JP2001108657A - ガス中微量物の分析法及び分解法並びにこれらに使用する多面鏡装置 - Google Patents
ガス中微量物の分析法及び分解法並びにこれらに使用する多面鏡装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザーイオン化によりガス中の極微量物を
高感度で分析したり、確実に分解、無害化すること。 【解決手段】 多面鏡装置１を一対の鏡面群Ａ，Ｂで構
成する。鏡面群Ａ，Ｂは多数の凹面鏡を環状に夫々配置
固定する。鏡面群Ａ，Ｂ間を往復するレーザーＬは、鏡
面を順次変えつつ反射し、交互に交差し、この交差部に
光束集合領域Ｆを形成する。この光束集合領域Ｆにノズ
ルＮから圧縮ガスＧを噴射することにより、光反応によ
って電離した分子流の粒子がイオン捕集ガイド１０によ
る電場で捕集され、飛行時間質量分析器１２へ導かれ、
分析・検出されて質量スペクトルがモニター１３に表示
されて、ダイオキシンの同定、定量分析が可能となる。
光束集合領域Ｆを圧縮ガスＧに反応させることにより光
反応の効率が高まり、分析感度が上がる。
高感度で分析したり、確実に分解、無害化すること。 【解決手段】 多面鏡装置１を一対の鏡面群Ａ，Ｂで構
成する。鏡面群Ａ，Ｂは多数の凹面鏡を環状に夫々配置
固定する。鏡面群Ａ，Ｂ間を往復するレーザーＬは、鏡
面を順次変えつつ反射し、交互に交差し、この交差部に
光束集合領域Ｆを形成する。この光束集合領域Ｆにノズ
ルＮから圧縮ガスＧを噴射することにより、光反応によ
って電離した分子流の粒子がイオン捕集ガイド１０によ
る電場で捕集され、飛行時間質量分析器１２へ導かれ、
分析・検出されて質量スペクトルがモニター１３に表示
されて、ダイオキシンの同定、定量分析が可能となる。
光束集合領域Ｆを圧縮ガスＧに反応させることにより光
反応の効率が高まり、分析感度が上がる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特定の波長のレー
ザー光でガス中の原子や分子を共鳴的に作用させ、光反
応（光励起、光電離、光分解、光解離）を起こすレーザ
ーイオン化法により、ガス中の微量物を高感度に定性、
定量分析し、あるいはこれを分解する方法並びにこれら
に使用する装置に関するものである。
ザー光でガス中の原子や分子を共鳴的に作用させ、光反
応（光励起、光電離、光分解、光解離）を起こすレーザ
ーイオン化法により、ガス中の微量物を高感度に定性、
定量分析し、あるいはこれを分解する方法並びにこれら
に使用する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ガス中の超微量物の分析法はガスクロマ
トグラフィー法が一般的である。しかし、この方法はサ
ンプリング収集、事前処理に時間がかかり、実時間分析
には適さない。実時間で高感度に分析する方法として、
レーザーイオン化質量分析法がある。
トグラフィー法が一般的である。しかし、この方法はサ
ンプリング収集、事前処理に時間がかかり、実時間分析
には適さない。実時間で高感度に分析する方法として、
レーザーイオン化質量分析法がある。
【０００３】レーザーイオン化質量分析法はガス中に含
まれる極微量の物質を効率よく分析できる。ＪＥＴ−Ｒ
ＥＭＰＩ法（JET−Resonance Enhanced Multiple Photo
n Ionization：R．Thanner，H．Oser and H．H．Grothe
er，Eur．Mass Spectrom．4215−222 （1998））は、多
光子イオン化により共鳴電離した極微量物を質量分析
し、高感度に対象物を同定・定量化することが可能であ
る。しかしながら、この方法では、極微量物に適した特
定の波長のレーザー光を選択する必要があり、数ナノ秒
程度のパルス幅の光を用い、スペクトル幅を狭くしてい
る。
まれる極微量の物質を効率よく分析できる。ＪＥＴ−Ｒ
ＥＭＰＩ法（JET−Resonance Enhanced Multiple Photo
n Ionization：R．Thanner，H．Oser and H．H．Grothe
er，Eur．Mass Spectrom．4215−222 （1998））は、多
光子イオン化により共鳴電離した極微量物を質量分析
し、高感度に対象物を同定・定量化することが可能であ
る。しかしながら、この方法では、極微量物に適した特
定の波長のレーザー光を選択する必要があり、数ナノ秒
程度のパルス幅の光を用い、スペクトル幅を狭くしてい
る。
【０００４】また、超音速分子ジェット多光子イオン化
質量分析法として、ピコ秒、フェムト秒のパルス幅の短
パルスレーザーにより極微量物を解離、電離し、その質
量分析を行う方法も提案されている（J．Matsumoto，
C．H．Lin，T．Imasaka：Anal．Chem．，69，4524（199
7））。これは短パルス化により出力あたりの光子密度
を高めてイオン化確率を高めるものである。
質量分析法として、ピコ秒、フェムト秒のパルス幅の短
パルスレーザーにより極微量物を解離、電離し、その質
量分析を行う方法も提案されている（J．Matsumoto，
C．H．Lin，T．Imasaka：Anal．Chem．，69，4524（199
7））。これは短パルス化により出力あたりの光子密度
を高めてイオン化確率を高めるものである。
【０００５】上記いずれの方法においても、レーザー光
による対象物への作用が一回に限られ、時間的、空間的
に十分な光子密度を反応領域に確保できず、レーザー出
力の制限から１ｐｐｔの分析感度が限界と考えられる。
による対象物への作用が一回に限られ、時間的、空間的
に十分な光子密度を反応領域に確保できず、レーザー出
力の制限から１ｐｐｔの分析感度が限界と考えられる。
【０００６】これに対して、十分な光子密度を確保する
ために、光共振器にレーザー光を貯めこみ、極微量物と
相互作用させることも考えられる。しかし、この方法
は、入力孔から光が漏れるから高出力のレーザー光を入
れることが難しく、従って、光子密度を高く維持するこ
とが難しい。さらに、ガス流を導入するための噴出口を
共振器内に組み入れることができず、また、大きな出力
のレーザー光を共振器全体に満たすため、短パルスレー
ザーで反応を起こすのに適さない。即ち、必要でかつ最
小限の空間領域に光を局在化させることは困難で、十分
に高い光子密度を確保することができない。
ために、光共振器にレーザー光を貯めこみ、極微量物と
相互作用させることも考えられる。しかし、この方法
は、入力孔から光が漏れるから高出力のレーザー光を入
れることが難しく、従って、光子密度を高く維持するこ
とが難しい。さらに、ガス流を導入するための噴出口を
共振器内に組み入れることができず、また、大きな出力
のレーザー光を共振器全体に満たすため、短パルスレー
ザーで反応を起こすのに適さない。即ち、必要でかつ最
小限の空間領域に光を局在化させることは困難で、十分
に高い光子密度を確保することができない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、レ
ーザー光束を一定の空間領域に局在化させて、光子密度
の高い状態を時間的、空間的に維持でき、光子レーザー
光との反応効率を向上させ、微量物を１ｐｐｔの１００
０倍である１ｐｐｐ（ｐ：ペタ１０15）程度の高感度で
分析、分解する方法及びこれらに使用するコンパクトな
構成の多面鏡装置を提供することを課題としている。
ーザー光束を一定の空間領域に局在化させて、光子密度
の高い状態を時間的、空間的に維持でき、光子レーザー
光との反応効率を向上させ、微量物を１ｐｐｔの１００
０倍である１ｐｐｐ（ｐ：ペタ１０15）程度の高感度で
分析、分解する方法及びこれらに使用するコンパクトな
構成の多面鏡装置を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、第１の発明においては、反射往復するレーザー光を
小空間領域で交互に交差させてレーザー光束の集合領域
を形成し、この光束集合領域でガス中の微量物を共鳴イ
オン化し、そのイオンを質量分析法により分析すること
により、微量物を量的・質的に高感度で分析するガス中
微量物の分析法を採用した。第２の発明においては、光
束の集合領域でガス中の微量物を共鳴イオン化し、その
イオンを電気的吸引手段により外部に取り除き、有害微
量物を分解するガス中微量物の分解法を採用した。第３
の発明においては、光束の集合領域を複数の異なる波長
のレーザー光で形成し、ガス中の微量物を波長毎に段階
的に共鳴イオン化することとした。第４の発明において
は、ガスを予め圧縮して、微量物の密度を増やし、分析
の感度を高めることとした。第５の発明においては、相
対向する複数の鏡面間でレーザー光を往復反射させ、そ
の往復の光路を小空間領域で集合させるようにして多面
鏡装置を構成した。
め、第１の発明においては、反射往復するレーザー光を
小空間領域で交互に交差させてレーザー光束の集合領域
を形成し、この光束集合領域でガス中の微量物を共鳴イ
オン化し、そのイオンを質量分析法により分析すること
により、微量物を量的・質的に高感度で分析するガス中
微量物の分析法を採用した。第２の発明においては、光
束の集合領域でガス中の微量物を共鳴イオン化し、その
イオンを電気的吸引手段により外部に取り除き、有害微
量物を分解するガス中微量物の分解法を採用した。第３
の発明においては、光束の集合領域を複数の異なる波長
のレーザー光で形成し、ガス中の微量物を波長毎に段階
的に共鳴イオン化することとした。第４の発明において
は、ガスを予め圧縮して、微量物の密度を増やし、分析
の感度を高めることとした。第５の発明においては、相
対向する複数の鏡面間でレーザー光を往復反射させ、そ
の往復の光路を小空間領域で集合させるようにして多面
鏡装置を構成した。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を、ごみ焼却施
設の排気ガス中のダイオキシンを超高感度分析法により
分析・分解する場合について説明する。図１に本実施形
態に係る方法の原理を示す。この方法においては、真空
チェンバー内で、排気ガスＧをノズルＮから圧縮して噴
出させ、この噴射流Ｊが、粘性流Ｊ１から分子流Ｊ２に
変わる空間部分Ｊ３においてレーザー光Ｌを交差させる
ように多面鏡装置１で複数回往復反射させる。空間部分
Ｊ３には、レーザー光Ｌが集中しした光束集合領域Ｆが
形成され、ここでガスＧの光反応が効率的に行われる。
設の排気ガス中のダイオキシンを超高感度分析法により
分析・分解する場合について説明する。図１に本実施形
態に係る方法の原理を示す。この方法においては、真空
チェンバー内で、排気ガスＧをノズルＮから圧縮して噴
出させ、この噴射流Ｊが、粘性流Ｊ１から分子流Ｊ２に
変わる空間部分Ｊ３においてレーザー光Ｌを交差させる
ように多面鏡装置１で複数回往復反射させる。空間部分
Ｊ３には、レーザー光Ｌが集中しした光束集合領域Ｆが
形成され、ここでガスＧの光反応が効率的に行われる。
【００１０】多面鏡装置１は、その概要を図２に示され
るように、中心点Ｏに対して対称に、相対向して配置さ
れた一対の鏡面群Ａ，Ｂを備える。図２において、
（ａ）は装置全体の概略的側面図、（ｂ）は鏡面群Ａの
配列を示す概略的正面図、（ｃ）は鏡面群Ｂの配列を示
す概略的正面図である。鏡面群Ａは、多数の凹面鏡Ａ
１，Ａ２，・・・Ａｎを、また鏡面群Ｂは、多数の凹面
鏡Ｂ１，Ｂ２・・・Ｂｎ(図では何れもｎ＝12の場合が
示される。以下何れもＡｎ，Ｂｎで代表的に表記す
る。）を夫々環状に配置固定して成る。両鏡面群Ａ，Ｂ
は、図２（ａ）に示されるように、反射光を投射する各
一対の凹面鏡Ａｎ・Ｂｎ同士が、互いに中心点Ｏに対し
て対称に、曲率半径Ｚの仮想球面Ｍをベースとして距離
２Ｚ離れて設置される。図２（ｃ）に示されるように、
鏡面群Ａ，Ｂは、その中心が、上記仮想球面Ｍの中心か
ら半径方向に距離Ｒ離れ、角度方向にｎ等分された位置
に夫々配置され、個々の凹面鏡Ａｎ・Ｂｎの半径はｒで
ある。鏡面群Ａ，Ｂの環の内側の半径（Ｒ−ｒ)内はア
パーチャーとなる。
るように、中心点Ｏに対して対称に、相対向して配置さ
れた一対の鏡面群Ａ，Ｂを備える。図２において、
（ａ）は装置全体の概略的側面図、（ｂ）は鏡面群Ａの
配列を示す概略的正面図、（ｃ）は鏡面群Ｂの配列を示
す概略的正面図である。鏡面群Ａは、多数の凹面鏡Ａ
１，Ａ２，・・・Ａｎを、また鏡面群Ｂは、多数の凹面
鏡Ｂ１，Ｂ２・・・Ｂｎ(図では何れもｎ＝12の場合が
示される。以下何れもＡｎ，Ｂｎで代表的に表記す
る。）を夫々環状に配置固定して成る。両鏡面群Ａ，Ｂ
は、図２（ａ）に示されるように、反射光を投射する各
一対の凹面鏡Ａｎ・Ｂｎ同士が、互いに中心点Ｏに対し
て対称に、曲率半径Ｚの仮想球面Ｍをベースとして距離
２Ｚ離れて設置される。図２（ｃ）に示されるように、
鏡面群Ａ，Ｂは、その中心が、上記仮想球面Ｍの中心か
ら半径方向に距離Ｒ離れ、角度方向にｎ等分された位置
に夫々配置され、個々の凹面鏡Ａｎ・Ｂｎの半径はｒで
ある。鏡面群Ａ，Ｂの環の内側の半径（Ｒ−ｒ)内はア
パーチャーとなる。
【００１１】レーザー光は、図２（ａ）に示されるよう
に、Ｂ12から入射され、Ａ１−Ｂ1−Ａ２−Ｂ２，−−
−Ａｎ−Ｂｎと順次鏡面に反射されて鏡面群Ａ，Ｂ間を
往復する。このように光軸を回転させるために、それぞ
れの鏡面はΦ方向に傾斜させて配置する。
に、Ｂ12から入射され、Ａ１−Ｂ1−Ａ２−Ｂ２，−−
−Ａｎ−Ｂｎと順次鏡面に反射されて鏡面群Ａ，Ｂ間を
往復する。このように光軸を回転させるために、それぞ
れの鏡面はΦ方向に傾斜させて配置する。
【００１２】鏡面群Ａから鏡面群Ｂへ進む光線Ｌ１を往
路、その逆Ｌ２を復路とし、その往路をＯ点に向けて光
束を集中させ、これを光束集合領域Ｆとしてガスの光反
応に利用する場合、凹面鏡Ａｎ，Ｂｎは、その光束が中
心点Ｏに向くように光軸を少しずつ回転させる。この場
合、Ａｎの法線は、Ｂｎ−１の中心とＡｎの中心とを結
ぶ線と、Ａｎの中心とＯ点とを結ぶ線の中間になければ
ならない。また、Ｂｎの法線は、それの中心とＡｎの中
心及びＡｎ＋１の中心を結ぶ線の中間になければならな
い。
路、その逆Ｌ２を復路とし、その往路をＯ点に向けて光
束を集中させ、これを光束集合領域Ｆとしてガスの光反
応に利用する場合、凹面鏡Ａｎ，Ｂｎは、その光束が中
心点Ｏに向くように光軸を少しずつ回転させる。この場
合、Ａｎの法線は、Ｂｎ−１の中心とＡｎの中心とを結
ぶ線と、Ａｎの中心とＯ点とを結ぶ線の中間になければ
ならない。また、Ｂｎの法線は、それの中心とＡｎの中
心及びＡｎ＋１の中心を結ぶ線の中間になければならな
い。
【００１３】また、光の往復路の両者を光束集合領域Ｆ
として用いる場合には、凹面鏡Ａｎと凹面鏡Ｂｎとの相
対的位置をπ/ｎラジアンΦ方向に回転させ、Ａｎの法
線はＢｎ−1とＢｎとの中間に順次向け、Ｂｎの法線は
ＡｎとＡｎ＋１との中間に順次向ければよい。鏡面の曲
率は、２Ｚとし、鏡面間距離（２Ｚ）と等しくすれば、
いわゆる対称共焦点の系となる。凹面鏡Ｂｎからレーザ
ー光が平行ビームで入射されれば、凹面鏡Ａ１で反射さ
れたレーザー光は、Ｏ点で焦点を結び、その後広がりな
がら凹面鏡Ｂ１に達する。凹面鏡Ｂ１からは平行ビーム
となり、凹面鏡Ａ２へ進む。凹面鏡Ａ２では、反射され
てＯ点に焦点を結ぶ。これを順次繰り返す。この場合、
往路の光は全てＯ点に焦点を結び、復路の光は全て平行
ビームとなる。逆に、Ａ１で反射された光が平行ビーム
になるようにレーザー光が入射されれば、往路は全て平
行ビームとなる。凹面鏡Ａｎ，Ｂｎでの反射の際、収差
により像が歪むが、Φ方向に回転させ筒反射させること
により、回転角度９０度毎にその歪みを相殺でき、継続
して像転送でき、反射を繰り返すことができる。レーザ
ー光を凹面鏡Ｂｎから入射する場合、一巡した光は凹面
鏡Ｂｎから出射する。従って、外部におかれた光学スイ
ッチ等を含んだ光学的回路を用いて光を折り返させる。
これにより光を蓄積できる。
として用いる場合には、凹面鏡Ａｎと凹面鏡Ｂｎとの相
対的位置をπ/ｎラジアンΦ方向に回転させ、Ａｎの法
線はＢｎ−1とＢｎとの中間に順次向け、Ｂｎの法線は
ＡｎとＡｎ＋１との中間に順次向ければよい。鏡面の曲
率は、２Ｚとし、鏡面間距離（２Ｚ）と等しくすれば、
いわゆる対称共焦点の系となる。凹面鏡Ｂｎからレーザ
ー光が平行ビームで入射されれば、凹面鏡Ａ１で反射さ
れたレーザー光は、Ｏ点で焦点を結び、その後広がりな
がら凹面鏡Ｂ１に達する。凹面鏡Ｂ１からは平行ビーム
となり、凹面鏡Ａ２へ進む。凹面鏡Ａ２では、反射され
てＯ点に焦点を結ぶ。これを順次繰り返す。この場合、
往路の光は全てＯ点に焦点を結び、復路の光は全て平行
ビームとなる。逆に、Ａ１で反射された光が平行ビーム
になるようにレーザー光が入射されれば、往路は全て平
行ビームとなる。凹面鏡Ａｎ，Ｂｎでの反射の際、収差
により像が歪むが、Φ方向に回転させ筒反射させること
により、回転角度９０度毎にその歪みを相殺でき、継続
して像転送でき、反射を繰り返すことができる。レーザ
ー光を凹面鏡Ｂｎから入射する場合、一巡した光は凹面
鏡Ｂｎから出射する。従って、外部におかれた光学スイ
ッチ等を含んだ光学的回路を用いて光を折り返させる。
これにより光を蓄積できる。
【００１４】しかして、鏡面群Ａ，Ｂ間を往復するレー
ザー光Ｌ１，Ｌ２は、図３に示されるように、その交差
部の集合領域Ｆが光束密度の高い部分となる。図３にお
いて、（ａ）はレーザー光の往路Ｌ１を（ｂ）はその復
路Ｌ２を夫々示す。レーザー光はイオン化法の種類に応
じて短パルスや長パルスのものを用いる（短パルス法、
長パルス法）。なお、凹面鏡Ａｎ，Ｂｎの曲率半径を対
向する凹面鏡の相互間距離と等しくとれば、回折損失を
低く抑えることができ、レーザー光は鏡の反射損失で決
まる回数分往復させることができる。即ち、光の反射率
が１回の反射で０．９９であれば、２回目で０．９９2
に下がるとしても全体ではそれらの和となり、光の交差
部で１／（１−０．９９）＝１００倍の光子密度が得ら
れる。この光子密度が１００倍の多面鏡装置を短パルス
法や長パルス法に応用し、さらにガスを圧縮する（ガス
注入量を１０倍にする）ことにより、全体として分析感
度を１０００倍程度高めることができる。これは反応部
でイオン化する分子の量が、反応部の光子密度と分子数
の積とに比例するためである。なお、ダイオキシンの排
出基準は0．1ｎｇ／Nm2であるから、ほぼ０．１ｐｐｔ
に相当する。これに対して従来の技術での分析検出感度
は１ｐｐｔである。上記のように、本実施形態による検
出感度は１０００倍の１ｐｐｐとなるからダイオキシン
について十分な検出感度になる。
ザー光Ｌ１，Ｌ２は、図３に示されるように、その交差
部の集合領域Ｆが光束密度の高い部分となる。図３にお
いて、（ａ）はレーザー光の往路Ｌ１を（ｂ）はその復
路Ｌ２を夫々示す。レーザー光はイオン化法の種類に応
じて短パルスや長パルスのものを用いる（短パルス法、
長パルス法）。なお、凹面鏡Ａｎ，Ｂｎの曲率半径を対
向する凹面鏡の相互間距離と等しくとれば、回折損失を
低く抑えることができ、レーザー光は鏡の反射損失で決
まる回数分往復させることができる。即ち、光の反射率
が１回の反射で０．９９であれば、２回目で０．９９2
に下がるとしても全体ではそれらの和となり、光の交差
部で１／（１−０．９９）＝１００倍の光子密度が得ら
れる。この光子密度が１００倍の多面鏡装置を短パルス
法や長パルス法に応用し、さらにガスを圧縮する（ガス
注入量を１０倍にする）ことにより、全体として分析感
度を１０００倍程度高めることができる。これは反応部
でイオン化する分子の量が、反応部の光子密度と分子数
の積とに比例するためである。なお、ダイオキシンの排
出基準は0．1ｎｇ／Nm2であるから、ほぼ０．１ｐｐｔ
に相当する。これに対して従来の技術での分析検出感度
は１ｐｐｔである。上記のように、本実施形態による検
出感度は１０００倍の１ｐｐｐとなるからダイオキシン
について十分な検出感度になる。
【００１５】このように、多面鏡装置１は、鏡面での反
射の際に生ずる光の損失を減らすことによって、光共振
器と同じように光を貯える作用があり、しかも光束集合
領域Ｆを形成することにより光束の集まる領域を局在さ
せることができ、短いパルスの光でも利用できる。ま
た、多面鏡装置自体はコンパクトに構成できるので、ス
ペースに余裕ができ、ガス噴出用ノズルＮの組み込みが
可能になる。
射の際に生ずる光の損失を減らすことによって、光共振
器と同じように光を貯える作用があり、しかも光束集合
領域Ｆを形成することにより光束の集まる領域を局在さ
せることができ、短いパルスの光でも利用できる。ま
た、多面鏡装置自体はコンパクトに構成できるので、ス
ペースに余裕ができ、ガス噴出用ノズルＮの組み込みが
可能になる。
【００１６】また、ガス噴出用ノズルＮを設けることに
より、圧縮した排気ガスＧを噴出させれば反応領域にお
ける光反応の効率が高まる。光反応によって電離した分
子流の粒子は電場により捕集され、飛行時間法により質
量分析され、そのスペクトルからダイオキシンの同定、
定量分析が可能となる。
より、圧縮した排気ガスＧを噴出させれば反応領域にお
ける光反応の効率が高まる。光反応によって電離した分
子流の粒子は電場により捕集され、飛行時間法により質
量分析され、そのスペクトルからダイオキシンの同定、
定量分析が可能となる。
【００１７】上記方法に使用する分析装置は、図４に示
されるように、排気ガスＧが流れるダクトＤを導入した
真空チェンバーＶを備えている。この真空チェンバーＶ
は真空ポンプ１１で真空引きすることができる。真空チ
ェンバーＶに排気ガスＧを取り込むためのダクトＤに
は、排気ガスＧを一旦圧縮する圧縮器６が設けられてい
る。ガスＧは、圧縮器６のシャッターバルブを経て、ノ
ズルＮを通して真空チェンバーＶ内に噴射される。噴射
によりガスは膨張して冷却され。ノズルＮは、真空チェ
ンバーＶ内に設けられた多面鏡装置１の光束集合領域Ｆ
に噴射口を向けて配置されている。多面鏡装置１は、上
記のように排気ガスＧ中の微量なダイオキシンを共鳴イ
オン化する。この多面鏡装置１には、真空チェンバーＶ
の外部からレーザー光Ｌが供給される。真空チェンバー
Ｖの外部には、ダイオキシンのような対象となる微量物
に応じて特定の波長のレーザー光を選択して多面鏡装置
１に供給することができるようにレーザー光発生器１
４、光スイッチ７、偏光子８、反射鏡９が設けられてい
る。特定波長のレーザー光光は、特定の物質だけに共鳴
してイオン化できる性質を持っている。例えばダイオキ
シンに対しては長パルス法を適用し、２ナノ秒程度の長
パルスの高出力レーザー光を用いれば、ダイオキシンの
分子を分解せずにそのままの状態で電子のみを剥ぎ取っ
てイオン化することができる。真空チェンバーＶには、
電気的吸着手段であるイオン捕集ガイド１０が設けられ
ている。イオン捕集ガイド１０は、イオン化されたダイ
オキシンをその電荷によって捕らえる。イオン捕集ガイ
ド１０によって捕らえられたダイオキシンは飛行時間質
量分析器１２へ導かれ、分析・検出されて質量スペクト
ルがモニター１３に表示されるようになっている。さら
にその質量スペクトルからダイオキシンの量的・質的な
分析ができる。
されるように、排気ガスＧが流れるダクトＤを導入した
真空チェンバーＶを備えている。この真空チェンバーＶ
は真空ポンプ１１で真空引きすることができる。真空チ
ェンバーＶに排気ガスＧを取り込むためのダクトＤに
は、排気ガスＧを一旦圧縮する圧縮器６が設けられてい
る。ガスＧは、圧縮器６のシャッターバルブを経て、ノ
ズルＮを通して真空チェンバーＶ内に噴射される。噴射
によりガスは膨張して冷却され。ノズルＮは、真空チェ
ンバーＶ内に設けられた多面鏡装置１の光束集合領域Ｆ
に噴射口を向けて配置されている。多面鏡装置１は、上
記のように排気ガスＧ中の微量なダイオキシンを共鳴イ
オン化する。この多面鏡装置１には、真空チェンバーＶ
の外部からレーザー光Ｌが供給される。真空チェンバー
Ｖの外部には、ダイオキシンのような対象となる微量物
に応じて特定の波長のレーザー光を選択して多面鏡装置
１に供給することができるようにレーザー光発生器１
４、光スイッチ７、偏光子８、反射鏡９が設けられてい
る。特定波長のレーザー光光は、特定の物質だけに共鳴
してイオン化できる性質を持っている。例えばダイオキ
シンに対しては長パルス法を適用し、２ナノ秒程度の長
パルスの高出力レーザー光を用いれば、ダイオキシンの
分子を分解せずにそのままの状態で電子のみを剥ぎ取っ
てイオン化することができる。真空チェンバーＶには、
電気的吸着手段であるイオン捕集ガイド１０が設けられ
ている。イオン捕集ガイド１０は、イオン化されたダイ
オキシンをその電荷によって捕らえる。イオン捕集ガイ
ド１０によって捕らえられたダイオキシンは飛行時間質
量分析器１２へ導かれ、分析・検出されて質量スペクト
ルがモニター１３に表示されるようになっている。さら
にその質量スペクトルからダイオキシンの量的・質的な
分析ができる。
【００１８】同一の装置で、ピコ秒、フェムト秒の短パ
ルスの高出力レーザー光を用いて、ダイオキシンを解離
・分解し同時にイオン化するすることができる。但し、
あまり短い波長のレーザー光を用いると、光のスペクト
ル分布が広がり、波長選択性が失われるので、１０ピコ
秒程度の波長のレーザー光が最適である。そして、質量
分析スペクトルをとることにより分解物（クロロフェニ
ールやクロロベンゼン）の量が検出され、これからダイ
オキシンを量的・質的に分析できる。
ルスの高出力レーザー光を用いて、ダイオキシンを解離
・分解し同時にイオン化するすることができる。但し、
あまり短い波長のレーザー光を用いると、光のスペクト
ル分布が広がり、波長選択性が失われるので、１０ピコ
秒程度の波長のレーザー光が最適である。そして、質量
分析スペクトルをとることにより分解物（クロロフェニ
ールやクロロベンゼン）の量が検出され、これからダイ
オキシンを量的・質的に分析できる。
【００１９】他の実施形態を図５に示す。ここでは多面
鏡装置１，１’を２つ並列に構成し、２種のレーザー光
を用いて２波長２段階励起、イオン化法を採用する。こ
の場合には、異なる波長毎に段階的にイオン化すること
によりさらにイオン化確率を高めることができる。な
お、多面鏡装置の並列台数は２つ以上の必要数とするこ
とができる。即ち、第１段階として、ＹＡＧ−２ｎｄレ
ーザー光が発生され、それが導入鏡Ｃを経てダクトＤに
導入され、導入されたレーザー光は、鏡面群Ａ，Ｂによ
り往復し、光束集合領域ＦでダクトＤ中のガスＧと第１
段の光反応を行う。
鏡装置１，１’を２つ並列に構成し、２種のレーザー光
を用いて２波長２段階励起、イオン化法を採用する。こ
の場合には、異なる波長毎に段階的にイオン化すること
によりさらにイオン化確率を高めることができる。な
お、多面鏡装置の並列台数は２つ以上の必要数とするこ
とができる。即ち、第１段階として、ＹＡＧ−２ｎｄレ
ーザー光が発生され、それが導入鏡Ｃを経てダクトＤに
導入され、導入されたレーザー光は、鏡面群Ａ，Ｂによ
り往復し、光束集合領域ＦでダクトＤ中のガスＧと第１
段の光反応を行う。
【００２０】第２段階として、ＩＲレーザー光が発生さ
れ、第１段階と同様に、それが導入鏡Ｃ'を経てダクト
Ｄに導入される。導入されたレーザー光は、鏡面群
Ａ’，Ｂ’により多数回往復し、多面鏡装置１と共通の
光束集合領域ＦでダクトＤ中のガスＧと第２段の光反応
を行う。
れ、第１段階と同様に、それが導入鏡Ｃ'を経てダクト
Ｄに導入される。導入されたレーザー光は、鏡面群
Ａ’，Ｂ’により多数回往復し、多面鏡装置１と共通の
光束集合領域ＦでダクトＤ中のガスＧと第２段の光反応
を行う。
【００２１】さらに他の実施形態では、図６に示される
ように、排気ガスのダクトＤの途上に多面鏡装置１を置
き、しぼり１５を設けて、短パルス法によりダイオキシ
ンをイオン化する。この場合は、分解、無害化を目的と
しており、超高感度を必要としないから、排気ガスＧを
圧縮することなく大気圧のままで反応させる。
ように、排気ガスのダクトＤの途上に多面鏡装置１を置
き、しぼり１５を設けて、短パルス法によりダイオキシ
ンをイオン化する。この場合は、分解、無害化を目的と
しており、超高感度を必要としないから、排気ガスＧを
圧縮することなく大気圧のままで反応させる。
【００２２】
【発明の効果】以上のように、本発明は、レーザー光を
所定の空間領域に局在化させて、光子密度の高い状態を
時間的、空間的に維持でき、光子レーザー光との反応効
率を向上させ、比較的簡単にガス中の特定の微量物質を
効率よくイオン化することにより、超微細物を高感度に
分析しあるいは有害物質を確実に分解、無害化すること
ができる。また、この方法に使用する装置は、簡易な構
成で、小型、軽量化が可能で、可搬性もあるという効果
を有する。
所定の空間領域に局在化させて、光子密度の高い状態を
時間的、空間的に維持でき、光子レーザー光との反応効
率を向上させ、比較的簡単にガス中の特定の微量物質を
効率よくイオン化することにより、超微細物を高感度に
分析しあるいは有害物質を確実に分解、無害化すること
ができる。また、この方法に使用する装置は、簡易な構
成で、小型、軽量化が可能で、可搬性もあるという効果
を有する。
【図１】本発明に係る方法の原理を示す説明図である。
【図２】多面鏡装置の基本構造を示す図であり、（ａ）
は装置全体の概略的側面図、（ｂ），（ｃ）は鏡面群の
配置を示す概略的正面図である。
は装置全体の概略的側面図、（ｂ），（ｃ）は鏡面群の
配置を示す概略的正面図である。
【図３】（ａ）は多面鏡装置を往復するレーザー光のう
ち往路を示す説明図、（ｂ）は復路を示す説明図であ
る。
ち往路を示す説明図、（ｂ）は復路を示す説明図であ
る。
【図４】本発明に係る分析法に使用する分析装置の概略
的構成図である。
的構成図である。
【図５】２波長２段階イオン化法の説明図である。
【図６】本発明に係る分解法に使用する分解装置の概略
的構成図である。
的構成図である。
１ 多面鏡装置 ６ 圧縮器 ７ 光スイッチ ８ 偏光子 ９ 反射鏡 １０ イオン捕集器 １１ 真空ポンプ １２ 検出器 １３ モニタ １４ レーザー発生器 １５ しぼり Ａ 鏡面群 Ｂ 鏡面群 Ａ１，Ａ２，…Ａｎ 凹面鏡 Ｂ１，Ｂ２，…Ｂｎ 凹面鏡 Ｆ 光束集合領域 Ｇ ガス Ｊ ガス噴出流 Ｌ レーザー Ｎ ノズル Ｖ 真空チェンバー Ｄ ダクト
Claims (5)
- 【請求項１】 反射往復するレーザー光を小空間領域で
交互に交差させて柱状のレーザー光束の集合領域を形成
し、この光束集合領域でガス中の微量物を共鳴イオン化
し、そのイオンを質量分析法により分析することによ
り、微量物を量的・質的に高感度で分析することを特徴
とするガス中微量物の分析法。 - 【請求項２】 反射往復するレーザー光を小空間領域で
交互に交差させて柱状のレーザー光束の集合領域を形成
し、この光束集合領域でガス中の微量物を共鳴イオン化
し、そのイオンを電気的吸引手段により外部に取り除
き、有害微量物を分解することを特徴とするガス中微量
物の分解法。 - 【請求項３】 前記光束集合領域を複数の異なる波長の
レーザー光で形成し、ガス中の微量物を波長毎に段階的
に共鳴イオン化することを特徴とする請求項１又は２に
記載の法方法。 - 【請求項４】 前記ガスを予め圧縮して、微量物の密度
を高めることにより、感度を高めることを特徴とする請
求項１又は２に記載の方法。 - 【請求項５】 複数の鏡が対向して配置され、これら対
向する鏡面間をレーザー光が順次反射して往復するよう
に、前記鏡が角度を定めて配置されていることを特徴と
する請求項１乃至３のいずれかに記載の方法に使用する
多面鏡装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28461199A JP2001108657A (ja) | 1999-10-05 | 1999-10-05 | ガス中微量物の分析法及び分解法並びにこれらに使用する多面鏡装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28461199A JP2001108657A (ja) | 1999-10-05 | 1999-10-05 | ガス中微量物の分析法及び分解法並びにこれらに使用する多面鏡装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001108657A true JP2001108657A (ja) | 2001-04-20 |
Family
ID=17680712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28461199A Pending JP2001108657A (ja) | 1999-10-05 | 1999-10-05 | ガス中微量物の分析法及び分解法並びにこれらに使用する多面鏡装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001108657A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002323478A (ja) * | 2001-04-27 | 2002-11-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 有機ハロゲン化合物の検出装置 |
| JP2003121418A (ja) * | 2001-10-11 | 2003-04-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | レーザ測定装置及び方法 |
| WO2005088294A1 (ja) * | 2004-03-16 | 2005-09-22 | Kabushiki Kaisha Idx Technologies | レーザーイオン化質量分析装置 |
| JP2005265450A (ja) * | 2004-03-16 | 2005-09-29 | Idx Technologies Corp | 微量物質の検出・分析装置 |
| JP2006073437A (ja) * | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Idx Technologies Corp | 光蓄積型レーザーイオン化質量分析装置 |
| WO2018173935A1 (ja) | 2017-03-21 | 2018-09-27 | 学校法人工学院大学 | 質量分析装置および質量分析方法 |
| CN112747669A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-05-04 | 浙江大学 | 一种基于双频激光干涉对光镊系统微粒位移探测的装置 |
-
1999
- 1999-10-05 JP JP28461199A patent/JP2001108657A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7521671B2 (en) | 2004-03-16 | 2009-04-21 | Kabushiki Kaisha Idx Technologies | Laser ionization mass spectroscope |
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| WO2018173935A1 (ja) | 2017-03-21 | 2018-09-27 | 学校法人工学院大学 | 質量分析装置および質量分析方法 |
| JP2018156904A (ja) * | 2017-03-21 | 2018-10-04 | 学校法人 工学院大学 | 質量分析装置および質量分析方法 |
| CN112747669A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-05-04 | 浙江大学 | 一种基于双频激光干涉对光镊系统微粒位移探测的装置 |
| CN112747669B (zh) * | 2020-12-09 | 2022-02-11 | 浙江大学 | 一种基于双频激光干涉对光镊系统微粒位移探测的装置 |
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20041126 |