加熱脱離チューブの選び方

Ⅳ章-7 TO-17 Style3 (Carbotrap300)

概要

人類の活動によって排出される VOC（揮発性有機化合物）は、年間およそ 142 テラグラム・カーボンに達すると推定されており、年々増え続けています。とはいえ、VOC の大半は今も植物から自然に放出されているものです。その中で、アメリカは世界全体の約 21％を占める最大の排出国です。また、米国の「大気浄化法（Clean Air Act）」は、EPA（環境保護庁）に対して「大気環境基準を定めなければならない」と定めています。この法律は 1990 年に最後の改正が行われました。

US EPA Method TO-17「吸着チューブによる能動サンプリングを用いた大気中揮発性有機化合物（VOC）の測定」では、濃度 0.5～25 ppbv レベルの VOC を、大気中で TD-GC/MS によりモニタリングする方法が記載されています。この方法は、対象化合物に合わせて選択した複数の吸着剤を組み合わせたチューブを用いることを基本としています。使用者のニーズに合わせてチューブ構成を柔軟に変更することも可能ですが、TO-17 では 「Tube Style 1」「Tube Style 2」「Tube Style 3」 の 3 種類の標準的なチューブ構成が推奨・規定されています。

この方法は、従来の吸着剤を用いた EPA Method TO-1 および TO-2 に代わるものであり、さらにキャニスターを用いた EPA Method TO-15 の代替手段としても利用できます。対象となる化合物リストは TO-15 と同じで、すなわち 1990 年改正の米国大気浄化法で有害大気汚染物質として規定された 97 種類の VOC の一部が含まれます。

TO-17 Style 3　チューブ構成

・チューブに13mm のCarbograph 2、25 mm の Carbograph 1、および 13 mm の Carbosieve SIII または
　Carboxen 1000 を充填し、それぞれ 3 mm のガラスウールで区切られている。
・Carbograph 2 は Carbopack C と同等、Carbograph 1 は Carbopack B と同等

C3〜C12 の揮発性有機化合物に対応

・C3～C16 に対応し、相対湿度 65％未満かつ温度 30℃ 未満の条件下で空気量 2 L に対応可能。
・相対湿度が 65％を超え、かつ温度が 30℃ を超える場合、空気サンプリング量は 0.5 L に減らさなければならない。
・C4 以上の揮発性を持つ化合物については、空気サンプリング量を 5 L 以上に拡張できる。

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　　　　　：320℃

利点

・このチューブは TO-17 Tube Style 2 の揮発性範囲を拡張できる
・Carbosieve SIII または Carboxen 1000 を選択でき、柔軟に対応可能
・バックグラウンドが非常に低く、微量分析に適している

欠点

・SVOC（半揮発性有機化合物）には対応していない

テクニカルガイド

TO-17 Tube Style 3 は、三層構造のチューブで、アクティブサンプリング（ポンプを用いた採取）
に適しています。
ユーザーは、対象化合物やサンプリング環境に応じて Carbosieve SIII または Carboxen 1000 を選択できます。
　　・ Carbosieve SIII は疎水性が高いのに対し、Carboxen 1000 は親水性が高い特性を持ちます。
　　・湿度の高い環境では、Carbosieve SIII の方が水を保持しにくく、検出器への影響が少ない。
　　・Carboxen 1000 は 比表面積が大きく、脱離効率も CarbosieveSIII より優れています。
　　　（Carbosieve SIII 部品番号: SU605300）

ただし、高湿度条件では Carbosieve SIII であっても相当量の水を吸着してしまうため、
湿った空気を採取した場合は、分析時に ドライパージ処理 または 高いスプリット比で注入する必要が
あります。

他のチューブとの比較

TO-17 Tube Style 3 は、Supelco の命名法では 「Carbotrap 300」 と呼ばれています。
このチューブは「拡張版 TO-17 Tube Style 2」ともいえる構成です。
　　・Style 2 がカバーできるのは VOC の一部（最大で C12 程度）まで
　　・Style 3 は VOC の全範囲（C6＝n-ヘキサン ～ C16＝n-ヘキサデカン）をカバー

Carbosieve SIII または Carboxen 1000 を Carboxen 1003 に置き換えると、より耐湿性に優れた 土壌ガス侵入（SVI）チューブ（Camsco 部品番号 SU60519）になります。
Carbograph 2 を Tenax TA に置き換えると、「Universal Tube」（Camsco 部品番号 SU60529）となり、揮発性範囲が C26 まで拡張されますが、脱離温度は 300℃ に制限されます。

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

Piccot, S., J. Watson, AND J. Jones*. A Global Inventory of Volatile Organic Compound Emissions from Anthropogenic Sources. Journal of Geophysical Research 97(D9):9897-9912, (1992)

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

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.

Ciccioli, P., Brancaleoni, E., Cecinato, A., DiPalo, C., Brachetti, A., and Liberti, A., "GC Evaluation of the Organic Components Present in the Atmosphere at Trace Levels with the Aid of Carbopack™ B for Preconcentration of the Sample," J.of Chrom., 351, pp 433-449, 1986.