サンプリング方法及びサンプリング装置
【課題】分析前処理が不要であり、エアロゾル混合ガス中の全粒子、多環芳香族炭化水素の量だけでなく、その種類も把握できるサンプリング方法を提供する。
【解決手段】粒子を含んだエアロゾル混合ガスｓｇを希釈し、希釈後のエアロゾル混合ガスａｇから粒子およびガスを捕集して分析するサンプリング方法において、希釈後のエアロゾル混合ガスａｇを石英フィルタからなる粒子画分捕集用フィルタ３ｍに通して全粒子を捕集すると共に、粒子除去後のガスｍｇを吸着剤を有するガス画分捕集部材５ｍに通して全ガス（除粒子）中の多環芳香族炭化水素を捕集する方法である。
【解決手段】粒子を含んだエアロゾル混合ガスｓｇを希釈し、希釈後のエアロゾル混合ガスａｇから粒子およびガスを捕集して分析するサンプリング方法において、希釈後のエアロゾル混合ガスａｇを石英フィルタからなる粒子画分捕集用フィルタ３ｍに通して全粒子を捕集すると共に、粒子除去後のガスｍｇを吸着剤を有するガス画分捕集部材５ｍに通して全ガス（除粒子）中の多環芳香族炭化水素を捕集する方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子を含んだエアロゾル混合ガスを希釈し、希釈後のエアロゾル混合ガスから全粒子及びガスを同時に捕集して分析するサンプリング方法及びサンプリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル排気ガス（ディーゼル排ガス、あるいは排ガス）は、粒子状物質とガス状物質の混合体であることが知られている。粒子はディーゼル粒子状物質（Diesel Particulate Matter）（以下ＤＥＰ、あるいはＰＭと略す）と呼ばれ、重量で排出規制されている。ガス状物質には濃度が規制されているＮＯ、ＮＯ2 、ＣＯ、ＣＯ2 などと、濃度が規定されていないアルデヒド、ケトン、ギ酸、アセチレン、ジカルボニル、飽和脂肪酸が含まれている。ＤＥＰは５２℃以下に冷却した排ガスをテフロン（登録商標）コーティング石英フィルタに通過させることにより得られたものと定められている。
【０００３】
ＤＥＰは元素状炭素を核として持つことが多いが、沸点の高い炭化水素からなる場合もあり、簡単に言うと燃料や潤滑油の未燃成分である。このＤＥＰは、有機溶媒に溶解する有機溶媒可溶性成分（Soluble Organic fraction）（以下ＳＯＦと略す）と、有機溶媒には溶解しない硫酸塩および硝酸塩、元素状炭素、金属などの有機溶媒不可溶成分（Insoluble Organic fraction）（以下ＩＳＯＦと略す）とが複雑に混合している集合体である。また、その組成については燃料や潤滑油、エンジン種の影響を強く受けることが知られている。多環芳香族炭化水素は、ＤＥＰのコアとなっている元素状炭素の周囲に吸着する性質があり、そのほとんどがＤＥＰ中に存在すると報告されている。
【０００４】
一方、ガス状物質中の多環芳香族炭化水素の量は、その煩雑な前処理のために報告がほとんどなく、そのため粒子中とガス中の多環芳香族炭化水素量を比較している研究例・報告例も極少である。
【０００５】
厳密にガス状物質中の多環芳香族炭化水素を定量するためには、ＤＥＰだけでなく、フィルタ通過後のＤＥＰが取り除かれたガスのサンプリングも行わなければならないが、通常は行われていないのが現状である。確実にガス中の多環芳香族炭化水素も定量したい場合に用いられるガス用捕集材の例としてウレタンフォームがあり、フィルタの後ろにウレタンフォームが来るように設計されたサンプリングシステムを用意する必要がある。
【０００６】
従来法による多環芳香族炭化水素の定量には、分析装置に注入する前の前処理操作が必要である。前処理操作とは、抽出、クリーンアップ、濃縮、乾固、再溶解を指す。ＤＥＰ捕集用フィルタは折りたためるため、それほど大きな抽出容器は必要ないが、ウレタンフォームはかさばるため、かなり大きな抽出器を用意しなければならない。
【０００７】
また、使用する抽出用有機溶媒としてよく用いられているジクロロメタンの使用量も多くなり、加熱による大気環境への蒸発放出も大きい。最終的にはＰＭフィルタもウレタンフォームも別々の容器で有機溶媒を用いてそれぞれ抽出し、ＳＯＦを取り出す作業が必要である。この抽出操作は主に２つの方法が用いられている。１つは超音波抽出法であり、もう１つはソックスレ抽出法である。
【０００８】
超音波抽出法は、ソックスレ抽出法の簡便法として用いられている。利点としては抽出時間が短い（１０分×３回など１時間以内）、抽出容器がビーカーなどの汎用な実験器具でよいという点があげられる。欠点としては、抽出効率のばらつきがあげられる。それに対し、ソックスレ抽出法の利点としては、抽出効率のばらつきが少ない点があげられ、欠点としては抽出時間が１〜２日程度かかることと、専用の抽出システムが必要であることがあげられる。
【０００９】
これらの抽出操作が終了後、抽出液の固体を取り除くため０．５μｍ以下のフィルタを通し、多環芳香族炭化水素の分析において感度を向上させるための濃縮操作に入る。濃縮法としては、窒素ガス吹き付け法、エバポレーター法、減圧遠心分離法がある。濃縮操作は１時間半程度必要である。この操作によって乾固後、分析装置に注入するため、分析装置に合わせた溶媒への転溶工程が必要である。転溶をもって前処理操作が完了する。
【００１０】
最終的に、０．５ｍＬ程度になったＳＯＦを蛍光検出器付き高速液体クロマトグラフなどの分析装置に注入すると、注入したＳＯＦのスペクトルが標準物質と同じ時間に出現するため、定性、標準物質の濃度との比較を行うことで定量が可能である。多環芳香族炭化水素を定量するのに最も感度が高い分析装置は、化学発光検出器付き高速液体クロマトグラフだという報告がある。
【００１１】
従来技術としては、図５に示すサンプリング装置５１を用い、排気管５２から排ガスを取り出し、その排ガスをマイクロトンネル５３で希釈し、さらにテフロン（登録商標）コーティングガラス繊維フィルタ５４を有する２個並列のフィルタホルダ５５に通す方法がある。
【００１２】
その後、従来技術では、多環芳香族炭化水素定量までの分析前処理を含め、図６に示すような複雑で多数の工程が必要である。従来法を用いた場合のＤＥＰ中多環芳香族炭化水素の定量には、分析前処理に３日、分析・解析（定量）・フィルタ秤量で２日、計５日を要する合計１２もの工程が必要であった。
【００１３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【００１４】
【特許文献１】特開２００５−２４８７９２号公報
【特許文献２】特開２００２−１６１７２９号公報
【特許文献３】特開２００５−２７４４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
多環芳香族炭化水素の健康影響に関しては非常に微量でありながら発癌性が高いことが報告されているにもかかわらず、最新のディーゼルトラック、乗用車に付加されているディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter）などでＤＥＰを除去しても、環境中にどの程度の多環芳香族炭化水素が放出されているのかが不明である。ディーゼルパティキュレートフィルタ装着により凝集モード（Accumulation Mode）と呼ばれる粒径範囲のＤＥＰは激減するが、それらを装着しても通過してしまう１００ｎｍ以下、特に数十ｎｍ以下の超微小粒子、およびガス中の多環芳香族炭化水素の全量を把握することは、非常に困難であるのが現状である。
【００１６】
また、ディーゼルパティキュレートフィルタを装着する、しないにかかわらず、１００ｎｍ以下の超微小粒子自体が健康に悪影響を持つという報告が世界中で増大してきており、ディーゼルエンジンを搭載した車両において、排ガス中の１００ｎｍ以下の超微小粒子およびガス中の多環芳香族炭化水素の量を把握することは最重要課題であると位置づけられている。
【００１７】
もともと、ディーゼル排ガス全量中の粒子状物質に含まれる多環芳香族炭化水素と除粒子ガス（粒子状物質を除去した後のガス）に含まれる多環芳香族炭化水素を両方とも定量するためには、それぞれ別容器で抽出する必要があり、操作が煩雑なため、従来は粒子状物質中の多環芳香族炭化水素しか定量されておらず、粒子とガス中の比率などが明らかにされていなかった。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、分析前処理が不要であり、エアロゾル混合ガス中の全粒子、多環芳香族炭化水素の量だけでなく、その種類も把握できる、各種捕集部材に適合したサンプリング方法及びサンプリング装置を提供することにある。
【００１９】
また、本発明の他の目的は、エアロゾル混合ガス中に含まれる多環芳香族炭化水素と、除粒子ガスに含まれる多環芳香族炭化水素とを両方とも定量するための、分析前処理が不要なサンプリング方法及びサンプリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、粒子を含んだエアロゾル混合ガスを希釈し、希釈後のエアロゾル混合ガスからガスを捕集して分析するサンプリング方法において、希釈後のエアロゾル混合ガスを石英フィルタからなる粒子画分捕集用フィルタに通して全粒子を捕集すると共に、粒子除去後の全ガスを吸着剤を有するガス画分捕集部材に通して多環芳香族炭化水素を捕集するサンプリング方法である。
【００２１】
請求項２の発明は、希釈後のエアロゾル混合ガスの一部を分流し、分流したエアロゾル混合ガス中の粒子を分級した後、これを石英フィルタからなる第２粒子画分捕集用フィルタに通して所定粒径以下の超微小粒子を捕集すると共に、超微小粒子除去後のガスを吸着剤を有する第２ガス画分捕集部材に通して多環芳香族炭化水素を捕集する請求項１記載のサンプリング方法である。
【００２２】
請求項３の発明は、前記エアロゾル混合ガスとしてディーゼルエンジンの排気ガスを用いる請求項１または２記載のサンプリング方法である。
【００２３】
請求項４の発明は、粒子を含んだエアロゾル混合ガスを希釈し、希釈後のエアロゾル混合ガスからガスを捕集して分析するサンプリング装置において、希釈後のエアロゾル混合ガスに含まれる全粒子を捕集する石英フィルタからなる粒子画分捕集用フィルタと、粒子除去後のガス中に含まれる多環芳香族炭化水素を捕集する吸着剤を有するガス画分捕集部材とを備えたサンプリング装置である。
【００２４】
請求項５の発明は、前記エアロゾル混合ガスが流れる混合ガス流路に、前記エアロゾル混合ガスを取り出すための取り出し流路を接続し、その取り出し流路に前記エアロゾル混合ガスを希釈するための希釈手段を設け、その希釈手段と前記粒子画分捕集用フィルタ間の取り出し流路に分岐流路を接続し、その分岐流路の下流側に所定粒径以下の粒子のみを透過可能とする分級装置を設け、その分級装置の下流側に、分流したエアロゾル混合ガスから所定粒径以下の超微小粒子を捕集する石英フィルタからなる第２粒子画分捕集用フィルタと、超微小粒子除去後のガス中に含まれる多環芳香族炭化水素を捕集する吸着剤を有する第２ガス画分捕集部材とを設けた請求項４記載のサンプリング装置である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、分析前処理が不要であり、エアロゾル混合ガス中の全粒子、多環芳香族炭化水素の量だけでなく、その種類も把握できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。まず、本発明の好適な実施形態であるサンプリング方法で使用するサンプリング装置を説明する。
【００２７】
図１は、本発明の好適な実施形態を示すサンプリング装置の概略図である。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態に係るサンプリング装置（フィルタサンプリングシステム）１は、粒子を含むエアロゾル混合ガスｓｇが流れる混合ガス流路２に接続されて使用される。本実施形態では、エアロゾル混合ガスｓｇの一例としてディーゼルエンジンの排気ガスを用い、混合ガス流路２の一例としてディーゼルエンジンに接続される排気管を用いた例で説明する。
【００２９】
このサンプリング装置１は、希釈後のエアロゾル混合ガスａｇから全粒子を捕集する石英フィルタからなる第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍを有する第１フィルタホルダ４ｍと、第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍと対にして設けられ、粒子除去後のガスｍｇから多環芳香族炭化水素を捕集する吸着剤（捕集剤）を有する第１ガス画分捕集部材（除粒子後のガスの第１捕集装置）５ｍとを備えて主に構成される。
【００３０】
混合ガス流路２には、混合ガス流路２からエアロゾル混合ガスｓｇの一部を取り出すための配管からなる取り出し流路６が接続される。取り出し流路６の上流部には、取り出したエアロゾル混合ガスｓｇを希釈するための第１希釈手段７ｍが設けられる。
【００３１】
第１希釈手段７ｍは、取り出したエアロゾル混合ガスｓｇの温度を下げ、後述する分級装置１２で安定して分級すると共に、後述する分析装置で検出できる範囲で粒子やガスを捕集する（例えば、分析する粒子やガスの滞留時間をかせぐ）ためのものである。また、第１希釈手段７ｍは、大気中にエアロゾル混合ガスｓｇが放出された場合と同じような状態を再現し、エアロゾル混合ガスｓｇ中のＤＥＰを現実に即して取り出しやすくする役目もある。
【００３２】
この第１希釈手段７ｍは、エアロゾル混合ガスｓｇに混ぜる希釈空気ａを取り出し流路６内に導入するための第１空気用流路８ｍと、その下流側に接続されるマイクロトンネル９とからなる。本実施形態では、第１希釈手段７ｍにおけるエアロゾル混合ガスｓｇの希釈率ＤＲｐを、１０〜４０にした。
【００３３】
マイクロトンネル９の下流側となる取り出し流路６には、第１フィルタホルダ４ｍが接続され、その下流側には第１ガス画分捕集部材５ｍが接続される。ここで画分（fraction）とは、ある集合体から一部分を分画して取り出した部分集合体のことをいう。
【００３４】
第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍとして石英フィルタを用いたのは、従来のテフロン（登録商標）コートしたガラス繊維フィルタ（耐熱性：３５０℃）に比べ、耐熱性が１０００℃と高く、粒子分析時に加熱することにより、吸着していた成分を脱着させてその成分の分析も行うことができるからである。
【００３５】
本実施形態では、第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍで全粒子を捕集するため、ステンレス製フィルタホルダ内にφ７０ｍｍの石英フィルタからなる第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍを設けて第１フィルタホルダ４ｍを構成した。
【００３６】
第１ガス画分捕集部材５ｍとしては、図４に示すようなＴＥＮＡＸ（商品名）管４１を用いる。ＴＥＮＡＸ管４１は、管径６ｍｍ（φ６ｍｍ）、内径４ｍｍ（φ４ｍｍ）の硬質ガラス管に、吸着剤を充填したものである。
【００３７】
本実施形態では、吸着剤として、ＴＥＮＡＸ（商品名）をベースにした弱極性のポーラスポリマービーズからなる粒状のＴＥＮＡＸ−ＴＡ（商品名）を用いた。
【００３８】
このＴＥＮＡＸ−ＴＡは、図３に示すように、２，６−ジフェニル−パラ−フェニレンオキサイド（Diphenyl-p-Phenylene Oxide）樹脂であり、最高使用温度が３５０℃である。ＴＥＮＡＸ−ＴＡは、表１に示すように、従来の吸着剤として用いられる活性炭と比較して非多孔質のため適度な保持力を有し、ガス中高沸点成分を吸着するのに適切なものである。
【００３９】
【表１】
【００４０】
図１に示すように、取り出し流路６の下流端には、混合ガス流路２を流れるエアロゾル混合ガスｓｇを取り出し流路６に吸引して導くための第１ポンプ１０ｍが接続される。
【００４１】
さらにサンプリング装置１では、第１希釈手段７ｍと第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍ間の取り出し流路６に、希釈後のエアロゾル混合ガスａｇを所定の分流比で分流させるための配管からなる分岐流路６ｂが接続される。
【００４２】
取り出し流路６と分岐流路６ｂの接続部ｊより下流側には、希釈後のエアロゾル混合ガスａｇを所定の流量で取り出し、かつ２次希釈のための希釈空気ａを導入する第２希釈手段７ｂが設けられる。
【００４３】
この第２希釈手段７ｂは、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１１と、そのＭＦＣ１１に接続され、希釈後のエアロゾル混合ガスａｇに混ぜる希釈空気ａをＭＦＣ１１内に導入するための第２空気用流路８ｂとからなる。
【００４４】
接続部ｊの下流側となる分岐流路６ｂには、所定粒径以下の粒子のみを分岐流路６ｂの下流側に透過可能とする（２次希釈後のエアロゾル混合ガス２ａｇ中の粒子を分級する）（例えば、粒径２〜１５０ｎｍの粒子を切り出す）分級装置（分級器）１２が設けられる。本実施形態では、分級装置１２として、静電微分型モビリティアナライザ（nano ＤＭＡ）（例えば、商品名ＴＳＩ Model−３０８５）を用いた。
【００４５】
このnano ＤＭＡは、二重円筒状となっており、中央に位置するロッドには負の電圧を印加してある。粒子を外側のスリットから導入すると、正の電荷を持つ粒子がロッドに引き寄せられる。ロッドの電圧を変えることで、ピーク分級粒子径を５０〜１５０ｎｍ程度の範囲で変えることができる。その原理を利用すると、特定サイズの粒子のみを下部に設けたスリットから取り出し分級できる。
【００４６】
すなわちnano ＤＭＡは、２次希釈後のエアロゾル混合ガス２ａｇから特定サイズ以外（本実施形態では、粒径１００ｎｍを超える）粒子を排出し、特定サイズ（本実施形態では、粒径１００ｎｍ以下）の粒子と、分級後のエアロゾル混合ガスｇ１１とを、分岐流路６ｂの下流側に流す。
【００４７】
第２希釈手段７ｂの役目は、主に排ガス温度を下げるための希釈を行うための第１希釈手段７ｍとは異なる。この第２希釈手段７ｂは、超微小粒子の安定的な測定のための希釈を行うもの、すなわち希釈により測定精度の安定化を図るためのものである。
【００４８】
本実施形態では、分級装置１２に分岐流路６ｂを介して第２希釈手段７ｂを間接接続したが、分級装置１２に第２希釈手段７ｂを直接接続してもよい。
【００４９】
分級装置１２の下流側となる分岐流路６ｂには、分級後のエアロゾル混合ガスｇ１１から所定粒径以下の超微小粒子を捕集する石英フィルタからなる第２粒子画分捕集用フィルタ３ｂを有する第２フィルタホルダ４ｂが設けられる。第２粒子画分捕集用フィルタ３ｂは、基本的には第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍと同じ特性を有する。
【００５０】
本実施形態では、第２粒子画分捕集用フィルタ３ｂで粒径１００ｎｍ以下の超微小粒子を捕集するため、ステンレス管内に、たとえばφ２０ｍｍの石英フィルタからなる第２粒子画分捕集用フィルタ３ｂを設けて第２フィルタホルダ４ｂを構成した。
【００５１】
第２フィルタホルダ４ｂの下流側となる分岐流路６ｂには、超微小粒子除去後のガスｂｇから多環芳香族炭化水素を捕集するＴＥＮＡＸなどの吸着剤を有する第２ガス画分捕集部材（除粒子後のガスの第２捕集装置）５ｂが、第２粒子画分捕集用フィルタ３ｂと対にして設けられる。
【００５２】
分岐流路６ｂの下流端には、希釈後のエアロゾル混合ガスａｇを分岐流路６ｂに吸引して導くための第２ポンプ１０ｂが接続される。
【００５３】
次に、図１および図２を用いて、本発明の好適な実施形態であるサンプリング方法を、サンプリング装置１の動作と共に説明する。
【００５４】
図１および図２に示すように、サンプリングに先立ち、あらじめ第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍと第１粒子画分捕集用フィルタ３ｂについて、捕集前フィルタ焼きだし・秤量を行う。焼きだしは少なくとも４００℃以上が好ましい（Ｓ１）。
【００５５】
ディーゼルエンジンに混合ガス流路２を接続し、ディーゼルエンジンを運転する。この状態で第１ポンプ１０ｍと第２ポンプ１０ｂを運転する。また、ＭＦＣ１１で分岐流路６ｂの流量を一定にし、さらに流量計で分岐流路６ｂの流量を確認しておく。
【００５６】
まず、混合ガス流路２を流れるエアロゾル混合ガスｓｇは、混合ガス流路２から取り出し流路６に導入され、第１希釈手段７ｍで１次希釈されて温度が下がり、全粒子（ＤＥＰ）が通過する。この時点で、粒径が１００ｎｍ以下の超微小粒子も含有されている。１次希釈後のエアロゾル混合ガスａｇは、接続部ｊで所定の分流比で分流され、下流側の取り出し流路６と分岐流路６ｂに所定量ずつ流される。
【００５７】
下流側の取り出し流路６に流れたエアロゾル混合ガスａｇは、第１フィルタホルダ４ｍを通過し、その第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍで全粒子（ＤＥＰを含む）が捕集される（ディーゼル粒子フィルタ捕集）（Ｓ２）。その後、第１ガス画分捕集部材５ｍで粒子除去後のガスｍｇに含まれている所定成分（ここでは、多環芳香族炭化水素や脂肪族炭化水素）を捕集する。
【００５８】
第１フィルタホルダ４ｍ、および第１ガス画分（粒子除去後のガスｍｇ）中の多環芳香族炭化水素等を捕集するために選んだ吸着剤を充填した第１ガス画分捕集部材５ｍは、粒子除去後のガスｍｇ中の全ガス中多環芳香族炭化水素等を捕集できるように設定される。このため、第１ガス画分捕集部材５ｍの下流側の取り出し用流路６には、粒子除去後のガスｍｇ中に含まれる多環芳香族炭化水素等を含んだガスは流れない。
【００５９】
一方、分岐流路６ｂに流れた１次希釈後のエアロゾル混合ガスａｇは、第２希釈手段７ｂで２次希釈されて温度がさらに下がるとともに、滞留時間がかせがれることで、粒径が１００ｎｍ以下の超微小粒子（ＤＥＰを含む）が安定して存在する。その後、分岐流路６ｂに流れた２次希釈後のエアロゾル混合ガス２ａｇは、分級装置１２に導入されて粒子が分級され、１００ｎｍ以下の超微小粒子のみを含む分級後のエアロゾル混合ガスｇ１１になる。
【００６０】
分級後のエアロゾル混合ガスｇ１１は、第２フィルタホルダ４ｂを通過し、その第２粒子画分捕集用フィルタ３ｂで１００ｎｍ以下の超微小粒子がすべて捕集される（ディーゼル粒子フィルタ捕集）（Ｓ２）。その後、第１ガス画分捕集部材５ｂで超微小粒子除去後のガスｂｇから多環芳香族炭化水素や脂肪族炭化水素を捕集する。
【００６１】
これにより、
１）第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍから、１次希釈後のエアロゾル混合ガスａｇの全粒子
２）第１ガス画分捕集部材５ｍから、粒子除去後のガスｍｇの除粒子ガス状物質（除粒子ガス中の多環芳香族炭化水素）
３）第２粒子画分捕集用フィルタ３ｂから、２次希釈後に分級されたエアロゾル混合ガスｇ１１中の超微小粒子（１００ｎｍ以下の超微小粒子）
４）第２ガス画分捕集部材５ｂから、超微小粒子除去後のガスｂｇの除超微小粒子ガス状物質（除超微小粒子ガス中の多環芳香族炭化水素）
を合わせた４画分のサンプルの定量がサンプリング可能となる。
【００６２】
これら４つのサンプルは、加熱脱着式のガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ／ＭＳ）に導入し（Ｓ５）、２００〜３００℃に加熱した後、クライオフォーカス（濃縮のための冷却装置）に導入し、昇温しながらカラムクロマトグラフィー法を利用した標準物質との比較により定性、定量することが可能である。
【００６３】
ここで、加熱脱着とは、含有している物質を加熱することで気化させる現象、すなわち吸着している物質を吸着剤の吸着界面から脱離させることをいう。
【００６４】
また、ＧＣ／ＭＳは、気化させても特性が変化しない有機化合物を対象に分離法としてガスクロマトグラフィーを、定性・定量法として質量分析法を組み合わせた分析装置である。ＧＣ／ＭＳでは、試料を加熱気化後、ガスクロマトグラフィー法で成分を分離し、高真空の質量分析計に導入する。質量分析計内で分子がイオン化されると同時に、開裂を起こし、フラグメントイオンが生成する。このとき生じる分子イオンおよびフラグメントイオンは物質に特有であるため、その成分を定性・定量できる。
【００６５】
分析工程をより詳細に説明すれば、Ｓ５に先立ち、１）、３）のサンプルについて、第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍと第２粒子画分捕集用フィルタ３ｂを、捕集後フィルタ秤量した後（Ｓ３）、ある範囲のみＳＵＳ製ポンチで打ち抜くか、または短冊状にカットし（Ｓ４）、その全量または一部をガラスチューブに詰め、加熱脱着式のＧＣ／ＭＳに導入し（Ｓ５）、定量する（Ｓ６）。
【００６６】
また、２）、４）のサンプルについては、既にＴＥＮＡＸ管４１に充填されている状態なので、そのままＧＣ／ＭＳに導入する（Ｓ５）ことが可能である。さらにＧＣ／ＭＳ内において、２）、４）のサンプルの各ＴＥＮＡＸ管４１をＨｅガスなどの不活性ガスでパージさせ、２）、４）のサンプルデータを得る。
【００６７】
これら２）、４）のサンプルデータと、図４に示すように、あらかじめ指標用ＴＥＮＡＸ管４１ｓに、既知濃度の標準溶液をマイクロシリンジ４２で打ち込み、これをＧＣ／ＭＳに導入した後、ＧＣ／ＭＳ内においてＨｅガスなどの不活性ガスでパージさせて得られた指標データとを比較することで、定量する（Ｓ６）。
【００６８】
サンプリング装置１で分析できる多環芳香族炭化水素の例としては、ベンゾ（ａ）ピレン（Benzo［a］pyrene）、フェナンスレン（Phenanthrene）、クリセン（Chrysene）、ピレン（Pyrene）などがある。
【００６９】
ＴＥＮＡＸ ＴＡ吸着（固体吸着）−加熱脱着法では、輸送・保管が困難な直接捕集法や、有害な試薬を使用する固体吸着−溶媒抽出法に比べ、有害な試薬を使用しない、輸送、保管が容易、試料全量を導入可能などの利点がある。
【００７０】
このように、本実施形態に係るサンプリング方法は、一対の第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍと第１ガス画分捕集部材５ｍを用い、１次希釈後のエアロゾル混合ガスａｇを第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍに通して全粒子を捕集すると共に、粒子除去後のガスｍｇを第１ガス画分捕集部材５ｍに通して多環芳香族炭化水素等を捕集している。
【００７１】
このため、本実施形態に係るサンプリング方法によれば、１次希釈後のエアロゾル混合ガスａｇの全流量分のＤＥＰ（上述した１）のサンプル）と、そのＤＥＰを取り除いた後の多環芳香族炭化水素を含むガス（上述した２）のサンプル）とについて、その成分と定量分析が簡単にできる。
【００７２】
しかも、本実施形態に係るサンプリング方法は、ディーゼルパティキュレートフィルタや、各粒子画分捕集用フィルタ３ｍ，３ｂ、各ガス画分捕集部材５ｍ，５ｂなどの各種捕集部材に適合した方法である。
【００７３】
また、本実施形態に係るサンプリング方法は、分級装置１２と、一対の第２粒子画分捕集用フィルタ３ｂと第２ガス画分捕集部材５ｂとを用い、まず、１次希釈後のエアロゾル混合ガスａｇの一部を分流し、分流したエアロゾル混合ガスａｇを２次希釈後に分級している。その後、分級後のエアロゾル混合ガスｇ１１を第２粒子画分捕集用フィルタ３ｂに通して１００ｎｍ以下の超微小粒子を捕集すると共に、超微小粒子除去後のガスｂｇを第２ガス画分捕集部材５ｂに通して多環芳香族炭化水素等を捕集している。
【００７４】
このため、本実施形態に係るサンプリング方法によれば、分級後のエアロゾル混合ガスｇ１１中の１００ｎｍ以下の超微小粒子（上述した３）のサンプル）と、その超微小粒子を取り除いた後の多環芳香族炭化水素を含むガス（上述した４）のサンプル）とについて、その成分と定量分析（特定粒子径における定量分析）も簡単にできる。
【００７５】
つまり、本実施形態に係るサンプリング方法によれば、抽出、濃縮などの分析前処理操作を不要としつつ、１）全粒子、２）その全粒子を除いたガス、３）２〜１５０ｎｍの超微小粒子、４）その超微小粒子を除いたガスの４画分の全成分を比較できる。
【００７６】
また、本実施形態に係るサンプリング装置１によれば、本実施形態に係るサンプリング方法を簡単な構成で実現できる。
【００７７】
したがって、本発明によれば、ディーゼル排ガスなどのエアロゾル混合ガスａｇ中の全粒子、全ガスそれぞれに含有される多環芳香族炭化水素量を把握できるだけでなく、ヒトの健康影響において最重要課題となっているディーゼル排ガス中ナノ粒子画分とそのガス画分の多環芳香族炭化水素の種類および量を把握できる。
【００７８】
本発明を利用すれば、例えば、これらの分析結果と、沿道でサンプリングしたナノ粒子リッチのサンプルとを対比させることで、自動車排ガス由来の多環芳香族炭化水素がどのくらいの比率で沿道に存在するのかを把握できる。
【００７９】
また、後処理付きディーゼルエンジンを搭載したトラック、バス、乗用車などの車両では、後処理システムの種類（例えばディーゼルパティキュレートフィルタの種類）を変化させたときの多環芳香族炭化水素の排出量を明らかにすることができるため、環境中に有害な物質を排出させないような後処理システムの開発に生かすことができる。
【００８０】
さらに、ディーゼル排ガスに含まれる物質は、ディーゼル燃料の種類、ディーゼルエンジンの燃焼室の構造、燃料の噴射時期、噴射工程、燃料の霧化、吸気温度などにより変化するため、本発明を利用してこれらの最適な形態を設計できる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態であるサンプリング方法で使用するサンプリング装置の概略図である。
【図２】本発明の好適な実施形態であるサンプリング方法による分析工程を説明するフローチャートである。
【図３】ＴＥＮＡＸ ＴＡの化学式である。
【図４】本実施形態に係る標準物質注入方法を説明する概略図である。
【図５】従来のサンプリング装置の概略図である。
【図６】従来のサンプリング方法による前処理工程と分析工程を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００８２】
１ サンプリング装置
３ｍ 第１粒子画分捕集用フィルタ
３ｂ 第２粒子画分捕集用フィルタ
５ｍ 第１ガス画分捕集部材
５ｂ 第２ガス画分捕集部材
ｓｇ エアロゾル混合ガス
ａｇ １次希釈後のエアロゾル混合ガス
２ａｇ ２次希釈後のエアロゾル混合ガス
ｍｇ 粒子除去後のガス
ｂｇ 超微小粒子除去後のガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子を含んだエアロゾル混合ガスを希釈し、希釈後のエアロゾル混合ガスから全粒子及びガスを同時に捕集して分析するサンプリング方法及びサンプリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル排気ガス（ディーゼル排ガス、あるいは排ガス）は、粒子状物質とガス状物質の混合体であることが知られている。粒子はディーゼル粒子状物質（Diesel Particulate Matter）（以下ＤＥＰ、あるいはＰＭと略す）と呼ばれ、重量で排出規制されている。ガス状物質には濃度が規制されているＮＯ、ＮＯ2 、ＣＯ、ＣＯ2 などと、濃度が規定されていないアルデヒド、ケトン、ギ酸、アセチレン、ジカルボニル、飽和脂肪酸が含まれている。ＤＥＰは５２℃以下に冷却した排ガスをテフロン（登録商標）コーティング石英フィルタに通過させることにより得られたものと定められている。
【０００３】
ＤＥＰは元素状炭素を核として持つことが多いが、沸点の高い炭化水素からなる場合もあり、簡単に言うと燃料や潤滑油の未燃成分である。このＤＥＰは、有機溶媒に溶解する有機溶媒可溶性成分（Soluble Organic fraction）（以下ＳＯＦと略す）と、有機溶媒には溶解しない硫酸塩および硝酸塩、元素状炭素、金属などの有機溶媒不可溶成分（Insoluble Organic fraction）（以下ＩＳＯＦと略す）とが複雑に混合している集合体である。また、その組成については燃料や潤滑油、エンジン種の影響を強く受けることが知られている。多環芳香族炭化水素は、ＤＥＰのコアとなっている元素状炭素の周囲に吸着する性質があり、そのほとんどがＤＥＰ中に存在すると報告されている。
【０００４】
一方、ガス状物質中の多環芳香族炭化水素の量は、その煩雑な前処理のために報告がほとんどなく、そのため粒子中とガス中の多環芳香族炭化水素量を比較している研究例・報告例も極少である。
【０００５】
厳密にガス状物質中の多環芳香族炭化水素を定量するためには、ＤＥＰだけでなく、フィルタ通過後のＤＥＰが取り除かれたガスのサンプリングも行わなければならないが、通常は行われていないのが現状である。確実にガス中の多環芳香族炭化水素も定量したい場合に用いられるガス用捕集材の例としてウレタンフォームがあり、フィルタの後ろにウレタンフォームが来るように設計されたサンプリングシステムを用意する必要がある。
【０００６】
従来法による多環芳香族炭化水素の定量には、分析装置に注入する前の前処理操作が必要である。前処理操作とは、抽出、クリーンアップ、濃縮、乾固、再溶解を指す。ＤＥＰ捕集用フィルタは折りたためるため、それほど大きな抽出容器は必要ないが、ウレタンフォームはかさばるため、かなり大きな抽出器を用意しなければならない。
【０００７】
また、使用する抽出用有機溶媒としてよく用いられているジクロロメタンの使用量も多くなり、加熱による大気環境への蒸発放出も大きい。最終的にはＰＭフィルタもウレタンフォームも別々の容器で有機溶媒を用いてそれぞれ抽出し、ＳＯＦを取り出す作業が必要である。この抽出操作は主に２つの方法が用いられている。１つは超音波抽出法であり、もう１つはソックスレ抽出法である。
【０００８】
超音波抽出法は、ソックスレ抽出法の簡便法として用いられている。利点としては抽出時間が短い（１０分×３回など１時間以内）、抽出容器がビーカーなどの汎用な実験器具でよいという点があげられる。欠点としては、抽出効率のばらつきがあげられる。それに対し、ソックスレ抽出法の利点としては、抽出効率のばらつきが少ない点があげられ、欠点としては抽出時間が１〜２日程度かかることと、専用の抽出システムが必要であることがあげられる。
【０００９】
これらの抽出操作が終了後、抽出液の固体を取り除くため０．５μｍ以下のフィルタを通し、多環芳香族炭化水素の分析において感度を向上させるための濃縮操作に入る。濃縮法としては、窒素ガス吹き付け法、エバポレーター法、減圧遠心分離法がある。濃縮操作は１時間半程度必要である。この操作によって乾固後、分析装置に注入するため、分析装置に合わせた溶媒への転溶工程が必要である。転溶をもって前処理操作が完了する。
【００１０】
最終的に、０．５ｍＬ程度になったＳＯＦを蛍光検出器付き高速液体クロマトグラフなどの分析装置に注入すると、注入したＳＯＦのスペクトルが標準物質と同じ時間に出現するため、定性、標準物質の濃度との比較を行うことで定量が可能である。多環芳香族炭化水素を定量するのに最も感度が高い分析装置は、化学発光検出器付き高速液体クロマトグラフだという報告がある。
【００１１】
従来技術としては、図５に示すサンプリング装置５１を用い、排気管５２から排ガスを取り出し、その排ガスをマイクロトンネル５３で希釈し、さらにテフロン（登録商標）コーティングガラス繊維フィルタ５４を有する２個並列のフィルタホルダ５５に通す方法がある。
【００１２】
その後、従来技術では、多環芳香族炭化水素定量までの分析前処理を含め、図６に示すような複雑で多数の工程が必要である。従来法を用いた場合のＤＥＰ中多環芳香族炭化水素の定量には、分析前処理に３日、分析・解析（定量）・フィルタ秤量で２日、計５日を要する合計１２もの工程が必要であった。
【００１３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【００１４】
【特許文献１】特開２００５−２４８７９２号公報
【特許文献２】特開２００２−１６１７２９号公報
【特許文献３】特開２００５−２７４４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
多環芳香族炭化水素の健康影響に関しては非常に微量でありながら発癌性が高いことが報告されているにもかかわらず、最新のディーゼルトラック、乗用車に付加されているディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter）などでＤＥＰを除去しても、環境中にどの程度の多環芳香族炭化水素が放出されているのかが不明である。ディーゼルパティキュレートフィルタ装着により凝集モード（Accumulation Mode）と呼ばれる粒径範囲のＤＥＰは激減するが、それらを装着しても通過してしまう１００ｎｍ以下、特に数十ｎｍ以下の超微小粒子、およびガス中の多環芳香族炭化水素の全量を把握することは、非常に困難であるのが現状である。
【００１６】
また、ディーゼルパティキュレートフィルタを装着する、しないにかかわらず、１００ｎｍ以下の超微小粒子自体が健康に悪影響を持つという報告が世界中で増大してきており、ディーゼルエンジンを搭載した車両において、排ガス中の１００ｎｍ以下の超微小粒子およびガス中の多環芳香族炭化水素の量を把握することは最重要課題であると位置づけられている。
【００１７】
もともと、ディーゼル排ガス全量中の粒子状物質に含まれる多環芳香族炭化水素と除粒子ガス（粒子状物質を除去した後のガス）に含まれる多環芳香族炭化水素を両方とも定量するためには、それぞれ別容器で抽出する必要があり、操作が煩雑なため、従来は粒子状物質中の多環芳香族炭化水素しか定量されておらず、粒子とガス中の比率などが明らかにされていなかった。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、分析前処理が不要であり、エアロゾル混合ガス中の全粒子、多環芳香族炭化水素の量だけでなく、その種類も把握できる、各種捕集部材に適合したサンプリング方法及びサンプリング装置を提供することにある。
【００１９】
また、本発明の他の目的は、エアロゾル混合ガス中に含まれる多環芳香族炭化水素と、除粒子ガスに含まれる多環芳香族炭化水素とを両方とも定量するための、分析前処理が不要なサンプリング方法及びサンプリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、粒子を含んだエアロゾル混合ガスを希釈し、希釈後のエアロゾル混合ガスからガスを捕集して分析するサンプリング方法において、希釈後のエアロゾル混合ガスを石英フィルタからなる粒子画分捕集用フィルタに通して全粒子を捕集すると共に、粒子除去後の全ガスを吸着剤を有するガス画分捕集部材に通して多環芳香族炭化水素を捕集するサンプリング方法である。
【００２１】
請求項２の発明は、希釈後のエアロゾル混合ガスの一部を分流し、分流したエアロゾル混合ガス中の粒子を分級した後、これを石英フィルタからなる第２粒子画分捕集用フィルタに通して所定粒径以下の超微小粒子を捕集すると共に、超微小粒子除去後のガスを吸着剤を有する第２ガス画分捕集部材に通して多環芳香族炭化水素を捕集する請求項１記載のサンプリング方法である。
【００２２】
請求項３の発明は、前記エアロゾル混合ガスとしてディーゼルエンジンの排気ガスを用いる請求項１または２記載のサンプリング方法である。
【００２３】
請求項４の発明は、粒子を含んだエアロゾル混合ガスを希釈し、希釈後のエアロゾル混合ガスからガスを捕集して分析するサンプリング装置において、希釈後のエアロゾル混合ガスに含まれる全粒子を捕集する石英フィルタからなる粒子画分捕集用フィルタと、粒子除去後のガス中に含まれる多環芳香族炭化水素を捕集する吸着剤を有するガス画分捕集部材とを備えたサンプリング装置である。
【００２４】
請求項５の発明は、前記エアロゾル混合ガスが流れる混合ガス流路に、前記エアロゾル混合ガスを取り出すための取り出し流路を接続し、その取り出し流路に前記エアロゾル混合ガスを希釈するための希釈手段を設け、その希釈手段と前記粒子画分捕集用フィルタ間の取り出し流路に分岐流路を接続し、その分岐流路の下流側に所定粒径以下の粒子のみを透過可能とする分級装置を設け、その分級装置の下流側に、分流したエアロゾル混合ガスから所定粒径以下の超微小粒子を捕集する石英フィルタからなる第２粒子画分捕集用フィルタと、超微小粒子除去後のガス中に含まれる多環芳香族炭化水素を捕集する吸着剤を有する第２ガス画分捕集部材とを設けた請求項４記載のサンプリング装置である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、分析前処理が不要であり、エアロゾル混合ガス中の全粒子、多環芳香族炭化水素の量だけでなく、その種類も把握できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。まず、本発明の好適な実施形態であるサンプリング方法で使用するサンプリング装置を説明する。
【００２７】
図１は、本発明の好適な実施形態を示すサンプリング装置の概略図である。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態に係るサンプリング装置（フィルタサンプリングシステム）１は、粒子を含むエアロゾル混合ガスｓｇが流れる混合ガス流路２に接続されて使用される。本実施形態では、エアロゾル混合ガスｓｇの一例としてディーゼルエンジンの排気ガスを用い、混合ガス流路２の一例としてディーゼルエンジンに接続される排気管を用いた例で説明する。
【００２９】
このサンプリング装置１は、希釈後のエアロゾル混合ガスａｇから全粒子を捕集する石英フィルタからなる第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍを有する第１フィルタホルダ４ｍと、第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍと対にして設けられ、粒子除去後のガスｍｇから多環芳香族炭化水素を捕集する吸着剤（捕集剤）を有する第１ガス画分捕集部材（除粒子後のガスの第１捕集装置）５ｍとを備えて主に構成される。
【００３０】
混合ガス流路２には、混合ガス流路２からエアロゾル混合ガスｓｇの一部を取り出すための配管からなる取り出し流路６が接続される。取り出し流路６の上流部には、取り出したエアロゾル混合ガスｓｇを希釈するための第１希釈手段７ｍが設けられる。
【００３１】
第１希釈手段７ｍは、取り出したエアロゾル混合ガスｓｇの温度を下げ、後述する分級装置１２で安定して分級すると共に、後述する分析装置で検出できる範囲で粒子やガスを捕集する（例えば、分析する粒子やガスの滞留時間をかせぐ）ためのものである。また、第１希釈手段７ｍは、大気中にエアロゾル混合ガスｓｇが放出された場合と同じような状態を再現し、エアロゾル混合ガスｓｇ中のＤＥＰを現実に即して取り出しやすくする役目もある。
【００３２】
この第１希釈手段７ｍは、エアロゾル混合ガスｓｇに混ぜる希釈空気ａを取り出し流路６内に導入するための第１空気用流路８ｍと、その下流側に接続されるマイクロトンネル９とからなる。本実施形態では、第１希釈手段７ｍにおけるエアロゾル混合ガスｓｇの希釈率ＤＲｐを、１０〜４０にした。
【００３３】
マイクロトンネル９の下流側となる取り出し流路６には、第１フィルタホルダ４ｍが接続され、その下流側には第１ガス画分捕集部材５ｍが接続される。ここで画分（fraction）とは、ある集合体から一部分を分画して取り出した部分集合体のことをいう。
【００３４】
第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍとして石英フィルタを用いたのは、従来のテフロン（登録商標）コートしたガラス繊維フィルタ（耐熱性：３５０℃）に比べ、耐熱性が１０００℃と高く、粒子分析時に加熱することにより、吸着していた成分を脱着させてその成分の分析も行うことができるからである。
【００３５】
本実施形態では、第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍで全粒子を捕集するため、ステンレス製フィルタホルダ内にφ７０ｍｍの石英フィルタからなる第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍを設けて第１フィルタホルダ４ｍを構成した。
【００３６】
第１ガス画分捕集部材５ｍとしては、図４に示すようなＴＥＮＡＸ（商品名）管４１を用いる。ＴＥＮＡＸ管４１は、管径６ｍｍ（φ６ｍｍ）、内径４ｍｍ（φ４ｍｍ）の硬質ガラス管に、吸着剤を充填したものである。
【００３７】
本実施形態では、吸着剤として、ＴＥＮＡＸ（商品名）をベースにした弱極性のポーラスポリマービーズからなる粒状のＴＥＮＡＸ−ＴＡ（商品名）を用いた。
【００３８】
このＴＥＮＡＸ−ＴＡは、図３に示すように、２，６−ジフェニル−パラ−フェニレンオキサイド（Diphenyl-p-Phenylene Oxide）樹脂であり、最高使用温度が３５０℃である。ＴＥＮＡＸ−ＴＡは、表１に示すように、従来の吸着剤として用いられる活性炭と比較して非多孔質のため適度な保持力を有し、ガス中高沸点成分を吸着するのに適切なものである。
【００３９】
【表１】
【００４０】
図１に示すように、取り出し流路６の下流端には、混合ガス流路２を流れるエアロゾル混合ガスｓｇを取り出し流路６に吸引して導くための第１ポンプ１０ｍが接続される。
【００４１】
さらにサンプリング装置１では、第１希釈手段７ｍと第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍ間の取り出し流路６に、希釈後のエアロゾル混合ガスａｇを所定の分流比で分流させるための配管からなる分岐流路６ｂが接続される。
【００４２】
取り出し流路６と分岐流路６ｂの接続部ｊより下流側には、希釈後のエアロゾル混合ガスａｇを所定の流量で取り出し、かつ２次希釈のための希釈空気ａを導入する第２希釈手段７ｂが設けられる。
【００４３】
この第２希釈手段７ｂは、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１１と、そのＭＦＣ１１に接続され、希釈後のエアロゾル混合ガスａｇに混ぜる希釈空気ａをＭＦＣ１１内に導入するための第２空気用流路８ｂとからなる。
【００４４】
接続部ｊの下流側となる分岐流路６ｂには、所定粒径以下の粒子のみを分岐流路６ｂの下流側に透過可能とする（２次希釈後のエアロゾル混合ガス２ａｇ中の粒子を分級する）（例えば、粒径２〜１５０ｎｍの粒子を切り出す）分級装置（分級器）１２が設けられる。本実施形態では、分級装置１２として、静電微分型モビリティアナライザ（nano ＤＭＡ）（例えば、商品名ＴＳＩ Model−３０８５）を用いた。
【００４５】
このnano ＤＭＡは、二重円筒状となっており、中央に位置するロッドには負の電圧を印加してある。粒子を外側のスリットから導入すると、正の電荷を持つ粒子がロッドに引き寄せられる。ロッドの電圧を変えることで、ピーク分級粒子径を５０〜１５０ｎｍ程度の範囲で変えることができる。その原理を利用すると、特定サイズの粒子のみを下部に設けたスリットから取り出し分級できる。
【００４６】
すなわちnano ＤＭＡは、２次希釈後のエアロゾル混合ガス２ａｇから特定サイズ以外（本実施形態では、粒径１００ｎｍを超える）粒子を排出し、特定サイズ（本実施形態では、粒径１００ｎｍ以下）の粒子と、分級後のエアロゾル混合ガスｇ１１とを、分岐流路６ｂの下流側に流す。
【００４７】
第２希釈手段７ｂの役目は、主に排ガス温度を下げるための希釈を行うための第１希釈手段７ｍとは異なる。この第２希釈手段７ｂは、超微小粒子の安定的な測定のための希釈を行うもの、すなわち希釈により測定精度の安定化を図るためのものである。
【００４８】
本実施形態では、分級装置１２に分岐流路６ｂを介して第２希釈手段７ｂを間接接続したが、分級装置１２に第２希釈手段７ｂを直接接続してもよい。
【００４９】
分級装置１２の下流側となる分岐流路６ｂには、分級後のエアロゾル混合ガスｇ１１から所定粒径以下の超微小粒子を捕集する石英フィルタからなる第２粒子画分捕集用フィルタ３ｂを有する第２フィルタホルダ４ｂが設けられる。第２粒子画分捕集用フィルタ３ｂは、基本的には第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍと同じ特性を有する。
【００５０】
本実施形態では、第２粒子画分捕集用フィルタ３ｂで粒径１００ｎｍ以下の超微小粒子を捕集するため、ステンレス管内に、たとえばφ２０ｍｍの石英フィルタからなる第２粒子画分捕集用フィルタ３ｂを設けて第２フィルタホルダ４ｂを構成した。
【００５１】
第２フィルタホルダ４ｂの下流側となる分岐流路６ｂには、超微小粒子除去後のガスｂｇから多環芳香族炭化水素を捕集するＴＥＮＡＸなどの吸着剤を有する第２ガス画分捕集部材（除粒子後のガスの第２捕集装置）５ｂが、第２粒子画分捕集用フィルタ３ｂと対にして設けられる。
【００５２】
分岐流路６ｂの下流端には、希釈後のエアロゾル混合ガスａｇを分岐流路６ｂに吸引して導くための第２ポンプ１０ｂが接続される。
【００５３】
次に、図１および図２を用いて、本発明の好適な実施形態であるサンプリング方法を、サンプリング装置１の動作と共に説明する。
【００５４】
図１および図２に示すように、サンプリングに先立ち、あらじめ第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍと第１粒子画分捕集用フィルタ３ｂについて、捕集前フィルタ焼きだし・秤量を行う。焼きだしは少なくとも４００℃以上が好ましい（Ｓ１）。
【００５５】
ディーゼルエンジンに混合ガス流路２を接続し、ディーゼルエンジンを運転する。この状態で第１ポンプ１０ｍと第２ポンプ１０ｂを運転する。また、ＭＦＣ１１で分岐流路６ｂの流量を一定にし、さらに流量計で分岐流路６ｂの流量を確認しておく。
【００５６】
まず、混合ガス流路２を流れるエアロゾル混合ガスｓｇは、混合ガス流路２から取り出し流路６に導入され、第１希釈手段７ｍで１次希釈されて温度が下がり、全粒子（ＤＥＰ）が通過する。この時点で、粒径が１００ｎｍ以下の超微小粒子も含有されている。１次希釈後のエアロゾル混合ガスａｇは、接続部ｊで所定の分流比で分流され、下流側の取り出し流路６と分岐流路６ｂに所定量ずつ流される。
【００５７】
下流側の取り出し流路６に流れたエアロゾル混合ガスａｇは、第１フィルタホルダ４ｍを通過し、その第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍで全粒子（ＤＥＰを含む）が捕集される（ディーゼル粒子フィルタ捕集）（Ｓ２）。その後、第１ガス画分捕集部材５ｍで粒子除去後のガスｍｇに含まれている所定成分（ここでは、多環芳香族炭化水素や脂肪族炭化水素）を捕集する。
【００５８】
第１フィルタホルダ４ｍ、および第１ガス画分（粒子除去後のガスｍｇ）中の多環芳香族炭化水素等を捕集するために選んだ吸着剤を充填した第１ガス画分捕集部材５ｍは、粒子除去後のガスｍｇ中の全ガス中多環芳香族炭化水素等を捕集できるように設定される。このため、第１ガス画分捕集部材５ｍの下流側の取り出し用流路６には、粒子除去後のガスｍｇ中に含まれる多環芳香族炭化水素等を含んだガスは流れない。
【００５９】
一方、分岐流路６ｂに流れた１次希釈後のエアロゾル混合ガスａｇは、第２希釈手段７ｂで２次希釈されて温度がさらに下がるとともに、滞留時間がかせがれることで、粒径が１００ｎｍ以下の超微小粒子（ＤＥＰを含む）が安定して存在する。その後、分岐流路６ｂに流れた２次希釈後のエアロゾル混合ガス２ａｇは、分級装置１２に導入されて粒子が分級され、１００ｎｍ以下の超微小粒子のみを含む分級後のエアロゾル混合ガスｇ１１になる。
【００６０】
分級後のエアロゾル混合ガスｇ１１は、第２フィルタホルダ４ｂを通過し、その第２粒子画分捕集用フィルタ３ｂで１００ｎｍ以下の超微小粒子がすべて捕集される（ディーゼル粒子フィルタ捕集）（Ｓ２）。その後、第１ガス画分捕集部材５ｂで超微小粒子除去後のガスｂｇから多環芳香族炭化水素や脂肪族炭化水素を捕集する。
【００６１】
これにより、
１）第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍから、１次希釈後のエアロゾル混合ガスａｇの全粒子
２）第１ガス画分捕集部材５ｍから、粒子除去後のガスｍｇの除粒子ガス状物質（除粒子ガス中の多環芳香族炭化水素）
３）第２粒子画分捕集用フィルタ３ｂから、２次希釈後に分級されたエアロゾル混合ガスｇ１１中の超微小粒子（１００ｎｍ以下の超微小粒子）
４）第２ガス画分捕集部材５ｂから、超微小粒子除去後のガスｂｇの除超微小粒子ガス状物質（除超微小粒子ガス中の多環芳香族炭化水素）
を合わせた４画分のサンプルの定量がサンプリング可能となる。
【００６２】
これら４つのサンプルは、加熱脱着式のガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ／ＭＳ）に導入し（Ｓ５）、２００〜３００℃に加熱した後、クライオフォーカス（濃縮のための冷却装置）に導入し、昇温しながらカラムクロマトグラフィー法を利用した標準物質との比較により定性、定量することが可能である。
【００６３】
ここで、加熱脱着とは、含有している物質を加熱することで気化させる現象、すなわち吸着している物質を吸着剤の吸着界面から脱離させることをいう。
【００６４】
また、ＧＣ／ＭＳは、気化させても特性が変化しない有機化合物を対象に分離法としてガスクロマトグラフィーを、定性・定量法として質量分析法を組み合わせた分析装置である。ＧＣ／ＭＳでは、試料を加熱気化後、ガスクロマトグラフィー法で成分を分離し、高真空の質量分析計に導入する。質量分析計内で分子がイオン化されると同時に、開裂を起こし、フラグメントイオンが生成する。このとき生じる分子イオンおよびフラグメントイオンは物質に特有であるため、その成分を定性・定量できる。
【００６５】
分析工程をより詳細に説明すれば、Ｓ５に先立ち、１）、３）のサンプルについて、第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍと第２粒子画分捕集用フィルタ３ｂを、捕集後フィルタ秤量した後（Ｓ３）、ある範囲のみＳＵＳ製ポンチで打ち抜くか、または短冊状にカットし（Ｓ４）、その全量または一部をガラスチューブに詰め、加熱脱着式のＧＣ／ＭＳに導入し（Ｓ５）、定量する（Ｓ６）。
【００６６】
また、２）、４）のサンプルについては、既にＴＥＮＡＸ管４１に充填されている状態なので、そのままＧＣ／ＭＳに導入する（Ｓ５）ことが可能である。さらにＧＣ／ＭＳ内において、２）、４）のサンプルの各ＴＥＮＡＸ管４１をＨｅガスなどの不活性ガスでパージさせ、２）、４）のサンプルデータを得る。
【００６７】
これら２）、４）のサンプルデータと、図４に示すように、あらかじめ指標用ＴＥＮＡＸ管４１ｓに、既知濃度の標準溶液をマイクロシリンジ４２で打ち込み、これをＧＣ／ＭＳに導入した後、ＧＣ／ＭＳ内においてＨｅガスなどの不活性ガスでパージさせて得られた指標データとを比較することで、定量する（Ｓ６）。
【００６８】
サンプリング装置１で分析できる多環芳香族炭化水素の例としては、ベンゾ（ａ）ピレン（Benzo［a］pyrene）、フェナンスレン（Phenanthrene）、クリセン（Chrysene）、ピレン（Pyrene）などがある。
【００６９】
ＴＥＮＡＸ ＴＡ吸着（固体吸着）−加熱脱着法では、輸送・保管が困難な直接捕集法や、有害な試薬を使用する固体吸着−溶媒抽出法に比べ、有害な試薬を使用しない、輸送、保管が容易、試料全量を導入可能などの利点がある。
【００７０】
このように、本実施形態に係るサンプリング方法は、一対の第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍと第１ガス画分捕集部材５ｍを用い、１次希釈後のエアロゾル混合ガスａｇを第１粒子画分捕集用フィルタ３ｍに通して全粒子を捕集すると共に、粒子除去後のガスｍｇを第１ガス画分捕集部材５ｍに通して多環芳香族炭化水素等を捕集している。
【００７１】
このため、本実施形態に係るサンプリング方法によれば、１次希釈後のエアロゾル混合ガスａｇの全流量分のＤＥＰ（上述した１）のサンプル）と、そのＤＥＰを取り除いた後の多環芳香族炭化水素を含むガス（上述した２）のサンプル）とについて、その成分と定量分析が簡単にできる。
【００７２】
しかも、本実施形態に係るサンプリング方法は、ディーゼルパティキュレートフィルタや、各粒子画分捕集用フィルタ３ｍ，３ｂ、各ガス画分捕集部材５ｍ，５ｂなどの各種捕集部材に適合した方法である。
【００７３】
また、本実施形態に係るサンプリング方法は、分級装置１２と、一対の第２粒子画分捕集用フィルタ３ｂと第２ガス画分捕集部材５ｂとを用い、まず、１次希釈後のエアロゾル混合ガスａｇの一部を分流し、分流したエアロゾル混合ガスａｇを２次希釈後に分級している。その後、分級後のエアロゾル混合ガスｇ１１を第２粒子画分捕集用フィルタ３ｂに通して１００ｎｍ以下の超微小粒子を捕集すると共に、超微小粒子除去後のガスｂｇを第２ガス画分捕集部材５ｂに通して多環芳香族炭化水素等を捕集している。
【００７４】
このため、本実施形態に係るサンプリング方法によれば、分級後のエアロゾル混合ガスｇ１１中の１００ｎｍ以下の超微小粒子（上述した３）のサンプル）と、その超微小粒子を取り除いた後の多環芳香族炭化水素を含むガス（上述した４）のサンプル）とについて、その成分と定量分析（特定粒子径における定量分析）も簡単にできる。
【００７５】
つまり、本実施形態に係るサンプリング方法によれば、抽出、濃縮などの分析前処理操作を不要としつつ、１）全粒子、２）その全粒子を除いたガス、３）２〜１５０ｎｍの超微小粒子、４）その超微小粒子を除いたガスの４画分の全成分を比較できる。
【００７６】
また、本実施形態に係るサンプリング装置１によれば、本実施形態に係るサンプリング方法を簡単な構成で実現できる。
【００７７】
したがって、本発明によれば、ディーゼル排ガスなどのエアロゾル混合ガスａｇ中の全粒子、全ガスそれぞれに含有される多環芳香族炭化水素量を把握できるだけでなく、ヒトの健康影響において最重要課題となっているディーゼル排ガス中ナノ粒子画分とそのガス画分の多環芳香族炭化水素の種類および量を把握できる。
【００７８】
本発明を利用すれば、例えば、これらの分析結果と、沿道でサンプリングしたナノ粒子リッチのサンプルとを対比させることで、自動車排ガス由来の多環芳香族炭化水素がどのくらいの比率で沿道に存在するのかを把握できる。
【００７９】
また、後処理付きディーゼルエンジンを搭載したトラック、バス、乗用車などの車両では、後処理システムの種類（例えばディーゼルパティキュレートフィルタの種類）を変化させたときの多環芳香族炭化水素の排出量を明らかにすることができるため、環境中に有害な物質を排出させないような後処理システムの開発に生かすことができる。
【００８０】
さらに、ディーゼル排ガスに含まれる物質は、ディーゼル燃料の種類、ディーゼルエンジンの燃焼室の構造、燃料の噴射時期、噴射工程、燃料の霧化、吸気温度などにより変化するため、本発明を利用してこれらの最適な形態を設計できる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態であるサンプリング方法で使用するサンプリング装置の概略図である。
【図２】本発明の好適な実施形態であるサンプリング方法による分析工程を説明するフローチャートである。
【図３】ＴＥＮＡＸ ＴＡの化学式である。
【図４】本実施形態に係る標準物質注入方法を説明する概略図である。
【図５】従来のサンプリング装置の概略図である。
【図６】従来のサンプリング方法による前処理工程と分析工程を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００８２】
１ サンプリング装置
３ｍ 第１粒子画分捕集用フィルタ
３ｂ 第２粒子画分捕集用フィルタ
５ｍ 第１ガス画分捕集部材
５ｂ 第２ガス画分捕集部材
ｓｇ エアロゾル混合ガス
ａｇ １次希釈後のエアロゾル混合ガス
２ａｇ ２次希釈後のエアロゾル混合ガス
ｍｇ 粒子除去後のガス
ｂｇ 超微小粒子除去後のガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子を含んだエアロゾル混合ガスを希釈し、希釈後のエアロゾル混合ガスからガスを捕集して分析するサンプリング方法において、希釈後のエアロゾル混合ガスを石英フィルタからなる粒子画分捕集用フィルタに通して全粒子を捕集すると共に、粒子除去後の全ガスを吸着剤を有するガス画分捕集部材に通して多環芳香族炭化水素を捕集することを特徴とするサンプリング方法。
【請求項２】
希釈後のエアロゾル混合ガスの一部を分流し、分流したエアロゾル混合ガス中の粒子を分級した後、これを石英フィルタからなる第２粒子画分捕集用フィルタに通して所定粒径以下の超微小粒子を捕集すると共に、超微小粒子除去後のガスを吸着剤を有する第２ガス画分捕集部材に通して多環芳香族炭化水素を捕集する請求項１記載のサンプリング方法。
【請求項３】
前記エアロゾル混合ガスとしてディーゼルエンジンの排気ガスを用いる請求項１または２記載のサンプリング方法。
【請求項４】
粒子を含んだエアロゾル混合ガスを希釈し、希釈後のエアロゾル混合ガスからガスを捕集して分析するサンプリング装置において、希釈後のエアロゾル混合ガスに含まれる全粒子を捕集する石英フィルタからなる粒子画分捕集用フィルタと、粒子除去後のガス中に含まれる多環芳香族炭化水素を捕集する吸着剤を有するガス画分捕集部材とを備えたことを特徴とするサンプリング装置。
【請求項５】
前記エアロゾル混合ガスが流れる混合ガス流路に、前記エアロゾル混合ガスを取り出すための取り出し流路を接続し、その取り出し流路に前記エアロゾル混合ガスを希釈するための希釈手段を設け、その希釈手段と前記粒子画分捕集用フィルタ間の取り出し流路に分岐流路を接続し、その分岐流路の下流側に所定粒径以下の粒子のみを透過可能とする分級装置を設け、その分級装置の下流側に、分流したエアロゾル混合ガスから所定粒径以下の超微小粒子を捕集する石英フィルタからなる第２粒子画分捕集用フィルタと、超微小粒子除去後のガス中に含まれる多環芳香族炭化水素を捕集する吸着剤を有する第２ガス画分捕集部材とを設けた請求項４記載のサンプリング装置。
【請求項１】
粒子を含んだエアロゾル混合ガスを希釈し、希釈後のエアロゾル混合ガスからガスを捕集して分析するサンプリング方法において、希釈後のエアロゾル混合ガスを石英フィルタからなる粒子画分捕集用フィルタに通して全粒子を捕集すると共に、粒子除去後の全ガスを吸着剤を有するガス画分捕集部材に通して多環芳香族炭化水素を捕集することを特徴とするサンプリング方法。
【請求項２】
希釈後のエアロゾル混合ガスの一部を分流し、分流したエアロゾル混合ガス中の粒子を分級した後、これを石英フィルタからなる第２粒子画分捕集用フィルタに通して所定粒径以下の超微小粒子を捕集すると共に、超微小粒子除去後のガスを吸着剤を有する第２ガス画分捕集部材に通して多環芳香族炭化水素を捕集する請求項１記載のサンプリング方法。
【請求項３】
前記エアロゾル混合ガスとしてディーゼルエンジンの排気ガスを用いる請求項１または２記載のサンプリング方法。
【請求項４】
粒子を含んだエアロゾル混合ガスを希釈し、希釈後のエアロゾル混合ガスからガスを捕集して分析するサンプリング装置において、希釈後のエアロゾル混合ガスに含まれる全粒子を捕集する石英フィルタからなる粒子画分捕集用フィルタと、粒子除去後のガス中に含まれる多環芳香族炭化水素を捕集する吸着剤を有するガス画分捕集部材とを備えたことを特徴とするサンプリング装置。
【請求項５】
前記エアロゾル混合ガスが流れる混合ガス流路に、前記エアロゾル混合ガスを取り出すための取り出し流路を接続し、その取り出し流路に前記エアロゾル混合ガスを希釈するための希釈手段を設け、その希釈手段と前記粒子画分捕集用フィルタ間の取り出し流路に分岐流路を接続し、その分岐流路の下流側に所定粒径以下の粒子のみを透過可能とする分級装置を設け、その分級装置の下流側に、分流したエアロゾル混合ガスから所定粒径以下の超微小粒子を捕集する石英フィルタからなる第２粒子画分捕集用フィルタと、超微小粒子除去後のガス中に含まれる多環芳香族炭化水素を捕集する吸着剤を有する第２ガス画分捕集部材とを設けた請求項４記載のサンプリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２４９３８４（Ｐ２００８−２４９３８４Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８８３３２（Ｐ２００７−８８３３２）
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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