気体測定用装置
【課題】任意温度や任意雰囲気に置かれた材料に光照射して放散される化学物質放散量が測定可能な気体測定用装置を提供する。
【解決手段】被測定物５を設置するガス拡散容器１と、被測定物に光を照射する光照射手段２と、受光部位を可変可能とする機能を備えた遮光手段３と、被測定物温度を制御する温度制御手段４と、ガス拡散容器１にガス供給するガス供給手段６と、供給ガスを流量制御する流量制御手段７とガス捕集手段８を備える構成とすることにより、雰囲気や温度および供給気体流量などを変化させ光照射した時の被測定物５からの放散ガスを捕集することができる。
【解決手段】被測定物５を設置するガス拡散容器１と、被測定物に光を照射する光照射手段２と、受光部位を可変可能とする機能を備えた遮光手段３と、被測定物温度を制御する温度制御手段４と、ガス拡散容器１にガス供給するガス供給手段６と、供給ガスを流量制御する流量制御手段７とガス捕集手段８を備える構成とすることにより、雰囲気や温度および供給気体流量などを変化させ光照射した時の被測定物５からの放散ガスを捕集することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は家庭用機器などに使用される材料から揮発する化学物質放散量を測定するための気体測定用装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の揮発性化合物量の測定は、被測定物を一定容積の容器に設定し、所定の温湿度において一定の換気条件の下、気体中の化学物質量を定性定量分析することで行われ、これに必要な気体測定用装置は、温度や不純物濃度などの所定の測定条件を満足するために、測定対象となる物体（被測定物）を設置する容器を備え、また容器内部とその容器を設置する空間の気体浄化や温湿度制御が可能な手段を有している。（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図２は、非特許文献１に記載された従来の気体測定用装置を示すものである。図２に示すように、所定の内部体積を有する容器１３と、空気供給手段１４と、空気清浄手段１５と、流量制御手段１６、温度制御手段１７、空調手段１８などから構成されている。被測定物からの揮発性化合物の放散量は、温度によって変化するため、測定時の温度は重要な要因であり、可能な限り一定に維持しなければならない。従って、気体測定用装置において温度制御手段は重要な構成要素となっている。
【０００４】
また従来の気体測定用装置によれば、単一材料だけでなく複数の材料や部品から構成される物品からの化学物質量の測定も可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「シックハウス対策に役立つ小型チャンバー法 解説［ＪＩＳ Ａ １９０１］監修 村上周三、編集委員長 田辺新一」、日本規格協会発行、２００３年４月２１日、Ｐ．３７−５１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような気体測定用装置を必要とする分野は多岐にわたり、例えば種々の家庭用機器において、それらを構成する材料や部品等からの化学物質放散量を求める必要性が高まっている。それらの中には、プラスチック成型品や表面処理を施した材料などがあり、使用条件によって放散物質の量や種類が異なる場合があり、例えば太陽光などの光源からの受光によって材料表面や内部が性状変化を起こして、結果的に放散物質の量や種類が異なることが考えられる。
【０００７】
これに対して前記従来の装置構成では、種々の材料からの化学物質放散量を測定することは可能であるが、光照射状態、あるいは光照射と同時に大気や室内空気とは異なる雰囲気での化学物質放散量を測定するには、十分な対応がなされていなかった。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、目的とする材料に対して、任意受光状態や任意雰囲気で放散される化学物質の種類や放散量を、放散面の部位毎に測定できる気体測定用装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の気体測定用装置は、被測定物を設置するガス拡散容器と、被測定物に光を照射する光照射手段と、受光部位を可変可能とする機能を備えた遮光手段と、被測定物温度を制御する温度制御手段と、ガス拡散容器にガス供給するガス供給手段と、供給ガスを流量制御する流量制御手段とガス捕集手段を備える構成としたものである。
【００１０】
これによって、被測定物から放散される化学物質やその放散量を、任意受光部位や任意雰囲気の条件下で求めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の気体測定用装置は、被測定物に対する光照射手段と遮光手段を備えることにより、被測定物の任意部位への光照射の下、任意の材料を種々の雰囲気に配置した時、あるいは昇温させた時に、被測定物の任意部位から放散される化学物質の特定や量的評価が可能となり、材料の特性変化の抑制や、化学物質放散量の低減化など環境保全分野等での有効な技術開発に役立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における気体測定用装置の模式的構成図
【図２】従来の気体測定用装置の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の発明は、被測定物を設置するガス拡散容器と、被測定物に光を照射する光照射手段と、受光部位を可変可能とする機能を備えた遮光手段と、被測定物温度を制御する温度制御手段と、ガス拡散容器にガス供給するガス供給手段と、供給ガスを流量制御する流量制御手段とガス捕集手段を備える構成とすることにより、被測定物を光照射下で、任意気体に暴露し、かつ任意温度に制御した状態で被測定物からの放散物質を流通ガスと共に捕集することができる。
【００１４】
第２の発明は、特に第１の発明の気体測定用装置で、ガス拡散容器を、石英ガラスあるいは表面を不活性化処理したガラスあるいは表面を不活性化した金属あるいはフッ素樹脂などの耐熱性の材料で構成することにより、捕集する気体への不純物の混入を低減化できる。
【００１５】
第３の発明は、特に第１または第２の発明の気体測定用装置で、光照射手段を、発光光源を不活性化処理した透光性材料で覆う構造とすることにより、捕集する気体への不純物の混入を低減化できる。
【００１６】
第４の発明は、特に第１〜第３の発明の気体測定用装置で、光照射手段を、紫外線発光体を用いる構成とすることにより、太陽光受光時の紫外線による放散挙動の変化を知ることができる。
【００１７】
第５の発明は、特に第１〜第３の発明の気体測定用装置で、光照射手段を、分光照射可能な構成とすることで、照射する光の波長帯毎に被測定物からの放散物質を捕集することが可能となる。
【００１８】
第６の発明は、特に第１〜第５の発明の気体測定用装置で、光照射手段と被測定物との距離を可変制御することにより、光照射強度の変化に伴う放散物質を捕集することが可能となる。
【００１９】
第７の発明は、特に第１〜第６の発明の気体測定用装置で、ガス供給手段は、不活性ガスあるいは還元性ガスあるいは酸化性ガスのいずれも供給可能で、かつ含有する不純物成分を除去低減化した清浄ガスを供給することにより、光照射下でのそれぞれの雰囲気での放散物質の変化を知ることが可能となる。
【００２０】
第８の発明は、特に第７の発明の気体測定用装置で、供給気体を不活性気体から還元性気体に可変可能な構成することにより、放散挙動の雰囲気への依存性を知ることができる。
【００２１】
第９の発明は、特に第７の発明の気体測定用装置で、供給気体を不活性気体から酸化性気体に可変可能な構成とすることにより、放散挙動の雰囲気への依存性を知ることができる。
【００２２】
第１０の発明は、特に第１〜第９の発明の気体測定用装置で、被測定物温度を、昇温または降温のいずれでも制御可能な構成とすることで、光照射下かつ任意温度での放散物質の変化を知ることが可能となる。
【００２３】
第１１の発明は、特に第１〜第１０の発明の気体測定用装置で、流量制御手段によって供給ガス流量を増減させる構成とすることで、光照射下で被測定物表面近傍のガス移動量と放散物質の相関を知ることが可能となる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における気体測定用装置の模式的構成図である。
【００２６】
図１において、ガス拡散容器１には光照射手段２とガス流入口１０とガス流出口１１が設けられ、ガス拡散容器１の下部は開口形状を有し、支持手段１２に設置されている。支持手段１２には温度制御手段４が配置され、温度制御手段４の上に被測定物５が設置される。被測定物５の上部表面側には受光部位を可変可能とする機能を備えた遮光手段３が配置され、光の照射部位を変化させることができる。ガスの流通方向は、ガス供給手段６を上流側として、流量制御手段７を介して、ガス流入口１０からガス拡散容器１を経てガス流出口１１の下流側にガス捕集手段８とガス排出口９が設けられている。
【００２７】
被測定物５からの放散物質を捕集するには、被測定物５以外から放散される不純物の混入を可能な限り抑制しなければならない。従って、ガス拡散容器１は、表面を清浄にした石英ガラスや不活性化処理したガラスあるいは不活性化処理した金属、さらにはフッ素樹脂などの耐熱性の材料を使用することが好ましい。不活性処理は良好な酸化ケイ素被膜を形成するなど化学物質に対する吸着性が低いものが良い。また、ガス拡散容器１は円筒状など気体の偏流抑制と均一拡散に適した形状が好ましい。
【００２８】
同様に、不純物による汚染抑制の目的で、本装置を構成するガス拡散容器１以外の以下に説明する全ての構成要素やガス流路全体に対して、汚染抑制対策を講じなければならない。ここでも使用に適当であれば、石英もしくはテフロン（登録商標）、あるいは内面を不活性処理したガラスまたはステンレス等の材料で構成することが望ましい。
【００２９】
また、ガス流路の接合部についても、汚染を抑制できる素材もしくは抑制可能な手段を用いて構成しなければならない。また、流量制御手段７がガス拡散容器１の上流側に配置されているので、流量制御手段７の下流側での流量の安定性を確保するために、流路各部での気体の漏れがないようにしなければならない。特に、ガス拡散容器１と支持手段１２との接触部は、完全密閉は困難であることから、接触部から外部方向へのわずかなガス流出が発生する構造にすることも有効である。
【００３０】
光照射手段２は、ガス拡散容器１の内部で被測定物５の上方に配置するか、もしくはガス拡散容器１の外部で被測定物５の上方近傍に配置する。内部に配置する場合は、流通ガス中への不純物の混入防止のため、発光光源を不活性化処理した透光性材料で覆う構造にすることが有効である。外部に配置する場合は、ガス拡散容器１の材質は、透光性の高いものが必要である。
【００３１】
光源の具体的な例は、紫外線発光体、可視光発光体、赤外線発光体などである。連続波長であっても良いし、分光手段で任意の波長帯域に分光した光を照射してもよい。種々の光源での照射強度は、予め測定評価しておくことが好ましい。
【００３２】
被測定物５への光照射強度を変化させるために、光照射手段２は移動可変とする。これによって、被測定物５との距離を変化させ、光照射強度を変えることができる。この場合も、種々の光源での照射強度を予め測定評価しておくことが好ましい。
【００３３】
遮光手段３は、被測定物５への光照射部位を特定するものであり、被測定物５の表面上を表面に対して平行な任意方向に移動可能な構成とした受光部位を可変可能とする機能を備えており、光学的に不透明な平板に開孔部を設ける構成としたものである。
【００３４】
ガス供給手段６は、高圧ガスボンベあるいはエアポンプなど圧送式のガス供給源を有し、ガス中の不純物の除去手段も併せ持つ。本気体測定用装置のガス流路内の圧力は、大気レベルとなるようにする。図１の構成では、流路の終端であるガス排出口９が開放であるので、圧力は概ね大気レベルに維持できる。
【００３５】
供給気体が空気の場合は、大気或いは室内空気を供給源にしてよい。エアポンプは市販のものでよい。高圧ガスボンベは、気体の質が安定している点で有効である。不活性雰囲気あるいは還元性雰囲気あるいは酸化性雰囲気を用いる場合は、高圧ガスボンベの使用が適している。
【００３６】
被測定物５から放散される物質は、被測定物５の表面状態や雰囲気によって影響を受けることがあるので、種々の雰囲気条件における放散の差異を明らかにすることは有用である。従って、ガス供給手段６は、不活性気体あるいは還元性気体あるいは酸化性気体などを任意に混合制御し供給できることが好ましい。
【００３７】
不活性気体は、ヘリウム、窒素、アルゴンのいずれか、還元性気体は、水素あるいは一酸化炭素を不活性気体中に所定濃度で混合した気体、酸化性気体は、酸素を不活性気体中に所定濃度で混合した気体などであれば利便性が高い。
【００３８】
不純物の除去手段は、供給気体中の不純物成分を除去するために配置する。除去方式は、活性炭等の吸着剤を用いた吸着除去方式もしくは同等の手段でよい。その場合、予め気体流量と除去効率を評価し、高い除去率を長時間維持できるだけの吸着剤を使用するなどの工夫が必要である。具体的には、石英管やステンレス管などの筐体内に顆粒状活性炭を適量充填し、粉塵飛散防止のためのフィルターを浄化手段の出入り口に設置したものである。
【００３９】
温度制御手段４は、被測定物５への熱伝達を効果的に行う目的で、ヒータを内蔵した平板形状のものが適している。ヒータ動作のための電源やコントローラーは、ガス拡散容器１の外部に配置した方が良い。被測定物５は、温度制御手段４の表面に直接設置するか均熱板を設けて、その上に設置するなど、被測定物５の性状を考慮して決めるとよい。
【００４０】
被測定物５によっては、冷却時の放散ガス測定が必要かもしれないので、その場合は、ペルチェ素子などを使って温度制御するとよい。
【００４１】
流量制御手段７は、調整バルブ付フロート式流量計、あるいはそれと同等のものでよい。流量計によっては、供給気体を汚染することがあるので注意が必要である。ガス流入口１０には、ガス拡散板を設けることが有効である。供給する気体流量は、ガス捕集手段８の捕集流量以上に設定し、ガス排出口９からはガスが常時流出している状態を維持し、流量超過分のベント流路とする。
【００４２】
以上のように構成された気体測定用装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００４３】
放散は、被測定物５を構成する材料からの揮発性物質の周辺気体中への揮発によっておこるが、それら揮発物質は主に被測定物５の最表面および表面近傍から放散される。また、被測定物５の形状や表面および内部構造によっては、内部からの放散も十分に考えられる。
【００４４】
被測定物５の放散挙動に影響を与える要因としては、温度や湿度などのほか、周辺気体の性状や光などがある。光は、主に太陽光や室内照明に由来し、紫外線から可視光や赤外線による影響を日常的に受けている。このような要因と放散挙動の相関を知ることは、放散物質の抑制を意図するような場合に特に重要となる。
【００４５】
そのために、被測定物５からの放散ガスを、ガス流入口から供給する清浄ガス中に、ガス拡散容器１内部で均一拡散させ、ガス流出口１１から流出させた後、ガス捕集手段８によって適正な捕集剤に捕集する。ガス捕集手段８は、定量吸引が可能な吸引ポンプもしくは同等品でよい。
【００４６】
捕集剤は、揮発性有機化合物に対して市販されているＴＥＮＡＸあるいは活性炭などがある。捕集された放散ガスの分析は、一般的に揮発性有機化合物にはガスクロマトグラフ−質量分析装置（ＧＣＭＳ）を使用する。その具体方法は、ＪＩＳ Ａ １９０１などを参照できる。
【００４７】
本装置の構成によれば、被測定物５は、光照射手段２による光エネルギーによって化学的な状態変化を起こし得る。例えば、紫外線の場合、電子構造レベルでの吸収が起こりうる。高分子であれば、分子鎖の切断などによる分子量の変化、即ち高分子の劣化が起こる。
【００４８】
分子鎖の切断によって生成される過程で、特有の物質が放散されることが考えられる。本装置は、このような場合でも有効に機能する。
【００４９】
また、高分子材料は老化防止剤をはじめ、種々の添加剤を含有しており、紫外線に限らず可視光照射においても、これらの添加剤等が何らかの変化をすることが考えられる。この場合も、上記と同様に本装置は有効に機能する。
【００５０】
赤外線照射の場合、高分子材料などは特定の振動数領域で、分子中にある官能基特有の赤外線の吸収を示すため、材料の表面あるいは内部からの放散物質の移動にも何らかの影響が出るものと考えられる。この場合も、同様に本装置は有効に機能する。
【００５１】
光照射手段２にある光源を一定条件で固定した場合、被測定物５表面に対して照射波長並びに照射強度を一定に保持できる。従って、被測定物５に種々の材料を適用すれば、材料間の放散挙動の差異を比較できる。
【００５２】
一方、上記のように光源を一定条件で固定した場合、被測定物５の受光部位を任意に選択することで、被測定物５の放散挙動の表面部位による変化を知ることで、表面からの放散特性のマッピングが可能になり、本装置では、これを次のように行う。
【００５３】
まず、移動手段として被測定物５の表面に平行な２軸のスライド機構に配置した金属板のような不透明板の開孔材を遮光手段３として被測定物５の表面近傍に配置する。この状態で被測定物５の表面上にある遮光手段３を任意に移動させることが可能となり、被測定物５への光照射部位を任意に選択できる。
【００５４】
被測定物５への照射強度を変動させるには、光照射手段２と被測定物５との距離を変えることで対応可能である。被測定物５と光照射手段２との形状的な影響を考慮しなければ、被測定物５の表面における照射強度は、距離の自乗に逆比例するとしてよい。被測定物５と光照射手段２の間に、光吸収体などを介在させない方法であるので、照射強度と放散挙動の相関を直接的に評価できる。
【００５５】
次に、被測定物５への光照射と共に、放散挙動に影響を与える要因として雰囲気ガスが考えられる。従って、被測定物５を清浄空気以外に不活性雰囲気や還元性雰囲気あるいは酸化性雰囲気の下で、光照射することも有用である。被測定物５の表面は、それぞれの雰囲気中で、各ガス成分との平衡状態にあり、さらに光照射がなされることで、状態変化が誘発され、特有の放散挙動を示すことが考えられる。
【００５６】
各雰囲気のガス種については、記述の通りである。供給ガスは通常は空気でよいが、これに限定しない。空気の場合は、大気あるいは室内空気を利用できる。
【００５７】
本装置の気体流路内部を不活性雰囲気にするには、ヘリウム、窒素、アルゴンのような不活性気体を高圧ガス容器から供給すればよい。被測定物５の化学的変化を抑制したい時には、特に有効である。また、特定物質と被測定物５との相互作用による放散物質への影響を評価したい場合に、不活性気体中に特定物質を拡散供給することもできる。
【００５８】
本装置の気体流路内部を還元性雰囲気にするには、水素や一酸化炭素の使用が可能である。使用時の安全性の点を考慮すると、水素は不活性気体で適正濃度に希釈して供給する方が良い。また、一酸化炭素の場合も同様に、不活性気体で適正濃度に希釈して供給する方が良い。
【００５９】
本装置の気体流路内部を酸化性雰囲気にするには、酸素を利用するが、この場合も不活性気体で適正濃度に希釈して供給することになる。空気でも良いが、酸素濃度依存性を知るには前者のような濃度調整した気体がよい。
【００６０】
被測定物５の温度も、放散挙動に影響を与える要因である。放散は、被測定物５の表面近傍あるいは内部からの化学物質の揮発であるから、温度への依存性は強い。温度上昇とともに、被測定物５を構成する物質の熱運動が激しくなるので、放散量は増加する。従って、被測定物５の使用上限温度以下で、光照射しながら放散挙動を知ることは実用面で重要である。
【００６１】
温度制御手段４によって被測定物５を任意温度に保持制御する場合、まず室温において雰囲気を安定させた後、温度変化させることが望ましい。温度変化に際しては、本装置の全ての部位において、不純物となる外部からの気体の混入が発生しない様にしなければならない。従って、ガス排出口９からは、特にガス捕集手段８からのガス捕集量も考慮して、供給ガスが常時流出している状態を保たねばならない。
【００６２】
被測定物５の表面近傍における、雰囲気ガスの移動速度も放散挙動に影響を与える。被測定物５の表面と表面近傍での放散物質の濃度差が、放散量に関係することによる。本装置は、流通系であり、供給気体流量は、調整バルブ付フロート式流量計を使用した流量制御手段７によってガス拡散容器１の内部が所定の換気回数になるように調整する。これによって、被測定物５表面での雰囲気ガスの流速を可変制御して、放散量の流速依存性を知ることができる。
【００６３】
流通系では、放散物質の雰囲気中における分圧の過剰な上昇や飽和を防ぐことができる。分圧が高い状態は、被測定物５からの放散速度の抑制を生じるため、放散量を知るには不適切であるといえる。これを回避するには、供給ガスの流通によって被測定物５からの放散物質を外部へ移動させる必要がある。これに対して流通系が有効に機能する。
【００６４】
本装置には、被測定物５以外に放散源となり得るものがある。この放散源は、操作上で付着する微小なチリやホコリのほか、装置を構成する各構成要素に使用する種々の材料である。チリやホコリは、可能な限り清浄な操作をすることで混入を回避する。また、構成要素の材料については、表面が不活性な材料あるいは表面を不活性化処理した材料とすることにより改善される。
【００６５】
使用に適した材料は、既述したように石英もしくはテフロン（登録商標）、あるいは内面を不活性処理したガラスまたはステンレス等の材料である。いずれにしても、不純物の混入は、好ましくないので予め本装置がもつ不純物量を評価しておくことが好ましい。この場合、被測定物５が無い状態で、本装置自身の流路内からの放散物質を評価し、この状態を本装置のブランクとして扱うことになる。
【００６６】
以上説明したような種々の条件下での放散挙動の時間変化を追跡することも有効である。
【００６７】
以上のように、本実施の形態においては、任意部位に光照射された被測定物５からの放散ガスを、ガス流入口から供給する清浄ガス中に、ガス拡散容器１内部で均一拡散させ、ガス流出口１１から流出させた後、ガス捕集手段８によって適正な捕集剤することで、被測定物５から放散される化学物質の捕集と定性定量分析がなされ、放散挙動を知ることができる。これによって、種々の材料の光照射下における放散物質の定性的あるいは定量的な相関関係が明らかになる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上のように、本発明にかかる気体測定用装置は、光照射且つ種々の条件下での材料が放散する化学物質を、材料表面の任意部位について測定できるので、放散量の低減化など環境保全分野での有効な技術開発やその評価等、様々な用途展開ができる。
【符号の説明】
【００６９】
１ ガス拡散容器
２ 光照射手段
３ 遮光手段
４ 温度制御手段
５ 被測定物
６ ガス供給手段
７ 流量制御手段
８ ガス捕集手段
９ ガス排出口
１０ ガス流入口
１１ ガス流出口
１２ 支持手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は家庭用機器などに使用される材料から揮発する化学物質放散量を測定するための気体測定用装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の揮発性化合物量の測定は、被測定物を一定容積の容器に設定し、所定の温湿度において一定の換気条件の下、気体中の化学物質量を定性定量分析することで行われ、これに必要な気体測定用装置は、温度や不純物濃度などの所定の測定条件を満足するために、測定対象となる物体（被測定物）を設置する容器を備え、また容器内部とその容器を設置する空間の気体浄化や温湿度制御が可能な手段を有している。（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図２は、非特許文献１に記載された従来の気体測定用装置を示すものである。図２に示すように、所定の内部体積を有する容器１３と、空気供給手段１４と、空気清浄手段１５と、流量制御手段１６、温度制御手段１７、空調手段１８などから構成されている。被測定物からの揮発性化合物の放散量は、温度によって変化するため、測定時の温度は重要な要因であり、可能な限り一定に維持しなければならない。従って、気体測定用装置において温度制御手段は重要な構成要素となっている。
【０００４】
また従来の気体測定用装置によれば、単一材料だけでなく複数の材料や部品から構成される物品からの化学物質量の測定も可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「シックハウス対策に役立つ小型チャンバー法 解説［ＪＩＳ Ａ １９０１］監修 村上周三、編集委員長 田辺新一」、日本規格協会発行、２００３年４月２１日、Ｐ．３７−５１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような気体測定用装置を必要とする分野は多岐にわたり、例えば種々の家庭用機器において、それらを構成する材料や部品等からの化学物質放散量を求める必要性が高まっている。それらの中には、プラスチック成型品や表面処理を施した材料などがあり、使用条件によって放散物質の量や種類が異なる場合があり、例えば太陽光などの光源からの受光によって材料表面や内部が性状変化を起こして、結果的に放散物質の量や種類が異なることが考えられる。
【０００７】
これに対して前記従来の装置構成では、種々の材料からの化学物質放散量を測定することは可能であるが、光照射状態、あるいは光照射と同時に大気や室内空気とは異なる雰囲気での化学物質放散量を測定するには、十分な対応がなされていなかった。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、目的とする材料に対して、任意受光状態や任意雰囲気で放散される化学物質の種類や放散量を、放散面の部位毎に測定できる気体測定用装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の気体測定用装置は、被測定物を設置するガス拡散容器と、被測定物に光を照射する光照射手段と、受光部位を可変可能とする機能を備えた遮光手段と、被測定物温度を制御する温度制御手段と、ガス拡散容器にガス供給するガス供給手段と、供給ガスを流量制御する流量制御手段とガス捕集手段を備える構成としたものである。
【００１０】
これによって、被測定物から放散される化学物質やその放散量を、任意受光部位や任意雰囲気の条件下で求めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の気体測定用装置は、被測定物に対する光照射手段と遮光手段を備えることにより、被測定物の任意部位への光照射の下、任意の材料を種々の雰囲気に配置した時、あるいは昇温させた時に、被測定物の任意部位から放散される化学物質の特定や量的評価が可能となり、材料の特性変化の抑制や、化学物質放散量の低減化など環境保全分野等での有効な技術開発に役立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における気体測定用装置の模式的構成図
【図２】従来の気体測定用装置の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の発明は、被測定物を設置するガス拡散容器と、被測定物に光を照射する光照射手段と、受光部位を可変可能とする機能を備えた遮光手段と、被測定物温度を制御する温度制御手段と、ガス拡散容器にガス供給するガス供給手段と、供給ガスを流量制御する流量制御手段とガス捕集手段を備える構成とすることにより、被測定物を光照射下で、任意気体に暴露し、かつ任意温度に制御した状態で被測定物からの放散物質を流通ガスと共に捕集することができる。
【００１４】
第２の発明は、特に第１の発明の気体測定用装置で、ガス拡散容器を、石英ガラスあるいは表面を不活性化処理したガラスあるいは表面を不活性化した金属あるいはフッ素樹脂などの耐熱性の材料で構成することにより、捕集する気体への不純物の混入を低減化できる。
【００１５】
第３の発明は、特に第１または第２の発明の気体測定用装置で、光照射手段を、発光光源を不活性化処理した透光性材料で覆う構造とすることにより、捕集する気体への不純物の混入を低減化できる。
【００１６】
第４の発明は、特に第１〜第３の発明の気体測定用装置で、光照射手段を、紫外線発光体を用いる構成とすることにより、太陽光受光時の紫外線による放散挙動の変化を知ることができる。
【００１７】
第５の発明は、特に第１〜第３の発明の気体測定用装置で、光照射手段を、分光照射可能な構成とすることで、照射する光の波長帯毎に被測定物からの放散物質を捕集することが可能となる。
【００１８】
第６の発明は、特に第１〜第５の発明の気体測定用装置で、光照射手段と被測定物との距離を可変制御することにより、光照射強度の変化に伴う放散物質を捕集することが可能となる。
【００１９】
第７の発明は、特に第１〜第６の発明の気体測定用装置で、ガス供給手段は、不活性ガスあるいは還元性ガスあるいは酸化性ガスのいずれも供給可能で、かつ含有する不純物成分を除去低減化した清浄ガスを供給することにより、光照射下でのそれぞれの雰囲気での放散物質の変化を知ることが可能となる。
【００２０】
第８の発明は、特に第７の発明の気体測定用装置で、供給気体を不活性気体から還元性気体に可変可能な構成することにより、放散挙動の雰囲気への依存性を知ることができる。
【００２１】
第９の発明は、特に第７の発明の気体測定用装置で、供給気体を不活性気体から酸化性気体に可変可能な構成とすることにより、放散挙動の雰囲気への依存性を知ることができる。
【００２２】
第１０の発明は、特に第１〜第９の発明の気体測定用装置で、被測定物温度を、昇温または降温のいずれでも制御可能な構成とすることで、光照射下かつ任意温度での放散物質の変化を知ることが可能となる。
【００２３】
第１１の発明は、特に第１〜第１０の発明の気体測定用装置で、流量制御手段によって供給ガス流量を増減させる構成とすることで、光照射下で被測定物表面近傍のガス移動量と放散物質の相関を知ることが可能となる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における気体測定用装置の模式的構成図である。
【００２６】
図１において、ガス拡散容器１には光照射手段２とガス流入口１０とガス流出口１１が設けられ、ガス拡散容器１の下部は開口形状を有し、支持手段１２に設置されている。支持手段１２には温度制御手段４が配置され、温度制御手段４の上に被測定物５が設置される。被測定物５の上部表面側には受光部位を可変可能とする機能を備えた遮光手段３が配置され、光の照射部位を変化させることができる。ガスの流通方向は、ガス供給手段６を上流側として、流量制御手段７を介して、ガス流入口１０からガス拡散容器１を経てガス流出口１１の下流側にガス捕集手段８とガス排出口９が設けられている。
【００２７】
被測定物５からの放散物質を捕集するには、被測定物５以外から放散される不純物の混入を可能な限り抑制しなければならない。従って、ガス拡散容器１は、表面を清浄にした石英ガラスや不活性化処理したガラスあるいは不活性化処理した金属、さらにはフッ素樹脂などの耐熱性の材料を使用することが好ましい。不活性処理は良好な酸化ケイ素被膜を形成するなど化学物質に対する吸着性が低いものが良い。また、ガス拡散容器１は円筒状など気体の偏流抑制と均一拡散に適した形状が好ましい。
【００２８】
同様に、不純物による汚染抑制の目的で、本装置を構成するガス拡散容器１以外の以下に説明する全ての構成要素やガス流路全体に対して、汚染抑制対策を講じなければならない。ここでも使用に適当であれば、石英もしくはテフロン（登録商標）、あるいは内面を不活性処理したガラスまたはステンレス等の材料で構成することが望ましい。
【００２９】
また、ガス流路の接合部についても、汚染を抑制できる素材もしくは抑制可能な手段を用いて構成しなければならない。また、流量制御手段７がガス拡散容器１の上流側に配置されているので、流量制御手段７の下流側での流量の安定性を確保するために、流路各部での気体の漏れがないようにしなければならない。特に、ガス拡散容器１と支持手段１２との接触部は、完全密閉は困難であることから、接触部から外部方向へのわずかなガス流出が発生する構造にすることも有効である。
【００３０】
光照射手段２は、ガス拡散容器１の内部で被測定物５の上方に配置するか、もしくはガス拡散容器１の外部で被測定物５の上方近傍に配置する。内部に配置する場合は、流通ガス中への不純物の混入防止のため、発光光源を不活性化処理した透光性材料で覆う構造にすることが有効である。外部に配置する場合は、ガス拡散容器１の材質は、透光性の高いものが必要である。
【００３１】
光源の具体的な例は、紫外線発光体、可視光発光体、赤外線発光体などである。連続波長であっても良いし、分光手段で任意の波長帯域に分光した光を照射してもよい。種々の光源での照射強度は、予め測定評価しておくことが好ましい。
【００３２】
被測定物５への光照射強度を変化させるために、光照射手段２は移動可変とする。これによって、被測定物５との距離を変化させ、光照射強度を変えることができる。この場合も、種々の光源での照射強度を予め測定評価しておくことが好ましい。
【００３３】
遮光手段３は、被測定物５への光照射部位を特定するものであり、被測定物５の表面上を表面に対して平行な任意方向に移動可能な構成とした受光部位を可変可能とする機能を備えており、光学的に不透明な平板に開孔部を設ける構成としたものである。
【００３４】
ガス供給手段６は、高圧ガスボンベあるいはエアポンプなど圧送式のガス供給源を有し、ガス中の不純物の除去手段も併せ持つ。本気体測定用装置のガス流路内の圧力は、大気レベルとなるようにする。図１の構成では、流路の終端であるガス排出口９が開放であるので、圧力は概ね大気レベルに維持できる。
【００３５】
供給気体が空気の場合は、大気或いは室内空気を供給源にしてよい。エアポンプは市販のものでよい。高圧ガスボンベは、気体の質が安定している点で有効である。不活性雰囲気あるいは還元性雰囲気あるいは酸化性雰囲気を用いる場合は、高圧ガスボンベの使用が適している。
【００３６】
被測定物５から放散される物質は、被測定物５の表面状態や雰囲気によって影響を受けることがあるので、種々の雰囲気条件における放散の差異を明らかにすることは有用である。従って、ガス供給手段６は、不活性気体あるいは還元性気体あるいは酸化性気体などを任意に混合制御し供給できることが好ましい。
【００３７】
不活性気体は、ヘリウム、窒素、アルゴンのいずれか、還元性気体は、水素あるいは一酸化炭素を不活性気体中に所定濃度で混合した気体、酸化性気体は、酸素を不活性気体中に所定濃度で混合した気体などであれば利便性が高い。
【００３８】
不純物の除去手段は、供給気体中の不純物成分を除去するために配置する。除去方式は、活性炭等の吸着剤を用いた吸着除去方式もしくは同等の手段でよい。その場合、予め気体流量と除去効率を評価し、高い除去率を長時間維持できるだけの吸着剤を使用するなどの工夫が必要である。具体的には、石英管やステンレス管などの筐体内に顆粒状活性炭を適量充填し、粉塵飛散防止のためのフィルターを浄化手段の出入り口に設置したものである。
【００３９】
温度制御手段４は、被測定物５への熱伝達を効果的に行う目的で、ヒータを内蔵した平板形状のものが適している。ヒータ動作のための電源やコントローラーは、ガス拡散容器１の外部に配置した方が良い。被測定物５は、温度制御手段４の表面に直接設置するか均熱板を設けて、その上に設置するなど、被測定物５の性状を考慮して決めるとよい。
【００４０】
被測定物５によっては、冷却時の放散ガス測定が必要かもしれないので、その場合は、ペルチェ素子などを使って温度制御するとよい。
【００４１】
流量制御手段７は、調整バルブ付フロート式流量計、あるいはそれと同等のものでよい。流量計によっては、供給気体を汚染することがあるので注意が必要である。ガス流入口１０には、ガス拡散板を設けることが有効である。供給する気体流量は、ガス捕集手段８の捕集流量以上に設定し、ガス排出口９からはガスが常時流出している状態を維持し、流量超過分のベント流路とする。
【００４２】
以上のように構成された気体測定用装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００４３】
放散は、被測定物５を構成する材料からの揮発性物質の周辺気体中への揮発によっておこるが、それら揮発物質は主に被測定物５の最表面および表面近傍から放散される。また、被測定物５の形状や表面および内部構造によっては、内部からの放散も十分に考えられる。
【００４４】
被測定物５の放散挙動に影響を与える要因としては、温度や湿度などのほか、周辺気体の性状や光などがある。光は、主に太陽光や室内照明に由来し、紫外線から可視光や赤外線による影響を日常的に受けている。このような要因と放散挙動の相関を知ることは、放散物質の抑制を意図するような場合に特に重要となる。
【００４５】
そのために、被測定物５からの放散ガスを、ガス流入口から供給する清浄ガス中に、ガス拡散容器１内部で均一拡散させ、ガス流出口１１から流出させた後、ガス捕集手段８によって適正な捕集剤に捕集する。ガス捕集手段８は、定量吸引が可能な吸引ポンプもしくは同等品でよい。
【００４６】
捕集剤は、揮発性有機化合物に対して市販されているＴＥＮＡＸあるいは活性炭などがある。捕集された放散ガスの分析は、一般的に揮発性有機化合物にはガスクロマトグラフ−質量分析装置（ＧＣＭＳ）を使用する。その具体方法は、ＪＩＳ Ａ １９０１などを参照できる。
【００４７】
本装置の構成によれば、被測定物５は、光照射手段２による光エネルギーによって化学的な状態変化を起こし得る。例えば、紫外線の場合、電子構造レベルでの吸収が起こりうる。高分子であれば、分子鎖の切断などによる分子量の変化、即ち高分子の劣化が起こる。
【００４８】
分子鎖の切断によって生成される過程で、特有の物質が放散されることが考えられる。本装置は、このような場合でも有効に機能する。
【００４９】
また、高分子材料は老化防止剤をはじめ、種々の添加剤を含有しており、紫外線に限らず可視光照射においても、これらの添加剤等が何らかの変化をすることが考えられる。この場合も、上記と同様に本装置は有効に機能する。
【００５０】
赤外線照射の場合、高分子材料などは特定の振動数領域で、分子中にある官能基特有の赤外線の吸収を示すため、材料の表面あるいは内部からの放散物質の移動にも何らかの影響が出るものと考えられる。この場合も、同様に本装置は有効に機能する。
【００５１】
光照射手段２にある光源を一定条件で固定した場合、被測定物５表面に対して照射波長並びに照射強度を一定に保持できる。従って、被測定物５に種々の材料を適用すれば、材料間の放散挙動の差異を比較できる。
【００５２】
一方、上記のように光源を一定条件で固定した場合、被測定物５の受光部位を任意に選択することで、被測定物５の放散挙動の表面部位による変化を知ることで、表面からの放散特性のマッピングが可能になり、本装置では、これを次のように行う。
【００５３】
まず、移動手段として被測定物５の表面に平行な２軸のスライド機構に配置した金属板のような不透明板の開孔材を遮光手段３として被測定物５の表面近傍に配置する。この状態で被測定物５の表面上にある遮光手段３を任意に移動させることが可能となり、被測定物５への光照射部位を任意に選択できる。
【００５４】
被測定物５への照射強度を変動させるには、光照射手段２と被測定物５との距離を変えることで対応可能である。被測定物５と光照射手段２との形状的な影響を考慮しなければ、被測定物５の表面における照射強度は、距離の自乗に逆比例するとしてよい。被測定物５と光照射手段２の間に、光吸収体などを介在させない方法であるので、照射強度と放散挙動の相関を直接的に評価できる。
【００５５】
次に、被測定物５への光照射と共に、放散挙動に影響を与える要因として雰囲気ガスが考えられる。従って、被測定物５を清浄空気以外に不活性雰囲気や還元性雰囲気あるいは酸化性雰囲気の下で、光照射することも有用である。被測定物５の表面は、それぞれの雰囲気中で、各ガス成分との平衡状態にあり、さらに光照射がなされることで、状態変化が誘発され、特有の放散挙動を示すことが考えられる。
【００５６】
各雰囲気のガス種については、記述の通りである。供給ガスは通常は空気でよいが、これに限定しない。空気の場合は、大気あるいは室内空気を利用できる。
【００５７】
本装置の気体流路内部を不活性雰囲気にするには、ヘリウム、窒素、アルゴンのような不活性気体を高圧ガス容器から供給すればよい。被測定物５の化学的変化を抑制したい時には、特に有効である。また、特定物質と被測定物５との相互作用による放散物質への影響を評価したい場合に、不活性気体中に特定物質を拡散供給することもできる。
【００５８】
本装置の気体流路内部を還元性雰囲気にするには、水素や一酸化炭素の使用が可能である。使用時の安全性の点を考慮すると、水素は不活性気体で適正濃度に希釈して供給する方が良い。また、一酸化炭素の場合も同様に、不活性気体で適正濃度に希釈して供給する方が良い。
【００５９】
本装置の気体流路内部を酸化性雰囲気にするには、酸素を利用するが、この場合も不活性気体で適正濃度に希釈して供給することになる。空気でも良いが、酸素濃度依存性を知るには前者のような濃度調整した気体がよい。
【００６０】
被測定物５の温度も、放散挙動に影響を与える要因である。放散は、被測定物５の表面近傍あるいは内部からの化学物質の揮発であるから、温度への依存性は強い。温度上昇とともに、被測定物５を構成する物質の熱運動が激しくなるので、放散量は増加する。従って、被測定物５の使用上限温度以下で、光照射しながら放散挙動を知ることは実用面で重要である。
【００６１】
温度制御手段４によって被測定物５を任意温度に保持制御する場合、まず室温において雰囲気を安定させた後、温度変化させることが望ましい。温度変化に際しては、本装置の全ての部位において、不純物となる外部からの気体の混入が発生しない様にしなければならない。従って、ガス排出口９からは、特にガス捕集手段８からのガス捕集量も考慮して、供給ガスが常時流出している状態を保たねばならない。
【００６２】
被測定物５の表面近傍における、雰囲気ガスの移動速度も放散挙動に影響を与える。被測定物５の表面と表面近傍での放散物質の濃度差が、放散量に関係することによる。本装置は、流通系であり、供給気体流量は、調整バルブ付フロート式流量計を使用した流量制御手段７によってガス拡散容器１の内部が所定の換気回数になるように調整する。これによって、被測定物５表面での雰囲気ガスの流速を可変制御して、放散量の流速依存性を知ることができる。
【００６３】
流通系では、放散物質の雰囲気中における分圧の過剰な上昇や飽和を防ぐことができる。分圧が高い状態は、被測定物５からの放散速度の抑制を生じるため、放散量を知るには不適切であるといえる。これを回避するには、供給ガスの流通によって被測定物５からの放散物質を外部へ移動させる必要がある。これに対して流通系が有効に機能する。
【００６４】
本装置には、被測定物５以外に放散源となり得るものがある。この放散源は、操作上で付着する微小なチリやホコリのほか、装置を構成する各構成要素に使用する種々の材料である。チリやホコリは、可能な限り清浄な操作をすることで混入を回避する。また、構成要素の材料については、表面が不活性な材料あるいは表面を不活性化処理した材料とすることにより改善される。
【００６５】
使用に適した材料は、既述したように石英もしくはテフロン（登録商標）、あるいは内面を不活性処理したガラスまたはステンレス等の材料である。いずれにしても、不純物の混入は、好ましくないので予め本装置がもつ不純物量を評価しておくことが好ましい。この場合、被測定物５が無い状態で、本装置自身の流路内からの放散物質を評価し、この状態を本装置のブランクとして扱うことになる。
【００６６】
以上説明したような種々の条件下での放散挙動の時間変化を追跡することも有効である。
【００６７】
以上のように、本実施の形態においては、任意部位に光照射された被測定物５からの放散ガスを、ガス流入口から供給する清浄ガス中に、ガス拡散容器１内部で均一拡散させ、ガス流出口１１から流出させた後、ガス捕集手段８によって適正な捕集剤することで、被測定物５から放散される化学物質の捕集と定性定量分析がなされ、放散挙動を知ることができる。これによって、種々の材料の光照射下における放散物質の定性的あるいは定量的な相関関係が明らかになる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上のように、本発明にかかる気体測定用装置は、光照射且つ種々の条件下での材料が放散する化学物質を、材料表面の任意部位について測定できるので、放散量の低減化など環境保全分野での有効な技術開発やその評価等、様々な用途展開ができる。
【符号の説明】
【００６９】
１ ガス拡散容器
２ 光照射手段
３ 遮光手段
４ 温度制御手段
５ 被測定物
６ ガス供給手段
７ 流量制御手段
８ ガス捕集手段
９ ガス排出口
１０ ガス流入口
１１ ガス流出口
１２ 支持手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を設置するガス拡散容器と、被測定物に光を照射する光照射手段と、受光部位を可変可能とする機能を備えた遮光手段と、被測定物温度を制御する温度制御手段と、ガス拡散容器にガス供給するガス供給手段と、供給ガスを流量制御する流量制御手段とガス捕集手段を備えた気体測定用装置。
【請求項２】
ガス拡散容器は、石英ガラスあるいは表面を不活性化処理したガラスあるいは表面を不活性化した金属あるいはフッ素樹脂などの耐熱性の管状材料で構成される請求項１記載の気体測定用装置。
【請求項３】
光照射手段は、発光光源を不活性化処理した透光性材料で覆う構造とした請求項１または２に記載の気体測定用装置。
【請求項４】
光照射手段は、紫外線発光体を用いる請求項１〜３のいずれか１項に記載の気体測定用装置。
【請求項５】
光照射手段は、分光照射可能な構成である請求項１〜３のいずれか１項に記載の気体測定用装置。
【請求項６】
光照射手段は、被測定物との距離が可変である請求項１〜５のいずれか１項に記載の気体測定用装置。
【請求項７】
ガス供給手段は、不活性ガスあるいは還元性ガスあるいは酸化性ガスのいずれも供給可能で、かつ含有する不純物成分を除去低減化した清浄ガスを供給する請求項１〜６のいずれか１項に記載の気体測定用装置。
【請求項８】
供給気体を不活性気体から還元性気体に可変可能な請求項７記載の気体測定用装置。
【請求項９】
供給気体を不活性気体から酸化性気体に可変可能な請求項７記載の気体測定用装置。
【請求項１０】
被測定物温度は、昇温または降温のいずれにも制御可能な請求項１〜９のいずれか１項に記載の気体測定用装置。
【請求項１１】
流量制御手段によって供給ガス流量を増減させる請求項１〜１０のいずれか１項に記載の気体測定用装置。
【請求項１】
被測定物を設置するガス拡散容器と、被測定物に光を照射する光照射手段と、受光部位を可変可能とする機能を備えた遮光手段と、被測定物温度を制御する温度制御手段と、ガス拡散容器にガス供給するガス供給手段と、供給ガスを流量制御する流量制御手段とガス捕集手段を備えた気体測定用装置。
【請求項２】
ガス拡散容器は、石英ガラスあるいは表面を不活性化処理したガラスあるいは表面を不活性化した金属あるいはフッ素樹脂などの耐熱性の管状材料で構成される請求項１記載の気体測定用装置。
【請求項３】
光照射手段は、発光光源を不活性化処理した透光性材料で覆う構造とした請求項１または２に記載の気体測定用装置。
【請求項４】
光照射手段は、紫外線発光体を用いる請求項１〜３のいずれか１項に記載の気体測定用装置。
【請求項５】
光照射手段は、分光照射可能な構成である請求項１〜３のいずれか１項に記載の気体測定用装置。
【請求項６】
光照射手段は、被測定物との距離が可変である請求項１〜５のいずれか１項に記載の気体測定用装置。
【請求項７】
ガス供給手段は、不活性ガスあるいは還元性ガスあるいは酸化性ガスのいずれも供給可能で、かつ含有する不純物成分を除去低減化した清浄ガスを供給する請求項１〜６のいずれか１項に記載の気体測定用装置。
【請求項８】
供給気体を不活性気体から還元性気体に可変可能な請求項７記載の気体測定用装置。
【請求項９】
供給気体を不活性気体から酸化性気体に可変可能な請求項７記載の気体測定用装置。
【請求項１０】
被測定物温度は、昇温または降温のいずれにも制御可能な請求項１〜９のいずれか１項に記載の気体測定用装置。
【請求項１１】
流量制御手段によって供給ガス流量を増減させる請求項１〜１０のいずれか１項に記載の気体測定用装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−２０８９９１（Ｐ２０１１−２０８９９１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７４６９９（Ｐ２０１０−７４６９９）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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