気体に関わる重要事項
渡辺征夫（諏訪いなか舎 代表）

気体の状態方程式
P・V＝n・R・T

V＝n・R（T／P）

ここで，n；その気体の量（mol），R；気体定数＝8．31lJ／（K・mOl）］，
V；気体の占める体積（m3），T；温度（K，Kelvin），P；圧力（Pa，Pascal）

気体の運動エネルギー的な見方
圧力；

気体の熱運動が面に及ぼす力→

P・V→

N／m2×m3

Pa：N（Newton）／m2＝N・m＝J（Joule）；仕事量＝エネルギー

温度の実像；熱量（Q）／熱容量＝Q（Joule）／（体積・Cv）

Cv；定積比熱
すなわち，（l）式の両辺は，それぞれ，仕事量（Joule）を示していることになる。

濃度換算（D一定の体積や重量に含まれる量
A＝a・M（273．15／22，414）／T・P／1013←→②混合比率＝0．012・a・M・P／T

圧力を1気圧と見なせるとき； ≒12．2・a・M／Tここで，A；mg／m3表示の濃度，a；PPm表示の濃度

M；その汚染化合物の分子量，T；温度（ケルビン），P；圧力（パスカル）

今回の講演とガス分析に関する基礎的な資料
渡辺 関係
1）渡辺征夫，環境汚染分析法8［微量ガス，炭化水素］，大日本図書，1973．
2）渡辺征夫，大喜多敏一，鈴木武夫，環境大気中のガスクロマトグラム上に見られる日中に存在し夜間に消滅するピークについて，大気汚染研究，8（5），729−737，
1973．

3）渡辺征夫，採気ぴんによる特定期間の平均的試料ガス採取法，日本分析化学会講
演要旨集［第28年会］，p．722，1979．
4）Ikuo Watanabe，Integrated Air Sampling Techique Using a Glass Syringe，EnvironmentalTechnologyLetters，7，115−118，1986．

5）渡辺征夫，気体試料の保存中の成分変化，公害と対策，24（11），47−63，1988．

気体やガス分析に係わる基礎的事項に関わる書籍
松井明夫，瓦斯分析法，丸善，1946．
水泡 敦，ガス分析［分析化学講座，7−B］，共立出版，1957．
荒木 唆，ガス分析［基礎分析化学講座10］，共立出版，1966．
H．Melville，B．G．Gowenlock佃中邦三，安盛岩雄訳），気体反応実験法，培風館，1967．

三宅泰雄，空気試験法，地人書館，1968．
左右田礼典，大気分析におけるサンプリングーⅡ（ガス），講談社，1970．
西川 勝，気体分子運動論［化学OnePoht4］，共立出版，1983．
谷崎義衛，気体の話［化学の話シリーズ4］，培風館，1983．
G．0．Nelson，GasMixture；PreparationandControl，LewisPub．，1992

2011．06．17＊‡春．

気体の特性とサンプリング

第311回GC研究会，
2011，06，17

気体の掛引∴皿、∴享￣へ＊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。
＊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

S気体の状態方程式
千・V＝nORT

一一一（1）

V＝n・R（T／P）

一一一（2）

ここで．n；気体の量（moi）．〝R：気体定数＝8．31tJ／（K・mol）］．
V；気体の積（m3）．T：温度（K，eIvln）．P；圧力（a，PscIヽ

圧力＆温度と一運動エネルギーの関係
圧か気体の熱運動が面に及ぼす力→

P・V→

N／m2×m3＝N

Pa：N（Newton）／m2

m＝〕（］oule）：仕事量＝エネルギー

温度の実態；熱量（Q）／熱容量＝Q（Jouie）／（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（Jouie）。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。

○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表未の濃度
S A＝a・M（273．15／22．414）／T°

O

A＝0．012・a・M

P／1013

P／T

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
漢水分への「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
S②温度変化による水分凝縮→成分吸収○③検体濃縮時の流路閉鎖や吸着童減少
看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

気体の特性とサンプリング

第311回GC研究会，
2011．06，17

気体試料採取の概要

途

容器採取法の概要

1容器採取法01．1注射筒

＊01．2

バッグ

＊書1．3

採気ピン

＊Sl注射筒（可変容器）

Sl．4 キャニスター（金属容器）法
2 濃縮捕集法
02．1吸収液法
02．2 フィルター捕集法看2．3 深冷却捕集法
02．4 吸着捕業法／加熱導入型
02．5 吸着捕業法／溶媒抽出型（ガスタイトシリンジ、マグナムシリンジなどを含む）〃2 バッグ（可変容器）
フイルム材質；マイラー，テドラー（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；ガラスーステンレス鏑（内面処理）
構造；2日；採気ビン
1口；真空ビン．キャニスター（金属容器）＊ 曝露式（パッシブ）採取法

8i注射筒（シIルジ）iｪ○○0000−

ｸﾄB

鈷

洩hﾇ

詫莞霊諮引
各部の名称 外語（筒）＝barrei 内筒（柚子）＝Piunger 注射針＝Syringeneedie￣

一般型（ガラス製．10＆20mL）

看書芸圏8一般型（ガラス製コック付き，30備11は）接続テフロン管の長さと内筒の落下状態（200mし）oo O031015∴∴到〉∴：お∴30〕与∴●〇億

調和！．Slo青．hdmtlIIJ（〇・d−iI−lle巾tb∴内径，0．528mm
r均．t

渡辺征夫

SYr▲賀9◆feadlp910−ti地盤

気体の特性とサンプリング

第311回GC研究会
2011，06．17

接続テフロン管の長さと内筒の落下速度の関係（5本の注話語で）−1

u一gへモ⁚．鑑三−ミ3 茎手蔓−∽●200∴●）．∴9∵

0200∴

1−0

○富00●1．c oeec〃1●h tlee葛l一教

1日＝∴∴●一・一・・・〇…柳aInP細筆調m An髄重fr。tIh日面かdlh∴∴鈎

鵬調場d目白心樋脇則れ．鳩；調一掃LIc＿l同心）．hb録一山〇・t〟（めで請は細部●○○○細連

血調○心Il要目hIbbbfcOhhd機能章i寄．Col9nn；

T鼻9．的．I任h孤hl，Coh農n
纏Pc￠∞筋観山．c
象iid日高yil責め

呼．2

観山．∴

，豪白か〃：Na如nnI／m心I−．ll巾Idi〇着k6●d調調鴫調印Mnd書庫bin−1●−1

F韓．s Tk膿nt教hl溝tiの魔由関心￠吋九一軸．調．197や注射筒利用時の不思議な成分のクロマト図と出現時刻

気体試料採取用のバッグとその特憧バッグの鵜麺テドラーバッグ 0

鰹機ガス

有機溶剤義気0 フッ素樹脂バッグ △アルミニウムパック◎◎
×（GLサイ工玖（樺）鼻如グよの堅認

繁￣鞘一騒 ∴∵ふ∴ 言で意主監−／て h（ミ ∴∴∴賀・樹脂バッグ

渡辺征夫h bｨ耳h亨＼／∴∴ ：∴∴∴∴∴∴b

アルミバッグ

17気体の特性とサンプリング

第311回GC研究会，
2011，06．17∵ 剽ｦ、騨掌誓／； 、予￣シ／∴∴町∴∴： 子∴∴∴∴∴∴H,H hﾈ 佇ｸ h 宛ﾈﾈ價譎Tﾘb∴∴一∴諒 ブタム（拡大殴1h

フロン製 トップバルブ ＼ 剿ﾈ5ｨ7X5
凵@ ∴∴∴∴：∴∴甲∴∴∴ −：∴∴ｲ 5｢採気瓶採気ビン内のガス置換状態−1FIP 剪 剪FF博上面〃 剿6貲25教職PL重機e pu98 剪

遺稿採気ビン（aタイプ）

NF F

外径；約60mm．長さ：約20cm，内容積；483mしmS
M

劔N

僂O鞠th重顔要録

劔ﾃま．Ol′ninR披$X,YUw$

C‡。芋謡：0 1￣ 劔I6B

dC／dt＝一k・Co

E

LnCこしnCo−k・t

k＝F／V
ここで，C°とC；初期とt分

Fi rloUin表書きで∴h待i鵬けさflo富Ni持eedle valv●cont事oler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

後の容器内の成分濃度．F；
通規流量．V；宮線の内容積

気体の特性とサンプリング

第311回GC研究会，2011。06，17

採気ビン内のガ ス置換状態−3特殊採気ビン（片足一口型） 外径：60mm．長さ18cm， 内容積；525mL 送気流量；128mumin 僮 i l●三三二∴一∴ヽへ へ巳、＼点線；受口側から送気劍

＊両者に大きな差はない劍.

⊂≡霜採気ビン内のガ ス置換状態−4 """8 ｹ韃

* "＼ ＼

実線；足方向から送気●

Io

重さfi裏○，∴lnO"Ze

ﾘ ﾈ ( "通輔採気ビン（aタイプ） ＊ヘリウム充填状態で下層 ら試料ガスを送入した場合 通常の場合の比較 外径；60mm．長さ：20C

内容積‥483mL、、、／間‥同曲

ヽ＼ヽヽ ヽ 、−、

寄調耽堰否．．。。hh▲鴫、＼＿二、、一、●01020

同軍te農で書籍京．血か27（al（bI

pns重〇日lHi ⊥ li∴ch T ● 睦言 tu は二∴二一二

ｩ4ｸｯｩ¥ : xﾜX抦 2 jﾉzﾉtﾈ.

ｩ4ｸｯｩ¥ : x晴, *( Ijﾉzﾉk8+R

i電源を利用しないガス吸引法［マリオット（Mariote）ビン函

渡辺征夫

第311回GC研究会

気体の特性とサンプリング

2011．06，17

採気ビン法利用のまとめ＼r7．ズフロー標気叛 コントローラー夏空詐

四方コック ガス出口1 開閉弁

1）容器の種類
2）容器の洗浄
3）試料ガス採取法or真空ピン」．内部ガス置換法（流し取り法）
ノI主力言†

開閉弁 ガ 開閉弁 葉器マト／ 嵩許 諾†輔憧』二霊 1≡≡書聖i；

in（C）＝in（Co）−（F／V）・t

一一一一一（1）

ここで，Co；最初の成分濃度．F；交換ガスの流量．
V；採気ピン容積．t；経過時間。
○ビン容積；lL，流量；lL／minとすれば残留率は0．69分で50％，2．3分で10％．4．6分で1％ビン容積の10倍豊の交換ガスが流れた時の残量；1／22026
4）試料ガス導入法○セブタムロからガス引き抜き．清浄ガス希釈／置換
C＝C・（∨＋AS＋S）／（∨＋AS）一一一一一（2）S閉鎖流路引き抜き法．加熱取り出し法

321）容器の種類○

現在i市販されているキャニスターには①電解研磨型．ステンレスー316しの内面を電解研磨処理で鏡面状態②SUMMA（スマ）型；内面を純粋のクロム・ニッケル酸化膜でコーティング③sIicoCahTM（シクコorエスキャン）型，内面をフューズドシリカ薄膜コーティン
グ2）容器 流路の洗浄〃 容器を真空に引く → 加湿ゼロガスで満たす → 繰返す○

加湿．容器への清浄水（6し容器で100−200IIDの注入○
高濃度試料で容器が汚染の除去．なかなか困難○
対象ごとの使分け．使用履歴を整理，自動分析システムの利用
3）試料ガス採取法〃 減圧法と加圧法の2種類○減圧法（パッシブ方式とも称される）．容器内の圧力が70−80kPa
o容量6」で吸引流量を3mVmn＊24時間採取（終了時の内圧，大気圧の7214）〃 加圧法．最大I200kPe（2気圧）経度の加圧状態まで○ 加圧法の適用事例として．
〃例．容量6」のキャニスター，流量8ITIL／min，24時間採取．192気圧

3）試料ガス取り出し法○ 加圧法．開閉弁を開けるだけ

シルコカン型キャニスター；
右図のようなシルコスディール
不活性化技術によって高度に電解研磨したキャニスター内部金属表面に溶融シリカを化学結合し，さらにその表面を化学的に不活性化したもの。シルコス
テイールは不活性ガス下では400℃まで．空気や酸素ガス下では250℃まで安定です。このためシルコカンキャニスター内部はヒューズドシリカ

ギヤピ

ラリーGCカラムと同等の不活性状態を維持して極性および活性化合物の吸着を防止できる。

渡辺征夫

ru基地●肌qll●ytr

昔 H鷓]

ダイアプラム 抵抗管 ポンプ

H92 ｷｨ盾ﾘ ] ベント フィルタ

ドレイン