(57)【要約】【目的】  二酸化窒素を効率よく吸収・濃縮し、吸収・濃縮した二酸化窒素を簡便で高感度に分析を行う方法と、その装置を提供する。【構成】  フィトンチッドまたはフィトンチッドが担持された多孔質媒体に二酸化窒素を吸収・濃縮し、分析を行う。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィトンチッドに二酸化窒素を吸収・濃縮することを特徴とする二酸化窒素の吸収・濃縮方法。
【請求項２】
フィトンチッドが多孔質媒体に担持されていることを特徴とする請求項１に記載の二酸化窒素の吸収・濃縮方法。
【請求項３】
フィトンチッドはトロポロン類、アビエチン酸であることを特徴とする請求項１または２に記載の二酸化窒素の吸収・濃縮方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかの方法により吸収・濃縮された二酸化窒素とフィトンチッドの間で生成される錯体からの発光を計測することを特徴とする二酸化窒素の計測方法。
【請求項５】
フィトンチッドもしくはフィトンチッドが担持された多孔質媒体を導入した固体基板上で二酸化窒素を計測することを特徴とする請求項４の二酸化窒素の計測方法。
【請求項６】
フィトンチッドもしくはフィトンチッドが担持された多孔質媒体が少なくともその構成の一部とされていることを特徴とする二酸化窒素の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、二酸化窒素を吸収・濃縮し、吸収・濃縮した二酸化窒素を分析する二酸化窒素の吸収・濃縮・分析方法と、その装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料の燃焼により発生する二酸化窒素のような窒素酸化物は、大気汚染の原因とされ、環境への影響が問題となっている。このため、高感度な分析法や高度な濃縮・除去方法の開発が望まれていることから、これまでにも、二酸化窒素の吸収法や二酸化窒素の計測法など多くの方法が提案されている。例えば、二酸化窒素の吸収法としては、（１）トリエタノールアミン水溶液に硝酸イオン・亜硝酸イオンとして溶存させる方法や、（２）チタニア、アルミナ、シリカなどの多孔質物質に金属／アミン類を担持させた固体に吸収させる方法（特許文献１）、（３）種々の金属イオンを担持させた活性炭に吸収させる方法（特許文献２）、（４）ルテニウム酸塩などを担持させた非塩基性金属酸化物に吸収させる方法（特許文献３）などが知られている。一方、二酸化窒素の計測法としては、（５）レーザー誘起蛍光法による二酸化窒素の直接計測法、（６）二酸化窒素を吸収させた溶液の蛍光化試薬による前処理に続く蛍光計測法（特許文献４）、（７）有機物ｐ型半導体に二酸化窒素を暴露した際の抵抗変化に基づく計測法（特許文献５）、（８）ザルツマン試薬を担持させた微粉末シリカゲルやアルミナシートに基づく検知法（特許文献６）などが知られている。
【０００３】
これらの手段の中で、二酸化窒素の吸収・濃縮と計測とをほぼ同時に行うことができるのは、共に同様な原理に基づく前記（１）と（６）の方法である。しかしながら、これらの方法には、i）溶液への二酸化窒素の濃縮、ii）誘導体化試薬の混合と前処理、iii）蛍
光検出と、一連のプロセスが必要となるために煩雑であり、かつ濃縮・計測に時間を要するという問題があった。また、市販の二酸化炭素の簡易分析計では試料ガス１００ｍｌを要していた。このため、従来では、効率よく二酸化窒素を吸収・濃縮でき、簡便で、かつ、試料ガス量がより少なくてすむ分析法の開発が望まれていた。
【特許文献１】特開２００３−２７５５８３号公報
【特許文献２】特開平１１−０５７４６３号公報
【特許文献３】特開２０００−０５１６５４号公報
【特許文献４】特開２００１−１４１７１５号公報
【特許文献５】特開平１１−２４８６７６号公報
【特許文献６】特開２０００−０８８７５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この出願の発明は、以上のとおりの背景から、従来の問題点を解消し、少量の二酸化窒素であっても、簡便、迅速に、高感度で、吸収・濃縮そして分析を行うことのできる新しい方法と、そのための装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、まず第１には、フィトンチッドに二酸化窒素を吸収・濃縮する、二酸化窒素の吸収・濃縮方法を提供する。
【０００６】
第２には、フィトンチッドが多孔質媒体に担持されていることを特徴とする二酸化窒素の吸収・濃縮方法を提供する。
【０００７】
さらに、第３には、フィトンチッドがトロポロン類、アビエチン酸であることを特徴とする二酸化窒素の吸収・濃縮方法を提供する。
【０００８】
また、この出願の発明は、第４には、上記のいずれかの方法により吸収・濃縮された二酸化窒素とフィトンチッドの間で生成される錯体からの発光を計測することを特徴とする二酸化窒素の計測方法を、第５には、フィトンチッドもしくはフィトンチッドが担持された多孔質媒体を導入した固体基板上で二酸化窒素を計測することを特徴とする二酸化窒素の計測方法を提供する。
【０００９】
そして、第６には、フィトンチッドもしくはフィトンチッドが担持された多孔質媒体が少なくともその構成の一部とされていることを特徴とする二酸化窒素の計測装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
上記のとおりこの出願の第１の発明によれば、二酸化窒素を効率よく簡便に吸収・濃縮することができる。そして第２および第３の発明によれば、その効果はより一層顕著なものとなる。また、第４の発明によれば、吸収・濃縮した二酸化窒素を高感度に分析することができ、第５の発明によれば、マイクロチャンネルチップ等の固体基板上での微量分析として高感度分析が可能となる。そして、第６の発明によれば、安価で、汎用的な二酸化窒素の簡易分析デバイス等の装置が提供されることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１２】
この出願の発明では、フィトンチッドを用いて、二酸化窒素を効率よく簡便に吸収・濃縮し、吸収・濃縮した二酸化窒素を高感度に分析することを可能としている。ここで、フィトンチッドとは、樹木から放散されて周囲の微生物などを殺すはたらきをもつ物質として、1928年にソ連のトーキンが提唱したものである。樹木の香気成分であるテルペン類がこれに相当すると考えられる（三省堂「大辞林  第二版」より）。例えば、ひのき、杉、松、ヒバの木から抽出された木精油等が挙げられる。そして、フィトンチッドには、消炎・血圧降下などの薬理作用をはじめ、消臭・抗菌・殺虫作用があることが知られている。
【００１３】
二酸化窒素は、以上のような樹木抽出成分としてのフィトンチッドの液状体あるいは結晶体、もしくはこれを含有する溶媒溶液や分散体、さらにはこれを担持もしくは含有する固体を用いてフィトンチッドに吸収、あるいは濃縮することができる。ここで濃縮とは、継続もしくは断続的に二酸化窒素を吸収することで、二酸化窒素の濃度が増大する状態を意味している。二酸化窒素の吸収効率を向上させるためには、フィトンチッドは、多孔質媒体上あるいはその中に担持もしくは含有させることが好適でもある。この場合の多孔質媒体としてはフィトンチッドと化学反応しない媒体であればよく、例えば、シリカ、アルミナ、チタニアなどの多孔質酸化固体が例示される。フィトンチッドをエーテル等の溶媒によって溶解し、多孔質媒体を分散混合して、数時間放置することにより、フィトンチッドが担持された多孔質媒体が調製される。ここで用いる溶媒は、フィトンチッドが溶解し、フィトンチッドと多孔質媒体と化学反応しない溶媒であれば、エーテルに限定されることなく各種のものであってよい。
【００１４】
また、この出願の発明のフィトンチッドとしては、特に、フィトンチッドを代表する次式で示されるアビエチン酸やヒノキチオールのようなテルペン類が好適なものとして例示される。
【００１５】
【化１】
2005241309.tif 000002
【００１６】
【化２】
2005241309.tif 000003
ここで、例えば、ヒノキチオールの結晶構造は図１に示すような分子間水素結合によるチェーン型の水素結合ネットワークで特徴づけられる。二酸化窒素の酸素原子は電気陰性度が大きいため、二酸化窒素分子はその酸素原子をヒノキチオールの水素結合ネットワークに向けて取り込まれる。その結果、結晶の水素結合ネットワークが分断されるために、結晶構造が二酸化窒素の吸収により固体から半固体へと変化するものと考えられる。また、ヒノキチオールと二酸化窒素が近接して存在するために、二酸化窒素の電子受容性を介して電荷移動型の分子錯体を形成し、これが着色の原因となる。このように、二酸化窒素の吸収はヒノキチオール結晶の水素結合ネットワークによるものであることから、二酸化窒素の吸収・取り込みは、ヒノキチオールに限られることはなく、結晶状態で水素結合ネットワークを形成する多くの化合物でも可能である。例えば、ヒノキチオールの水素結合ネットワークの原因はトロポロン骨格中のジケトン類似構造であるため、同様の構造をもつトロポロン類の任意のものが二酸化窒素を吸収可能としている。
【００１７】
そして、また、フィトンチッド／二酸化窒素間の分子錯体が新たな蛍光を示すため、この蛍光強度から、二酸化窒素の分析・計測が可能となる。このため、この出願の発明では、二酸化窒素を吸収・濃縮できるとともに、前処理なく二酸化窒素濃度を蛍光観測することができる。
【００１８】
さらに、上記のフィトンチッドや、フィトンチッドを担持した多孔質媒体は、マイクロチャンネルチップ、あるいはプラスチックプレート等の固体基板上に配置されることで、二酸化窒素をｐｐｍ〜ｐｐｂレベルで吸収・濃縮し、これを計測することが可能となる。また、より具体的な例としても、ヒノキチオール／シリカゲルビーズの場合、二酸化窒素を吸収することで黄色に呈色するため、安価なプラスチックプレートをあわせて用いることで、例えば、自動車排気ガスの窒素酸化物の使い捨てセンサーや検出器としての利用が可能である。
【００１９】
そこで、以下に実施例を示し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）
銅と濃硝酸から発生させた二酸化窒素を、ヒノキチオール結晶に曝露したところ、曝露前の白色結晶から黄色結晶を経て、数分で茶褐色の半固体状に変化した。その元素分析結果を表１に示した。
【００２１】
なお、表１には、二酸化窒素に曝露前のヒノキチオール結晶の元素分析結果も示している。
【００２２】
【表１】
2005241309.tif 000004
表１に示した曝露後の茶褐色半固体の分析結果から、ヒノキチオール３分子に対して二酸化窒素１分子の割合で吸収されているとがわかった。
【００２３】
また、茶褐色半固体であるヒノキチオール／二酸化窒素複合体（ＨＴ−ＮＯ2）の化学分析を行った。そのフーリエ変換赤外吸収（ＦＴ−ＩＲ）スペクトルを図２に、核磁気共鳴（ＮＭＲ）スペクトルを図３に、アセトニトリル中における紫外可視吸収スペクトルを図４に示した。なお、ヒノキチオール／二酸化窒素複合体は、ヒノキチオール：二酸化窒素＝３：１の組成比として式量を仮定して縦軸のモル吸光係数（ε：ｍｏｌ-1・ｌ・ｃｍ-1）を算出している。
【００２４】
そして、図２には、二酸化窒素曝露前のヒノキチオール（ＨＴ）のフーリエ変換赤外吸収（ＦＴ−ＩＲ）スペクトルを、図３には核磁気共鳴（ＮＭＲ）スペクトルを、図４にはアセトニトリル中における紫外可視吸収スペクトルをも示した。
【００２５】
図２のヒノキチオール（ＨＴ）の赤外吸収スペクトルにおいて、１４６８ｃｍ-1の吸収ピークはＣ−ＯＨ伸縮、１５３０および１６０９ｃｍ-1のピークはＣ＝Ｃ二重結合およびＣ＝Ｏ二重結合の伸縮振動に帰属できる。二酸化窒素曝露前後におけるスペクトルを比較すると、上記の振動ピークの強度に多少の変化が観測されるが、大きなピークのシフトは無い。また、ヒノキチオール／二酸化窒素複合体（ＨＴ−ＮＯ2）では１７１５ｃｍ-1近辺に比較的ブロードなピークが新たに現れる。ＮＯ2自身の伸縮振動に基づく赤外吸収は１７１５ｃｍ-1付近に現れることが報告されている。さらに、ＮＯ+、ＮＯ3-の伸縮振動は各々１９２３、１３９０ｃｍ-1に現れることが知られているが、これらの吸収は観測されない。従って、ＦＴ−ＩＲスペクトルから見る限り、ヒノキチオールは二酸化窒素によりニトロ化／二トロ素化などの何らかの化学反応を起しているのでは無く、二酸化窒素分子として結晶中に吸収されているものと結論できる。
【００２６】
また、図３のＮＭＲスペクトルから明らかなように、スペクトルのピークに多少にシフトは見られるものの、茶褐色半固体試料（ＨＴ−ＮＯ2）の固体ＮＭＲ測定の結果からも新たなピークは観察されなかった。この結果から、二酸化窒素とヒノキチオールが化学的に反応しているのではなく、二酸化窒素分子が吸収されて取り込まれているものと結論される。
【００２７】
図４より明らかなように、ヒノキチオール（ＨＴ）は２５０ｎｍ近辺および３００−３８０ｎｍ付近に特徴的な吸収を示す。一方、ヒノキチオール／二酸化窒素複合体（ＨＴ−ＮＯ2）のアセトニトリル溶液は黄色を呈するが、その吸収スペクトルとヒノキチオール自身の場合とで大きな違いはなく、全体的にブロードで長波長側に裾を持つスペクトルを与える。もし、ヒノキチオールが二酸化窒素によりニトロ化／ニトロソ化された場合、あるいは酸化反応が起こった場合には、新たな吸収ピークが明確に観測されるはずである。このことから、赤外吸収スペクトル、核磁気共鳴スペクトル測定結果同様に、ヒノキチオールは、化学結合を生成させることなく二酸化窒素を吸収し、分子として取り込まれていることがわかる。さらに、二酸化窒素吸収後にヒノキチオールが着色するのは、４００ｎｍより長波長側に吸収の裾を持つことに起因することがわかる。二酸化窒素は電子受容性分子であることから、二酸化窒素はヒノキチオールと電荷移動型の分子錯体を形成して取り込まれていると言える。
（実施例２）
０．３ｇのヒノキチオールを溶解したエーテル溶液に０．６ｇの多孔質性シリカゲル（直径約１０μｍ）を分散させ、数時間放置することにより、ヒノキチオール担持シリカゲルを調製した。この調製されたヒノキチオール／シリカゲルに二酸化窒素を曝露した。その結果、白色微粒子であったものが黄色微粒子に変化した。
【００２８】
二酸化窒素曝露前後でのヒノキチオール／シリカゲルの元素分析から、ヒノキチオール／シリカゲルでは、ヒノキチオール１分子に対して二酸化窒素２分子が取り込まれていることがわかった。そして、二酸化窒素の吸収効率はヒノキチオールを結晶として用いるより、シリカゲルのような多孔質媒体に担持させることがよいことも確認された。
【００２９】
なお、シリカ微粒子のみを上記と同様に二酸化窒素を曝露したが、色変化は全く観測されなかった。
【００３０】
また、上記のように二酸化窒素を吸収させたヒノキチオール／シリカゲルビーズ一粒の顕微吸収スペクトル測定を行った。その結果を図５に示した。さらに、顕微蛍光スペクトル測定を行った。その結果を図６に示した。
【００３１】
シリカゲルビーズとヒノキチオール自身は４００ｎｍ以上に全く吸収を示さないが、図５からわかるように、ヒノキチオール／シリカゲルビーズは二酸化窒素を吸収することにより新たな吸収を示している。また、この時の吸光度はシリカゲルビーズの直径（図５中に表示）、即ち吸収測定の光路長に応じて大きくなることから、ヒノキチオールおよびヒノキチオール／二酸化窒素錯体はシリカゲルビーズ中にほぼ均一に吸収されていることがわかる。さらに、文献の二酸化窒素および四酸化二窒素の吸収スペクトルと比較することにより、二酸化窒素は四酸化二窒素（二酸化窒素の二量体）としてではなく、二酸化窒素として吸収されていることがわかる。また、吸収スペクトルの形状はガス状の二酸化窒素の吸収スペクトルとは完全に一致しないことから、図５の吸収スペクトルはヒノキチオール／二酸化窒素の分子錯体に起因するものと言える。
【００３２】
また、図６より、測定した波長領域においてシリカゲルビーズは蛍光を示さない（４２０ｎｍ近辺のピークは励起光の散乱光である）。また、ヒノキチオールは溶液系では殆んど蛍光を示さないが、シリカビーズに担持させることにより比較的に強い蛍光を５２０ｎｍ付近に示すようになる。一方、二酸化窒素を吸収させたヒノキチオール／シリカゲルビーズでは、５７０ｎｍ付近に極大を持つ強い蛍光を示すとともに、細かい振動構造を持つという特徴を示す。この細かい振動構造は二酸化窒素の振動構造を表す。図６の結果から、ヒノキチオール／シリカゲルビーズが二酸化窒素を効率良く吸収するとともに、二酸化窒素の化学構造を強く反映したヒノキチオール／二酸化窒素間の分子錯体としての新たな蛍光を示すことがわかる。即ち、この分子錯体の蛍光強度から、そのまま二酸化窒素の分析・計測が可能であることが確認された。
（実施例３）
ヒノキチオールが効率良く二酸化窒素を吸収することから、これをデバイスへと応用した。
【００３３】
ヒノキチオールのエタノール溶液を幅１００μｍ、深さ２０μｍ、長さ３５０ｍｍのマイクロチャンネルを有するチップにスピンコートし、ここにシリンジポンプを用いて二酸化窒素ガスを流速１００μｌ／ｍｉｎで流した。また、チャンネルチップの出口から吸収されなかった二酸化窒素を捕集し、ザルツマン試薬によりチップ中に吸収・濃縮された二酸化窒素量を分析した。この結果を図７に示した。
【００３４】
図７には、マイクロ基板上にスピンコートしなかった場合の分析結果も示した。
【００３５】
同一条件下、ヒノキチオールをスピンコートした（図７中の点線）マイクロチャンネルチップと無処理（図７中の実線）のチップを比べた場合、ザルツマン試薬の呈色度はスピンコート無しの場合の方が強く、ヒノキチオールをスピンコートしたチップでのザルツマン試薬の呈色は弱い。このことから、マイクロチップ中にスピンコートしたヒノキチオールフィルムにより、ガスフロー下、二酸化窒素が吸収されたことがわかる。呈色した溶液の吸光分析から、上記の条件下では、二酸化窒素は約６０％ヒノキチオールにより吸収されたことが判明した。
（実施例４）
実施例３と同様にして、ヒノキチオール／シリカゲルビーズを導入したマイクロチャンネルチップを作製した。マイクロチャンネルの幅は４５０μｍ、深さ１３０μｍ、全長２ｃｍとし、５００ｐｐｍの二酸化窒素標準ガス１０ｍｌを０．５ｍｌ／ｍｉｎで流した。このときのチャンネル中のヒノキチオール／シリカゲルビーズからの蛍光スペクトルをチャンネルの長さ方向に沿って測定した。この時の位置毎の蛍光スペクトルを図８に示した。
【００３６】
チャンネルのガス導入口ではヒノキチオール／シリカゲルビーズは黄色を呈し、チャンネルの長さ方向に沿って二酸化窒素が吸収されていることがわかる。
【００３７】
チャンネル入口付近では図６と同様にヒノキチオール／二酸化窒素の分子錯体特有の振動構造を持った蛍光スペクトルが強く観測されるが、チャンネルの下流方向に向かうに従って、その強度は減少するとともに、入口から６ｍｍ程度では、ほぼヒノキチオールからの蛍光となった。このことは、チャンネルチップの長さ方向に沿って二酸化窒素が吸収・濃縮されることを示すとともに、それを同時に蛍光測定可能であることを意味している。概算によると、このシステムによりｐｐｍ〜ｐｐｂレベルでの二酸化窒素の濃縮・計測が可能であることがわかった。
（実施例５）
実施例４と同様な方法により、自動車からの排気ガス中の二酸化窒素の簡易定量を行った。レギュラーガソリン使用の乗用車の排気ガスをシリンジにより１０ｍｌ採取し、これをヒノキチオール／シリカゲルビーズ／マイクロチャンネルチップに導入した。その結果、チャンネル入口にヒノキチオール／シリカゲルビーズの呈色が確認された。このことから、図８の結果と同様に、自動車の排気ガス中の二酸化窒素をｐｐｍ〜ｐｐｂレベルで簡易・目視定量可能であることが示された。また、チャンネルチップの使用に代えて、プラスチックプレートに固定したヒノキチオール／シリカゲルビーズにおいても、同様な二酸化窒素の簡易目視定量が可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ヒノキチオール結晶構造を示した図である。
【図２】ヒノキチオールおよびヒノキチオール／二酸化窒素複合体のＦＴ−ＩＲスペクトルを示した図である。（ａ）全体スペクトル（ｂ）１０００−２０００ｃｍ-1領域の拡大スペクトル
【図３】ＣＤＣｌ3中におけるヒノキチオールおよびヒノキチオール／二酸化窒素複合体のＮＭＲスペクトルを示した図である。
【図４】アセトニトリル中におけるヒノキチオールおよびヒノキチオール／二酸化窒素複合体の紫外線可視吸収スペクトルを示した図である。
【図５】二酸化窒素を吸収させたヒノキチオール／シリカゲルビーズの顕微吸収スペクトルを示した図である。
【図６】二酸化窒素を吸収させたヒノキチオール／シリカゲルビーズの顕微蛍光スペクトルを示した図である。
【図７】ザルツマン試薬による二酸化窒素濃度の測定結果を示した図である。
【図８】チャンネル中に導入したヒノキチオール／シリカゲルビーズの蛍光スペクトルを示した図である。
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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