(57)【要約】  本発明は、ＰＭ２．５等の粒子状物質に含まれる半揮発性有機化合物を捕集するとともに、捕集後の半揮発性有機化合物を捕集剤から容易に脱離することを目的としており、比表面積が１．８ｍ２／ｇ以上５０ｍ２／ｇ未満のシリカゲルからなる基材に炭素鎖を化学修飾して構成された捕集剤を用いてＰＭ２．５等の粒子状物質に含まれる半揮発性有機化合物を捕集する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
比表面積が１．８ｍ２／ｇ以上５０ｍ２／ｇ以下のシリカゲルからなる基材に炭素鎖を化学修飾して構成された捕集剤を用いて有機化合物を捕集する捕集方法。
【請求項２】
請求項１記載の捕集方法により捕集された有機化合物を溶出する溶出方法であって、
前記捕集剤を収容する収容容器に溶媒を貯留することによって、前記捕集剤に捕集された有機化合物を溶出させる溶出方法。
【請求項３】
有機化合物を吸着する捕集剤であって、
比表面積が１．８ｍ２／ｇ以上５０ｍ２／ｇ以下のシリカゲルからなる基材に炭素鎖を化学修飾して構成されている捕集剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＰＭ２．５等の粒子状物質に含まれる半揮発性有機化合物（ＳＶＯＣ）等を捕集する捕集方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスクロマトグラフィー用捕集管としては、例えばＴｅｎａｘ（商品名、2,6-diphenyl-p-phenylene oxide）等の高耐熱性の高分子粒子、活性炭、炭素重合体等の気固吸着形捕集剤を容器に充填したものがある。この気固吸着形捕集剤を用いた場合には、試料成分が捕集剤の表面に物理的・化学的結合により吸着される。【０００３】
ところが、この気固吸着型捕集剤に捕集された試料成分を溶媒脱着させる場合、ＰＭ２．５等の粒子状物質に含まれる半揮発性有機化合物（ＳＶＯＣ）等を脱着させるためには、多量の溶媒が必要となってしまい、脱着効率が悪いという問題がある。また、捕集剤に捕集された試料成分を加熱脱着させる場合、ＳＶＯＣ等の比較的沸点の高い試料成分を脱着させると、捕集剤が熱分解を起こしてしまい、これによって生じた加熱分解物が試料成分を分析する際に測定誤差を引き起こす等の問題が生じる。【０００４】
また、捕集剤の熱安定性に優れたガスクロマトグラフィー用捕集管としては、特許文献１に示すものが考えられている。この捕集管は、表面に炭化水素鎖を有するシリカゲルを含む気液分配形捕集剤を容器に充填したものである。この気液分配形の捕集剤は、シリカゲルの表面に化学修飾された炭化水素鎖が液相と同等に機能して、試料成分を気液分配機構により濃縮捕集する。【０００５】
ここで、上記捕集剤に捕集された試料成分を溶媒脱着させる場合には、シリカゲルがマイクロ孔、メソ孔と呼ばれる微細孔を持っており、その比表面積が大きい（例えば２８０ｍ２／ｇ）ため、捕集剤からの脱着を十分に行うことができず、回収効率が悪いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１４７９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、半揮発性有機化合物を捕集した後に、半揮発性有機化合物の脱離を容易に行うことをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明に係る半揮発性有機化合物の捕集方法は、比表面積が１．８ｍ２／ｇ以上５０ｍ２／ｇ未満のシリカゲルからなる基材に炭素鎖を化学修飾して構成された捕集剤を用いて半揮発性有機化合物を捕集することを特徴とする。【０００９】
上記の捕集方法により捕集された有機化合物を溶出する溶出方法としては、前記捕集剤を収容する収容容器に溶媒を貯留することによって、前記捕集剤に捕集された有機化合物を溶出させることが望ましい。【００１０】
また、上記捕集方法に好適に用いられる捕集剤としては、半揮発性有機化合物を吸着するガスクロマトグラフィー用捕集剤であって、比表面積が１．８ｍ２／ｇ以上５０ｍ２／ｇ未満のシリカゲルからなる基材に炭素鎖を化学修飾して構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
このように構成した本発明によれば、ＰＭ２．５等の粒子状物質に含まれる半揮発性有機化合物を確実に捕集することができ、捕集後の半揮発性有機化合物を容易に捕集剤から脱離して濃縮した試料溶液を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態のガスクロマトグラフィー用捕集管を示す模式図。
【図２】同実施形態の捕集管を用いた捕集方法を示す模式図。
【図３】従来の捕集剤と本発明の捕集剤との回収実験の結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明に係るガスクロマトグラフィー用捕集剤の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
本実施形態のガスクロマトグラフィー用捕集剤は、試料成分としてＰＭ２．５等の粒子状物質に含まれる半揮発性有機化合物（ＳＶＯＣ）を捕集するために用いられるものであり、図１に示すように、ガスクロマトグラフィー用捕集管の内部に設けられるものである。なお、半揮発性有機化合物（ＳＶＯＣ）とは、沸点範囲が２４０℃〜４００℃である有機化合物である。また、粒子状物質とは、粒子径が概ねマイクロメートル（μｍ）の微粒子であり、ＰＭ２．５とは、粒子径が概ね２．５μｍ以下のものである。
【００１５】
ここで、図１の捕集管について簡単に説明すると、例えばガラス製の筒状をなす収容容器と、当該収容容器内に収容される捕集剤と、当該捕集剤の一端部及び他端部にそれぞれ設けられた例えばガラス繊維からなるフィルタと、前記収容容器の一端開口及び他端開口を閉塞する栓（コック）付きのキャップ部材とを備えている。なお、捕集管に導入された試料ガスに含まれる無機成分は、主としてフィルタで除去される。
【００１６】
この捕集管の捕集剤により捕集された粒子状物質は、例えばメタノール等の溶媒（回収剤）を用いて溶出及び回収されて、濃度が濃縮された液体試料としてガスクロマトグラフィーにより分析される。
【００１７】
具体的にガスクロマトグラフィー用捕集剤は、比表面積が１．８ｍ２／ｇ以上５０ｍ２／ｇ未満のシリカゲルを基材（担体）として、当該基材に、炭素鎖（炭素数が例えば１８個）を化学修飾することによって構成されている。なお、上記のシリカゲルの比表面積は、窒素吸着（ＢＥＴ）法を用いて測定した値である。ここで、比表面積の上限を５０ｍ２／ｇ未満としたのは、比表面積が５０ｍ２／ｇ未満であれば、マイクロ孔及びメソ孔がほぼ無くなると考えられるためである。
【００１８】
このガスクロマトグラフィー用捕集剤を収容したガスクロマトグラフィー用捕集管にサンプルガスを流すことによって、当該サンプルガスに含まれるＰＭ２．５等の粒子状物質に含まれる半揮発性有機化合物（ＳＶＯＣ）を捕集する。ここで、粒子状物質に含まれる半揮発性有機化合物が捕集剤３により捕集されるとは、半揮発性有機化合物の一部が捕集剤の炭素鎖に分子状態で溶け込むことにより捕集されることも含む。
【００１９】
ここで、大気中の半揮発性有機化合物（ＳＶＯＣ）を捕集する方法について図２（Ａ）を参照して説明する。
まず捕集管の一端側及び他端側のキャップ部材を取り外し、捕集管の一端側（収容容器の一端開口）を大気開放するとともに、捕集管の他端側を吸引ラインに接続する。ここで、吸引ラインは、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）等の流量制御装置及び吸引ポンプが設けられている。そして、吸引ポンプにより大気を吸引するとともに、流量制御装置により流量を一定に制御する。捕集量は、吸引流量と吸引時間によって決定される。これにより、大気中の半揮発性有機化合物（ＳＶＯＣ）が捕集剤により捕集される。なお、捕集後は、捕集管の一端側及び他端側にキャップ部材を取り付けて、各キャップ部材の栓を閉めて、メタノール等の溶媒で回収するまで保管する。
図２（Ａ）では、流量制御装置及び吸引ポンプを捕集管の下流側に配置しているが、捕集管の上流側に配置する構成としても良い。
【００２０】
また、本実施形態は、ＰＭ２．５等の粒子状物質に含まれる半揮発性有機化合物を捕集するものの他に、例えば植物が代謝により排出するセスキテルペン類といったＰＭ２．５の前駆体を捕集するものにも適用できる。図２（Ｂ）に、植物から発生するＰＭ２．５の前駆体成分の捕集方法を示す。
まず、前駆体成分の発生源である植物を容器内に収容する。この容器には、高純度空気等のキャリアガスを供給するキャリアガス供給ラインと、容器内で植物から発生した前駆体成分を捕集管に導入するための導入ラインとが接続されている。キャリアガス供給ラインには、高純度空気等のキャリアガスが充填された高圧ボンベ及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）等の流量制御装置が設けられている。また、導入ラインには、一端側及び他端側のキャップ部材が取り外された捕集管の一端側が接続される。そして、高純度空気等のキャリアガスを一定流量で一定時間（例えば１００ｍＬ／ｍｉｎで３０分間（合計３Ｌ））流すことにより、ＰＭ２．５の前駆体成分が捕集剤により捕集される。なお、捕集後は、捕集管の一端側及び他端側にキャップ部材を取り付けて、各キャップ部材の栓を閉めて、メタノール等の溶媒で回収するまで保管する。
【００２１】
次に、ガスクロマトグラフィー用捕集管により捕集された半揮発性有機化合物の溶出方法について説明する。
まず捕集管の一端側のキャップ部材を取り外すとともに、他端側のキャップ部材の栓を開ける。そして、他端側のキャップ部材が下側となるように捕集管を立てた状態で、捕集管の一端側（収容容器の上端開口）から例えばメタノール等の溶媒を所定量（例えば２ｍＬ）注入する。なお、一端側のキャップ部材を取り外さずに一端側のキャップ部材の栓を開けて溶媒を導入しても良いし、溶媒を導入する際に他端側のキャップ部材の栓を閉めたままでも良い。これにより、溶媒は、捕集剤の間を下側に向かって浸透していく。溶媒が捕集剤の下端に達すると、溶液（メタノール溶液）が捕集剤と下端側のキャップ部材との間の空間に溜まる。ここで、溶液が下端側のキャップ部材の栓から外部に流れ出す前に栓を閉める。なお、捕集管への溶媒注入量としては、捕集剤全体が溶剤で浸かる程度とすることが望ましい。この溶媒が収容容器内に貯留された状態で、所定時間（例えば１５分）経過させて、捕集剤に捕集された半揮発性有機化合物を溶出させる。その後、下端側のキャップ部材の栓を開けることにより、捕集管に溜まった溶液（メタノール溶液）を取り出してガスクロマトグラフィーにより測定する。なお、例えば他端側のキャップ部材を取り外して、マイクロシリンジ等で溶液を取り出してガスクロマトグラフィーに導入しても良い。
本実施形態の捕集剤は、半揮発性有機化合物の脱着が容易であるため、溶媒を流し続ける必要が無く、溶媒を貯留するだけで半揮発性有機化合物を脱着させることができる。その結果、上記の溶出方法により、半揮発性有機化合物の溶出に用いる溶媒量を少なくすることができる。
【００２２】
このように構成したガスクロマトグラフィー用捕集剤を用いた溶媒回収方式による回収実験を行った。
この回収実験は、濃度５００ｍｇ／ｍＬのカリオフィレン（caryophyllene）、１００μＬを捕集剤に添加して、高純度空気を流速１００ｍＬ／ｍｉｎで１０分間流し、その後、２ｍＬ〜４ｍＬのメタノール（溶媒）を捕集管内に貯留して溶出させ、時間経過毎にガスクロマトグラフィーで測定した。この回収実験に用いた本発明の実施例は、比表面積が１．８ｍ２／ｇのシリカゲル（信和化工製のＳｈｉｎｗａｓｏｒｂ、粒度（Ｍｅｓｈ）が２０〜４０）２．９ｇに炭素数１８の炭素鎖を化学修飾した捕集剤であり、比較例は、比表面積が２８０ｍ２／ｇのシリカゲル（ジーエルサイエンス社製のＵｎｉｂｅａｄｓ  ３Ｓ，粒度３０〜６０）１．６ｇに炭素数１８の炭素鎖及び炭素数３０の炭素鎖を化学修飾した捕集剤である。この回収実験の結果を図２に示す。
【００２３】
図３に示すように、比較例では、抽出時間の経過とともにピークエリアが増加していき、約４５分経過後に安定しているが、実施例では、抽出開始後、１５分経過後から４５分経過まで略一定で安定していることが分かった。
【００２４】
このように構成した捕集方法によれば、ＰＭ２．５等の粒子状物質に含まれる半揮発性有機化合物を確実に捕集することができ、捕集後の半揮発性有機化合物を容易に捕集剤から溶媒脱着して濃縮した試料溶液を生成することができる。
【００２５】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態では、捕集剤に捕集された粒子状物質を溶媒脱着により回収する方法であったが、加熱脱着により回収するものであっても良い。
【００２６】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明であれば、半揮発性有機化合物を捕集した後に、半揮発性有機化合物の脱離を容易に行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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