気体サンプリング法の基礎

第317回GC研究会，2012，02．23

一一一一一一、〇三三An︶
CXO

雷通子は謹してし

図3＿7

eヽ、、
ヽ′来湊蚤

気体の特性ノ／′ノ′ヽ（真空o圏国扇田、 、、、、＿＿シ／ノろ

水と水薬気の体糠の蛾蛮∴∴∴∴図3．8

粒子の子羊蓬蘇

水と水蒸気の中の粒子聞達艦の比較＊高度Om付近の乾燥空気密度；約1．3g／」。
＊液体空気の密度；約1g／mL。
＊気体では，分子の密集度合いが液体の約1／1000で，分子は自由に？飛び回っている。
＊気体状態では分子の化学的な性格はよりも，粒子としての振る舞いとなり，一律に扱えるようになる。

→理想気体

渡辺征夫

気体サンプリング法の基礎

第317回GC研究会，2012，02．23○気体の状態方程式
漢P

S V＝nV＝n〃R〃T

R（T／P）

一一一（1）

一一一（2）

ここで，n；気体の量（mol），R；気体定数＝8，31［］／（K moi）］，
V；気体の体積（m3），T；温度（K，Kelvin），P；圧力（Pa，PascaI

圧力＆温度と，運動エネルギーの関係
圧力；気体の熱運動が面に及ぼす力→PV→

Pa：N（Newton）／m2

N／m2×m3＝N〇m＝］（JouIe）；仕事量＝エネルギー

温度の実態；熱量（Q）／熱容量＝Q（Joule）／（体積 Cv）
ここで，Cv；定積比熱

すなわち，（1）式の両辺は，それぞれ仕事量（Joule）。いずれも気体分子の運動エネルギーに基づくことを示している。
4渡辺征夫

気体サンプリング法の基礎

第317回GC研究会，2012，02，23

S濃度換算①一定の体積や重量に含まれる量（例‥mg／m3）②混合比率（例：PPm，％）

両者①と②の換算の式；
A；mg／m3表示の濃度，a；PPm表示の濃度
O A＝a事M（273。15／22，414）／T。P／10138A＝0，012・a

M〃P／T

看

圧力を1気圧と見なせるとき；A≒12，2〃aM／T

ここで，M；その汚染化合物の分子量，T；温度（K，ケルビン），P；圧力（hPa，ヘクトパスカル）

空気（排ガスを含む）中の水分
鵜水分への「気遣い」は分析する際に不可欠○①水分子の存在で試料成分の容器面との相互作用が変化
看②温度変化による水分凝縮→成分吸収
鵜③検体濃縮時の流路閉鎖や吸着量減少
鵜④水分量による検体空気の重量の変化
一一一などである。

ドルトンの分圧の法則
混合気体の全圧は，成分気体の分圧の和に等しい。

湿度の高い空気は，重いOr軽い？

渡辺征夫

気体サンプリング法の基礎

第317回GC研究会，2012，02，23

バイメタル
鉄とニッケルの合金に、マンガン、クロム、銅などを添加して2種類の熱膨張率の異なる金属板を作り、冷間圧延で貼り合わせたもの。熱膨張率が小さい側の合金としてはインバー（ニッケル36％ 鉄64％の合金）が有名で室温付近では熱膨張率がまとんどゼロ。

土量＝＝＝≡王国iE三三●〃三三≡≡三塁墨壷三三二￣脚i即日間隔1岬r i章 ／岳 ．／．io ミ／ itY ＿舌UﾓH B

U

バイメタルを利用した自記式温度計

袈2．12JIS親電対の使用上の鰭徴高」豊使用温度範囲 劔饉X鈷ｴ9ｲ

特徴・隆雰囲気に適する。 水薬・金属蒸気・ 還元性雰囲気に弱 い。安定性良 僖ﾘｴ I￨ﾘ*ｸ.ﾘ‑ ,H惲R鱒

X ﾃ ｷ(.

僮(ｾ ﾆ颯ﾘｵI

600・−1700℃ 儻9v
S 迄ﾃX,ﾘｴ I￨ﾘﾜY X (.

ｸ4ｸ5X褸峇

c, ,h.

ﾘ*ﾘ諍w +8.ｨ,H*(.

JIS熱醐中使用温度最高。常温
枡XｴI￨ﾘ,ﾕ(.h.

(.(惲し，還元性雰囲気
ｨ,X,ﾘ. , ,h.
ﾘ*ﾘ諍w +8.ｨ,BK 埴 凵￨200・−1200℃ 伜& ｹ[X鈷ｴ8, ｲ偃ﾙ熱起語カの踵線栓がよい。JIS熟は弱い。金属蒸気 に強い (. (.(.)yｩ¥ 嶌* .
十億；NiとCrの合金．一個；Niの合金
金 舶 燃翰 箸一紙ナ）8（鳩℃ 傴0、750℃ 桀龍 鮒 劍+XT渡辺征夫ﾃ)'

ﾋ9,ﾙMX,i:ｹ[X鈷ｴ8,8褸峪Eﾉ[X鈷ｴ2｣3S+b

龍より安い。Jより前金桂がよい。 鶉起電力洩JIS，熱電対中最大
ｲ,偃8*"

価格は安い。さびやすい。特橙のばらつきがある

する ｸ,ﾈ, x,(*ｸ*ｨ晴, ( )Dﾙ6 ; ﾎｲ ｦﾛy Rｨ
還元檻雰囲気に適*().

孳<ｸ*ｨ.eh)<第317回GC研究会，2012，02〃23

気体サンプリング法の基礎

白金測温抵抗体箪緯鞠惑繁
劇通観寸華氏∴雪盲瑚

『 凵 ， ＿」A車軸RES P手刷BES

8LASS SH鰍rH d雪を同原

舵納期に州胤姐珊熊∴∴押売捌融し∴∴PYl撞X TU毅郎gure雛・7St紺d粧dlong着S蛇調いt押er能面忍n舵綻n却r

放射温度計

物体の温度と放射される光の種類と色黒体から放射される光。
温度が低いときは赤っぽく、温度が高いほど青白くなる。
夜空に輝く星も青白い星ほど温度が高い。

右の図のKは温度（ケルビン）を示す。

渡辺征夫

気体サンプリング法の基礎

第317回GC研究会，2012，02，23

レイレーゲージ（Rayleighgauge）

僅かな圧力差を計測するために考えられた装置。
△P＝d・g・Z・LIA

ここで，
Z；マイクロメータ（7）の読み

L；支点（8）とマイクロメータ（7）の距離

A；U字管先端の2本のガラス針
図7（1と2）の距離

レイレーザージ㌦子吉∴子＼∴′：∴∴∴∵∴∴了一∴ 置∵∴∵／もて÷搬二二∴∴可∴．十 一・■「∴1●、 ∴￣÷

、薫＼．： 謹錆i敏∴亨／一∴「∴：∴

∴∴∴：∴

巨一＼
逆牢登、団測

ブルドン管式圧力計の表（表示盤の側）と裏側（ブルドン菅が見える）。

渡辺征夫

気体サンプリング法の基礎

書L型ピト撫暫

第317回GC研究会，2012．02，23

し旺富

一〇登

ミ翌

R〇〇〇〇〇〇〇〇g

剩J

誤

小口径ダクト組込用ピトー管とダクト組込型流量センサ

渡辺征夫

気体サンプリング法の基礎

第317回GC研究会，2012，02，23

・軒ラ孟 母すず、オ牟：温霊護をしi「、！∵∴∵享子∵予告 ／；二＼、i律／−：／‡高jr膏＼／

上，∴1

協百二二㌔

彊予告「∴亨華高詳言亘∴「嘩高／＿／告＼上蓋高畠∴日日！言 −＿i，竃，上4，−

勧一一∴∵私書／＿−

渡辺征夫∴l／＼／蓋霜気体サンプリング法の基礎

第317回GC研究会，2012，02．23

rerP°iSe

488ﾘ8；e gUideS

ﾈ･Hｬ

ｸ5,i&ilｩ6B

ITcnk 肝 rwei9h∴∴

湿式ガスメータ

I脚IC州

0虞、GASINLH∴GASOUnfT

計測ドラムは3−4の計測室に分かれていて，僅かに半分を超える液体で充たされている。ドラム中心部から入ったガスは、液面上部から該当する計量室に入り．その部分を満たしながら空気の浮力で計測室を押し上げドラム全体を回転させる。1室が満たされると，ガスは次の計測室に入る，といった動作を繰り返すので，ドラムは回転し続けることになる。それに伴い，計測室内のガスは液体で追い出されて出口から外に排出される。ドラムの回転がそのままメータの針，さらに歯車をとおしてダイアルの数値として表示されるも

渡辺征夫

気体サンプリング法の基礎

第317回GC研究会，2012．02，23

クリティカル／￣航

オリフイスと‥三三二人−1、、、、9／1 その臨界比 TLAZ

TabIe3．7plP21

lG∞

CriticalBatioVaiuesforDl鯖erento轟flcecolTfIgLlrations
ThroatorificeType

Criticaidia．（lTlm）

Bluntentry，ei°ngatedparalieisides

Batio

O．8

0＿44

Squareedged

O．8

0−44

Sharpedged

0．5

0．46

C°nVer9ing

0．95

ConvergingtoeI°ngatedparaIIelsides

0．47

1．0

Sheltconverglng言ncludedangleO＿70

0．47

1．0

ShoIlcodVerglng，incIudedangle16．60

0．56

1．1

ShortcorNergIng，includedangle7．8el．2

ShortcorlVerglng言ncludedangle4−4ol．0

Sh°ltconVergllIg，inciudedangIe2．50

1＿0

Sheltconverglng言nciudedailgle4．40

0＿60
0．76

0＿85
0．85

2．40，87

DalatakenfrtnnZmImeman，N．」．andP．C−Reist、Am．hd．手的．Assoc．J．45：340（1984）．withpermissN，∩．

CF−一望
ニート′し

／辿雪
し°機er

Rooのニートl●

スプリング

LowerRoom−0巾（圧力蛮観ヽ、塑邑ィク。」，l＼／ イク〇ノく岬レフ 傚、亭1一…
■r"〜+ｨR′

刪黶求￨ヽ

即は鴫∴∴∴∴∴手如＿つ 凵g−：軍配露 rI喜一′Lエ至つり軍書つ日田 ー−粛軍 俔ﾂ −タ一 点重力￣ 要職 一ヽ）．∴∴ノー ヽ● 79−3ンつ上田−′し− 細目i費′∴∴∴ブlトノブ ′ヽ′9′二7 〇〇〇〇〇〇

渡辺征夫

気体サンプリング法の基礎

第317回GC研究会，2012，02，23

マスフローコントローラー（MFC）

ガスが滴れていない輯合

MFCは、流体の質量流量の計測⊥

で流量制御を行うので、環境温度や使用圧力等の変化の影響を受け難く、高精度で安定した流体計測・制御が可能である。

ガスlN

ガスOUT

ソレノイドorピエゾ
アクチこし重一一・ター

読量制御バルブ高知豊中技研のHPより

各種ガスのコンバージョンファクター（C．F）
マスフローコントローラーやマスフローメーターの流量表示はガスの種類や混合比により変動をする。それを補正する係数がC，F値で、一般に窒素を基準（1，00）として，およそ下表のようになる。

ガス種

窒素（N2）

Ci．F

ガス種

1．00

空気（Air）

ヘリウム（He）1．40
水素（H2）

1．00

C．F

1．00

一酸化炭素（CO）1．00
二酸化炭素（CO2）0．74

一酸化窒素（NO）

0．99

酸素（02）
0．99
アルゴン（Ar）1．40［例］：ヘリウム（He）で校正されたMFCに酸素（02）を流し、【100ccm】と表志された場合の酸素の実流量は？
［計算式］：酸素の実流量＝表示×（ガスのC，F／MFCのC，F）＝100×（0．99／1，40）＝70．71ccm

渡辺征夫

"

気体サンプリング法の基礎

第317回GC研究会，2012．02，23

真空ポンプの種類
一般のポンプは流体の移動が目的で、真空ポンプは密閉容器から効率よく残り少ない空気をくみ出すかが目的。対応できる圧力（真空度）がそれぞれの方式で違うので、2つ以上のポンプを組み合わせて使用することも多い。

代表的な真空ポンプ
1：ロータリーポンプ（油回転ポンプ）
2：油拡散ポンプ
3：ターボ分子ポンプ（TMP）
4：イオンポンプ書

l奪隊と主要部品l

コンプレッサーの例、Ⅱ（回転式）

重スクロール方式：インポリュート曲線で構成されたラップを半回転ずらせた状態でかみ合わせ、両ラップに仕切られた空間の容積変化により気体を圧縮する。バルブが不用でもっともトルク変動が少なく、音。振動が飛びぬけて小さい。また小形クラスでもっとも効率が高い。

渡辺征夫

気体サンプリング法の基礎渡辺征夫

第317回GC研究会，2012。02，23

気体サンプリング法の基礎第317回GC研究会，2012，02，23

は浅発譲定常ン「ゑ‡サブ発 剪

笠鍵龍剩ｭ

：、 剔

気体試料採取の概要
1容器採取法01．1注射筒＊

漢1．2バッグ

＊

81．3

採気ビン

＊

獲1．4 キャニスター（金属容器）法
2

濃縮捕集法

02．1吸収液法
82．2 フィルター捕集法
82，3 深冷却捕集法
02，4 吸着捕集法／加熱導入聖書2．5 吸着捕集法／溶媒抽出型＊ 曝露式（パッシブ）採取法

渡辺征夫

気体サンプリング法の基礎

第317回GC研究会，2012．02，23

容器採取法の概要

菓1注射筒（可変容器）（ガスタイトシリンジ、マグナムシリンジなどを含む）

82 バッグ（可変容器）
フイルム材質；マイラー，テドラ÷（フツ化ビニル樹脂），テフロン（フッ素樹脂）

構造；積層構造；ラミネイト化アルミニウムバッグ（積層アルミ箔で遮光）、他

03

固定容器
材質；ガラス，ステンレス鋼（内面処理）
構造；2ロ；採気ビン
1ロ；真空ビン，キャニスター（金属容器）
29渡辺征夫

気体サンプリング法の基礎

第317回GC研究会，2012．02，23

接続テフロン管の長さの逆数と吸引流量との関係−2

抑200nl，C★

●200n1．00100億1．2l 郭
1 0 0 ∴ ∴ 卯

実用レベルの設定範
囲は数分〜60分程度である。

0u〇日︑一g．聾王墓﹁茎宇凄﹁里空っ雷電S

試料の採取流量は接続する管の長さと内径で下式で設定できる。

Hagen−PoiseuⅢe式
F＝Tr△P（r＾4）／（8LLL）

F；流量，乃；円周率，AP；圧力差，「；管内径，〃；粘性率，L；管長

渡辺征夫

0言と∴∴∴くらj∴∴∴0，4

0．5∴∴∴0．81／し，∴照一1†efloh tube o，d．；2同書．See Tablel

0●7

気体サンプリング法の基礎

第317回GC研究会，2012，02，23

l o e。。言・…・・・両I郷
2 1鄭 重こ く賀 躍oteR｢｢｢ｨ ｢Oo oｨ ｢ｨ ｨ ｢0∴∴∴｛∴∴∴b la鳩rimを（鵬日動）lihef競巾tQ）

富 」○ ○ ● 9，， 50 0ｨｨｨv

Bも eofb）

1．血）畔nt弧離日聞dl・蜜−bu的d誌重篤〇〇匁∴討一輝卿孤軍鷺∴∴SL，照一h敦勤）e〇品3olo00
o ○〇° 0 や。‡0S対顔p鴫！約mもAmb遅れt air at∴ll鳩的ofofll艇○華嵩 o ￣曾l放im能of P。b塵馳導lth．15：（調，！妻pt．10．1靭0−0㌦hbt咄t雌nt．（DThi8割的pIc w噴「申曲由th調ugh tl旋hb割きre馴ntain職昭Val餌．〔btu劇l；

Tに且釦彩．1位h割日照点Columnlemp言．
9錨Oc￠∞細目ぬmP．），Carrierg竣工航．豹mt／miH．

＿gOqp圭一＿＿15

鳩20

†ime

SebBitivity！lX10￣日，lmY fulI鞠il電Fig．3

F吃．2

1帥

The ti膜dis誼htをnof咋LIlerp骸血6館Ch間鴨！く喝mmof乱調応止血tair一面
Oub鉱一Spt．11，1勅0）

注射筒利用時の不思議な成分のクロマト図と出現時刻

亜藍董≡
持凵｡

NFF

漢M

N書●HlcO討なえエH
N00−1郎）oF∴Eg嘘で嵩暑0●1￣2●01位
F；Flour一meter∴h高一髄LSS flot，

Ni鵬edle valve

contreIer

固定容器からの試料流出を調べるためのガス配管

渡辺征夫

気体サンプリング法の基礎

第317回GC研究会，2012．02。23

採気ビン内のガス
置換状態−1
通常採気ビン（aタイプ）

外径；約60mm，長さ；約20cm，内容積；483mL

dC／dt＝−k・Co
LnC＝LnCo−k〃tk＝F／V
ここで，CoとC；初期とt分後の容器内の成分濃度，F；
通気流量，V；容器の内容積ioil3

↑

e一一一8

与t事着電．庫e莞諒矧｣ら10ず−−一書

12It−e●〇〇〇〇着掘n部1雪基軸申厳粛すt轟きH?｢b ＼ヽキー」「￣調●舶0−1▲事／まじ ヽ

特殊採気ビン（片足一口型）

⊥。。

ヽ ヽ

外径；60mm，長さ；18cm． 内容積；525mL 送気流量；1・01umin蕎(ﾆ6ﾄ8ID

キ￣判￣同書
ヽ＼ ＼ ヽヽ

点線；受口側から送気

冨1o重実線；足方向から送気Bゝ＼ ヽ aヽヽヽ ヽ＊方向により大きな差 1寄 fb）＼＼暮雪

うなtttR，ein

YolH−●4日i零すささねnpl函押らし農事哲1

渡辺征夫

気体サンプリング法の基礎

第317回GC研究会，2012，02，23

採気ビン内のガス置換状態−4▲＿一一1A瞥ER HE珊OD

通常採気ビン（aタイプ）＊ヘリウム充填状態で下層から試料ガスを送入した場合と通常の場合の比較

外径；60mm，長さ20cm，内容積；483mLや、く／醐工捌OD

rLo骨R漬E

758．O nL何れ

1020髄髄棚田拙∴龍臆し∴n蘭書

渡辺征夫

ce調mpn gas畠an喰ling tqbe

気体サンプリング法の基礎

第317回GC研究会，2012，02．23

採気ビン内のガス置換状態−5I薗SUAhH薯で頒00−−＿，＿、 ／詳言；＼＿

長筒採気ビンA
外径；20，5mm，内容積；370mLLaYer 環境言 Span

÷●8ｼ58，1∵nl／歴jn l 1 I ‡ i i l l l I lIノ1 x

ｨ Si68ｽ

霾ﾈ 8 ﾈ6ﾖ ﾇH

薄ﾂ 薄ﾂ

ﾈ ﾆﾂ ﾄ唯

ﾈ x

ﾉﾂ 綿 "ﾘ ﾈ (" 耳 Xう頬／‡逼瑛重電＼ 治遼東1㌧

麿塾 言彊

10

固導入−

20

R重職討取°N∴pt剃選，歴in
青0．D．°ま988

881やIir喝tube；20．5

採気ビン内のガ 凵ス置換状態−633mm ．＿＿一USUAl強震で轍OD mYER櫨BpBoD＼

長南採気ビンA
外径；33mm，長さ；88cm，内容積；600mL㊤雪I−1 ガス瑚化採取浩一 皇 帖−S醐脚 I壌 壌頭時擬蘭嬢笑子∴∴l§ 凵P∴∴
L＼／←＼＼ー艶溌薫脱ぎ＼薫現法置換垂直∴星i保持，／／＼璃難治義経：鄭重：−録＼露頭襲来−／＼：＿＿＿L

D 僮l ／、、、ゝ

10

渡辺征夫

ﾘ ｸ ｴ免 8 X

慮曲q虚°U日生

ガネ貌 一膝誼a／t：＿／ 刹ｮ○夏Ha亀田﹂賢

長さ；147cm，20 職露調重ONp蘭．nin

40Hnﾂ気体サンプリング法の基礎

第317回GC研究会，2012，02，23

（a）

tbl

／脚＼E二二E三珊、￣†

0

描出 pUB霊醒闇醍藍
電源を利用しないガス吸引法［マリオット（Mariote）ビン刊

渡辺征夫