(57)【要約】【課題】  流体の試料処理部およびこれを用いた分析装置に関し、試料中の水分など特定成分をほぼ一定の濃度でかつ安定的に供給することができる試料処理部およびこれを用いた測定精度の高いコンパクトな分析装置を提供する。【解決手段】  蒸散手段および凝縮手段を構成要素として含む試料処理部であって、該凝縮手段によって分離回収された試料中の凝縮物を前記蒸散手段に供給することを特徴とする。ここで、前記蒸散手段内に含浸性ポリマー体を配することが好適である。また、前記含浸性ポリマー体が通気性およびフィルタ効果を有することを特徴とする。あるいは、前記含浸性ポリマー体が非通気性および浸透性を有する膜状体であることを特徴とする。さらに前記蒸散手段が加温機能を有することを特徴とする。また、上記のいずれかの試料処理部を用いた分析装置が好適である。【選択図】図１
2005083796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸散手段および凝縮手段を構成要素として含む試料処理部であって、該凝縮手段によって分離回収された試料中の凝縮物を前記蒸散手段に供給することを特徴とする試料処理部。
【請求項２】
前記蒸散手段内に含浸性ポリマー体を配したことを特徴とする請求項１記載の試料処理部。
【請求項３】
前記含浸性ポリマー体が通気性およびフィルタ効果を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の試料処理部。
【請求項４】
前記含浸性ポリマー体が非通気性および浸透性を有する膜状体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の試料処理部。
【請求項５】
前記蒸散手段が加温機能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試料処理部。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれかの試料処理部を用いたことを特徴とする分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の試料処理部およびこれを用いた分析装置、例えば乾燥空気中の水分を一定量にするために用いられる加湿および除湿処理部およびその処理後の流体を測定する分析装置など、に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、環境大気用分析装置あるいは自動車排気ガス分析装置などの大気汚染分析装置においては、分析計に導入する試料流体中の水分量を一定とするために、汎用性の高い電子除湿手段などの除湿手段が多用されている。また、化学プロセスを始め、各種研究用・現場用の成分測定用の分析装置にも同様に除湿手段が多く利用されている。しかし、電子除湿手段は、内部の流体通路（流路）での凍結による閉塞防止の観点から通常２〜５℃以上に設定することから、試料流体中の水分量がそれ以下になることがある場合には、水分量を一定とするために除湿手段の前段処理として加湿処理を行うことが一般的である（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
具体的には、図７に示すような方法によって試料が加湿および除湿処理される。ここでは２つの流路を有する流体変調式のガス分析装置が例示され、流体変調式ガス分析計２１に測定ガス（例えば大気）の供給路２２と比較ガスの供給路２３とが接続され、前記比較ガスと測定ガスが分析計２１に一定の周期で交互に供給されて、前記測定ガス中の被測定対象ガス（例えば一酸化炭素（ＣＯ）ガス）の濃度を分析するように構成されている。供給路２２には、測定ガスの取入口２４と、フィルタ２５と、電磁式の三方弁２６と、加湿手段２７と、圧送ポンプ２８と、調圧器２９と、キャピラリ３０とが、その順に介装されている。他方の比較ガスの供給路２３には、ゼロガス供給手段３１、加湿手段２７’と、調圧器２９’と、キャピラリ３０’とが、その順に介装され、かつ、この比較ガスの供給路２３と前記測定ガスの供給路２２は、それぞれ除湿手段３２に接続されていて、除湿直後のガスが分析計２１に導入されるようになっている。ここで、加湿手段２７および２７’は、測定ガスおよび比較ガスの湿度を安定させた上で、両者の湿度に近似させる役割を果たしている。
【特許文献１】特開平５−２５６７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記の加湿にあっては、加湿に必要な水分を別途準備することが要求され、長期の連続測定においてはそのための供給手段が必要となり、装置への計装設備あるいは装置内部の設備設置を必要とすることがある。特に、現場設置型の装置にあっては、夏季の高温条件下での使用に伴う蒸散量の増加、冬季の低温条件下での使用に伴う採取試料中の水分量の減少を考慮した準備を必要とすることから、装置の大型化を招くおそれがある。また、試料を液状物に直接接した状態で加湿する場合には、吸引ポンプあるいは試料採取部での圧力変動などによって、試料処理流路中に液状物が混入するおそれを考慮した各部材の配置等に別途の工夫が必要となるなどの装置構成上の制約を受けることとなる。さらに、加湿効率を上げる目的で、試料を水中でバブリングする方法も利用されることがあるが、流量条件の制約や飛沫の処理が必要となることがあり、やはり装置構成上の制約を受けることとなる。
【０００５】
つまり、本発明の解決しようとする課題は、試料中の水分など特定成分をほぼ一定の濃度でかつ安定的に供給することができる試料処理部およびこれを用いた測定精度の高いコンパクトな分析装置を提供する点である。また、併せて両者の部品点数を削減して製作費用を低減することのできる点である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す試料処理部およびこれを用いた分析装置により上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００７】
本発明は、蒸散手段および凝縮手段を構成要素として含む試料処理部であって、該凝縮手段によって分離回収された試料中の凝縮物を前記蒸散手段に供給することを特徴とする。つまり、本発明者は、試料中に存在する凝縮可能な特定成分（以下「特定物質」という。）をほぼ一定量含有する試料を確保したい場合において、凝縮手段の前段に蒸散手段を設け、その蒸散物（特定物質）として凝縮手段によって生成された凝縮物（特定物質）を供給することよって、循環的に該特定物質をほぼ一定量含有する試料を供給することができることを見出したもので、他の付帯設備を必要とせずにほぼ一定の濃度でかつ安定的に供給することができる試料処理部を提供することができる。
【０００８】
また、本発明は、前記蒸散手段内に含浸性ポリマー体を配したことを特徴とする。本発明者は、上記の蒸散手段について、特定物質に直接試料が接する方法よりも特定物質を含浸させた部材を介して試料に添加する方が安定かつ安全性が高いことを見出したもので、含浸部材として化学的に安定で接触面積を大きくすることが可能なポリマー体を用いることが好適である。接触面積の増加は加湿効果に優れた蒸散手段を提供することが容易となる。
【０００９】
ここで、前記含浸性ポリマー体が、通気性およびフィルタ効果を有することが好適である。含浸性ポリマー体は、多種多様な形状および性状の部材を形成することが可能であるとの知見から、特定物質を保持する蒸散手段としてだけではなく、気体状の試料に対しては、試料中のダストやミストなどを除去するフィルタとしての役割を果たすことが可能であることを案出したものである。特に、水分などの特定物質が含浸されることから、フィルタ効果はさらに増大し有用性が高くなる。
【００１０】
あるいは、前記含浸性ポリマー体が、非通気性および浸透性を有する膜状体であることが好適である。上記の含浸性ポリマー体の形状および性状の１つとして非通気性および浸透性を有する膜状体を形成し、該膜状体を介して２つの流路を形成した場合、両流路における特定物質の分圧を等しくすることができる。従って、従来別個に設けられていた蒸散手段（加湿手段）を１体部材で形成することができ、装置のコンパクト化を図ることができる。また、例えば、既述の測定ガスと比較ガスとを各流路に導入した場合には、両者の湿度を非常に近接した値とすることができる。
【００１１】
本発明は、前記蒸散手段が加温機能を有することを特徴とする。既述のように蒸散手段は低温条件で稼動することを要求されることがあり、特定物質を所望の蒸気圧分混合させることができない場合がある。このとき、蒸散手段を任意の温度に加温すれば、所望の蒸気圧分を混合させることができ、特定物質をほぼ一定の濃度でかつ安定的に供給することができる。
【００１２】
本発明は、上記のいずれかの試料処理部を用いた分析装置において好適である。こうした試料処理部は特定物質をほぼ一定の濃度でかつ安定的に供給することができることから、分析装置の試料処理部における蒸散および凝縮システムとして利用することによって、測定精度の高いコンパクトな分析装置を提供することが可能である。具体的には、例えば、試料を加湿および除湿する大気測定装置などにおいて、凝縮水を循環利用することで、特別な給水手段を準備する必要なしに測定精度の高いコンパクトな分析装置を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明は、試料中の特定物質をほぼ一定の濃度でかつ安定的に供給することができるという利点がある。また、部品点数も大幅に減らすことができるので製作コストを低減することができるという利点がある。特に分析装置の試料処理部における蒸散および凝縮システムとして利用することによって、特別な補給手段なしに、コンパクトな高精度の分析装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。  
【００１５】
図１は、本発明の一例を示す試料処理部を用いた分析装置の構成図である。つまり、試料中の水分（特定物質）を調整し一定濃度に除湿して分析計に導入する装置を示す。具体的には、図１において、試料は試料採取部４から吸引され流路２によって、フィルタ５、校正流体切換弁６を介して蒸散手段としての加湿手段７に導入される。加湿手段７において水分と接し加湿された試料は、圧送ポンプ８によって圧送され、圧力調整器９によってほぼ一定圧力に調整し、キャピラリ１０によってほぼ一定流量に調整された後、凝集手段としての除湿手段３にて除湿され、分析計１に導入される。このとき、除湿手段３によって発生した凝縮物としての凝縮水はポット１１に落下貯留されるが、一部の凝縮水は、導管１２によってポット１１と接続された加湿手段７に還流される。従って、試料中の水分が少ない場合や校正流体を導入する場合において加湿手段７内の水量が減少しても、除湿手段３によって発生した凝縮水によって補充されるため、常に所定の加湿効果を得ることができる。なお、フィルタ５、校正流体切換弁６、圧送ポンプ８、圧力調整器９、キャピラリ１０およびポット１１などの部材の配列、素材などについては、限定するものではなく、試料処理部が用いられる装置の仕様によって設定される。
【００１６】
また、上記では試料中の測定成分以外の水分を調整し分析計に導入する場合について述べたが、本発明は、これ以外に有機物の発生装置などについても適用可能である。例えば、所定濃度（飽和温度Ａ℃とする）のブタンやペンタンやヘキサンなどの純物質あるいは混合物を含む気体を発生させるとき、いきなりその露点と同じ設定温度Ａの蒸散手段にベースとなる気体を導入し、該手段に配した該物質を蒸散させるよりも、最初にその露点Ａより高い露点Ｂで蒸散した物質を含む気体を、露点Ａに設定された凝縮手段に導入し濃度調整する方が、正確な発生濃度の気体を供給することができる。本発明によれば、発生に必要な最小限の物質量が供給され、余分の物質がバイパス等で放出されることがなく非常に有用である。具体的には、図２に示すように、ベースガス供給部１３から弁１４を介して供給されたベースガスが圧力調整器９によってほぼ一定圧力に調整され、キャピラリ１０によってほぼ一定流量に調整された後蒸散手段７に導入され、該手段７において所定の物質と接して該物質が添加された試料は、凝縮手段３にて一定濃度に調整された流体が供出される。このとき、凝縮手段３によって発生した凝縮物はポット１１に落下貯留されるが、一部の凝縮物は、導管１２によってポット１１と接続された蒸散手段７に還流される。
【００１７】
以上のように、本発明は、除湿（凝縮）手段によって発生した凝縮水（特定物質）を加湿（蒸散）手段に還流し、常に加湿（凝縮）手段に所定の水量（特定物質）を確保することで、他の付帯設備を必要とせずにほぼ一定の濃度でかつ安定的に供給することができる試料処理部を提供することができる。なお、試料中の水分（特定物質）が極端に少ない状況が継続的生じた場合においては、補充を必要とするが、かかる場合であっても、補充量は非常に少量であり、保守の負担も少なく大掛かりな装置を必要としない点有用である。ここで、試料中の水分量を例にとって各部の水分量との関係を表１に纏める。除湿手段出口水分量を一定量ａ、加湿手段出口水分量をａ＋ｂと仮定すると、除湿手段からの還流分は常にｂとなるとともに、採取点における水分量がａを超えた分が貯留分となり、ａより少ない分減少することとなる。
【００１８】
【表１】
2005083796.tif 000003
【００１９】
ここで、加湿（蒸散）手段は、図１に示すような容器内に配された液水（特定物質）の表面を気体が沿うように流れることで、液温相当の露点の蒸気圧を有するように加湿（蒸散）する方法以外に、後述のような各種の加湿（蒸散）方法が可能である。また、その材質や形状などについては、例えば、試料が腐蝕性ガスの場合には耐蝕性材料を選定する、形状は加工が容易な円筒体や長方体を用いるなど、試料の条件や設置条件などによって任意に設定可能である。除湿（凝縮）手段は、通常、電子冷却器あるいは定温槽内に気液分離可能な空間を有する部材などの使用が可能である。
【００２０】
本発明の構成例（第３構成例）を図３に示す。蒸散手段７の内部にゲル状の含浸性ポリマー体１５が配置され、導管１２を介して特定物質が流入してポリマー体１５に含浸するように構成されている。導入口２ａから供給された試料は、含浸性ポリマー体１５の表面に沿って流れることで表面から蒸散される特定物質を混合しながら徐々に濃度を高め、ほぼ飽和蒸気圧レベルの濃度（蒸散手段７の設置温度にほぼ等しい露点となる）の特定物質を含有して排出口２ｂから供出される。また、特定物質の液面を直接流路に接することがないようにすることで、吸引ポンプあるいは試料採取部での圧力変動などによる影響を緩和することができる点においても有用である。
【００２１】
このように、特定物質に直接試料が接する方法よりも特定物質を含浸させた部材を介して試料に添加する方が安定かつ安全性が高く、特に含浸部材として化学的に安定で接触面積を大きくすることが可能なポリマー体を用いることが好適である。特に、接触面積の増加は、従来のバブリング方式に比べても加湿効果に優れかつ安定な蒸散手段とすることが容易となる。
【００２２】
ここで、含浸性ポリマー体とは、吸水性ポリマー体や有機物含浸性ポリマー体などを含み、例えば、吸水性ポリマー体としては、でんぷん系、アクリル系、生分解系などの吸水性樹脂が挙げられ、有機物含浸性ポリマー体としては、イオン交換樹脂、炭素系樹脂などが挙げられる。具体的には、吸水性ポリマー体としてポリアクリル酸ソーダ系の高吸水性樹脂が好ましく、有機物含浸性ポリマー体としては炭素系の含浸性樹脂が好ましい。また、含浸ポリマー体の性状としては、上記のゲル状体だけでなく、発泡体やポーラスな粒状体などによって特定物質の吸着能力を上げることも可能であり、汎用性の高い面においても有用である。
【００２３】
図４は、本発明の第４の構成例を示す蒸散手段の構成図である。前記含浸性ポリマー体を、通気性およびフィルタ効果を有するようにした点に特徴がある。蒸散手段７の内部に通気性の含浸性ポリマー体１５が配置され、導管１２を介して特定物質が流入してポリマー体１５に含浸するように構成されている。導入口２ａから供給された試料は、含浸性ポリマー体１５を通過することで特定物質を混合しながらほぼ飽和蒸気圧レベルの濃度（蒸散手段７の設置温度にほぼ等しい露点となる）の特定物質を含有して排出口２ｂから供出される。
【００２４】
つまり、含浸性ポリマー体は、多種多様な形状および性状の部材を形成することが可能であることから、特定物質を保持する蒸散手段としてだけではなく、気体状の試料に対しては、試料中のダストやミストなどを除去するフィルタとしての役割を果たすことが可能であることを利用したものである。特に、水分などの特定物質が含浸されることから、フィルタ効果はさらに増大し有用性が高くなる。
【００２５】
本発明の第５の構成例を図５に示す。前記含浸性ポリマー体が、非通気性および浸透性を有する膜状体である場合の適用例であり、図７のように、測定ガスおよび比較ガスの湿度を安定させた上で両者の湿度を近似させる場合に有用である。蒸散手段７の内部に非通気性および浸透性を有する膜状体の含浸性ポリマー体１５が配置され、導管１２を介して特定物質が流入してポリマー体１５に含浸するように構成されている。導入口２ａおよび２ａ’から供給された２つの試料は、含浸性ポリマー体１５と接しながら通過することで特定物質を混合しながらほぼ飽和蒸気圧レベルの濃度（蒸散手段７の設置温度にほぼ等しい露点となる）の特定物質を含有するとともに、両者の濃度がほぼ同じ状態で排出口２ｂから供出される。このとき含浸性ポリマー体１５は各試料を隔離するとともに、下部から特定物質を補充しながら含浸した状態を保持する。なお、試料流路において直接特定物質の表面に接しながら含浸性ポリマー体１５とも接することも可能であり、混合効率を上げることができる。
【００２６】
このように、上記の含浸性ポリマー体の形状および性状の１つとして非通気性の膜状体を形成し、該膜状体を介して２つの流路を形成した場合、両流路における特定成分の分圧を等しくすることができる。従って、従来別個に設けられていた蒸散手段（加湿手段）を１体部材で形成することができ、装置のコンパクト化を図ることができる。また、各試料が同じ設定温度の凝縮手段に供給された場合、供出される試料はさらに露点の同等性を高めることができる。
【００２７】
図６は、本発明の第６の構成例を示す蒸散手段の構成図である。前記蒸散手段が加温機能を有することを特徴とし、低温条件で稼動する場合でおいても特定成分を所望の蒸気圧分混合させることができるようにしたものである。具体的には、蒸散手段７の下部に加温手段１６を設け、任意の温度に加温すれば、所望の蒸気圧分を混合させることができ、特定成分をほぼ一定の濃度でかつ安定的に供給することができる。加温手段１６とは、例えば、図６に示すように加熱部材１７および温度検出部材１８を有するブロック体からなり外部の温度調節器（図示せず）によって制御する方法や、シート状あるいは板状の自己温度調整式部材（例えば、サーミスタ：村田製作所製など）を用いる方法などが挙げられる。前者にあっては、各種の蒸散手段に最適な加温手段とすることができ、後者にあっては、非常に簡易かつコンパクトに加温をすることができる点優位である。むろん断熱材などを用いて周囲環境の影響を軽減することも可能である。
【００２８】
以上、本発明にかかる試料処理部個別の構成例について述べたが、むろんこれらを組合せることも可能であり、相乗的な効果が期待できる。例えば、図５の構成例において、蒸散手段内に図３に示すようなゲル状の含浸性ポリマー体を配した場合にあっては、特定物質との効率的な混合を行いながら両試料の濃度の同等性を図ることができる。また、蒸散手段７の下部に図６に示すような加熱手段を設けた場合には、さらに広い温度範囲まで本発明の適用が可能となる。
【００２９】
また、上記のいずれかの試料処理部を用いた分析装置において好適である。こうした試料処理部は特定物質をほぼ一定の濃度でかつ安定的に供給することができることから、分析装置の試料採取部における蒸散および凝縮システムとして利用することによって、測定精度の高いコンパクトな分析装置を提供することが可能である。例えば、試料を加湿および除湿する大気測定装置などにおいて、凝縮水（特定物質）を循環利用することで、特別な給水手段を準備する必要なしに測定精度の高いコンパクトな分析装置を提供することが可能となる。
【００３０】
具体的には、既述のように図１に示す構成要素からなる分析装置において、試料条件や校正時を含め、常に一定の水分量を含む試料あるいは校正用流体を分析計１に導入することができることから、高い測定精度を確保することができる。また、除湿手段３の凝縮水を加湿手段７に常に還流することで、補給なしで加湿および除湿を安定的に行うことができることから、保守性の優れた分析装置を実現することができる。
【００３１】
また、図７においては、測定ガスの供給路２２と比較ガスの供給路２３の両方に加湿手段２７および２７’を設けているが、測定ガス中に酸性物質（例えば二酸化硫黄（ＳＯ2 ）など）などの場合において凝縮水が酸性となることが多く、加湿手段２７あるいは２７’に補給すると試料処理部の耐食性の面から好ましくない場合がある。この場合は、精製ガスが用いられる比較ガスの供給路２３において生じる凝縮水を加湿手段２７および２７’に補給することによって、測定あるいは比較ガスの酸性化を防止することができる。
【００３２】
あるいは、上記の場合において、加湿手段２７の内部において測定ガスが水分と直接接する場合には、一部溶解による損失が生じる可能性がある。この場合は、測定ガスの供給路２２において生じる凝縮水を加湿手段２７に補給することによって、測定ガスの溶解損失による影響を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上は、主として水分を含む試料を中心に述べたが、同様の技術は、有機物の所定濃度の発生装置あるいはこれ校正用として用いた分析装置についても適用可能である。その他各種の蒸気圧を有する物質についての定濃度発生装置について、本発明の適用は非常に有効であり、上記に限定されるものでないことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る試料処理部およびこれを用いた分析装置の第１の構成例を示す説明図
【図２】本発明に係る試料処理部の第２の構成例を示す説明図
【図３】本発明に係る試料処理部の第３の構成例を示す説明図
【図４】本発明に係る試料処理部の第４の構成例を示す説明図
【図５】本発明に係る試料処理部の第５の構成例を示す説明図
【図６】本発明に係る試料処理部の第６の構成例を示す説明図
【図７】従来技術に係る分析装置の他の構成例を示す説明図
【符号の説明】
【００３５】
１    分析計
２    試料流路（流路）
３    凝縮手段（除湿手段）
４    試料採取部
７    蒸散手段（加湿手段）
１１  ポット
１２  導管
１５  含浸性ポリマー体
１６  加温手段
【図１】
2005083796.tif 000004
【図２】
2005083796.tif 000005
【図３】
2005083796.tif 000006
【図４】
2005083796.tif 000007
【図５】
2005083796.tif 000008
【図６】
2005083796.tif 000009
【図７】
2005083796.tif 000010