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第323回ガスクロマトグラフィー研究懇談会
水素発生機
発生水素の純度と使用上の注意
株式会社堀場エステック
開発本部 開発設計3部
佐々木 智啓2013年2月22日（金）発表時とは一部資料が異なります。
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目次
はじめに
水素発生機
発生水素
水素発生機水素発生機© 2013 HORIBA STEC, Co., Ltd. All rights reserved.

原理
純度仕様
安全性

はじめに
 ヘリウムの不足が深刻化
z 中国など新興国での需要急増が原因
z 2012年、アメリカが設備トラブルでヘリウム減産
z 医療診断に使う磁気共鳴画像装置（MRI）や遊園地の風船、半導体製造など幅広い用途があり、影響が出ている ヘリウム価格高騰
z 輸入ヘリウム
2000年 約1600 円/kg医療用MRIの需要増加→

2012年9月 約3000 円/kg
日本 アメリカからの輸入に依存

写真・記事引用： http://sankei.jp.msn.com/economy/news/121206/biz12120617040017-n1.htm© 2013 HORIBA STEC, Co., Ltd. All rights reserved.

東京ディズニーランド
2012年11月 風船販売中止

ヘリウム不足の対策① ヘリウム使用量の低減
・ 運転・待機中のヘリウム節約
・ スプリット注入後に弁を閉じる
・ 質量分析装置 待機中の窒素使用
・ FIDメイクアップ や Purge & Trap での窒素使用
・ 内径の小さいキャピラリーカラムを使用など② ヘリウムを使用しない
ヘリウム以外のキャリヤーガスを使用
・ 水素
・ 窒素・ アルゴン
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水素の利用について
 水素は線速度を大きくしても理論段高さが変化しにくい→ 分析の高速化による生産性向上
・ 単位時間内の検体数の増加

 供給方法z 水素発生機
z 高圧ガス容器

引用： 堀場エステック OPGUカタログO.David Sparkman, Zelda E.Penton, Fulton G.Kitson,
Gas Chromatography and Mass Spectrometry A Practical Guide Second Edition© 2013 HORIBA STEC, Co., Ltd. All rights reserved.

水素の利用について
 水素の利用方法と比較
利用方法

高圧ガス容器

水素発生機

高圧ガス保安法

適用

適用外

初期費用

6〜8万円（調圧器）数10〜100万円（本体）

メンテナンスボンベ交換

純水 補給*)
イオン交換樹脂 ・ 除湿剤 交換
アルカリ溶液 交換（方式による）

水素貯蔵量

7000L/本（47L）
1500L/本（10L）

使用する量のみ発生（内容積 数10〜100mL程度）*) 純水消費量の例（タンク 2Lの場合）
5.5mL/h (100mL/minの水素発生時)、24時間連続運転で 約2回/月補給© 2013 HORIBA STEC, Co., Ltd. All rights reserved.

水素発生機の使い方
購入後 から GCで使用するまで② 純水を入れる① 配管（除湿剤）接続※ OPGU の場合２L

GC本体
除湿剤

キャリヤーガスIN
FID燃焼ガスIN③ 電源投入後、必要な圧力を設定すると使用可能
引用： 堀場エステック OPGU series カタログ
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水素発生および精製方式
発生方式
zアルカリ電解液方式
zニッケル（Ni）電極電解方式
z固体高分子電解質（SPE）水電解方式
Solid Polymer Electrolyte

精製方式
zシリカゲルzパラジウム（Pd）膜zモレキュラーシーブ
z活性炭フィルター
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固体高分子電解質水電解方式
純水を直接電気分解することで発生
固体高分子電解質（SPE）
陰極

陽極

4H+ + 4e- → 2H24H+(-)※ H+ のみがSPEを移動できるため陰極側から酸素は発生しない© 2013 HORIBA STEC, Co., Ltd. All rights reserved.

←純水
2H2O → 4H+ + 4e- + O2(+)
比抵抗5MΩ・cm以上（イオン交換水）パラジウム膜による精製
パラジウム膜により水素を 『ふるい』 分けるzSPEで生成した水素の純度がさらに高くなる

H H

H

再結合
H H

H

H

拡散H

H

H H

H

パラジウム膜

N

N

N

N

N

N

N

N

引用：産総研 TODAY Vol.8(2008) 一覧 > Vol.8 No.05 > パラジウム削減・代替水素分離膜© 2013 HORIBA STEC, Co., Ltd. All rights reserved.

解離

解離

H H

フィルターによる精製

引用： SIGMA-ALDRICH, Chromatography Products for Analysis & Purification 総合カタログ Vol.7© 2013 HORIBA STEC, Co., Ltd. All rights reserved.

発生水素 純度
用途に合わせて選択
SPE水電解方式
Ni電極水電解方式

SPE水電解方式
アルカリ電解方式

精製方式

シリカゲル

パラジウム膜ﾓﾚｷｭﾗｰｼｰﾌﾞ + 活性炭ﾌｨﾙﾀｰ

純度99.99 〜 99.999%以上

99.9999 〜 99.99999%以上

不純物

水分、有機物

大気の漏れ込み

発生方式

水素純度の改善例 （純度99.9999%以上）→ 初期費用の低減

水素発生機（SPE方式）© 2013 HORIBA STEC, Co., Ltd. All rights reserved.

GC
ﾓﾚｷｭﾗｰｼｰﾌﾞ

活性炭ﾌｨﾙﾀｰ

水素使用時の注意
水素の特徴z元素、およびガス状分子の中で最も軽い
z無色無臭
z燃焼・爆発しやすい注意事項
z配管リークz消耗品の交換© 2013 HORIBA STEC, Co., Ltd. All rights reserved.

水素発生機の安全対策（例） セーフティシステム
z 電解セル過電圧アラーム
z 純水レベルアラーム
z プレッシャアラーム（リークの検知）
z 振動検知アラーム（地震を検知）
z 外部からの緊急停止信号による水素発生・供給の停止

 停電時の水素供給ストップ
 貯蔵量が少ない© 2013 HORIBA STEC, Co., Ltd. All rights reserved.

水素発生機の安全対策

引用： 堀場エステック OPGU series カタログ
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水素発生機の安全対策
 セーフティシステム
z 電解セル過電圧アラーム
z 純水レベルアラーム
z プレッシャアラーム（リークの検知）
z 振動検知アラーム（地震を検知）
z 外部からの緊急停止信号による水素発生・供給の停止

 停電時の水素供給ストップ
 貯蔵量が少ない

地震や停電、リークなどに対して安全対策が施されている© 2013 HORIBA STEC, Co., Ltd. All rights reserved.

ご清聴ありがとうございました。

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Thank youขอบคุณครับ

Dziękuję‫ﺷﻜْﺮ‬ُ‫ا‬ありがとうございましたGraciasCảm ơn谢谢‫ﺷﻜْﺮ‬ُ Σας‫ ا‬ευχαριστούμεΣας ευχαριστούμεधन्यवाद

TackaTacka dig감사합니다감사합니다

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