター
１５８    触媒
１５９    触媒温度計測センサ
１６１    燃焼ガス温度計測センサ
１６３    冷却部ガス出口温度計測センサ
１６５    強制排気配管
１６７    ガス濃度計測配管
１８０    加熱ガス通過空間放熱防止ヒーター
１８４    触媒容器放熱防止ヒーター
３０１    支柱
３０３    モータープーリー
３０５    ベルト
３０７    軸プーリー
３０９    ボールネジ
３１１    アーム取付台
３１３    連結棒
３１５    遮蔽壁
３１７    試料容器取付台
３１９    上部位置センサ
３２１    下部位置センサ
３２３    スライダー
３２５    スライドレール
５０１    メッシュフィルタ
５０３    土壌
【図１】
2011232333.tif 000003
【図２】
2011232333.tif 000004
【図３】
2011232333.tif 000005
【図４】
2011232333.tif 000006
【図５】
2011232333.tif 000007
【図６】
2011232333.tif 000008
【図７】
2011232333.tif 000009