(57)【要約】      （修正有）【課題】分析感度を向上させた気中微粒子状物質捕集・分析用カラムを提供する。【解決手段】チューブ状のカラム内に繊維状充填材が充填された気中微粒子状物質捕集・分析用カラムであって、カラムに試料気体を通すことにより試料気体中の微粒子状物質を繊維状充填材に一旦捕集し、次に溶出液をカラムに通し、捕集された粒子状物質を液中に溶出することを特徴とする気中微粒子状物質捕集・分析用カラム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブ状のカラム内に繊維状充填材が充填された気中微粒子状物質捕集・分析用カラムであって、
前記気中微粒子状物質捕集・分析用カラムに気体試料を通すことにより気体試料の気中微粒子状物質を前記繊維状充填材に一旦捕集し、前記気中微粒子状物質捕集・分析用カラムに溶出液を通すことにより前記繊維状充填材に一旦捕集された前記気中微粒子状物質を前記溶出液中に溶出させるようにしたことを特徴とする気中微粒子状物質捕集・分析用カラム。
【請求項２】
請求項１記載の気中微粒子状物質捕集・分析用カラムを用いた気中微粒子状物質捕集・分析装置であって、
前記気体試料を前記気中微粒子状物質捕集・分析用カラムに通して吸引する吸引ポンプを設け、吸引ポンプで吸引することにより前記繊維状充填材に気中微粒子状物質を一旦捕集する気中微粒子状物質捕集装置と、
前記気中微粒子状物質捕集・分析用カラムに溶出液を通して前記繊維状充填材に一旦捕集された気中微粒子状物質を前記溶出液中に溶出させ、当該気中微粒子状物質が溶出した溶出液の成分を分析する分析装置と、
を備えたことを特徴とする気中微粒子状物質捕集・分析装置。
【請求項３】
前記気中微粒子状物質捕集・分析用カラムに振動を与える振動発生手段を備え、前記気中微粒子状物質捕集・分析用カラムに溶出液を通す際に振動を与えることを特徴とする請求項２記載の気中微粒子状物質捕集・分析装置。
【請求項４】
請求項１記載の気中微粒子状物質捕集・分析用カラムを用いた気中微粒子状物質捕集・分析方法であって、
前記気体試料を気中微粒子状物質捕集・分析用カラムに通して吸引することにより前記繊維状充填材に気中微粒子状物質を一旦捕集する気中微粒子状物質捕集工程と、
前記気中微粒子状物質捕集・分析用カラムに溶出液を通して前記繊維状充填材に一旦捕集された気中微粒子状物質を前記溶出液中に溶出させ、当該溶出液の成分を分析する工程と、
を備えたことを特徴とする気中微粒子状物質捕集・分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気中の微粒子状物質を捕集・分析するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＭ２.５など環境中の微粒子状物質は人体に健康問題を引き起こす恐れがあるため、環境に関する安全管理の測定対象になっている。一方、半導体製造環境における微粒子状の金属の存在は製品の欠陥を引き起こす。また、機能性ナノ粒子の開発・応用によって、その健康リスク評価も必要である。
気中の微粒子状物質を分析する従来の技術としては、（１）微粒子状物質をフィルターに捕集して(非特許文献１等参照)フィルターごと酸分解した(非特許文献２等参照)後分析する手法、（２）気体試料をインピンジャー内の溶液に通過させることによって溶液中に収集し(特許文献１等参照)分析する手法がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】大気用ローボリュームサンプラー２０００ｉ・大気用ディコトマスローボリュームサンプラー２０００ｉ−Ｄカタログ、[online]東京ダイレック株式会社[２０１３年７月２２日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.t-dylec.net/products/pdf/thermo_2000i_2000id.pdf＞
【非特許文献２】無機元素の多元素同時測定法(酸分解／ＩＣＰ−ＭＳ法)、[online]環境省[２０１３年７月２４日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.env.go.jp/air/osen/pm/ca/120419/manual-3.pdf＞
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２９６０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の手法(１)では、気中の微粒子状物質を大気用ローボリュームサンプラーで、典型的には直径４７ｍｍの平面状フィルターを用いて試料採集し、酸分解などを用いて溶液化して分析する。フィルターごと分解されることにより、フィルター由来のコンタミネーションの恐れがあるとともに、酸分解処理上の都合で、最終分解した試料溶液は数十ｍＬであるため、１ｍ3(１０００Ｌ)の気体試料を採集した際の濃縮率は約２万倍(試料液を５０ｍＬとして計算)である。従来の手法(２)でも、ほぼ同等の濃縮率になる。
しかしながら、ＰＭ２.５中の微量成分を分析するためには、さらに高い濃縮率が必要な場合がある。また、気体試料量が限られる場合、高感度の分析のためにも高い濃縮率が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、従来の手法(１)の平面状フィルターおよび従来の手法(２)の捕集溶液の代わりに、本発明では図１に示す繊維状充填材をチューブ状のカラムに充填した気中微粒子状物質捕集・分析用のカラムを用いる。
ポンプの吸引によって、気体試料をカラムに通すことにより、気中の微粒子状物質は繊維状充填材の表面および隙間に捕集される。試料捕集後、カラムを図２に示すようなオンライン測定システムに接続し、溶出液を用いて繊維状充填材に捕集された微粒子状物質を溶出させ、誘導結合プラズマ質量分析計(ＩＣＰ−ＭＳ)などを用いて分析する。
カラム内に捕集された微粒子状物質試料は約１ｍＬ程度の小量の溶出液で溶出でき、分析装置による高感度的な測定が可能になる。同じ量の微粒子状物質試料を採集した際、従来の手法より約５０倍〜１００倍の濃縮率が実現されるため、分析感度も向上できる。
【０００７】
すなわち、本発明は、チューブ状のカラム内に繊維状充填材が充填された気中微粒子状物質捕集・分析用カラムであって、前記気中微粒子状物質捕集・分析用カラムに気体試料を通すことにより気中微粒子状物質を前記繊維状充填材に一旦捕集し、前記気中微粒子状物質捕集・分析用カラムに溶出液を通すことにより前記繊維状充填材に一旦捕集された前記気中微粒子状物質を前記溶出液中に溶出させるようにしたことを特徴とする。
また、本発明は前記気中微粒子状物質捕集・分析用カラムを用いた気中微粒子状物質捕集・分析装置であって、前記試料気体を気中微粒子状物質捕集・分析用カラムに通して吸引する吸引ポンプを設け、吸引ポンプで吸引することにより前記繊維状充填材に気中微粒子状物質を一旦捕集する気中微粒子状物質捕集装置と、前記気中微粒子状物質捕集・分析用カラムに溶出液を通して前記繊維状充填材に一旦捕集された気中微粒子状物質を前記溶出液中に溶出させ、当該気中微粒子状物質が溶出した溶出液の成分を分析する分析装置とを備えたことを特徴とする。
また、本発明は、前記気中微粒子状物質捕集・分析装置において、前記気中微粒子状物質捕集・分析用カラムに振動を与える振動発生手段を備え、前記気中微粒子状物質捕集・分析用カラムに溶出液を通す際に振動を与えることを特徴とする。
また、本発明は、前記気中微粒子状物質捕集・分析用カラムを用いた気中微粒子状物質捕集・分析方法であって、前記気体試料を気中微粒子状物質捕集・分析用カラムに通して吸引することにより前記繊維状充填材に気中微粒子状物質を一旦捕集する気中微粒子状物質捕集工程と、前記気中微粒子状物質捕集・分析用カラムに溶出液を通して前記繊維状充填材に一旦捕集された気中微粒子状物質を前記溶出液中に溶出させ、当該溶出液の成分を分析する工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、気中微粒子状物質捕集・分析用カラム内に捕集された微粒子状物質は少量の(約１ｍＬ)の溶出液で溶出でき、分析装置による高感度的な測定が可能になる。同じ量の試料を採集した際、従来技術より約５０倍〜１００倍の濃縮率が実現されるため、分析感度も向上できる。
さらに、例えば濃縮率が約５０倍であれば、従来２日間かけて捕集していたものが、本発明によれば１時間の捕集で済ますことができ、短時間の捕集時間で測定可能とすることもできる。
また、従来の手法(１)ではフィルターごと酸分解して溶液化していたのでフィルター材由来のコンタミネーションを避けることができなかったが、本発明では繊維状充填材を破壊しないため、繊維状充填材由来のコンタミネーションを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は本発明で用いる気中微粒子状物質捕集・分析用カラムを示した図であって、(ａ)がカラムの概略図であり、(ｂ)が断面図である。
【図２】図２は本発明の気中微粒子状物質捕集・分析用カラムを用いたオンライン測定システムを示した図であって、(ａ)がカラム交換時の図であり、(ｂ)がオンライン測定時の図である。
【図３】図３は本発明の繊維状充填材を充填した気中微粒子状物質捕集・分析用カラムを用いて分析した分析結果の一例(ａ)と、分析結果を検証した検証結果(ｂ)を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の気中微粒子状物質捕集・分析用カラムを示した図であって、(ａ)がカラムの概略図であり、(ｂ)が断面図である。チューブ状のカラム内には、繊維状充填材が充填されており、繊維状充填材としては、有機ポリマー繊維(ＰＥ、ＰＰ、ＰＥＴＦ、ナイロン等)、ガラス繊維等が挙げられ、捕集の目的となる微粒子状物質の性質に応じて繊維状充填材の材質が選択される。チューブ本体の材質は、化学的に安定な材料が望ましい。
図１では、チューブ本体の一例として外径φ６ｍｍ、内径φ４ｍｍ、長さ６０ｍｍのテフロン(登録商標)チューブを用い、繊維状充填材としてポリエチレン繊維を用いた例を示してあるがこれに限定されるものではない。
本発明の気中微粒子状物質捕集・分析用カラムを介して試料気体を吸気ポンプで吸引すれば、カラム内に充填された繊維状充填材によって気中微小粒子状物質が捕集される。また、気中微粒子状物質捕集・分析用カラムの前段にインパクタを設けて分級すれば、所望の大きさの気中微粒子状物質を捕集することができる。
【００１１】
図２は、試料気体の気中微粒子状物質を捕集した気中微粒子状物質捕集・分析用カラムを用いて成分分析をする際の説明図であり、(ａ)はカラム交換時(すなわち取り付け時、取り外し時)、(ｂ)は測定時(成分分析時)を示しており、１は溶出液、２は切り替えバルブ(図では四方弁)、３は分析装置、４はカラムコネクタ、５は気中微粒子状物質捕集・分析用カラムである。
試料気体の気中微粒子状物質を捕集した気中微粒子状物質捕集・分析用カラム５の取り付け時には、四方弁２を予め溶出液１がカラムコネクタ４を通らない図２(ａ)の状態に切り替えておき、カラムコネクタ４にカラム５を接続する。接続後、四方弁２を図２(ｂ)の状態に切り替えて溶出液１をコネクタ４側からカラム５を通して繊維状充填材に一旦捕集された気中微粒子状物質を前記溶出液中に溶出させ、気中微粒子状物質が溶出した溶出液を、成分の分析を行う分析装置３に送液して成分の分析を行う。繊維状充填材に一旦捕集された気中微粒子状物質を溶出液中に溶出させる際には、カラム５を振動発生手段(図示せず)により振動させると、繊維状充填材に捕集された気中微粒子状物質の溶出液中への溶出が促進される。振動発生手段としては、例えば、超音波振動発生器、回転する偏心錘、電磁バイブレータ等、振動を与えられるものであればよい。
また、図２では、カラムからの溶出液を直接分析装置３へ導入して測定する例を示してある。分析が終了した後、カラム５を取り外すときは、四方弁２を図２(ａ)の状態に切り替えてカラム５を取り外す。
【００１２】
(実測例)
図３(ａ)に、本発明の気中微粒子状物質捕集・分析用カラムを用いて分析した分析結果を示す。ＭｇＳＯ4水溶液を用いて、エレクトロスプレー粒子発生器によって直径約２０ｎｍの微粒子状物質を発生させ、該微粒子状物質濃度が所定値を保つようにした気体試料を作成し、当該気体試料を、図１の外径φ６ｍｍ、内径φ４ｍｍ、長さ６０ｍｍのテフロン(登録商標)チューブを用い、繊維状充填材としてポリエチレン繊維を用いた気中微粒子状物質捕集・分析用カラムに通して３０分間吸引し、気中微粒子状物質を繊維状充填材に捕集する。３０分間捕集した後、気中微粒子状物質捕集・分析用カラムに溶出液を１ｍＬ／分で通して、カラムからの溶出液は直接分析装置に導入して測定した。測定結果が、図３(ａ)のグラフであり、縦軸がマグネシウムの信号強度(カウント数／秒)、横軸が溶出時間(秒)である。この図３(ａ)のグラフを積分した値が、カラムで捕集したマグネシウムの量に相当する。なお、マグネシウムの測定は、存在度が最も高い同位体24Ｍｇ(７８.９９％)を用いて行った。
図３(ａ)のグラフを積分した値を、図３(ｂ)にプロットすることにより本発明の捕集・分析用カラムで正しく測定されているかどうかを検証する。図３(ｂ)の縦軸がマグネシウムの信号強度(カウント数)で、横軸が捕集時間(分)である。図３(ａ)のグラフでは４０秒以前と１００秒以後の値が小さいので、結局４０秒から１００秒までを積分することによりグラフの積分値は近似的に求まり、この積分値をプロットしたのが図３(ｂ)の捕集時間３０分に当たる○印である。同じようにして、捕集時間１０分の場合、２０分の場合、６０分の場合についてプロットすると、各プロットした点は、図３(ｂ)中の直線上に並んでおり、繊維状充填材を充填した本発明のカラムによって気体試料中の微粒子状物質が正確に捕集されていることが確認できる。なお、図３(ｂ)中の式はプロットした点を直線近似した直線の式であり、Ｒは捕集時間とマグネシウムの信号強度との相関係数である。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明のチューブ状のカラム内に繊維状充填材が充填された気中微粒子状物質捕集・分析用カラムを用いて気体試料中の微粒子状物質の捕集・分析ができるので、対象となる気体試料としては、例えば、大気、クリーンルーム内の雰囲気、工場内の雰囲気、研究室内の雰囲気などに広く用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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