JP2000028531A - 化学発光式窒素酸化物計 - Google Patents

化学発光式窒素酸化物計

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JP2000028531A
JP2000028531A JP10200229A JP20022998A JP2000028531A JP 2000028531 A JP2000028531 A JP 2000028531A JP 10200229 A JP10200229 A JP 10200229A JP 20022998 A JP20022998 A JP 20022998A JP 2000028531 A JP2000028531 A JP 2000028531A
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gas
nitrogen oxide
reaction
ozone
reaction tank
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JP10200229A
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Masaru Kozakura
優 小桜
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Shimadzu Corp
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/76Chemiluminescence; Bioluminescence
    • G01N21/766Chemiluminescence; Bioluminescence of gases

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Abstract

(57)【要約】 【課題】測定に有害なガスを発生させず、かつ反応槽内
の温度制御にも適した反応槽を備えた化学発光式窒素酸
化物計を提供する。 【解決手段】反応槽容器61には、反応室62に試料ガ
ス、オゾンガスをそれぞれ導入するキャピラリ管63、
64、ガス排出口65、温度制御用ヒータ66が設けら
れ、反応室62は光透過窓82を介して光電変換素子7
1に対向する。反応槽容器61が耐酸化力を有し窒素酸
化物に対して還元性を示さないTi(チタン)等の金属
材を用いて構成されているので、空気を用いて無声放電
によりオゾンを生成させたときに派生的に生じるN
、N等の窒素酸化物をNOに還元することが
ないので、測定のバックグラウンドノイズの発生が防止
され、測定精度を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、大気中、
煙道排ガス中の窒素酸化物濃度の測定、監視を必要とす
る分野、或いは医療診断用に窒素酸化物濃度を測定する
場合、またはこれらに関係した試験研究分野その他に利
用することができる化学発光式窒素酸化物計に関し、特
にその反応槽の構成に関する。
【0002】
【従来の技術】工場の燃焼炉や自動車のエンジンからの
排ガス等に含まれる人体に有害な窒素酸化物(NOx)
が問題となっているが、大気中や排ガス中の窒素酸化物
濃度を測定する装置の一つに、化学発光式窒素酸化物計
がある。これは、被測定ガスとオゾンガスOとを測定
装置の反応槽内で接触させ、被測定ガス中の一酸化窒素
(NO)とOとが化学反応を起こす際に発生する化学
発光の強度を光検出器で検出することにより、被測定ガ
ス中のNO含有量を定量測定するものである。
【0003】オゾンガスは、通常は空気を原料として、
無声放電により発生され、反応槽の構成部材としては、
ガラス材或いは金属材が用いられている。この金属材と
しては、オゾンと窒素酸化物により生成する硝酸に対す
る耐食性も要求されるため、一般的にはSUS303等
のステンレス鋼材がよく用いられている。一方、化学発
光の安定性を確保するため、反応槽内は所定の温度に維
持されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】空気を原料として無声
放電によりオゾンを発生させた場合には、オゾンと同時
にNO(二酸化窒素)、Nが派生的に発生して
しまう。これらの物質は、この状態では支障無いが、上
記のように、SUS303等のステンレス鋼材等の金属
材を用いて反応槽を形成した場合には、通常この金属材
中に不純物として含まれる硫黄(S)、燐(P)、モリ
ブデン(Mo)等の還元能力を有する物質と次式のよう
に反応し、発光反応を生じるNOに変化してしまう。 aNO+bM(金属中不純物)→aNO+bMxOy・・・(1) N→NO+NO・・・(2) M(金属表面反応)
【0005】このNOにより、本来の試料自体の中にN
Oが存在しないガスを測定した場合にも、バックグラウ
ンドノイズが検出されてしまい、測定精度を低下させる
原因となっていた。また金属材で構成した反応槽の内壁
にガス耐蝕性が高くかつ測定波長光を透過させるSiO
膜等のライニングを施すことも、本願発明者により提
案されているが、コスト面では改善の余地があった。一
方、反応槽構成材としてガラス材を用いた場合には、上
記のようなバックグラウンドノイズの発生やコストの問
題は生じないが、ガラス材は熱伝導が良くないので、反
応槽内の精確な温度制御に困難性があり、化学発光反応
の安定性を阻害することになる。
【0006】なおオゾン発生器からの発生窒素酸化物を
吸着剤により除去することもできるが、この場合には、
一定期間ごとに吸着剤の交換が必要となり、また長期間
にわたる精度保証が難しいという問題があった。本発明
は、測定に有害なNOガスを生成させず、かつ反応槽内
の温度制御にも適しかつ経済性にも優れた反応槽を備え
保守も簡便な化学発光式窒素酸化物計を提供しようとす
るものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の化学発光式窒素酸化物計は、オゾンと一酸
化窒素との化学反応の際に生じる発光の強度から窒素酸
化物濃度を定量する化学発光式窒素酸化物計において、
その化学発光反応を生じさせる反応槽を、窒素酸化物還
元性の不純物等が少なく、実質的に窒素酸化物還元性を
有しない金属材により構成したものである。この金属材
としては、チタン、ニッケルまたはSUS304を用い
ることが好ましい。
【0008】反応槽には常に腐食性ガスであるオゾンと
窒素酸化物が供給されるが、耐酸化力を有し窒素酸化物
に対して還元性を示さないTi(チタン)等の金属材を
用いて構成するため、上記(1)式、(2)式の反応を
生じないので、バックグラウンドノイズを低下させるこ
とができる。また、他の構成要素を追加することなく経
済的に耐蝕性の問題を解決し、さらに反応槽がガラス等
熱伝導のよくない材質で構成されていないので、反応槽
の温度制御適性も保たれる。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は一般的な化学発光式窒素酸
化物計の全体概略図であり、1は測定ガス導入部、2は
主流路ライン、3は二酸化窒素を一酸化窒素に変換する
コンバータ、4は測定ガスの除湿等を行う前処理部、5
は反応槽に流入する測定ガスの流量を制御する流量制御
部、6は測定ガス中のNOとオゾンとの反応により化学
発光を生じさせる反応槽である。反応槽6には化学発光
反応を生じさせるためのオゾンガスを供給するオゾン発
生部9が結合されている。オゾン発生部9はTi等窒素
酸化物に対して還元性を有しない材料で構成することが
望ましい。11は反応槽6から排出されるガス中に含ま
れるオゾンを分解するオゾン分解器である。
【0010】10は切替えコック、2aはコンバータ3
の出入口間を接続するバイパスラインであり、切替えコ
ック10により測定ガスがコンバータ3を通る状態と、
コンバータ3を通らずに直接前処理部4に入る状態とを
切替えることができる。7は反応槽6で、発生した化学
発光の強度を光電変換検出する光電検出部であり、反応
槽6と光電検出部7とは一体に結合され、測定の中核で
ある測定セル8を構成する。光電検出部7の出力は表示
部12に供給される。表示部12は、光電検出部7から
の出力信号をデータ処理するデータ処理部と、処理結果
からNOガス、NOガス等の窒素酸化物の濃度をアナ
ログまたはデジタルで表示、記録する出力部を備えてい
る。
【0011】上記構成の化学発光式窒素酸化物計におい
て、ガス導入部1から導入されNO ガスとNOガスが
共存する被測定ガスを、還元触媒が設けられたコンバー
タ3を通すことによりNOをNOに変換して測定セル
8に導入し、このガス中のNO濃度が測定セル8におい
て検出される。一方、切り替えコック10を切り替え、
被測定ガスをコンバータ3を通さずに測定セル8に導入
して、被測定ガス中のNO濃度が検出される。これらの
NOガス濃度検出値間の差から、被測定ガス中のNO
ガス濃度が算出される。
【0012】図2は、本発明の化学発光式窒素酸化物計
の反応槽6及びこれと一体に結合された光電検出部7の
具体的構成例の縦断面である。反応槽6は、内部に例え
ばドーム状の反応室62を形成し下方が開口した本体容
器61に、反応室62内にNOガスを供給するキャピラ
リ管63とオゾンガスを供給するキャピラリ管64とを
配設して構成され、上部には反応後のガスを排出するた
めの排出路65が形成されている。また、反応槽6に
は、反応室62内を一定温度に温度制御し化学発光反応
を安定化するため、温度制御機構が配設されている。温
度制御機構として図では反応槽6の外周を包囲するヒー
タ66のみが示され、ヒータ66は図示されていない電
源及び制御部に接続されている。
【0013】本発明の要部である反応槽6の構成材とし
ては、大気からオゾンを発生させる際に派生的に生じる
窒素酸化物(NO、N)に対して還元性を有す
る不純物、即ち硫黄(S)、燐(P)等が少なく、実質
的に窒素酸化物還元性物質を含まない金属材、たとえば
不純物の少ないチタン(Ti)材がとくに好適である。
純チタンは耐蝕性のほか機械加工性も良好である。反応
槽6の内部は、切削加工または放電加工等により、例え
ばドーム状に加工されて、反応室62が形成されてい
る。反応槽6の内壁には、化学発光による光の光電検出
部7への集光性を良くするため、パフ研磨によって鏡面
仕上げ加工が施されている。反応槽6の構成部材は、後
述のように、TiのほかにNi、SUS304等も好適
である。
【0014】なお、オゾン発生部9、オゾン発生部9と
反応槽6との接続配管及びキャピラリ管63、64も同
様に、実質的に窒素酸化物還元性物質を含まない金属
材、例えば反応槽容器61と同種の材料で構成すること
が好ましい。反応槽容器61とオゾン発生部9とを、実
質的に窒素酸化物還元性物質を含まない同種の金属材、
例えばTiを用いて構成する場合には、反応槽6の一部
にオゾン発生部9を取り込むようにしてもよい。反応槽
6の下部は、中心開口部を有する断熱、耐蝕性の円環状
部材81を介して光電検出部7側に、着脱可能に一体に
結合され、円環状部材81の下方には反応槽6でのNO
とOの化学反応によって生じた発光による光を透過す
る光透過窓82(ガラス板または透明樹脂板)が設けら
れ、光透過窓82により反応槽6の下方開口が気密に閉
じられ、反応槽6と光電検出部7とが区画されている。
【0015】光電検出部7は、本発明の要部に直接関係
するものではないが、上記円環状部材81と結合された
密閉筐体72内に、上記光透過窓82と対向して化学発
光の強度を電気信号に変換する光電変換素子71が配設
されている。光電変換素子71は、たとえば半導体光電
変換素子で構成され、ペルチェ効果を利用した電子冷却
素子等の冷却部73その他が設けられる。筐体72は、
耐熱性の高分子樹脂材または金属等で構成される。
【0016】図3は、反応槽6の他の具体的構成例の縦
断面図であり、基本的には図2と同じであるが、反応槽
部分6の本体容器61が下方の円筒形部分とこれに連な
る円錐形部分とで構成され、またガス導入用のキャピラ
リ管は、測定ガス導入管63とオゾンガス導入管64と
が中央部で連なった1本の細管で構成され、この中央部
には、光電検出部7側(図では下方)に向けて開口した
小孔67が設けられ、測定時には測定ガスとオゾンガス
が接触混合しつつ、反応室62内で光電検出部方向に噴
出しながら、化学発光反応を生じるように構成されてい
る。図3の構成においては、測定ガスとオゾンガスが反
応槽6内で殆ど拡散しない状態で接触混合され、反応槽
の中心軸付近で化学発光反応を生じるので、発光強度が
増大し且つ効率よく光電検出部7により受光され、従っ
て測定感度を向上させることができる。また、反応室6
2を形成するための機械加工をドーム状の場合よりも迅
速に行うことができる。
【0017】(実施例1)図1及び図3のように構成し
た化学発光式窒素酸化物計を用い、反応槽構成材とし
て、S、P含有量が、比較的多いステンレス鋼材SUS
303を用いた場合と、それらの量が少ないSUS30
3を用いた場合について、反応槽6を所定の温度に保
ち、反応槽6内にNOを含まない測定ガスと、オゾンガ
スをそれぞれ所定の流量で導入し、ガス中のNOの濃度
を測定した。その結果、SUS303を用いた場合は、
約20ppbNO相当の検出値を生じたが、SUS30
4を用いた場合には、約3ppbNO相当の検出値に留
まりバックグラウンドノイズが大幅に減少した。
【0018】(実施例2)反応槽構成材としてTi材を
用い、他の条件を実施例1と同じにして同様の測定を行
ったところ、バックグラウンドノイズ出力の値が0pp
bNO相当まで低減された。以上のように、反応槽構成
材として窒素酸化物還元性を有しない材料を用いること
により、化学発光式窒素酸化物計のバックグラウンドノ
イズが減少し、NO測定精度を向上できることがわかっ
た。
【0019】
【発明の効果】本発明の化学発光式窒素酸化物計は、上
記のように、反応槽構成材として窒素酸化物還元性を有
しない材料を用いているので、オゾンを生成させる際、
オゾンと同時にNO(二酸化窒素)、Nが発生
しても、これらの物質が発光反応を生じるNOに変化し
てしまうことがないので、バックグラウンドノイズがほ
とんど生じないので、検出分解能を向上できる。
【0020】さらに、反応槽内壁にライニングを施すよ
うに他に付加部材を要することがないので、コストの低
減がはかれる。さらに、オゾン発生器からの窒素酸化物
除去に吸着材を使用した場合のように、一定期間ごとに
吸着材を交換する等の定期保守が不要となる。また反応
槽構成材が従来以上に耐蝕性の高い部材であり、装置寿
命が延びる等の諸効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】化学発光式窒素酸化物計の全体概略図。
【図2】反応槽の具体的構成例の縦断面図。
【図3】反応槽の他の具体的構成例の縦断面図。
【符号の説明】
1……ガス導入部 2……主流路ライン 2a……バイパスライン 3……コンバータ 4……前処理部 5……流量制御部 6……反応槽 7……光電検出部 8……測定セル 9……オゾン発生部 12……表示部 61……本体容器(窒素酸化物非還元性) 62……反応室 63……キャピラリ管 64……キャピラリ管 65……ガス出口 66……ヒータ 71……光電変換素子 82……光透過窓

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】オゾンと一酸化窒素との化学反応の際に生
    じる化学発光の強度から窒素酸化物濃度を定量する化学
    発光式窒素酸化物計において、その化学発光反応を生じ
    させる反応槽を、窒素酸化物還元性の物質を実質的に含
    まない金属材により形成したことを特徴とする窒素酸化
    物計。
  2. 【請求項2】前記金属として、チタン、ニッケルまたは
    SUS304を用いた請求項1記載の化学発光式窒素酸
    化物計。
JP10200229A 1998-07-15 1998-07-15 化学発光式窒素酸化物計 Withdrawn JP2000028531A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021073474A (ja) * 2021-02-15 2021-05-13 株式会社島津製作所 化学発光式NOx濃度測定装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021073474A (ja) * 2021-02-15 2021-05-13 株式会社島津製作所 化学発光式NOx濃度測定装置

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