気体成分採取装置及び気体成分採取方法
【課題】複数種類の気体成分を同時に採取できる気体成分採取装置及び気体成分採取方法を提供することを目的とする。
【解決手段】特定波長の光を受けると励起されて超親水化される光触媒を含み軸方向に延びる帯状の光触媒薄膜層が、少なくとも一対、互いに平面方向に間隔をおいて内面に被膜され、前記特定波長の光を透過する材質で形成された筒状部材と、試料気体中に含まれる分析酸性成分を吸収可能な酸性成分吸収液を前記光触媒薄膜層の一方に供給する酸性成分吸収液供給手段と、前記試料気体中に含まれる分析塩基性成分を吸収可能な塩基性成分吸収液を前記光触媒薄膜層の他方に供給する塩基性成分吸収液供給手段とを備えていることを特徴とする気体成分採取装置である。
【解決手段】特定波長の光を受けると励起されて超親水化される光触媒を含み軸方向に延びる帯状の光触媒薄膜層が、少なくとも一対、互いに平面方向に間隔をおいて内面に被膜され、前記特定波長の光を透過する材質で形成された筒状部材と、試料気体中に含まれる分析酸性成分を吸収可能な酸性成分吸収液を前記光触媒薄膜層の一方に供給する酸性成分吸収液供給手段と、前記試料気体中に含まれる分析塩基性成分を吸収可能な塩基性成分吸収液を前記光触媒薄膜層の他方に供給する塩基性成分吸収液供給手段とを備えていることを特徴とする気体成分採取装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中の微量ガスや微量揮発性物質など気体成分を分析するために用いる気体成分を採取する気体成分採取装置及び気体成分採取方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への関心が高まり、様々な科学的な測定が行われており、その一つとして、大気中の成分分析などが挙げられる。大気中の成分分析を行うためには、先ず、大気中の気体成分を採取しなければならず、その気体成分を採取する気体成分採取装置としては、デニューダ管を用いたものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
デニューダ管を用いた気体成分採取装置は、特定波長の光を受けると光励起されて超親水化される光触媒を含む光触媒薄膜層が内面に被膜され、前記特定波長の光を透過する材質で形成されたデニューダ管と、測定対象である試料気体をデニューダ管内に供給する試料気体供給手段と、試料気体中に含まれる気体成分を吸収するための気体成分吸収液を光触媒薄膜層の表面に供給する気体成分吸収液供給手段と、前記特定波長の光を照射する光照射手段と、を備えており、気体成分が吸収された吸収液を洗浄水によって光触媒薄膜層から洗い流すことによって気体成分を採取するよう構成されている。
【特許文献１】特許第３０８７７２９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のデニューダ管を用いた気体成分採取装置において、気体成分吸収液は、ＮＨ３などの分析塩基性成分の吸収用のものとＨＮＯ３やＨＣｌなど分析酸性成分の吸収用のものは、異なり、分析塩基性成分の吸収用のデニューダ管と分析酸性成分の吸収用のデニューダ管それぞれが用意されており、分析塩基性成分と分析酸性成分を同時に採取することができないという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、分析塩基性成分と分析酸性成分を同時に採取できる気体成分採取装置及び気体成分採取方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の目的を達成するため、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、特定波長の光を受けると励起されて超親水化される光触媒を含み軸方向に延びる帯状の光触媒薄膜層が少なくとも一対、互いに平面方向に間隔をおいて筒状部材の内面に被膜させることによって、分析塩基性成分と分析酸性成分を同時に採取できることを見出した。すなわち、本発明は、特定波長の光を受けると励起されて超親水化される光触媒を含み軸方向に延びる帯状の光触媒薄膜層が、少なくとも一対、互いに平面方向に間隔をおいて内面に被膜され、前記特定波長の光を透過する材質で形成された筒状部材と、試料気体中に含まれる分析酸性成分を吸収可能な酸性成分吸収液を前記光触媒薄膜層の一方に供給する酸性成分吸収液供給手段と、前記試料気体中に含まれる分析塩基性成分を吸収可能な塩基性成分吸収液を前記光触媒薄膜層の他方に供給する塩基性成分吸収液供給手段とを備えていることを特徴とする気体成分採取装置である。本発明に係る気体成分採取装置において、平面方向とは、筒状部材の軸方向に垂直に交わる面と平行な方向をいう。
【０００７】
本発明に係る気体成分採取装置において、前記筒状部材は、対向する内面を少なくとも一対有する角筒状であり、前記対向する一対の内面それぞれに光触媒薄膜層が被膜されていることが好ましく、また、前記筒状部材の内面に対向する板部材を少なくとも１つ設け、該板部材の表裏面及びそれに対向する筒状部材の内面それぞれに光触媒薄膜層が被膜され、対向する光触媒薄膜層の一方に前記酸性成分吸収液が供給され、他方に前記塩基性成分吸収液が供給されるよう構成されていることが好ましい。さらに、前記筒状部材は、着脱自在に構成されていることが好ましい。
【０００８】
また、本発明に係る気体成分採取装置は、前記特定波長の光を照射する光照射手段をさらに備えていることが好ましく、また、測定対象である試料気体を前記筒状部材内に供給する試料気体供給手段をさらに備えていることが好ましく、さらに前記光触媒薄膜層の表面に、洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、前記分析酸性成分又は前記分析塩基性成分を吸収した酸性成分吸収液及び塩基性成分吸収液を収集する吸収液収集手段とをさらに備えていることが好ましい。
【０００９】
また、本発明は、特定波長の光を受けると励起されて超親水化される光触媒を含み軸方向に延びる帯状の光触媒薄膜層が、少なくとも一対、互いに平面方向に間隔をおいて内面に被膜され、前記特定波長の光を透過する材質で形成された筒状部材の前記少なくとも一対の光触媒薄膜層の一方に試料気体中に含まれる分析酸性成分を吸収可能な酸性成分吸収液を供給し、他方に分析塩基性成分を吸収可能な塩基性成分吸収液を供給する吸収液供給工程と、前記光触媒薄膜層に光を照射して光触媒を励起させて、供給された酸性成分吸収液及び塩基性成分吸収液それぞれを光触媒膜層上に拡散させる吸収液拡散工程と、測定対象である前記試料気体を前記筒状部材内に供給し、前記試料気体に含まれる分析酸性成分及び分析塩基性成分を前記酸性成分吸収液及び前記塩基性成分吸収液それぞれに吸収させて採取する採取工程と、を備えていることを特徴とする気体成分採取方法である。本発明に係る気体成分採取方法は、前記採取工程後、前記光触媒薄膜層の表面に、洗浄液を供給する洗浄液供給工程と、前記光触媒薄膜層に光を照射して光触媒を励起させて前記洗浄液を前記光触媒膜層上に拡散させ、前記光触媒薄膜層に拡散されている前記酸性成分吸収液及び前記塩基性成分吸収液を前記光触媒薄膜層から排出させて収集する収集工程とを備えていることが好ましい。さらに、本発明は、本発明に係る気体成分採取装置の筒状部材の前記光触媒薄膜層に光を照射して光触媒を励起させて、供給された酸性成分吸収液及び塩基性成分吸収液それぞれを光触媒膜層上に拡散させる吸収液拡散工程と、測定対象である前記試料気体を前記筒状部材内に供給し、前記試料気体に含まれる分析酸性成分及び分析塩基性成分を前記酸性成分吸収液及び前記塩基性成分吸収液それぞれに吸収させて採取する採取工程と、を備えていることを特徴とする気体成分採取方法である。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、分析塩基性成分と分析酸性成分を同時に採取できる気体成分採取装置及び気体成分採取方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明に係る気体成分採取装置の第１実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、第１実施形態に係る気体成分採取装置の概念斜視図、図２は、図１のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。
【００１２】
気体成分採取装置１０は、断面矩形状に形成されたデニューダ管１２と、ＨＮＯ３やＨＣｌなど分析酸性成分を吸収可能な酸性成分吸収液が収容された酸性成分吸収液容器１４と、ＮＨ３など分析塩基性成分を吸収可能な塩基性成分吸収液が収容された塩基性成分吸収液容器１６と、試料気体をデニューダ管１２の下方からデニューダ管１２内に供給する試料気体供給部１８と、光触媒を励起させるための光照射部２０と、洗浄液が貯留された洗浄液容器２２と、気体成分が吸収された酸性成分吸収液及び塩基性成分吸収液それぞれが収集される吸収液収集部２４と、気体成分装置１０の動作を制御する制御部２６と、を備えている。
【００１３】
デニューダ管１２は、光触媒を励起させるための波長２００〜７００ｎｍの光が透過する材質、例えば、石英やガラスなどによって形成されている。デニューダ管１２の筒内部には、矩形の長辺を二分する位置に、板部材２８が、矩形の短辺を形成しているデニューダ管１２の側壁１２Ａ、１２Ｂと平行となるように配置されており、この板部材２８は、デニューダ管１２と同一の素材によって形成されている。
【００１４】
両側壁１２Ａ、１２Ｂの内面、及び板部材２８の表面、裏面には、特定波長の光を受けると光励起されて超親水化される光触媒を含む光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄが被膜されている。光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄは、いずれもデニューダ管１２の軸方向、すなわちデニューダ管１２の上面及び底面の垂直方向に延びる帯状に形成されている。これら光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄは、このように形成し配置することにより、対向する各光触媒薄膜層がデニューダ管１２の平面方向、すなわち筒状部材の軸方向と垂直に交わる面と平行な方向において、接することなく間隔をおいて配置することができる。光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄに含まれている光触媒としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズを挙げることができ、これらの中では、酸化チタンが好ましく、アナターゼ型酸化チタンがさらに好ましい。光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄは、単一の光触媒を用いた単一膜としても、複数の光触媒を用いた複合膜としてもよい。
【００１５】
試料気体供給部１８は、デニューダ管１２の上方にポンプ１１を備えており、このポンプ１１の上方からの吸引によって、試料気体３１（図１及び３参照）をデニューダ管１２の下方から筒内部に供給することができる。
【００１６】
酸性成分吸収液容器１４及び塩基性成分吸収液容器１６は、それぞれ二つずつ対となって設けられており、酸性成分吸収液容器１４には、ＨＮＯ３やＨＣｌなどの分析酸性成分を吸収可能な酸性成分吸収液が、塩基性成分吸収液容器１６には、ＮＨ３などの分析塩基性成分を吸収可能な塩基性成分吸収液が貯留されている。また、洗浄容器２２には、洗浄液が貯留されている。酸性成分吸収液としては、例えば、炭酸ナトリウム、及び水酸化カリウムが挙げられ、塩基性成分吸収液としては、例えば、クエン酸が挙げられ、洗浄液としては、例えば、純水が挙げられる。
【００１７】
光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄそれぞれに対応させて、三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄが設けられており、これら三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄは、酸性成分吸収液容器１４又は塩基性成分吸収容器１６、洗浄液容器２２、及び光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄにそれぞれの供給チューブ１５、１７、２３、４０を介して接続されている。すなわち、酸性成分吸収液容器１４、１４は、酸性成分吸収液供給チューブ１５を介して、三方弁４１Ａ、４１Ｄに接続され、塩基性成分吸収液容器１６、１６は、塩基性成分吸収液供給チューブ１７を介して、三方弁４１Ｂ、４１Ｃに接続されている。また、洗浄液容器２２は、途中で４つに分岐された洗浄液供給チューブ２３を介して、三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄに接続されている。さらには、酸性成分吸収液若しくは塩基性成分吸収液、又は洗浄液は、三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄを切り替えることにより、共通供給チューブ４０に供給可能であり、共通供給チューブ４０それぞれが光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄの上端近傍の表面に接続されている。
【００１８】
酸性成分吸収液供給チューブ１５、塩基性成分吸収液供給チューブ１７及び洗浄液供給チューブ２３それぞれには、ベリスタルティックポンプなどのポンプ１３、１９、２１が設けられ、これらポンプ１３、１９、２１によって、それぞれ必要量の酸性成分吸収液、塩基性成分吸収液、及び洗浄液を三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ及び共通供給チューブ４０を介して光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄの上端近傍の表面に供給することができる。
【００１９】
光触媒を励起させるための光照射部２０は、円筒形のランプであり、光触媒を励起させるための波長２００〜７００ｎｍの光が照射できるように構成されている。ランプは、円筒形のランプの長軸がデニューダ管１２の軸と平行となるように側壁１２Ａ及び１２Ｂの外側に配置され、すべての光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄに光が照射可能となっている。
【００２０】
吸収液収集部２４は、分析酸性成分が吸収された酸性成分吸収液が収容される酸性成分収集容器２４Ａ及び分析塩基性成分が吸収された塩基性成分吸収液が収容される塩基性成分収集容器２４Ｂを備えている。酸性成分収集容器２４Ａは、収集チューブ２４Ｃを介して光触媒薄膜層３０Ａ及び３０Ｄに接続され、塩基性成分収集容器２４Ｂは、収集チューブ２４Ｃを介して光触媒薄膜層３０Ｂ及び３０Ｃに接続され、これら収集チューブ２４Ｃには、バルブ４５が設けられている。収集チューブ２４Ｃの基端は、それぞれ光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄの下端近傍に接続され、分析酸性成分が吸収された酸性成分吸収液及び分析塩基性成分が吸収された塩基性成分吸収液は、収集チューブ２４Ｃを通ってそれぞれ酸性成分収集容器２４Ａ及び塩基性成分収集容器２４Ｂに収集される。
【００２１】
制御部２６は、ポンプ１１、１３、１９及び２１、三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ、バルブ４５それぞれに接続され、以下のようにこれらを制御することによって、気体成分の採取を行うことができる。
【００２２】
次に、第１実施形態の気体成分採取装置１０を用いた気体成分採取方法を説明する。図３は、気体成分を採取している状態を示す模式図、図４は、光触媒薄膜層上の酸性成分吸収液の拡散状態を示す模式図、図５は、光触媒薄膜層上の洗浄液の拡散と酸性成分吸収液を排出する状態を示す模式図、図６は、光触媒薄膜層上の酸性成分吸収液の再拡散の状態を示す模式図、図７は、第１実施形態に係る気体成分採取方法のフローチャートである。
【００２３】
第１実施形態の気体成分採取装置１０を用いた気体成分採取方法は、酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８を供給する吸収液供給工程と、酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８を拡散する吸収液拡散工程と、分析酸性成分３２又は分析塩基性成分３６を酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８に吸収させる採取工程と、洗浄液４４を供給する洗浄液供給工程と、洗浄液４４を拡散させ、酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８を収集する収集工程とからなる（図３等参照）。気体の採取開始前の第１実施形態の気体成分採取装置１０は、三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、及び４１Ｄを「閉」、バルブ４５を「閉」、及びランプを「オフ」としている。
【００２４】
吸収液供給工程において、制御部２６は、三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、又は４１Ｄを酸性成分吸収液チューブ１５及び塩基性成分吸収液チューブ１７と連通状態とした後に、ポンプ１３及び１９を稼働し、酸性成分吸収液容器１４及び塩基性成分吸収液容器１６から酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８を酸性成分吸収液チューブ１５及び塩基性成分吸収液チューブ１７、三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、又は４１Ｄ、並びに共通供給チューブ４０を介して、光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄの上端近傍の表面に供給する。供給された酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８は、表面張力により図４（ａ）に示されるように滴状になる。酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８が必要量供給された後、制御部２６は、三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、又は４１Ｄを「閉」の状態に戻す。
【００２５】
吸収液拡散工程において、制御部２６は、先ずランプを「オン」にして、光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄに光を照射する。光が照射されると、光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄは、励起され、滴状の酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８は、図４（ｂ）に示されるように拡散し、図４（ｃ）に示されるように酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８の薄膜層である酸性成分吸収液層及び塩基性成分吸収液層がそれぞれ光触媒薄膜層上に形成される。このように光触媒の超親水作用を利用して酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８を拡散することにより、酸性成分吸収液層及び塩基性成分吸収液層を均一に形成することができ、さらに酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８が飛散して混ざり合い、中和反応等の化学反応を生じさせることもない。酸性成分吸収液層及び塩基性成分吸収液層を形成するのに十分な時間経過後、制御部２６は、ランプを「オフ」にする。
【００２６】
採取工程において、制御部２６は、デニューダ管１２の上に備えられた試料気体供給部１８のポンプ１１を稼働することによって、デニューダ管１２の下方から試料気体３１をデニューダ管１２内を通して上方に向かって通気する。図３に示されるように、試料気体３１には分析酸性成分３２及び分析塩基性成分３６の他に、エアロゾル４２も含まれている。エアロゾル４２は、ある程度の質量を有するので慣性力が働き、対向する側壁１２Ａ又は１２Ｂと板部材２８との間を通気方向に通過する。一方、分析酸性成分３２及び分析塩基性成分３６は、質量が軽いので対向する側壁１２Ａ又は１２Ｂと板部材２８との間に全体的に広がる。広がった分析酸性成分３２は、酸性成分吸収液３４に吸収され、分析塩基性成分３６は、塩基性成分吸収液３８に吸収される。これにより、分析酸性成分３２と分析塩基性成分３６とを同時に採取する。
【００２７】
洗浄液供給工程において、制御部２６は、三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、又は４１Ｄを洗浄液供給チューブ２３と連通状態とした後に、ポンプ２１を稼働して洗浄液４４を洗浄液容器２２から洗浄液供給チューブ２３に送る。送られた洗浄液４４は、共通供給チューブ４０に導かれ、光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄの上端近傍に供給される。供給された洗浄液４４は、図５（ａ）に示されるように表面張力により滴状になる。洗浄液４４が必要量供給された後、制御部２６は、三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、又は４１Ｄを「閉」の状態に戻す。
【００２８】
収集工程において、制御部２６は、ランプを「オン」、バルブ４５を「開」にして、光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄに光を照射する。光が照射されると、光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄは励起され、滴状の洗浄液４４は、図５（ｂ）に示されるように、酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８を押し出すように拡散し、図５（ｃ）に示されるように薄膜を形成する。このように光触媒の超親水作用を利用することにより、側壁１２Ａ及び１２Ｂ並びに板部材２８の表裏面にエアロゾル４２等が付着しても、洗浄液４４によって洗い流される。押し出された酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８は、側壁１２Ａ、１２Ｂ又は板部材２８の下から排出される。排出された酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８は、収集チューブ２４Ｃを通って酸性成分収集容器２４Ａ及び塩基性成分収集容器２４Ｂに収集される。収集を終了するのに十分な時間経過後、制御部２６は、ランプを「オフ」、バルブ４５を「閉」の状態に戻す。
【００２９】
酸性成分収集容器２４Ａ及び塩基性成分収集容器２４Ｂに収集された酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８は、図示されていない液体クロマトグラフィーなどの分析装置により成分分析がされる。酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８には、同一の試料気体から同時に分析酸性成分３２及び分析塩基性成分３６を採取しているので、成分分析を一度に行うことができ、そのため誤差も小さく、簡便である。
【００３０】
連続で気体成分を採取する場合は、図７に示されるように、収集工程後、吸収液供給工程に戻り、同様の工程を繰り返せばよい。すなわち、まず、酸性成分吸収液３４又は塩基性成分吸収液３８を光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄの上端近傍に供給する。供給された酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８は、図６（ａ）に示されるように表面張力により滴状になる。次に、吸収液拡散工程において、光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄに光を照射する。光が照射された光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄは励起され、滴状の酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８が図６（ｂ）に示されるように、洗浄液４４を押し出すように拡散し、図６（ｃ）に示されるように酸性成分吸収液層及び塩基性成分吸収液層を形成する。次に、採取工程において、再度気体成分を採取する。その後、収集工程において、酸性成分収集容器２４Ａ及び塩基性成分収集容器２４Ｂに気体成分を収集する。酸性成分収集容器２４Ａ及び塩基性成分収集容器２４Ｂは、これらの工程が繰り返されるごとに新しい容器と交換するのが好ましい。交換は、制御部２６により自動的に制御することができる。
【００３１】
第１実施形態に係る気体成分採取装置１０において、デニューダ管１２は、着脱可能に構成しても良く、その場合、吸収液拡散工程において、酸性成分吸収液層及び塩基性成分吸収液層を形成した後に、デニューダ管１２を取り出し、自然風等によって採取工程を行った後に、デニューダ管１２を戻して、洗浄液供給工程以降の工程を行う。
【００３２】
また、第１実施形態に係る気体成分採取装置１０においては、酸性成分吸収液容器１４及び塩基性成分吸収液容器１６をそれぞれ２つ用いたが、それぞれ１つにし、酸性成分吸収液供給チューブ１５及び塩基性成分吸収液供給チューブ１７を分岐させて側壁１２Ａ及び１２Ｂ並びに板部材２８に供給してもよい。酸性成分収集容器２４Ａ及び塩基性成分収集容器２４Ｂもそれぞれ２つ用いたが、それぞれ１つとし、まとめて収集してもよい。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る気体成分採取装置の第２実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図８は、第２実施形態に係る気体成分採取装置に用いられるデニューダ管の概念斜視図である。
【００３４】
第２実施形態に係る気体成分採取装置には、図８に示される矩形筒状のデニューダ管５２が用いられる。デニューダ管５２の筒内部には、矩形の長辺を三分する位置に、板部材５４及び５６が、矩形の短辺を形成しているデニューダ管５２の側壁５２Ａ、５２Ｂと平行となるように配置されている。
【００３５】
両側壁５２Ａ、５２Ｂの内面、及び板部材５４、５６の表裏面には、特定波長の光を受けると光励起されて超親水化される光触媒を含む光触媒薄膜層６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ、６０Ｅ、６０Ｆが被膜されている。光触媒薄膜層６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ、６０Ｅ、６０Ｆは、いずれもデニューダ管５２の軸方向、すなわちデニューダ管５２の上面及び底面の垂直方向に延びる帯状に形成されている。デニューダ管５２以外は、第１実施形態に係る気体成分採取装置と同様に構成できるが、その場合は、光触媒膜層の数が第１実施形態に係る気体成分採取装置よりも多いので、それに対応させて供給チューブ等が設置される。
【００３６】
（第３実施形態）
次に、本発明に係る気体成分採取装置１０の第３実施形態について図面に基づいて説明する。図９は、第３実施形態に係る気体成分採取装置の概念図である。第３実施形態に係る気体成分採取装置１０は、図に示すようにデニューダ管１２の下方に試料気体供給管７０が接続され、その試料気体供給管７０の基端には、サイクロンなどの粒子分級器７１が接続されており、供給される試料気体は、粒子分級器７１及び試料気体供給管７０を介してデニューダ管１２に供給されるよう構成されている。また、デニューダ管１２の上方には、粒子捕集用フィルター７２が設けられ、その上方にはポンプ１１に接続された試料気体排出管７３が接続され、デニューダ管１２から粒子捕集用フィルター７２及び試料気体排出管７３を介して試料気体が排出されるよう構成されている。第３実施形態において、試料気体供給管７０及び試料気体排出管７３には、それぞれ三方弁７４及び７５が設けられており、図９に示すようにこれら三方弁７４及び７５は、連結管７６によって連通している。制御部２６は、これら三方弁７４及び７５に接続され、制御するよう構成されている。デニューダ管１２には、板部材が配置されていないため、それに対応して酸性成分吸収液容器１４及び塩基性成分吸収液容器１６はそれぞれ１つしかない等以外は第１実施形態に係る気体成分採取装置と同様に構成されている。
【００３７】
第３実施形態に係る気体成分採取装置１０において、ポンプ１１を常時稼働しておき、試料気体が連通管７６を通るように、三方弁７４及び７５を開いておく。そして、採取工程において、試料気体がデニューダ管１２を通るように、三方弁７４及び７５を切替える。この際、試料気体は、先ず粒子分級器７１を通るので、大きな粒子（エアロゾル）が取り除かれた状態でデニューダ管１２に供給され、さら粒子捕集用フィルター７２によって粒子分級器７１によって取り除かれない大きさの粉塵などが捕集される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１実施形態に係る気体成分採取装置の概念斜視図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ’断面図である。
【図３】気体成分を採取している状態を示す模式図である。
【図４】光触媒薄膜層上の酸性成分吸収液の拡散状態を示す模式図である。
【図５】光触媒薄膜層上の洗浄液の拡散と酸性成分吸収液を排出する状態を示す模式図である。
【図６】光触媒薄膜層上の酸性成分吸収液の再拡散の状態を示す模式図である。
【図７】第１実施形態に係る気体成分採取方法のフローチャートである。
【図８】第２実施形態に係る気体成分採取装置に用いられるデニューダ管の概念斜視図である。
【図９】図９は、第３実施形態に係る気体成分採取装置の概念図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０・・・気体成分採取装置
１２・・・デニューダ管
１４・・・酸性成分吸収液容器
１６・・・塩基性成分吸収液容器
１８・・・試料気体供給部
２０・・・光照射部
２２・・・洗浄液容器
２４・・・吸収液収集部
２６・・・制御部
２８・・・板部材
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ・・・光触媒薄膜層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中の微量ガスや微量揮発性物質など気体成分を分析するために用いる気体成分を採取する気体成分採取装置及び気体成分採取方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への関心が高まり、様々な科学的な測定が行われており、その一つとして、大気中の成分分析などが挙げられる。大気中の成分分析を行うためには、先ず、大気中の気体成分を採取しなければならず、その気体成分を採取する気体成分採取装置としては、デニューダ管を用いたものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
デニューダ管を用いた気体成分採取装置は、特定波長の光を受けると光励起されて超親水化される光触媒を含む光触媒薄膜層が内面に被膜され、前記特定波長の光を透過する材質で形成されたデニューダ管と、測定対象である試料気体をデニューダ管内に供給する試料気体供給手段と、試料気体中に含まれる気体成分を吸収するための気体成分吸収液を光触媒薄膜層の表面に供給する気体成分吸収液供給手段と、前記特定波長の光を照射する光照射手段と、を備えており、気体成分が吸収された吸収液を洗浄水によって光触媒薄膜層から洗い流すことによって気体成分を採取するよう構成されている。
【特許文献１】特許第３０８７７２９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のデニューダ管を用いた気体成分採取装置において、気体成分吸収液は、ＮＨ３などの分析塩基性成分の吸収用のものとＨＮＯ３やＨＣｌなど分析酸性成分の吸収用のものは、異なり、分析塩基性成分の吸収用のデニューダ管と分析酸性成分の吸収用のデニューダ管それぞれが用意されており、分析塩基性成分と分析酸性成分を同時に採取することができないという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、分析塩基性成分と分析酸性成分を同時に採取できる気体成分採取装置及び気体成分採取方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の目的を達成するため、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、特定波長の光を受けると励起されて超親水化される光触媒を含み軸方向に延びる帯状の光触媒薄膜層が少なくとも一対、互いに平面方向に間隔をおいて筒状部材の内面に被膜させることによって、分析塩基性成分と分析酸性成分を同時に採取できることを見出した。すなわち、本発明は、特定波長の光を受けると励起されて超親水化される光触媒を含み軸方向に延びる帯状の光触媒薄膜層が、少なくとも一対、互いに平面方向に間隔をおいて内面に被膜され、前記特定波長の光を透過する材質で形成された筒状部材と、試料気体中に含まれる分析酸性成分を吸収可能な酸性成分吸収液を前記光触媒薄膜層の一方に供給する酸性成分吸収液供給手段と、前記試料気体中に含まれる分析塩基性成分を吸収可能な塩基性成分吸収液を前記光触媒薄膜層の他方に供給する塩基性成分吸収液供給手段とを備えていることを特徴とする気体成分採取装置である。本発明に係る気体成分採取装置において、平面方向とは、筒状部材の軸方向に垂直に交わる面と平行な方向をいう。
【０００７】
本発明に係る気体成分採取装置において、前記筒状部材は、対向する内面を少なくとも一対有する角筒状であり、前記対向する一対の内面それぞれに光触媒薄膜層が被膜されていることが好ましく、また、前記筒状部材の内面に対向する板部材を少なくとも１つ設け、該板部材の表裏面及びそれに対向する筒状部材の内面それぞれに光触媒薄膜層が被膜され、対向する光触媒薄膜層の一方に前記酸性成分吸収液が供給され、他方に前記塩基性成分吸収液が供給されるよう構成されていることが好ましい。さらに、前記筒状部材は、着脱自在に構成されていることが好ましい。
【０００８】
また、本発明に係る気体成分採取装置は、前記特定波長の光を照射する光照射手段をさらに備えていることが好ましく、また、測定対象である試料気体を前記筒状部材内に供給する試料気体供給手段をさらに備えていることが好ましく、さらに前記光触媒薄膜層の表面に、洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、前記分析酸性成分又は前記分析塩基性成分を吸収した酸性成分吸収液及び塩基性成分吸収液を収集する吸収液収集手段とをさらに備えていることが好ましい。
【０００９】
また、本発明は、特定波長の光を受けると励起されて超親水化される光触媒を含み軸方向に延びる帯状の光触媒薄膜層が、少なくとも一対、互いに平面方向に間隔をおいて内面に被膜され、前記特定波長の光を透過する材質で形成された筒状部材の前記少なくとも一対の光触媒薄膜層の一方に試料気体中に含まれる分析酸性成分を吸収可能な酸性成分吸収液を供給し、他方に分析塩基性成分を吸収可能な塩基性成分吸収液を供給する吸収液供給工程と、前記光触媒薄膜層に光を照射して光触媒を励起させて、供給された酸性成分吸収液及び塩基性成分吸収液それぞれを光触媒膜層上に拡散させる吸収液拡散工程と、測定対象である前記試料気体を前記筒状部材内に供給し、前記試料気体に含まれる分析酸性成分及び分析塩基性成分を前記酸性成分吸収液及び前記塩基性成分吸収液それぞれに吸収させて採取する採取工程と、を備えていることを特徴とする気体成分採取方法である。本発明に係る気体成分採取方法は、前記採取工程後、前記光触媒薄膜層の表面に、洗浄液を供給する洗浄液供給工程と、前記光触媒薄膜層に光を照射して光触媒を励起させて前記洗浄液を前記光触媒膜層上に拡散させ、前記光触媒薄膜層に拡散されている前記酸性成分吸収液及び前記塩基性成分吸収液を前記光触媒薄膜層から排出させて収集する収集工程とを備えていることが好ましい。さらに、本発明は、本発明に係る気体成分採取装置の筒状部材の前記光触媒薄膜層に光を照射して光触媒を励起させて、供給された酸性成分吸収液及び塩基性成分吸収液それぞれを光触媒膜層上に拡散させる吸収液拡散工程と、測定対象である前記試料気体を前記筒状部材内に供給し、前記試料気体に含まれる分析酸性成分及び分析塩基性成分を前記酸性成分吸収液及び前記塩基性成分吸収液それぞれに吸収させて採取する採取工程と、を備えていることを特徴とする気体成分採取方法である。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、分析塩基性成分と分析酸性成分を同時に採取できる気体成分採取装置及び気体成分採取方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明に係る気体成分採取装置の第１実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、第１実施形態に係る気体成分採取装置の概念斜視図、図２は、図１のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。
【００１２】
気体成分採取装置１０は、断面矩形状に形成されたデニューダ管１２と、ＨＮＯ３やＨＣｌなど分析酸性成分を吸収可能な酸性成分吸収液が収容された酸性成分吸収液容器１４と、ＮＨ３など分析塩基性成分を吸収可能な塩基性成分吸収液が収容された塩基性成分吸収液容器１６と、試料気体をデニューダ管１２の下方からデニューダ管１２内に供給する試料気体供給部１８と、光触媒を励起させるための光照射部２０と、洗浄液が貯留された洗浄液容器２２と、気体成分が吸収された酸性成分吸収液及び塩基性成分吸収液それぞれが収集される吸収液収集部２４と、気体成分装置１０の動作を制御する制御部２６と、を備えている。
【００１３】
デニューダ管１２は、光触媒を励起させるための波長２００〜７００ｎｍの光が透過する材質、例えば、石英やガラスなどによって形成されている。デニューダ管１２の筒内部には、矩形の長辺を二分する位置に、板部材２８が、矩形の短辺を形成しているデニューダ管１２の側壁１２Ａ、１２Ｂと平行となるように配置されており、この板部材２８は、デニューダ管１２と同一の素材によって形成されている。
【００１４】
両側壁１２Ａ、１２Ｂの内面、及び板部材２８の表面、裏面には、特定波長の光を受けると光励起されて超親水化される光触媒を含む光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄが被膜されている。光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄは、いずれもデニューダ管１２の軸方向、すなわちデニューダ管１２の上面及び底面の垂直方向に延びる帯状に形成されている。これら光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄは、このように形成し配置することにより、対向する各光触媒薄膜層がデニューダ管１２の平面方向、すなわち筒状部材の軸方向と垂直に交わる面と平行な方向において、接することなく間隔をおいて配置することができる。光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄに含まれている光触媒としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズを挙げることができ、これらの中では、酸化チタンが好ましく、アナターゼ型酸化チタンがさらに好ましい。光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄは、単一の光触媒を用いた単一膜としても、複数の光触媒を用いた複合膜としてもよい。
【００１５】
試料気体供給部１８は、デニューダ管１２の上方にポンプ１１を備えており、このポンプ１１の上方からの吸引によって、試料気体３１（図１及び３参照）をデニューダ管１２の下方から筒内部に供給することができる。
【００１６】
酸性成分吸収液容器１４及び塩基性成分吸収液容器１６は、それぞれ二つずつ対となって設けられており、酸性成分吸収液容器１４には、ＨＮＯ３やＨＣｌなどの分析酸性成分を吸収可能な酸性成分吸収液が、塩基性成分吸収液容器１６には、ＮＨ３などの分析塩基性成分を吸収可能な塩基性成分吸収液が貯留されている。また、洗浄容器２２には、洗浄液が貯留されている。酸性成分吸収液としては、例えば、炭酸ナトリウム、及び水酸化カリウムが挙げられ、塩基性成分吸収液としては、例えば、クエン酸が挙げられ、洗浄液としては、例えば、純水が挙げられる。
【００１７】
光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄそれぞれに対応させて、三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄが設けられており、これら三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄは、酸性成分吸収液容器１４又は塩基性成分吸収容器１６、洗浄液容器２２、及び光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄにそれぞれの供給チューブ１５、１７、２３、４０を介して接続されている。すなわち、酸性成分吸収液容器１４、１４は、酸性成分吸収液供給チューブ１５を介して、三方弁４１Ａ、４１Ｄに接続され、塩基性成分吸収液容器１６、１６は、塩基性成分吸収液供給チューブ１７を介して、三方弁４１Ｂ、４１Ｃに接続されている。また、洗浄液容器２２は、途中で４つに分岐された洗浄液供給チューブ２３を介して、三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄに接続されている。さらには、酸性成分吸収液若しくは塩基性成分吸収液、又は洗浄液は、三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄを切り替えることにより、共通供給チューブ４０に供給可能であり、共通供給チューブ４０それぞれが光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄの上端近傍の表面に接続されている。
【００１８】
酸性成分吸収液供給チューブ１５、塩基性成分吸収液供給チューブ１７及び洗浄液供給チューブ２３それぞれには、ベリスタルティックポンプなどのポンプ１３、１９、２１が設けられ、これらポンプ１３、１９、２１によって、それぞれ必要量の酸性成分吸収液、塩基性成分吸収液、及び洗浄液を三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ及び共通供給チューブ４０を介して光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄの上端近傍の表面に供給することができる。
【００１９】
光触媒を励起させるための光照射部２０は、円筒形のランプであり、光触媒を励起させるための波長２００〜７００ｎｍの光が照射できるように構成されている。ランプは、円筒形のランプの長軸がデニューダ管１２の軸と平行となるように側壁１２Ａ及び１２Ｂの外側に配置され、すべての光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄに光が照射可能となっている。
【００２０】
吸収液収集部２４は、分析酸性成分が吸収された酸性成分吸収液が収容される酸性成分収集容器２４Ａ及び分析塩基性成分が吸収された塩基性成分吸収液が収容される塩基性成分収集容器２４Ｂを備えている。酸性成分収集容器２４Ａは、収集チューブ２４Ｃを介して光触媒薄膜層３０Ａ及び３０Ｄに接続され、塩基性成分収集容器２４Ｂは、収集チューブ２４Ｃを介して光触媒薄膜層３０Ｂ及び３０Ｃに接続され、これら収集チューブ２４Ｃには、バルブ４５が設けられている。収集チューブ２４Ｃの基端は、それぞれ光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄの下端近傍に接続され、分析酸性成分が吸収された酸性成分吸収液及び分析塩基性成分が吸収された塩基性成分吸収液は、収集チューブ２４Ｃを通ってそれぞれ酸性成分収集容器２４Ａ及び塩基性成分収集容器２４Ｂに収集される。
【００２１】
制御部２６は、ポンプ１１、１３、１９及び２１、三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ、バルブ４５それぞれに接続され、以下のようにこれらを制御することによって、気体成分の採取を行うことができる。
【００２２】
次に、第１実施形態の気体成分採取装置１０を用いた気体成分採取方法を説明する。図３は、気体成分を採取している状態を示す模式図、図４は、光触媒薄膜層上の酸性成分吸収液の拡散状態を示す模式図、図５は、光触媒薄膜層上の洗浄液の拡散と酸性成分吸収液を排出する状態を示す模式図、図６は、光触媒薄膜層上の酸性成分吸収液の再拡散の状態を示す模式図、図７は、第１実施形態に係る気体成分採取方法のフローチャートである。
【００２３】
第１実施形態の気体成分採取装置１０を用いた気体成分採取方法は、酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８を供給する吸収液供給工程と、酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８を拡散する吸収液拡散工程と、分析酸性成分３２又は分析塩基性成分３６を酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８に吸収させる採取工程と、洗浄液４４を供給する洗浄液供給工程と、洗浄液４４を拡散させ、酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８を収集する収集工程とからなる（図３等参照）。気体の採取開始前の第１実施形態の気体成分採取装置１０は、三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、及び４１Ｄを「閉」、バルブ４５を「閉」、及びランプを「オフ」としている。
【００２４】
吸収液供給工程において、制御部２６は、三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、又は４１Ｄを酸性成分吸収液チューブ１５及び塩基性成分吸収液チューブ１７と連通状態とした後に、ポンプ１３及び１９を稼働し、酸性成分吸収液容器１４及び塩基性成分吸収液容器１６から酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８を酸性成分吸収液チューブ１５及び塩基性成分吸収液チューブ１７、三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、又は４１Ｄ、並びに共通供給チューブ４０を介して、光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄの上端近傍の表面に供給する。供給された酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８は、表面張力により図４（ａ）に示されるように滴状になる。酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８が必要量供給された後、制御部２６は、三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、又は４１Ｄを「閉」の状態に戻す。
【００２５】
吸収液拡散工程において、制御部２６は、先ずランプを「オン」にして、光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄに光を照射する。光が照射されると、光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄは、励起され、滴状の酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８は、図４（ｂ）に示されるように拡散し、図４（ｃ）に示されるように酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８の薄膜層である酸性成分吸収液層及び塩基性成分吸収液層がそれぞれ光触媒薄膜層上に形成される。このように光触媒の超親水作用を利用して酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８を拡散することにより、酸性成分吸収液層及び塩基性成分吸収液層を均一に形成することができ、さらに酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８が飛散して混ざり合い、中和反応等の化学反応を生じさせることもない。酸性成分吸収液層及び塩基性成分吸収液層を形成するのに十分な時間経過後、制御部２６は、ランプを「オフ」にする。
【００２６】
採取工程において、制御部２６は、デニューダ管１２の上に備えられた試料気体供給部１８のポンプ１１を稼働することによって、デニューダ管１２の下方から試料気体３１をデニューダ管１２内を通して上方に向かって通気する。図３に示されるように、試料気体３１には分析酸性成分３２及び分析塩基性成分３６の他に、エアロゾル４２も含まれている。エアロゾル４２は、ある程度の質量を有するので慣性力が働き、対向する側壁１２Ａ又は１２Ｂと板部材２８との間を通気方向に通過する。一方、分析酸性成分３２及び分析塩基性成分３６は、質量が軽いので対向する側壁１２Ａ又は１２Ｂと板部材２８との間に全体的に広がる。広がった分析酸性成分３２は、酸性成分吸収液３４に吸収され、分析塩基性成分３６は、塩基性成分吸収液３８に吸収される。これにより、分析酸性成分３２と分析塩基性成分３６とを同時に採取する。
【００２７】
洗浄液供給工程において、制御部２６は、三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、又は４１Ｄを洗浄液供給チューブ２３と連通状態とした後に、ポンプ２１を稼働して洗浄液４４を洗浄液容器２２から洗浄液供給チューブ２３に送る。送られた洗浄液４４は、共通供給チューブ４０に導かれ、光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄの上端近傍に供給される。供給された洗浄液４４は、図５（ａ）に示されるように表面張力により滴状になる。洗浄液４４が必要量供給された後、制御部２６は、三方弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、又は４１Ｄを「閉」の状態に戻す。
【００２８】
収集工程において、制御部２６は、ランプを「オン」、バルブ４５を「開」にして、光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄに光を照射する。光が照射されると、光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄは励起され、滴状の洗浄液４４は、図５（ｂ）に示されるように、酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８を押し出すように拡散し、図５（ｃ）に示されるように薄膜を形成する。このように光触媒の超親水作用を利用することにより、側壁１２Ａ及び１２Ｂ並びに板部材２８の表裏面にエアロゾル４２等が付着しても、洗浄液４４によって洗い流される。押し出された酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８は、側壁１２Ａ、１２Ｂ又は板部材２８の下から排出される。排出された酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８は、収集チューブ２４Ｃを通って酸性成分収集容器２４Ａ及び塩基性成分収集容器２４Ｂに収集される。収集を終了するのに十分な時間経過後、制御部２６は、ランプを「オフ」、バルブ４５を「閉」の状態に戻す。
【００２９】
酸性成分収集容器２４Ａ及び塩基性成分収集容器２４Ｂに収集された酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８は、図示されていない液体クロマトグラフィーなどの分析装置により成分分析がされる。酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８には、同一の試料気体から同時に分析酸性成分３２及び分析塩基性成分３６を採取しているので、成分分析を一度に行うことができ、そのため誤差も小さく、簡便である。
【００３０】
連続で気体成分を採取する場合は、図７に示されるように、収集工程後、吸収液供給工程に戻り、同様の工程を繰り返せばよい。すなわち、まず、酸性成分吸収液３４又は塩基性成分吸収液３８を光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄの上端近傍に供給する。供給された酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８は、図６（ａ）に示されるように表面張力により滴状になる。次に、吸収液拡散工程において、光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄに光を照射する。光が照射された光触媒薄膜層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び３０Ｄは励起され、滴状の酸性成分吸収液３４及び塩基性成分吸収液３８が図６（ｂ）に示されるように、洗浄液４４を押し出すように拡散し、図６（ｃ）に示されるように酸性成分吸収液層及び塩基性成分吸収液層を形成する。次に、採取工程において、再度気体成分を採取する。その後、収集工程において、酸性成分収集容器２４Ａ及び塩基性成分収集容器２４Ｂに気体成分を収集する。酸性成分収集容器２４Ａ及び塩基性成分収集容器２４Ｂは、これらの工程が繰り返されるごとに新しい容器と交換するのが好ましい。交換は、制御部２６により自動的に制御することができる。
【００３１】
第１実施形態に係る気体成分採取装置１０において、デニューダ管１２は、着脱可能に構成しても良く、その場合、吸収液拡散工程において、酸性成分吸収液層及び塩基性成分吸収液層を形成した後に、デニューダ管１２を取り出し、自然風等によって採取工程を行った後に、デニューダ管１２を戻して、洗浄液供給工程以降の工程を行う。
【００３２】
また、第１実施形態に係る気体成分採取装置１０においては、酸性成分吸収液容器１４及び塩基性成分吸収液容器１６をそれぞれ２つ用いたが、それぞれ１つにし、酸性成分吸収液供給チューブ１５及び塩基性成分吸収液供給チューブ１７を分岐させて側壁１２Ａ及び１２Ｂ並びに板部材２８に供給してもよい。酸性成分収集容器２４Ａ及び塩基性成分収集容器２４Ｂもそれぞれ２つ用いたが、それぞれ１つとし、まとめて収集してもよい。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る気体成分採取装置の第２実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図８は、第２実施形態に係る気体成分採取装置に用いられるデニューダ管の概念斜視図である。
【００３４】
第２実施形態に係る気体成分採取装置には、図８に示される矩形筒状のデニューダ管５２が用いられる。デニューダ管５２の筒内部には、矩形の長辺を三分する位置に、板部材５４及び５６が、矩形の短辺を形成しているデニューダ管５２の側壁５２Ａ、５２Ｂと平行となるように配置されている。
【００３５】
両側壁５２Ａ、５２Ｂの内面、及び板部材５４、５６の表裏面には、特定波長の光を受けると光励起されて超親水化される光触媒を含む光触媒薄膜層６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ、６０Ｅ、６０Ｆが被膜されている。光触媒薄膜層６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ、６０Ｅ、６０Ｆは、いずれもデニューダ管５２の軸方向、すなわちデニューダ管５２の上面及び底面の垂直方向に延びる帯状に形成されている。デニューダ管５２以外は、第１実施形態に係る気体成分採取装置と同様に構成できるが、その場合は、光触媒膜層の数が第１実施形態に係る気体成分採取装置よりも多いので、それに対応させて供給チューブ等が設置される。
【００３６】
（第３実施形態）
次に、本発明に係る気体成分採取装置１０の第３実施形態について図面に基づいて説明する。図９は、第３実施形態に係る気体成分採取装置の概念図である。第３実施形態に係る気体成分採取装置１０は、図に示すようにデニューダ管１２の下方に試料気体供給管７０が接続され、その試料気体供給管７０の基端には、サイクロンなどの粒子分級器７１が接続されており、供給される試料気体は、粒子分級器７１及び試料気体供給管７０を介してデニューダ管１２に供給されるよう構成されている。また、デニューダ管１２の上方には、粒子捕集用フィルター７２が設けられ、その上方にはポンプ１１に接続された試料気体排出管７３が接続され、デニューダ管１２から粒子捕集用フィルター７２及び試料気体排出管７３を介して試料気体が排出されるよう構成されている。第３実施形態において、試料気体供給管７０及び試料気体排出管７３には、それぞれ三方弁７４及び７５が設けられており、図９に示すようにこれら三方弁７４及び７５は、連結管７６によって連通している。制御部２６は、これら三方弁７４及び７５に接続され、制御するよう構成されている。デニューダ管１２には、板部材が配置されていないため、それに対応して酸性成分吸収液容器１４及び塩基性成分吸収液容器１６はそれぞれ１つしかない等以外は第１実施形態に係る気体成分採取装置と同様に構成されている。
【００３７】
第３実施形態に係る気体成分採取装置１０において、ポンプ１１を常時稼働しておき、試料気体が連通管７６を通るように、三方弁７４及び７５を開いておく。そして、採取工程において、試料気体がデニューダ管１２を通るように、三方弁７４及び７５を切替える。この際、試料気体は、先ず粒子分級器７１を通るので、大きな粒子（エアロゾル）が取り除かれた状態でデニューダ管１２に供給され、さら粒子捕集用フィルター７２によって粒子分級器７１によって取り除かれない大きさの粉塵などが捕集される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１実施形態に係る気体成分採取装置の概念斜視図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ’断面図である。
【図３】気体成分を採取している状態を示す模式図である。
【図４】光触媒薄膜層上の酸性成分吸収液の拡散状態を示す模式図である。
【図５】光触媒薄膜層上の洗浄液の拡散と酸性成分吸収液を排出する状態を示す模式図である。
【図６】光触媒薄膜層上の酸性成分吸収液の再拡散の状態を示す模式図である。
【図７】第１実施形態に係る気体成分採取方法のフローチャートである。
【図８】第２実施形態に係る気体成分採取装置に用いられるデニューダ管の概念斜視図である。
【図９】図９は、第３実施形態に係る気体成分採取装置の概念図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０・・・気体成分採取装置
１２・・・デニューダ管
１４・・・酸性成分吸収液容器
１６・・・塩基性成分吸収液容器
１８・・・試料気体供給部
２０・・・光照射部
２２・・・洗浄液容器
２４・・・吸収液収集部
２６・・・制御部
２８・・・板部材
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ・・・光触媒薄膜層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定波長の光を受けると励起されて超親水化される光触媒を含み軸方向に延びる帯状の光触媒薄膜層が、少なくとも一対、互いに平面方向に間隔をおいて内面に被膜され、前記特定波長の光を透過する材質で形成された筒状部材と、
試料気体中に含まれる分析酸性成分を吸収可能な酸性成分吸収液を前記光触媒薄膜層の一方に供給する酸性成分吸収液供給手段と、
前記試料気体中に含まれる分析塩基性成分を吸収可能な塩基性成分吸収液を前記光触媒薄膜層の他方に供給する塩基性成分吸収液供給手段と、
を備えていることを特徴とする気体成分採取装置。
【請求項２】
前記筒状部材は、対向する内面を少なくとも一対有する角筒状であり、前記対向する一対の内面それぞれに光触媒薄膜層が被膜されていること特徴とする請求項１記載の気体成分採取装置。
【請求項３】
前記筒状部材の内面に対向する板部材を少なくとも１つ設け、該板部材の表裏面及びそれに対向する筒状部材の内面それぞれに光触媒薄膜層が被膜され、対向する光触媒薄膜層の一方に前記酸性成分吸収液が供給され、他方に前記塩基性成分吸収液が供給されるよう構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の気体成分採取装置。
【請求項４】
前記特定波長の光を照射する光照射手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の気体成分採取装置。
【請求項５】
前記筒状部材が着脱自在に構成されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の気体成分採取装置。
【請求項６】
測定対象である試料気体を前記筒状部材内に供給する試料気体供給手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の気体成分採取装置。
【請求項７】
前記光触媒薄膜層の表面に、洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、
前記分析酸性成分又は前記分析塩基性成分を吸収した酸性成分吸収液及び塩基性成分吸収液を収集する吸収液収集手段と
をさらに備えたことを特徴とする請求項６記載の気体成分採取装置。
【請求項８】
特定波長の光を受けると励起されて超親水化される光触媒を含み軸方向に延びる帯状の光触媒薄膜層が、少なくとも一対、互いに平面方向に間隔をおいて内面に被膜され、前記特定波長の光を透過する材質で形成された筒状部材の前記少なくとも一対の光触媒薄膜層の一方に試料気体中に含まれる分析酸性成分を吸収可能な酸性成分吸収液を供給し、他方に分析塩基性成分を吸収可能な塩基性成分吸収液を供給する吸収液供給工程と、
前記光触媒薄膜層に光を照射して光触媒を励起させて、供給された酸性成分吸収液及び塩基性成分吸収液それぞれを光触媒膜層上に拡散させる吸収液拡散工程と、
測定対象である前記試料気体を前記筒状部材内に供給し、前記試料気体に含まれる分析酸性成分及び分析塩基性成分を前記酸性成分吸収液及び前記塩基性成分吸収液それぞれに吸収させて採取する採取工程と、
を備えていることを特徴とする気体成分採取方法。
【請求項９】
前記採取工程後、前記光触媒薄膜層の表面に、洗浄液を供給する洗浄液供給工程と、
前記光触媒薄膜層に光を照射して光触媒を励起させて前記洗浄液を前記光触媒膜層上に拡散させ、前記光触媒薄膜層に拡散されている前記酸性成分吸収液及び前記塩基性成分吸収液を前記光触媒薄膜層から排出させて収集する収集工程と
を備えていることを特徴とする請求項８記載の気体成分採取方法。
【請求項１０】
請求項６記載の気体成分採取装置の筒状部材の前記光触媒薄膜層に光を照射して光触媒を励起させて、供給された酸性成分吸収液及び塩基性成分吸収液それぞれを光触媒膜層上に拡散させる吸収液拡散工程と、
測定対象である前記試料気体を前記筒状部材内に供給し、前記試料気体に含まれる分析酸性成分及び分析塩基性成分を前記酸性成分吸収液及び前記塩基性成分吸収液それぞれに吸収させて採取する採取工程と、
を備えていることを特徴とする気体成分採取方法。
【請求項１】
特定波長の光を受けると励起されて超親水化される光触媒を含み軸方向に延びる帯状の光触媒薄膜層が、少なくとも一対、互いに平面方向に間隔をおいて内面に被膜され、前記特定波長の光を透過する材質で形成された筒状部材と、
試料気体中に含まれる分析酸性成分を吸収可能な酸性成分吸収液を前記光触媒薄膜層の一方に供給する酸性成分吸収液供給手段と、
前記試料気体中に含まれる分析塩基性成分を吸収可能な塩基性成分吸収液を前記光触媒薄膜層の他方に供給する塩基性成分吸収液供給手段と、
を備えていることを特徴とする気体成分採取装置。
【請求項２】
前記筒状部材は、対向する内面を少なくとも一対有する角筒状であり、前記対向する一対の内面それぞれに光触媒薄膜層が被膜されていること特徴とする請求項１記載の気体成分採取装置。
【請求項３】
前記筒状部材の内面に対向する板部材を少なくとも１つ設け、該板部材の表裏面及びそれに対向する筒状部材の内面それぞれに光触媒薄膜層が被膜され、対向する光触媒薄膜層の一方に前記酸性成分吸収液が供給され、他方に前記塩基性成分吸収液が供給されるよう構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の気体成分採取装置。
【請求項４】
前記特定波長の光を照射する光照射手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の気体成分採取装置。
【請求項５】
前記筒状部材が着脱自在に構成されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の気体成分採取装置。
【請求項６】
測定対象である試料気体を前記筒状部材内に供給する試料気体供給手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の気体成分採取装置。
【請求項７】
前記光触媒薄膜層の表面に、洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、
前記分析酸性成分又は前記分析塩基性成分を吸収した酸性成分吸収液及び塩基性成分吸収液を収集する吸収液収集手段と
をさらに備えたことを特徴とする請求項６記載の気体成分採取装置。
【請求項８】
特定波長の光を受けると励起されて超親水化される光触媒を含み軸方向に延びる帯状の光触媒薄膜層が、少なくとも一対、互いに平面方向に間隔をおいて内面に被膜され、前記特定波長の光を透過する材質で形成された筒状部材の前記少なくとも一対の光触媒薄膜層の一方に試料気体中に含まれる分析酸性成分を吸収可能な酸性成分吸収液を供給し、他方に分析塩基性成分を吸収可能な塩基性成分吸収液を供給する吸収液供給工程と、
前記光触媒薄膜層に光を照射して光触媒を励起させて、供給された酸性成分吸収液及び塩基性成分吸収液それぞれを光触媒膜層上に拡散させる吸収液拡散工程と、
測定対象である前記試料気体を前記筒状部材内に供給し、前記試料気体に含まれる分析酸性成分及び分析塩基性成分を前記酸性成分吸収液及び前記塩基性成分吸収液それぞれに吸収させて採取する採取工程と、
を備えていることを特徴とする気体成分採取方法。
【請求項９】
前記採取工程後、前記光触媒薄膜層の表面に、洗浄液を供給する洗浄液供給工程と、
前記光触媒薄膜層に光を照射して光触媒を励起させて前記洗浄液を前記光触媒膜層上に拡散させ、前記光触媒薄膜層に拡散されている前記酸性成分吸収液及び前記塩基性成分吸収液を前記光触媒薄膜層から排出させて収集する収集工程と
を備えていることを特徴とする請求項８記載の気体成分採取方法。
【請求項１０】
請求項６記載の気体成分採取装置の筒状部材の前記光触媒薄膜層に光を照射して光触媒を励起させて、供給された酸性成分吸収液及び塩基性成分吸収液それぞれを光触媒膜層上に拡散させる吸収液拡散工程と、
測定対象である前記試料気体を前記筒状部材内に供給し、前記試料気体に含まれる分析酸性成分及び分析塩基性成分を前記酸性成分吸収液及び前記塩基性成分吸収液それぞれに吸収させて採取する採取工程と、
を備えていることを特徴とする気体成分採取方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２２２５６３（Ｐ２００９−２２２５６３Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６７５５５（Ｐ２００８−６７５５５）
【出願日】平成２０年３月１７日（２００８．３．１７）
【出願人】（０００１８１７６７）柴田科学株式会社 (32)
【出願人】（５９１２６７８５５）埼玉県 (71)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１７日（２００８．３．１７）
【出願人】（０００１８１７６７）柴田科学株式会社 (32)
【出願人】（５９１２６７８５５）埼玉県 (71)
【Ｆターム（参考）】
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