(57)【要約】【課題】ガス試料が水分を多く含む湿りガスであっても、ガス中に含まれる分析対象成分を損失無く正確に、しかも簡便に捕集できる試料ガス採取方法及び装置を提供する。【解決手段】湿りガス中に含まれる成分を分析するための前記ガスの試料採取方法において、湿りガスを広い通路で氷点以下に冷却しながらガス中の水分を凝固させると共にガス中の対象成分を捕集する第１の吸収手段と、該第１の吸収手段で捕集しきれなかった対象成分を氷点以下の温度条件で捕集する第２の吸収手段を使用して湿りガス中の対象成分を完全に捕集することを特徴とするガス試料の採取方法。その装置。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿りガス中に含まれる成分を分析するための前記ガスの試料採取方法において、湿りガスを広い通路で氷点以下に冷却しながらガス中の水分を凝固させると共にガス中の対象成分を捕集する第１の吸収手段と、該第１の吸収手段で捕集しきれなかった対象成分を氷点以下の温度条件で捕集する第２の吸収手段を使用して湿りガス中の対象成分を完全に捕集することを特徴とするガス試料の採取方法。
【請求項２】
湿りガス中に含まれる成分を分析するための前記ガスの試料採取装置において、ガスの吸引手段と、ガスを広い通路で氷点以下に冷却し、ガス中の水分を凝固させると共にガス中の対象成分を捕集する第１の吸収部と、該第１の吸収部からのガスを導入し、氷点以下の温度条件として、第１の吸収部で捕集しきれなかった対象成分を捕集する第２の吸収部から構成されることを特徴とするガス試料の採取装置。
【請求項３】
前記第１の吸収部は、ガス流路が、ガスを氷点以下に冷却しても凝固した水分によるガス流路の閉塞が生じないように構成されており、かつ、前記第２の吸収部は、ガス及び吸収媒体を氷点以下に冷却しながら、ガスと吸収媒体とが接触できるように構成されていることを特徴とする請求項２記載のガス試料の採取装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の吸収部として共に吸収瓶を用い、第１の吸収部で用いる吸収瓶の試料ガス導入部の管径が、第２の吸収部で用いる吸収瓶の試料ガス導入部の管径よりも大きいことを特徴とする請求項３記載のガス試料の採取装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の吸収部として共に吸収瓶を用い、ガスの流れ方向に対して、第１の吸収部で用いる吸収瓶を逆方向に、かつ、第２の吸収部で用いる吸収瓶を順方向に接続して構成されていることを特徴とする請求項３記載のガス試料の採取装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス試料採取方法及び採取装置に関し、さらに詳しくは、湿りガス中の水分の影響を受けることなく、分析対象成分を、損失なく、正確に捕集できるガス試料採取方法及び採取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
煙道、煙突、ダクトに排出される排ガス中の特定ガス状成分を分析する場合、吸収液を入れた吸収瓶に試料ガスを導入して、特定ガス状成分を吸収液中に捕集し、分析用試料溶液とすることが行なわれている（日本工業規格Ｋ００９５−１９９９「排ガス試料採取方法」）。
図３に示すように、吸収瓶１には、吸収液３を入れ、ガス導入管２より吸収液３に試料ガスを導入する構造となっており、吸収瓶の出口の先には、流量調整器７、吸引ポンプ８、ガスメーター９等が順次接続されている。なお、図３において、吸収瓶が２段に設けられている形式で、４は後段吸収瓶、５は後段吸収瓶のガス導入管、６はガス試料である。
【０００３】
このような従来の装置において、分析対象成分を損失なく、正確に捕集するために次のような対策がとられている。
（１）吸収瓶を直列多段に接続する。
（２）吸収瓶を冷却槽又は冷却室に入れて冷却する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の対策は、分析対象成分の捕集性能を上げるのに有効であり、直列に接続する吸収瓶の数を増やすほど、また、吸収液の温度を下げるほど捕集効率は高くなる。しかしながら、捕集性能を上げるために吸収瓶の数を増やせば、装置が過大になるばかりでなく、大量の吸収液が必要になること、採取作業や分析作業が複雑になることなど問題点が多い。一方、吸収液の温度を下げることで、少ない吸収瓶の数で高い捕集性能を発揮することが可能であるものの、実際には、氷浴程度の冷却温度では捕集が不十分な場合が多く、ドライアイスなどを用いてより低温まで冷却することが望ましい。ドライアイスによる冷却は、ガス試料が乾燥ガスの場合は、従来の捕集方法及び捕集装置で問題なく実施できるものの、ガス試料が多量のミストや水蒸気を含んだ湿りガスの場合は、吸収瓶内、特にガス導入配管内等の狭い流路において水分が凝固して閉塞し、ガスの導入が不可能になってしまうという致命的な問題があった。
【０００５】
従来、このような問題がある場合は、吸収瓶の前段に、塩化カルシウムや過塩素酸マグネシウム等の除湿剤を用いた除湿手段を設けて対応するのが一般的であるが、この方法は、対象成分の吸収手段の他に別途除湿手段が必要なため、試料採取装置及び採取方法を複雑にする間題があった。また、対象成分の中には、水分とともに除湿剤に捕捉されてしまうものも多く、除湿剤に捕捉された成分の回収は容易でないため、定量分析におけるマイナス誤差要因になるという大きな間題があった。一方、除湿剤に捕捉されにくい成分の場合も、捕捉されないことを確認するための予備的な検証が不可欠であり、手間のかかる方法であった。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ガス試料が湿りガスであっても、ガス中に含まれる分析対象成分を損失無く正確に、しかも簡便に捕集できる試料ガス採取方法及び装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の手段により上記課題を解決することができた。
（１）湿りガス中に含まれる成分を分析するための前記ガスの試料採取方法において、湿りガスを広い通路で氷点以下に冷却しながらガス中の水分を凝固させると共にガス中の対象成分を捕集する第１の吸収手段と、該第１の吸収手段で捕集しきれなかった対象成分を氷点以下の温度条件で捕集する第２の吸収手段を使用して湿りガス中の対象成分を完全に捕集することを特徴とするガス試料の採取方法。
【０００８】
（２）湿りガス中に含まれる成分を分析するための前記ガスの試料採取装置において、ガスの吸引手段と、ガスを広い通路で氷点以下に冷却し、ガス中の水分を凝固させると共にガス中の対象成分を捕集する第１の吸収部と、該第１の吸収部からのガスを導入し、氷点以下の温度条件として、第１の吸収部で捕集しきれなかった対象成分を捕集する第２の吸収部から構成されることを特徴とするガス試料の採取装置。
【０００９】
（３）前記第１の吸収部は、ガス流路が、ガスを氷点以下に冷却しても凝固した水分によるガス流路の閉塞が生じないように構成されており、かつ、前記第２の吸収部は、ガス及び吸収媒体を氷点以下に冷却しながら、ガスと吸収媒体とが接触できるように構成されていることを特徴とする前記（２）記載のガス試料の採取装置。
（４）前記第１及び第２の吸収部として共に吸収瓶を用い、第１の吸収部で用いる吸収瓶の試料ガス導入部の管径が、第２の吸収部で用いる吸収瓶の試料ガス導入部の管径よりも大きいことを特徴とする前記（３）記載のガス試料の採取装置。
（５）前記第１及び第２の吸収部として共に吸収瓶を用い、ガスの流れ方向に対して、第１の吸収部で用いる吸収瓶を逆方向に、かつ、第２の吸収部で用いる吸収瓶を順方向に接続して構成されていることを特徴とする前記（３）記載のガス試料の採取装置。
【００１０】
さらに、本発明の装置において、好ましい態様は以下のとおりである。
（６）前記第１の吸収部の導入管の径は１０ミリ以上であり、第２の吸収部が汎用されている吸収性能の高い吸収瓶であることを特徴とする前記（２）記載のガス試料の採取装置。
【００１１】
このように、吸収瓶のような吸収装置の構造を、湿りガス中の水分が凝固・付着してもガス流路が閉塞しないように工夫することによって、低温の冷浴を用いて対象成分の捕集効率を上げることができ、その結果、吸収瓶の数を削減することができるため、極めて簡便な装置で容易にガス試料の採取が高い効率で行うことができる。
【００１２】
次に、本発明の内容について、詳細に説明する。
吸収瓶などのガス導入管径（内径）は、小さすぎると通気抵抗が増えるとともに、ガス中に含まれる固型分などにより閉塞する危険性がある。逆に、管径が大きすぎると、吸収液と吸収液中に導入されるガスの接触が悪くなり、対象成分の捕集効率が低下する懸念があるため、一般的には、管径が数ミリから１０数ミリの管が用いられる。しかしながら、このような管径の場合、氷点以下の温度条件で、多量のミストや水蒸気を含んだ湿りガスを長時間にわたって導入すると、管内に凝固した水分が蓄積して閉塞する。したがって、ガスの水蒸気量やガスの導入時間にもよるが、本発明の第１の吸収手段における吸収瓶（以下、前段吸収瓶と称する）では、ガス導入管の径は１０ミリ以上であることが好ましく、２０ミリ以上であることがさらに好ましい。このように管径を大きくすると、凝固した水分が蓄積しても閉塞する危険性は減る反面、前述のとおり、試料ガスと吸収液との接触効率が悪くなる。
【００１３】
しかし、本発明者等のこれまでの実際の経験から、試料ガスと吸収液との接触効率を多少犠牲にしても、氷点以下の低温条件に維持することで、高い捕集性能を発揮できる場合が多いことが分かった。仮に、前段吸収瓶において高い捕集性能が得られない場合でも、本発明における前段吸収瓶の最も重要な役割は、ガス中の水分を凝固させて除去することであるため、対象成分の捕集効率はさして大きな問題とはならない。前段吸収瓶において捕集しきれなかった対象成分は第２の吸収手段（以下、後段吸収瓶と称する）に導入されるのであるが、ガス中に含まれていた水分の殆どは前段吸収瓶において既に除去されているため、後段吸収瓶では、水分の凝固による流路閉塞の懸念がない。したがって、一般的に汎用されている吸収性能の高い吸収瓶を用いて、氷点以下の低温に冷却しながら、ガス試料採取を行うことができる。
【００１４】
前段吸収瓶と後段吸収瓶が１本づつの計２本直列方式で満足な試料採取ができない場合は、前段吸収瓶又は／及び後段吸収瓶を必要に応じて追加して多段に接続すれば良い。前段吸収瓶の接続本数は、ガス中の水分の除去性能をもとに決めれば良いし、後段吸収瓶の接続本数は、対象成分の捕集性能をもとに決めれば良い。
【００１５】
本発明では必ずしも吸収媒体中にガスを導入する必要はない。例えば、何も入れない吸収瓶を単に低温冷却してガス試料を導入し、対象成分を一旦吸収瓶の内壁等に付着させ、ガス試料の導入終了とともに少量の吸収液などで瓶内液を洗浄することによって対象成分の試料溶液とすることもできる。また、吸収媒体を用いる場合は、媒体の種類に特に制限はなく、液体であっても、又は、例えばビーズ状の固体のようなものでも良い。このため、本発明でいう「吸収媒体」は狭義の吸収のみを行なうものに限られず、吸着を行なう固体の媒体も含むものである。液体の場合は、ガスの通気を妨げないものであれば冷浴によって試料採取中に凝固してしまうものでも良いが、凝固しないものの方が好ましい。
【００１６】
本発明は、水の凝固によるガス流路の閉塞が生じないようになされたものであるから、冷却温度の制限がないため、種々の冷媒を使用することができる。凝固点降下させた水やドライアイス等はもちろんのこと、吸収装置が冷却温度に耐えられるものであれば、液体酸素、液体アルゴン、液体窒素などを用いることも可能である。ただ、ガス中の対象成分及び共存成分が液化あるいは凝固するような温度とすると、ガス流路の閉塞が生じたり、捕集がかたよって不十分となるので、好ましくない。
【００１７】
本発明の方法を最も簡単に実施するには、前段吸収瓶と後段吸収瓶のどちらも汎用されている吸収瓶を用い、ガスの流れ方向に対して前段吸収瓶は逆方向に、後段吸収瓶は順方向に接続してガス試料採取装置を構成すれば良い。前段吸収瓶を逆方向に接続することにより、ガスは吸収瓶底面近くの冷却された細い導入配管を経由せずに直接吸収瓶本体内に導入される。すなわち、ガスが最初に冷却される流路はガス導入管内ではなく、ガス導入管外若しくは吸収瓶本体内の広い流路であり、ガス中の水分は、吸収瓶本体の内壁やガス導入管の外壁面に付着する。その後、ガスはもともとガス導入部であった細い配管内を逆向きに流れて前段吸収瓶から排出されるのであるが、この時点では、既にガスは除湿されているため、導入管内が凝固した水分の蓄積によって閉塞することはない。この方法では、前段吸収瓶において吸収液中に試料ガスを吹き込むことは難しいものの（細い配管の下端が吸収液中に浸かっていると、細い配管から流出する試料ガスにより吸収液が細い配管を通って後吸収瓶へ流出してしまうため）、前述のとおり、極めて低い温度条件であるため吸収液を用いなくても、水分と共に対象成分の殆どが吸収瓶内に捕集される。このような形で水分と共に捕集された成分は、ガス採取終了後、低温条件のまま、後段吸収瓶の吸収液と同じ種類の吸収液で前段吸収瓶内を洗浄し、この洗浄液を後段吸収瓶中の吸収液と併せて試料溶液として分析に供せばよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を図面を参照して詳細に説明する。図３で示した構成要素と同一構成要素は同一符号を用いて示す。
図１は、本発明のガス試料採取装置の一例を示す模式図である。
ガス試料採取装置は前段吸収瓶１、後段吸収瓶４、流量調整計７、吸引ポンプ８、ガスメーター９が直列に接続された構成である。前段吸収瓶１、後段吸収瓶４中は冷却槽１１で冷却され、各吸収瓶中には吸収液３が入っている。前段吸収瓶１のガス導入管２は、ガス中の水分の凝固による流路の閉塞を防止するため、径の大きいものを用いている。ガス試料６は、吸引ポンプ８によって、まず前段吸収瓶１に導入され、瓶中もしくは吸収液３中でガス中の水分と分析対象成分が吸収される。ついで、後段吸収瓶４に導入され、前段吸収瓶１で捕集しきれなかった分析対象成分が後段吸収瓶４の吸収液３に捕集される。なお、図１において、１０は冷媒である。
【００１９】
図２は、本発明のガス試料採取装置の別の一例を示す模式図である。
ガス試料採取装置は前段吸収瓶１、後段吸収瓶４、流量調整計７、吸引ポンプ８、ガスメーター９が直列に接続された構成である。前段吸収瓶１、後段吸収瓶４中は冷却槽１１で冷却され、吸収液３は後段吸収瓶４にのみ入っている。前段吸収瓶１は、ガス中の水分の凝固による流路の閉塞を防止するため、ガスの流れ方向に対して逆向きに設置されている。このため、前段吸収瓶１におけるガス導入管２Ａは細くて短く、吸収瓶１内には吸収液３が入っていないこともあって、ガス試料が吸収液３内に吹き込まれることはない。湿りガスのガス試料６は、吸引ポンプ８によって、まず前段吸収瓶１に導入され、瓶１中でガス試料６中の水分と分析対象成分が吸収される。ついで、後段吸収瓶４に導入され、前段吸収瓶１で捕集しきれなかった分析対象成分が後段吸収瓶４の吸収液３に捕集される。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
【００２１】
実施例１
図１に示すガス試料採取装置を用いて、嫌気性消化ガス中に含まれる微量成分（シロキサン類）を捕集し、ガスクロマトグラフ質量分析計を用いて定量分析した。ガスの性状、ガス採取条件は次のとおりである。
【００２２】
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【００２３】
消化ガス中のシロキサン濃度を第１表に示す。
【００２４】
実施例２
図２に示すガス試料採取装置を用いたこと以外は、実施例１と同じ条件で嫌気性消化ガス中に含まれるシロキサン類を捕集し、定量分析した。吸収瓶のガス導入管径（内径）は６ｍｍ（２Ａ、５共に）である。（比較例１も同じ）
消化ガス中のシロキサン濃度を第１表に示す。
【００２５】
比較例１
冷媒として氷を用いた他は、実施例１と同じ条件で嫌気性消化ガス中に含まれるシロキサン類を捕集し、定量分析した。
消化ガス中のシロキサン濃度を第１表に示す。シロキサン濃度は実施例１及び実施例２に比べて低かった。
【００２６】
比較例２
前段吸収瓶に後段吸収瓶と同じものを用いた以外は、実施例１と同じ条件で嫌気性消化ガス中に含まれるシロキサン類を捕集し、定量分析した。
消化ガスの試料採取開始直後から、前段吸収瓶のガス試料導入管内に水分が凝固・付着した。３０分程度経過時点で前段吸収瓶の通気抵抗が上昇し始め、１時間経過時点で完全に流路が閉塞し、ガス採取が不可能になった。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
【発明の効果】
本発明に係るガス試料採取方法及び装置によれば、ガス試料中に大量の水分が含まれている場合でも吸収瓶の構造を、水分の凝固によってガス導入管内が閉塞しないように工夫しているため、氷点以下の低温の冷浴を用いて分析対象成分の捕集効率を上げることができ、その結果、吸収瓶の数を削減することができるため、極めて簡便な装置で、容易に試料ガス中に含まれる成分を、損失なく、正確に捕集できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス試料採取装置の一例を示す模式図。
【図２】本発明のガス試料採取装置の別の例を示す模式図。
【図３】従来のガス試料採取装置の例を示す模式図。
【符号の説明】
１　　前段吸収瓶
２　　ガス導入管
２Ａ　ガス導入管
３　　吸収液
４　　後段吸収瓶
５　　ガス導入管
６　　試料ガス
７　　流量調整器
８　　吸引ポンプ
９　　ガスメーター
１０　　冷媒
１１　　冷却槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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