加熱脱離チューブの選び方

Ⅳ章-4 Air Toxics

概要

米国の大気浄化法（Clean Air Act）により、EPA（米国環境保護庁）は大気環境基準を定めることが義務付けられています。中でも「有害大気汚染物質（Hazardous Air Pollutants: HAP）」は、人の健康に大きな影響を与えるため特に重要視されています。
加熱脱離技術の進歩により、EPAの Method TO-17 が登場しました。これは従来の吸着剤を使う TO-1 および TO-2 に代わる方法であり、さらにキャニスターを使う TO-14 や TO-15 の代替手段としても利用できます。
TO-17 に記載されている チューブの標準構成（Tube Style 2） は、現在の Air Toxics Tube の基本仕様となっています。このチューブは、歴史的に見ると TO-1 と TO-2 の機能を合わせ持つもので、キャニスターを使わずに単独で使用することも、キャニスターと組み合わせて使うことも可能です。

Air Toxics　チューブ構成

・標準構成　：チューブには、35 mm の Carbograph1 と 10 mm の Carbosieve SIII が充填されています。
・オプション：Carbosieve SIII は、 Carboxen 1000 または Carboxen 1003 に置き換えることもできます。
・内部構造　：各吸着剤は 3 mm のガラスウールで仕切られており、混ざらないようになっています。
・同等性　　：Carbograp 1 は Carbopack B と同等の性能を持つ吸着剤です。

C2/C3〜C12/C14 の揮発性有機化合物に対応

・対応範囲
　C2/C3 ～ C12/C14 の化合物（Compendium Method TO-14 対応の大気有害物質）を対象に、
　2 L の空気試料を処理できます。ただし条件は 相対湿度 65% 以下、温度 30℃ 以下です。

・高湿度・高温環境の場合
　相対湿度が 65% を超え、かつ温度が 30℃ を超える場合は、採取空気量を 0.5 L に減らすまたは
　 Carboxen 1003 を使用する（他のカーボンモレキュラーシーブより適している）のいずれかが
　推奨されます。

・より高い炭素数の化合物の場合
　揮発性が C4 以上の成分であれば、空気試料量を 5 L 以上まで拡張することも可能です。

適用温度

・最高使用温度　　　　　：400℃
・コンディショニング温度：350℃
・加熱脱離温度　　　　　：325℃

利点

・Air Toxics Tube は EPA TO-14 に定義された、プロペンからヘキサクロロ-1,3-ブタジエンまでの
　揮発性範囲に対応できる、非常に一般的なチューブです。
・Carbosieve SIII、Carboxen 1000、Carboxen 1003 から選択でき、用途に応じた柔軟な
　対応が可能です。
・バックグラウンドが非常に低いため、微量分析に適しています。

欠点

・高沸点成分（C12 以上）には対応できず、逆に C12 以上が存在すると汚染される可能性があります。

テクニカルガイド

・Air Toxics Tube は二層構造のチューブで、アクティブサンプリングに適しています。
・Camsco の Air Toxics Tube には、識別を容易にするための 2 本の環状バンドが付いています。
　（部品番号: SU60501）

・二層目に使用する吸着剤は、疎水性の強さに応じて選択可能です：
　Carboxen 1003 ＜ Carbosieve SIII ＜ Carboxen 1000

・標準仕様の Carbosieve SIII に代えて、Carboxen 1000（部品番号: SU60545）
　または Carboxen 1003（部品番号: SU60562） を選ぶことができます。
　　　※Carbosieve SIII は「やや疎水性」
　　　　Carboxen 1000 は「かなり親水性」
　　　　Carboxen 1003 は「非常に疎水性」

・高湿度の環境では、Carbosieve SIII であっても相当量の水を吸着してしまいます。
　そのため湿度の高い空気を採取した場合には、分析時に ドライパージ処理 または
　スプリット比 を上げて注入する必要があります。

図1. Air Toxics Tube で採取した郊外住宅地の大気中 VOC

図1：Leeder Consulting 提供
このクロマトグラムは、Air Toxics Tube で捕集した郊外住宅地域の大気中揮発性有機化合物（VOC）を示しています。
ピークには、ベンゼンやトルエンといった VOC に加え、周囲の植生由来のリモネンやピネンなどの揮発性精油成分も含まれています。
濃度は 0.1～1 ppb の範囲です。

図2. 同一環境基準試料を 2 本の Air Toxics Tube に導入した比較

図2 ：Karbiwnyk ら提供
同じ環境基準試料を Air Toxics Tube に導入した例。
乾燥空気で導入した場合（上段）と、相対湿度 70% の空気でドライパージなしで導入した場合（下段）を比較しています。
ピーク 2（クロロフルオロカーボン）は乾燥条件での保持時間からシフトし、さらにノイズスパイクによってピーク形状が歪んでいます。

図3. 同一環境基準試料を 2 本の Air Toxics Tube に導入した比較（さらに高湿度条件）

図3：Karbiwnyk ら提供
同じ環境基準試料を Air Toxics Tube に導入した例。乾燥空気で導入した場合（上段）と、相対湿度 95% の空気をドライパージ後に導入した場合（下段）の比較。両クロマトグラムのピークはほぼ同一に見えます。

他のチューブとの比較

・Air Toxics Tube は非常に人気の高いチューブです。これは、Carbograph 1 と Carbosieve SIII が
　カバーする揮発性範囲をシームレスに統合しているためで、特にキャニスターと組み合わせた場合、
　VVOC（高揮発性有機化合物）の分析においてほとんど最良の選択肢といえます。

・このチューブをさらに疎水性を高めるよう改良する方法として、Carbosieve SIII や Carboxen 1000
　を Carboxen 1003 に置き換える手段があります。Carboxen 1003 は水をさらに保持しにくい特性を
　持っています。

参考文献

US EPA Method TO-17: Determination of volatile organic compounds in ambient air using active
sampling onto sorbent tubes. EPA/625/R-96/010b, 1999

US EPA Methods TO-14 Second Supplement: Compendium of Methods for the Determination of
Toxic Organic Compounds in Ambient Air. 600/4-89-018, 1989

US EPA Air Toxics Website: http://www.epa.gov/ttn/atw/allabout.html

E. Hunter Daughtrey, K. D. Oliver, J. R. Adams, K. G. Kronmiller, W. A. Lonneman, W. A. McClenny,
A comparison of sampling and analysis methods for low-ppbC levels of volatile organic compounds
in ambient air, J. Environ. Monit., 2001, 3, 166-174

Christine M. Karbiwnyka, Craig S. Millsb, Detlev Helmigc, John W. Birksa, M inimization of water
vapor interference in the analysis of nonmethane volatile organic compounds by solid adsorbent
sampling. Journal of Chromatography A, 958 (2002) 219–229

UK Health and Safety Executive MDHS 72 (Volatile Organic Compounds in Air), "Laboratory Method
Using Pumped Solid Sorbent Tubes, Thermal Desorption and Gas Chromatography," Methods for the
Determination of Hazardous Substances (MDHS), Sheffield, UK.