GC 5000揮発性有機物オンラインクロマトグラフィー監視システム

背景の紹介：

光化学スモッグ汚染は現在、世界で最も顕著な地域的大気汚染問題の一つである。主に対流層中の窒素酸化物、揮発性有機物から特殊な気象条件下（光照射、無風又は微風）で、一連の複雑な光化学反応を経て、オゾン、過酸化物、アルデヒド及びペルオキシアセチル硝酸エステルなどの一連の二次汚染物を生成する過程である。これらの二次汚染物質の中でオゾンが占める割合は最も大きい。多くの研究により、オゾンは人体、材料、農作物に対して極めて強い危害性があることが明らかになった。都市化と工業化の進展が加速するにつれて、1990年代末から現在まで、近地上高濃度のオゾン汚染は我が国の大部分の地域の厳しい大気問題となっている。
揮発性有機物（Volatile Organic Compounds、VOCsと略称する）は対流層光化学酸化サイクルにおいて重要な役割を果たし、都市と地域の二次気体汚染物の重要な前駆体であり、直接または間接的に光酸化剤の生成速度と効率を制御し、大気酸素化ポテンシャルに重要な影響を与える。揮発性有機物の組成は複雑で、通常は非メタン炭化水素（Non-methane hydrocarbons、NMHCsと略称する）、酸素含有有機物（Oxygenated Volatile Organic Compounds、OVOCsと略称する）及びハロゲン化炭化水素などのいくつかの種類に分けることができ、その中で非メタン炭化水素が占める比重は最も大きい。
GC 5000機器分析システムはEPA PAMS標準設計を参考にし、揮発性有機物中のC 2-C 12炭化水素を監視目標とし、関連部門のオゾン前駆体の監視に正確な代表的な長期資料を提供する、大気汚染防止の関係部門は客観的に空気の品質状況を把握し、完全なオゾンとその前駆体物と気象条件との相互関係を探し、確立し、オゾン汚染の成因を見つけ、続いて実行可能な防止策を研究した。

PAMSについて：

PAMSはPhotochemical Assessment Monitoring Stationsの略で、中国語名の光化学評価監視ステーションです。1990年空気清浄法改正案（Clean Air Act Amendments）を可決し、同時にEPAは各州にオゾン汚染が深刻な地域に光化学評価監視ステーションを設立し、オゾン及びオゾン前駆体を全面的に監視してオゾン汚染の発生原因を理解するよう要求した。

AMA GC 5000システム構成：

GC 5000型揮発性有機物オンラインクロマトグラフィーモニタリングシステムは、ドイツのAMA Instruments社が20年間の経験を蓄積して開発、設計、製造し、技術が先進的で、性能が安定しており、人員を必要としない。

システムはppt級の高検出感度を有し、EPA PAMS標準設計を参考にして、オゾン前駆体中のC 2-C 12炭化水素の長期モニタリングに対してシステム最適化を行った。

現在、GC 5000シリーズはドイツ、オランダ、ベルギー、ギリシャ、ブラジル、イタリア、スペイン、韓国などの国の空気品質監視網で広く応用されている。また、ベルリン、台北、ソウルのスーパーステーションでも使用されている。

北京、南京、広州、天津、深センなどの都市大気環境モニタリングシステムはすでにこの設備を選択して使用している。同時に、このシステムは広州アジア大会の大気環境品質モニタリングに応用されている。

コアデバイス：

*GC 5000 VOC分析クロマトグラフィー（目的化合物C 2-C 5）、

*GC 5000 BTX分析クロマトグラフィー（目的化合物C 6-C 12）、

*DIM 200ダイナミックコリメータ（最大希釈倍数2500倍）、

セカンダリデバイス：

*ガス源：高純窒素、高純水素、圧縮空気、

*ガス前処理装置、キャリアガス及び助ガスの浄化、

*PAMS標準ガス（56種類の混合標準サンプル、1 ppm）、

*データコンピュータ、

*19’標準キャビネット、

関連機能：

ユーザーが器械の状況を容易に理解し、スペクトルとデータを表示するために、AMAソフトウェアは知能的にクロマトグラフィーの運行状態を監視・分析し、同時にシステムの作業時期に発生した関連監視、校正、停電及びその他の事件記録を保存し、ユーザーがシステムの状態とデータの品質を遡及するのに便利である。

ネットワークを介して、ユーザーはシステムインタフェースにリモートログインし、稼働状況を表示することができます。保守エンジニアはリモートで協力し、システムの保守効率を高めることができます。同時にクロマトグラフィーのデータを分析し、データ制御機（txtファイル）にバックアップし、機器の損傷による生データの損失を防止する。

技術仕様：

システム技術指標はEUとEPAによる大気中オゾン前駆体モニタリングの規範化要求

* the VDI guideline 2100 of the EU guideline 2002/3/EC ，from February 12th 2002；

* the guidelines of the Technical Assistance Document EPA/600-R-98/161 of US EPA，from September 30th 1998。

技術的特徴：

サンプリング流量とサンプル量を正確に制御する：GC 5000クロマトグラフィーは質量流量計を用いてサンプリング流量を制御し、サンプル体積を累積的に取得し、環境圧力と温度の影響を回避することができる。

2級試料濃縮技術（低炭素成分に対して）：2級試料濃縮技術は高容量の試料濃縮体積（C 2化合物に対する貫通体積が800 mlより大きい）を提供することができて、および試料焦点能力（クロマトグラフィーのピーク分離度が高く、同時にピーク形状が優れていることを保証する。）

メモ：右側のクロマトグラフィーでは、番号はそれぞれ1-エタン、2−エチレン、3−プロパン、

吸着管の動作温度>10°C：吸着管のサンプル濃縮と集束段階の動作温度は10°Cより高く、濃縮モジュールの冷凍を避ける。無人の観測サイトの長期運用に適している、

極性の逆抽出カラムを予備カラムとして：極性の逆抽出カラムは環境空気サンプル中の高沸点有機物及び水蒸気を遮断することができる。目的化合物以外の高沸点物質による分析周期の延長を回避する、水蒸気によるクロマトグラフィー保持時間のずれによるクロマトグラフィーピークの識別ミスを回避する。同時に、捕捉された物質は分析周期中に逆方向にプリコラムから吹き出される。

60 mの毛細管カラム：長いカラムは、最高の分離効率を得ることができ、多くの目的化合物を優れた分析するために保証を提供する。

全電動コントロール：システム内部に全電動コントロールを採用し、空力コントロールに対して、効果的に計器のメンテナンス量を下げることができる。同時に、エアバルブの使用中に発生する可能性のあるガス漏れによるガス損失を回避した。

パフォーマンスパラメータ：

GC 5000 VOCクロマトグラフィーアナライザ

機能：全日自動連続24 hサンプリング、2級濃縮、カラムを用いて分離し、C 2 ~ C 5有機種を分析する、

レンジ範囲：0 ~ 300 ppb、

検出限界：0.05 ppb（プロパンを例に）、

分析周期：30 ~ 60 min、

サンプル:

サンプリング時間：0 ~ 99 min（調整可能）、

流量：10 ~ 50 ml/min（調整可能）、

質量流量制御計（MFC）制御、

サンプリング体積：200 ~ 800 ml（調整可能）、

富化：

双極富化：

一次濃縮カラム：サンプリング温度15°C、最高熱解析温度350°C、

二級濃縮カラム：焦点温度20°C、最高熱解析温度350°C、

加熱速度：最大40°C/s、

カラムボックス：

石英ガラス毛細管柱、長さ30 ~ 60 m、

カラムボックス温度範囲：40-210°C、

昇温速度：1-25°C/min（1°C/minで増加）、

キャリアガス：N 2、99.999%、3 bar、

FID−水素火炎イオン化検出器、

水素（H 2）と燃焼促進空気の供給を要求する、

水素、99.999%、3 bar、

燃焼補助空気、99.999%、3 bar、

キャリブレーション：単一点/多点キャリブレーションを許可する、

出力：スマート表示スペクトル、パラメータ仕様、運転状態など、システムメニューを通じて各種パラメータの設定、編集及び結果処理などの操作を完成することができる、

電源：220 V 50 HZ、

実行環境：

温度：0 ~ 40°C（温度が温度範囲を超える場合はエアコンを追加する必要がある）、

相対湿度：5～95%結露なし、

外観：19”×6 HU×600 mm、標準シャーシ、重量35 kg、

GC 5000 BTXクロマトグラフィーアナライザ

機能：全日自動24 hサンプリング、単級濃縮、カラムを用いて分離し、C 6 ~ C 12有機種を分析する、

レンジ範囲：0 ~ 300 ppb、

検出限界：0.03 ppb（ベンゼンを例に）、

分析周期：30 ~ 60 min、

サンプル:

サンプリング時間：0～99 min（調整可能）

流量：10 ~ 50 ml/min（調整可能）

質量流量制御計（MFC）制御

サンプリング体積：200 ~ 800 ml（調整可能）

富化：

濃縮カラム：サンプリング温度30°C、最高熱解析温度350°C、

加熱速度：最大40°C/s、

カラムボックス：石英ガラス毛細管カラム、長さ30 ~ 60 m、

カラムボックス温度範囲：40-210°C、

昇温速度：1-25°C/min（1°C/minで増加）、

キャリアガス：N 2、99.999%、3 bar、

FID-水素火炎イオン化検出器

水素（H 2）と燃焼促進空気の供給を要求する、

水素、99.999%、3 bar、

燃焼補助空気、99.999%、3バール、

キャリブレーション：単一点/多点キャリブレーションを許可する、

出力：スマート表示スペクトル、パラメータ仕様、運転状態など、システムメニューを通じて各種パラメータの設定、編集及び結果処理などの操作を完成することができる、

電源：220 V 50 Hz、

実行環境：

温度：0 ~ 40°C（温度が温度範囲を超える場合はエアコンを追加する必要がある）、

相対湿度：5 ~ 95%、結露なし、

外観：19”×6 HU×600 mm、標準シャーシ、重量35 kg、

DIM 200較正モジュール

機能：

（1）GC 5000 BTXクロマトグラフィーアナライザ制御の下で、サンプリング、キャリブレーションに必要な流路の切り替えを完了する、

（2）ゼロガスと標準ガス流量を正確に制御し、クロマトグラフィーシステムの校正を実現し、希釈倍数1〜2500、

供給ガス：

ゼロガス（清浄空気または窒素）、3 bar、

標準ガス：3 bar、

サンプルガス

流量制御：

標準ガス：2 ~ 100 ml/min、

ゼロガス：100 ~ 5000 ml/min、

精度：測定値±0.5%、

質量流量制御計（MFC）制御、

2つの（オプション）動作方法：

（1）内部通信路を通じてAMAクロマトグラフィシステムに接続し、クロマトグラフィシステムソフトウェアによって制御され、最大20点の自動校正または検査を実行できる

（2）オプションの独立運転ソフトウェアまたは外部制御インタフェースをインストールし、自主運転または外部デジタルI/Oオンラインリモコン操作を実現する場合、最大5点の自動校正または検査を実行できる

電源：220 V 50 Hz、

実行環境：

温度：0 ~ 40°C（温度が温度範囲を超える場合はエアコンを追加する必要がある）、

相対湿度：5 ~ 95%、結露なし、

外観：19インチ、3 H標準シャーシ、重量4 kg

システムアプリケーション：

南京情報工学大学大気物理学院の朱彬先生はGC 5000システムを利用して大気環境中のVOCs（C 2-C 12）を分析し、VOCsが異なる風向の影響の下で、その濃度が異なり、また異なる排出源がVOCs総量に与える貢献が異なり、VOCの濃度は主に風向の影響を受け、VOCの初回排出は地元に由来することを表明し、また都市北東地域内でVOC濃度は地域伝送の影響を受け、プロピレン同系物とオゾン形成の潜在的な方法の評価を通じて。オレフィンのオゾンに対する化学形成寄与量は57〜58%であり、主成分分析／絶対主成分受容体モデルを用いて分析した。その結果、この地域内でVOCの39%は主に車両排出に由来し、溶剤の使用と工業源は36%を占めていることが明らかになった。