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日本写真学会誌 2006 年 69 巻 2 号：77–79

特集：画像保存におけるガス耐性

解説

分子拡散型パッシブサンプラーによる大気汚染物質濃度の測定事例紹介
Investigation on Concentration of Air Pollutants by Diffusion Air Sample

皆川直

人*

Naoto MINAKAWA*
要旨

我々は日常生活の80％以上を室内で過ごしているが，一般住宅は密閉度の高い住環境を形成しているため，様々な化学物質により化学物質過敏症を始めとする多くの健康被害が懸念される．そこで，これら化学物質濃度を精度高く測定することがリスク評価や環境改善に役立つため，利便性の高いパッシブサンプラーが有効な手段となる．ところが，パッシブサ
ンプラーは二酸化窒素（NO2），二酸化硫黄（SO2），オゾン（O3），アルデヒド類（RCHO）等の限られた化学物質に利用されているため，測定項目を多くする研究も待たれるところである．

Abstract The time spend indoors for office workers and housewives were both longer than 22 hours a day. Home staying time wasabout 60% of total indoor staying time for office workers and 90% or more for housewives. Personal exposure levels NO2 etc.
were measured with passive sampler. For exposure times of 24 hours or greater. Typically, a week, fortnight or month-longexposure time is used — in urban or industrial areas, 24 hr exposure may be useful.
キーワード：大気汚染物質，室内汚染，分子拡散，パッシブサンプラー
Key words: air pollutants, indoor pollution, diffusion, passive sampler

1.

はじめに的に吸着させる試薬を含浸したろ紙を一定期間空気中に暴露

空気環境の規制状況は，一般環境大気や工場及び作業所空させ，化学物質を吸着させる方法である．暴露後のろ紙に吸の敷地境界では環境省が「環境基本法」，「大気汚染防止法」，着した化学物質は抽出操作後に，分析し，対照とするアクテ同「悪臭防止法」空により測定対象物質，測定方法及び基準値がブサンプリングによって得られた既知濃度の化学物質濃度と規制されている．一方，建物内は事業所空の労働環境には「労の換算係数を用いて，対象物質濃度を算出する方法である．

働安全衛生法」，一般ビル内の公衆衛生には，通称「ビルプ理そこで，現在までに確立されているパッシブサンプラーの紹法」と言われる「建築物における衛生的環境の確保に関する介と測定事例を報告する．

2

法律」には延べ床面積 3,000 m 以上に不特定多数の出入りする建物に一酸化炭素濃度（10 ppm 以下）空の 5 項目に基準が2.

パッシブサンプラーの紹介定められている．また，文部科学省は小・中学校を対象に「学パッシブサンプラーは動力源をプ要とせず，小型，軽用で校環境衛生の基準（平成 16 年 2 月 10 日）」に汚染物質の基あるため微用化学物質を長時間積分測定し，リスク評価空を準を設けているが，一般的な商業ビル空の建物内の空気環境可能にする簡便なツールである．ガス拡散理論に基づく分子には規制が設けられていないのが現状である．室内空気汚染

拡散制御により，風速，気温，湿度の影響を受けにくいパー

では，公衆衛生では国際保健機関（WHO）がホルムアルデヒ

ソナルサンプラーが開発（1980 年東大・柳沢氏ら）されて以ド（0.08 ppm 以下）空に指針値を設けているものの，世界各

来 1），多様なサンプラーが商品化 2–5） されている．パッシブ

国では足並みが揃っていない状態である．我が国では厚生労

サンプラー開発グループ（8 研究者，6 企業 14 名）は財）法

働省が 13 物質について「室内空気汚染に係るガイドライン

人環境調査センターと日刊工業新聞社が主催し，環境省が後（平成 14 年 1 月 22 日）」を定めたところである．しかし，一援している第 26 回「環境賞」の優良賞を受賞したことは周般住宅や建物内の測定では防火，防犯を含めて測定機材の制知の通りである．当社の製品（HandySONOx）も受賞対象商

約や動力源の使用が困難な場合が多い．そこで，動力源を使品であり，現在は商品が増加し年間約 10 万個が製造され，国用しない，小型で軽用なサンプラーによる測定がプ要となる．

内外で使用されており，ASTM STP 1052 には参考資料として近年，二酸化窒素（NO2）や二酸化硫て（SO2）空の大気汚染掲載されている．一日の内 80％以上を室内で生活している物質の測定にパッシブサンプリング法が使用されている．

我々にとって，シックハウス症候群や化学物質過敏症対策とパッシブサンプリング法はアクテ同ブサンプリング法（動的しての室内化学物質の測定や生活環境を維持するための基礎法）と比較して静的法とも言われ，対象物質を物理的，化学データの入手は極めて大切であり，パッシブサンプラーの広平成 18 年 3 月 16 日受付・受理 Received and accepted 16th, March 2006
〒 221-0822 神奈川県横浜市神奈川区西神奈川 1-14-12
Greenblue Corporation, 1-14-12 Nishikanagawa, Kanagawa-ku, Yokahama-shi, Kanagawa 221-0822, Japan* グリーンブルー株式会社

日本写真学会誌 69 巻 2 号（2006 年，平 18）78

範な利用が期待される．そこで，より低価格で汎用性の高い一般向けのパッシブサンプラーが普及すれば，一般環境は元より一般住宅や学校における環境教育の啓蒙教材として，さらに発展途上国で SOx，NOx，O3 空の測定に利用されることで環境リスクの低減にも寄与することになる．

3.

測定原理

3.1

分子拡散t
分子拡散則によれば，化学物質は単位時間 （sec）当たりの物質移動用 w（mol·cm–2 ·sec–2）は有）拡散面積 A（cm2）及び濃度勾配 C/L（但し，C：濃度 mol·cm–3，L：拡散長 cm）に比例し，以下の Fick の拡散第一則が成り立つ．
（1）w/t = DT ·A·C/LC）における分子拡散係数（cm2 ·sec–1）
但し，DT は温度 T（°である．
また，捕集速度 w/t（mg·min–1）は濃度 C（ppb）に比例する
ことから，
C における比例定数）
w/t = aT ·C（aT: T°（2）とおくことができる．

Fig. 1

パッシブサンプラー（HandySONOx）の構成図

ここで理想的な最良条件として，サンプラーの捕集部での拡散抵抗が十分に小さく無視できる（捕集部での反応速度が56 mm）の上に銀一素材の拡散プにート（56 mm×11 mm），C における比例定数 aT を有拡散速度より速い）と仮定し，T°ス テ ン に ス メ ッ シ ュ，テ フ ロ ン 製 パ ッ キ ン，含 浸 ろ 紙）拡散断面積 A，拡散長：L を用いて示すと次式になる．

（47 mmf）が固定される構造であり，サンプラーの重用が約

aT = DT ·A/L·M/{22.4·(273+T)/273}· f ·60×10–6(mg·ppb–1 ·min–1, T°C)

35 g であり付属のクリップを取付けることで長期暴露や個人（3）用から 6 ケ月間程度の測定が可能である．

C における空気中の汚染ガスの分子拡散係
また，DT は T°数であり，下記の藤田の式

6）より算出した．

DT = 0.00067×(273+T)1.83/{P[(Tc/Pc)11/3+(Tc/Pc)21/3]3×(1/M1+1/M2)1/2

暴露濃度測定が可能である．なお，本サンプラーは試薬含浸濃度の算出は，NO2 捕集用から NO2 濃度を算出する方法として，気象条件が銀塩である調査対象地点近くの常時監視測定局の自動測定定周のに本サンプラーを 3 個設置し，調査対(4)象地点と銀時間暴露して，校正することが望ましい．
これまでのフ同ールド調査から，本サンプラーを大気中に但し，P は大気圧（1 atm），Tc は臨界温度（°K）大気圧，Pct 時間（hr）暴露した時，本サンプラーの NO2 捕集用 w（D–S:は臨界圧力（atm），M は分子用であり，添字の 1 は空気，添字mgNO2）と自動測定定の t 時間平均 NO2 濃度 C（A–N: ppbNO2/の 2 は汚染ガス（NO2）である．

hr）との関係式は，以下に示した通りである．

また，f は NO2 ガスから NO2– への転換係数（f £ 1），A はHandySONOx を 使用し た 場 合 の有 ） 捕集 部の 断 面積 1.41（cm2），L は拡散長 0.8（cm），M は対象ガス（NO2）の分子用（46）である．

C)(mg·ppb–1 ·min–1, T°

しかし，調査対象地点の近くに常時監視測定局の自動測定C の時，その捕集係数が aT である本サンプラーは温度が T°t min）とガス濃度 C（ppb）及び捕集用 w（mg）から，暴露時間 （（5）C）における NO2 の理論捕集係数ととなり，これを温度 T（°する．なお，SO2，HCl，NH3 の汚染ガスも銀様に算出することが可能である．
3.2

（6）

定がない時は理論捕集係数により算出が可能である．つまり，C）における aT の値を算出すると，
式（3）から T（°aT(NO2) = 0.3010×(273+T)1.83×f×10–6/(273+T)

C(A–N: ppbNO2/hr) = 496.9×w(D–S: mgNO2)/t

濃度算出

当社製品（HandySONOx）の構成図は Fig. 1 に示す．
本サンプラーはポリプロピにン製固定ケース（84 mm×には，次の関係式が得られる．
w/t = aT ·C（7）（ppb）は，サンプ
したがって，大気中のガス濃度 C（NO2）
ラーを t 時間（min）暴露した時，サンプラーのガス捕集用 w（mg）から，ガス濃度 C の算出が可能となる．
C(NO2) = w(mgNO2)/{t×aT(NO2)}

（8）

皆川直人

分子拡散型パッシブサンプラーによる大気汚染物質濃度の測定事例紹介

Table 1

中国重慶市（1999 年）における室内外の汚染物質濃度NO2(ppb)

SO2(ppb)

HCHO(ppb)

CH3CHO(ppb)

A 室内 1
A 室内 2
A 室内 3113
12
82,420948
774

18.7

20.5

4. 12/21 10:00 ～ 12/22 10:00

A 屋外

912

11.2

2.0

5. 12/21 18:01 ～ 12/22 18:30
6. 12/21 18:04 ～ 12/22 18:30
7. 12/21 18:08 ～ 12/22 18:30

B 室内 1
B 室内 2
B 室内 3781391285.3

1.8

1. 12/21 10:00 ～ 12/22 10:00
2. 12/21 10:00 ～ 12/22 10:00
3. 12/21 10:00 ～ 12/22 10:00

8. 12/21 18:05 ～ 12/22 18:30

B 屋外

1027

7.2

1.6

9. 12/22 15:00 ～ 12/23 15:00
10. 12/22 15:00 ～ 12/23 15:00
11. 12/22 15:00 ～ 12/23 15:00

C 室内 1
C 室内 2
C 室内 3136
1088

1,5402,46077

8.0

5.0

Table 24.

79

二酸化窒素（NO2）濃度の距離減衰

単位：ppb

測定期間

測定時間

No. 1

No. 2

No. 3

05’2/3（平日）
平 均1284.4 80.2 82.3
82.3±2.1

59.0 60.1 59.4
59.5±0.628.4 28.5 28.3
28.4±0.1

2/3–4（平日）
平 均

24

76.1 77.9 74.6
76.2±1.7

56.0 56.6 56.2
56.3±0.3

31.3 30.6 30.2
30.7±0.6

2/6（休日）平 均

1218.9 21.3 19.6
19.9±1.2

26.1 25.8 25.1
19.3±0.5

11.2

2/6–7（休日）
平 均

24

38.5 37.2 37.8
37.8±0.7

35.9 35.7 35.4
35.7±0.3

15.7 15.0 14.9
15.2±0.4

測定事例紹介Table 1，2 は測定事例を示したものであり，Table 1 は呼吸定疾患空の疫学調査の一環として 1999 年 12 月，大気汚染の10.2 9.5
7.7±0.9

物質の鉛直分布や一定地域内の平面分布 7）を差をする手段として，またクリーンルーム空の維持プ理や大気常時監視測定局の適正配置空，多方面での使用が期待される．

著しい中国・重慶市の 3 住宅に協力を頂き，室内汚染状況を当社では各方面のニーズに併せて，現在は浮遊粒子状物質測定した結果である．銀結果は第 44 回大気環境学会（2003（SPM）8） や文化財の保護対策に有）と考えられる有機酸の年，京都）で発表している．

検討を行っており，測定対象項目 9）が増えることで一般環境

重慶市内の一般住宅では調理や暖房に化石燃料を使用しており，2 住宅の台所と居間では SO2 濃度が 2 ppm を超過し，や室内汚染問題のデータ収集以外にも多くの有益なデータの提供が期待される．

NO2 濃度も 100 ppb を超過していた．また，銀時に室内汚染最後に，本稿の執筆に際し，数々のご助言や貴重な紙面の物質の代表的なホルムアルデヒド空も測定したが，いずれもご紹介を頂きました，富士写真フイルム株式会社の金沢幸続

WHO のガイドラインを下回っていた．

様，本誌編集を携わっている方々に対して，心よりお礼申し

Table 2 は 2005 年 2 月，交通用が 10 万台 / 日を超過する幹線道路沿道で距離減衰調査を行った時の一例である．また，調査期間は平日と日日の濃度濃を差をするために，各々 12，24 時間の測定を行った．調査地点は 3 箇所であり，No. 1 は沿道直近で順次 25 m づつ測定地点を後方にずらし，沿道からの NO2 濃度の影響を調査したものである．なお，各地点にはサンプラーの精度確認を行う目的で各々 3 個設置した．
調査結果は道路沿道から遠ざかるほど NO2 濃度に距離減衰が見られた．また，サンプラーは 1 地点で 3 個設置したが，日日の 12 時間測定で多少のバラツキが見られたものの，その他の変動係数は 5％以下であり，良好な結果が得られた．

5.

まとめ

パッシブサンプラーは低価格で軽用なため手軽に使用可能である．利用方法はそれぞれのニーズに合わせ，例えば汚染上げます．

参考文献1）柳沢幸雄，西村 肇，生活環境中濃度測定用 NO2 パーソナルサ
ンプラー，大気汚染学会誌，15, No. 8, 316 (1980).
2）青木一幸，分子拡散を利用したサンプリング法（I），大気汚染学会誌，20, No. 5, 394 (1985).
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4）皆川直人，北村久荒子，松本光弘，多成分同時測定用簡易サン
プラーについて，環境と測定技術，24, 38 (1997).
5）松本光弘，村野健太郎，溝口次夫，エアロゾル研究，12, 197 (1997).
6）化学工業協会編，化学工学便覧，改訂 5 版，66–71 (1988).
7）N. Minakawa et al., Environmental NO2 Concentration and Exposure in Daily Life along Main Roads in Tokyo, Environmental
Research Section A, 89, 236 (2002).
8）溝口次夫，松本光弘，皆川直人，大気エアロゾル用簡易サンプラーの開発，第 15 回エアロゾル科学・技術研究討論会，82 (1998).
9）皆川直人，松本光弘，パッシブサンプラーによる室内汚染物質（アルデヒド類等）の測定，第 39 回大気環境学会年会，443 (1998).