JP2002181706A - ダイオキシン類の分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】短時間かつ簡便に、試料中に含まれるダイオキ
シン類の同定および定量を行うことができるダイオキシ
ン類の分析装置を提供すること。 【解決手段】ダイオキシン類の分析装置１は、レーザ光
１００を発振するレーザ光源２１で構成される投光部２
と、電流制御部３１で構成される波長掃引手段３と、分
析に供される試料を収納する検出空間４１を有する試料
セル４と、この検出空間４１を減圧状態または真空状態
とするポンプ（減圧手段）５と、受光素子６１で構成さ
れる受光部６と、電流制御部３１および受光素子６１に
接続された分析制御部７とを備えている。また、この分
析制御部７は、コンピュータ装置８に接続されている。
ダイオキシン類の分析装置１では、検出空間４１を通過
した後のレーザ光１００のスペクトルを検出し、このス
ペクトルより試料中に含まれるダイオキシン類の同定お
よび定量を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダイオキシン類の
分析装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ダイオキシン類による環境汚染が
問題となっている。このダイオキシン類とは、約３００
種類にもおよぶ化合物の総称であり、これらの毒性は個
々の化合物によって大きく異なる。

【０００３】したがって、ダイオキシン類の毒性を問題
とする場合には、特定の化合物を分離・定量する必要が
ある。

【０００４】しかしながら、ダイオキシン類と称される
各化合物は、互いに近似した構造を有しているため、特
定の化合物を選択的に分離・定量することが極めて困難
である。

【０００５】また、従来、ダイオキシン類の定量は、厚
生省発行のマニュアルに従って行われている。しかしな
がら、この方法では、分析結果を得るのに約３週間もの
時間を必要とし、特にリアルタイムに分析結果を必要と
する場合には対応できないという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、短時
間かつ簡便に、試料中に含まれるダイオキシン類の同定
および定量を行うことができるダイオキシン類の分析装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（９）の本発明により達成される。

【０００８】（１） レーザ光を発振するレーザ光源を
有する投光部と、前記レーザ光源の発振波長を掃引する
波長掃引手段と、分析に供される試料を収納する検出空
間を有する試料セルと、前記検出空間内を通過した後の
レーザ光を受光する受光部と、前記受光部で受光された
レーザ光のスペクトルを検出する検出手段とを有し、得
られた前記スペクトルより、前記試料中に含まれるダイ
オキシン類の同定および定量を行うことを特徴とするダ
イオキシン類の分析装置。

【０００９】（２） 前記レーザ光源として半導体レー
ザが用いられる上記（１）に記載のダイオキシン類の分
析装置。

【００１０】（３） 前記スペクトルは、光吸収スペク
トルである上記（１）または（２）に記載のダイオキシ
ン類の分析装置。

【００１１】（４） 前記波長掃引手段は、前記レーザ
光源の駆動電流を制御することにより、発振波長を掃引
する上記（１）ないし（３）のいずれかに記載のダイオ
キシン類の分析装置。

【００１２】（５） 前記波長掃引手段は、前記レーザ
光源の温度を制御することにより、発振波長を掃引する
上記（１）ないし（３）のいずれかに記載のダイオキシ
ン類の分析装置。

【００１３】（６） 前記検出空間を、減圧状態または
真空状態とする減圧手段を有する上記（１）ないし
（５）のいずれかに記載のダイオキシン類の分析装置。

【００１４】（７） 前記試料は、該試料を分子ジェッ
トとする超音速分子ジェット法により前記検出空間に導
入される上記（１）ないし（６）のいずれかに記載のダ
イオキシン類の分析装置。

【００１５】（８） 前記レーザ光は、前記試料セル内
で少なくとも１回反射されるよう構成されている上記
（１）ないし（７）のいずれかに記載のダイオキシン類
の分析装置。

【００１６】（９） 前記試料は、気体である上記
（１）ないし（８）のいずれかに記載のダイオキシン類
の分析装置。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明のダイオキシン類の
分析装置を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細
に説明する。

【００１８】＜第１実施形態＞図１は、本発明のダイオ
キシン類の分析装置の第１実施形態の構成を示す概略図
である。

【００１９】図１に示すダイオキシン類の分析装置１
は、投光部２と、波長掃引手段３と、試料セル（測定セ
ル）４と、ポンプ（減圧手段）５と、受光部６と、分析
制御部７とを備えている。また、分析制御部７は、コン
ピュータ装置８に接続されている。以下、各構成要素に
ついて説明する。

【００２０】投光部２は、レーザ光源２１で構成され、
このレーザ光源２１は、レーザ光１００を発振する。

【００２１】レーザ光源２１としては、波長可変可能な
ものであれば、特に限定されず、例えば、半導体レー
ザ、色素レーザ、ガスレーザ、固体レーザ、色中心レー
ザ等を用いることができるが、高精度で波長選択が可能
であることや、小型かつ安価に入手可能であることか
ら、好ましくは半導体レーザが用いられる。

【００２２】この半導体レーザは、例えば、AlGaAs系材
料、InGaAsP系材料、Pb塩系材料等で構成することがで
きる。

【００２３】このようなレーザ光源２１には、波長掃引
手段３として電流制御部３１が電気的に接続されてい
る。この電流制御部３１は、レーザ光源２１の駆動電流
を制御（以下、単に「電流制御」という。）することに
より、その発振波長を掃引するように構成されている。

【００２４】これにより、レーザ光１００の波長を、例
えば、好ましくは１０ｎｍ〜４０μｍ程度、より好まし
くは１００ｎｍ〜３μｍ程度、さらに好ましくは３００
〜３１５ｎｍ程度の範囲で変化させる。

【００２５】電流制御によれば、レーザ光源２１の発振
波長を、比較的速やかに変化させることができるので、
分析時間の短縮に有利である。

【００２６】このように、波長掃引されたレーザ光１０
０は、図示しないコリメータレンズにより平行光束とさ
れ、試料セル４に導入される。

【００２７】この試料セル４は、その内部に試料を収納
する検出空間４１が形成され、その壁部には、レーザ光
１００が透過可能な材料で構成された一対の窓（図示せ
ず）が対向配置されている。

【００２８】したがって、本実施形態では、レーザ光１
００は、試料セル４の内部（検出空間４１）を横切るよ
うに（図１中左から右へ）通過する。

【００２９】この検出空間４１には、ガス状（気体）の
試料が導入される。したがって、分析に供される試料と
しては、気体、固体、液体のいかなる形態（状態）のも
のであってもよいが、最初から気体であるのが好まし
い。

【００３０】仮に、固体または液体の試料を分析しよう
とした場合、検出空間４１への導入に先立って、試料を
気化させる前処理工程が必要となるが、これに対して、
最初から気体の試料を用いる場合には、このような前処
理工程を省略することができるので、分析時間の短縮や
分析コストの低減にとって有利である。

【００３１】また、試料セル４には、このような試料を
検出空間４１に導入するための導入ライン（導入手段）
４２と、試料を検出空間４１から排出するための排気ラ
イン（排気手段）４３とが設けられている。

【００３２】導入ライン４２の途中には、開閉弁４２１
が設けられ、その端部は試料の供給源（図示せず）に接
続されている。

【００３３】一方、排気ライン４３の途中には、開閉弁
４３１が設けられ、その端部はポンプ（減圧手段）５に
接続されている。

【００３４】ポンプ５は、検出空間４１から試料を排出
するだけでなく、検出空間４１（試料セル４内）を減圧
状態または真空状態とするために用いられる。

【００３５】すなわち、試料の検出空間４１への導入に
際して、検出空間４１は、減圧状態または真空状態に保
持されているのが好ましく、真空状態（例えば、１０
^−８〜１０^−６Torr程度）に保持されているのがより好
ましい。前記状態の検出空間４１に試料を導入すること
により、後述するスペクトルにおいて、より鋭いピーク
を検出することができる。すなわち、スペクトル分解能
をより向上させることができる。

【００３６】このようなスペクトル分解能を向上させる
観点からは、試料を検出空間４１に超音速分子ジェット
法により導入するのが好ましい。この超音速分子ジェッ
ト法とは、例えば導入ライン４２の試料セル４側の端部
に分子ジェットを生成するためのパルスバルブのような
バルブを設けて、このバルブから試料を真空状態に保持
されている検出空間４１に分子ジェットとして噴出する
方法である。

【００３７】また、この場合、試料中には、例えばヘリ
ウムやアルゴン等の希ガスを混合するようにしてもよ
い。これにより、スペクトル分解能をさらに向上させる
ことができる。

【００３８】試料セル４を介して、投光部２の反対側に
は、受光部６が設けられている。受光部６は、受光素子
（フォトダイオード）６１で構成されている。

【００３９】この受光素子６１は、前記検出空間４１を
通過した後のレーザ光１００を受光して、光電変換す
る。これにより、受光素子６１は、受光光量に応じた信
号を出力する。

【００４０】受光素子６１および前記電流制御部３１
は、それぞれ、分析制御部７と電気的に接続されてい
る。

【００４１】この分析制御部７は、電流制御部３１を介
してレーザ光源２１を制御して、レーザ光源２１の発振
波長を掃引する。

【００４２】また、この分析制御部７は、受光素子６１
からの信号に基づいてスペクトルを検出する検出手段と
しても機能する。

【００４３】このスペクトルとしては、特に限定されな
いが、例えば、光吸収スペクトル、光透過スペクトル、
発光（蛍光、りん光等）スペクトル、拡散反射スペクト
ル、散乱スペクトル等が挙げられるが、この中でも、光
吸収スペクトルであるのが好ましい。ダイオキシン類の
光吸収スペクトル測定（検出）は、容易である。しか
も、光吸収スペクトルの変化は、一般に鋭敏に検出する
ことができる。さらには、光吸収スペクトルを検出して
ダイオキシン類の分析（同定および定量）を行うように
すると、分析装置の構成をより簡単なものとすることが
でき、小型化に寄与する。

【００４４】このようなスペクトルのデータは、分析制
御部７と電気的に接続されたコンピュータ装置８に送信
される。このコンピュータ装置８では、スペクトルのデ
ータが集計され、また、必要に応じてデータの処理が行
われる。

【００４５】このようにして得られたスペクトルを解析
することによりダイオキシン類の分析を行う。

【００４６】例えば、光吸収スペクトルを測定（検出）
する場合には、吸収されたレーザ光１００の波長から試
料に含まれるダイオキシン類の同定を行い、レーザ光１
００の吸収量からダイオキシン類の定量を行う。

【００４７】より具体的には、例えば、次のようにし
て、試料中に含まれるダイオキシン類の同定および定量
が行なわれる。

【００４８】ここでは、ダイオキシン類と称される（に
分類される）化合物のうち、２種の化合物（2,3-dichlo
rodibenzodioxin、2,8-dichlorodibenzodioxin）の光吸
収スペクトルの一例を挙げる。

【００４９】図２および図３は、それぞれ、2,3-dichlo
rodibenzodioxin（２，３−ＤＣＤＤ）および2,8-dichl
orodibenzodioxin（２，８−ＤＣＤＤ）について、レー
ザ光１００を３０４．８〜３０５．２ｎｍの範囲で波長
掃引して得られた光吸収スペクトルを示す図であり、こ
のうち、図２は、２，３−ＤＣＤＤの光吸収スペクトル
を示し、図３は、２，８−ＤＣＤＤの光吸収スペクトル
を示す。

【００５０】これらの図に示すように、２，３−ＤＣＤ
Ｄは、３０４．９ｎｍおよび３０５．１ｎｍ付近の波長
のレーザ光１００を選択的に吸収している。一方、２，
８−ＤＣＤＤは、３０５．０ｎｍ付近の波長のレーザ光
１００を選択的に吸収している。

【００５１】換言すれば、２，３−ＤＣＤＤの光吸収ス
ペクトルでは、３０４．９ｎｍおよび３０５．１ｎｍ付
近に特徴的なピークを有している。一方、２，８−ＤＣ
ＤＤの光吸収スペクトルでは、３０５．０ｎｍ付近に特
徴的なピークを有している。

【００５２】このようなピークの特徴は、ダイオキシン
類に分類される各化合物で異なっている。すなわち、約
３００種にもおよぶダイオキシン類は、全ての化合物が
それぞれ特徴的なピークを有している。

【００５３】したがって、試料の光吸収スペクトルを解
析して、前述したような化合物に特徴的なピークを検出
することにより、試料中に含まれるダイオキシン類を同
定することが可能である。

【００５４】また、このような特徴的なピークの面積、
すなわち、レーザ光１００の吸収量を各化合物の量に変
換することにより定量することができる。この変換は、
予め、既知量のダイオキシン類の各化合物において、そ
れぞれ、得られる特徴的なピークの面積を測定して、こ
れらの量とピークの面積との相関関係を示す検量線を作
成しておき、試料の光吸収スペクトルから検出される特
徴的なピークの面積の実測値を検量線に照合する（当て
はめる）ことにより行うことができる。

【００５５】＜第２実施形態＞図４は、本発明のダイオ
キシン類の分析装置の第２実施形態の構成を示す概略図
である。以下、図４に示すダイオキシン類の分析装置に
ついて、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、
同様の事項については、その説明を省略する。

【００５６】第２実施形態のダイオキシン類の分析装置
では、波長掃引手段３の構成が異なること以外は、前記
第１実施形態と同様である。

【００５７】すなわち、波長掃引手段３として、温度制
御部３２が設けられている。この温度制御部３２は、レ
ーザ光源２１に設けられたペルチェ素子（図示せず）に
よって、例えば２１０〜３７０Ｋ程度の範囲で、レーザ
光源２１の温度を制御（以下、単に「温度制御」とい
う。）することにより、その発振波長を掃引するように
構成されている。

【００５８】これにより、レーザ光１００の波長を、前
記第１実施形態と同様の範囲で変化させる。

【００５９】温度制御によれば、レーザ光源２１の発振
波長を、微妙に変化させること、すなわち、レーザ光１
００の波長を微調整することができるので、分析精度を
より向上させることができる。

【００６０】このような構成とすることによっても、前
記第１実施形態と同様の作用・効果を生じる。

【００６１】＜第３実施形態＞図５は、本発明のダイオ
キシン類の分析装置の第３実施形態の構成を示す概略図
である。以下、図５に示すダイオキシン類の分析装置に
ついて、前記第１および第２実施形態との相違点を中心
に説明し、同様の事項については、その説明を省略す
る。なお、図５では、投光部２、試料セル４および受光
部６のみ示し、その他の構成要素は省略した。

【００６２】第３実施形態のダイオキシン類の分析装置
では、試料セル４の構成および受光部５の設置位置が異
なる以外は、前記第１および第２実施形態と同様であ
る。

【００６３】すなわち、試料セル４（検出空間４１）内
には、反射板（反射手段）４４が設置されており、レー
ザ光１００は、試料セル４内で１回反射させるように構
成されている。

【００６４】これにより、レーザ光１００の光路長を増
大させ、試料との接触時間（距離）を長くすることがで
きるので、分析精度をより向上することができる。

【００６５】なお、試料セル４内には、さらに複数の反
射板を設置して、レーザ光１００を複数回反射させるよ
うな構成とすることもできる。

【００６６】また、このようにレーザ光１００を試料セ
ル４内で１回反射させるような構成としたことにより、
本実施形態では、受光部６を構成する受光素子６１は、
試料セル４に対してレーザ光源２１と同じ側に設置され
ている。

【００６７】このような構成とすることによっても、前
記第１および第２実施形態と同様の作用・効果を生じ
る。

【００６８】なお、このような構成は、前記第１および
第２実施形態のダイオキシン類の分析装置に適用するこ
とができる。

【００６９】以上、本発明のダイオキシン類の分析装置
を図示の各実施形態について説明したが、本発明はこれ
らに限定されるものではなく、ダイオキシン類の分析装
置を構成する各部は、同様の機能を発揮する任意の構成
のものと置換することができる。

【００７０】また、本発明のダイオキシン類の分析装置
は、前記第１〜第３実施形態のうちの、任意の２以上の
構成を組み合わせたものであってもよい。

【００７１】例えば、波長掃引手段は、電流制御部およ
び温度制御部の双方で構成することもできる。

【００７２】なお、レーザ光の光路の途中には、例え
ば、レンズ、光学フィルター、偏光板、移相差板、プリ
ズム等の各種光学素子が設置されていてもよい。

【００７３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、簡
単な構成で、短時間かつ簡便に、ダイオキシン類の同定
および定量を行うことができる。

【００７４】また、波長掃引手段を適宜選択することに
より、分析時間を短縮したり、分析精度をより向上させ
たりすることができる。

【００７５】このようなことから、本発明のダイオキシ
ン類の分析装置は、特にリアルタイムに分析結果を必要
とする場合等に用いるのに有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のダイオキシン類の分析装置の第１実施
形態の構成を示す概略図である。

【図２】2,3-dichlorodibenzodioxin（２，３−ＤＣＤ
Ｄ）の光吸収スペクトルを示す図である。

【図３】2,8-dichlorodibenzodioxin（２，８−ＤＣＤ
Ｄ）の光吸収スペクトルを示す図である。

【図４】本発明のダイオキシン類の分析装置の第２実施
形態の構成を示す概略図である。

【図５】本発明のダイオキシン類の分析装置の第３実施
形態の構成を示す概略図である。

【符号の説明】

１ ダイオキシン類の分析装置 ２ 投光部 ２１ レーザ光源 ３ 波長掃引手段 ３１ 電流制御部 ３２ 温度制御部 ４ 試料セル ４１ 検出空間 ４２ 導入ライン ４２１ 開閉弁 ４３ 排出ライン ４３１ 開閉弁 ４４ 反射板 ５ ポンプ ６ 受光部 ６１ 受光素子 ７ 分析制御部 ８ コンピュータ装置 １００ レーザ光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G057 AA01 AB04 AB06 AC03 BA01 GA01 2G059 AA01 BB01 CC12 DD16 EE01 EE12 GG01 GG09 HH01 HH02 HH03 HH06 JJ11 KK01

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を発振するレーザ光源を有する
   投光部と、 前記レーザ光源の発振波長を掃引する波長掃引手段と、 分析に供される試料を収納する検出空間を有する試料セ
   ルと、 前記検出空間内を通過した後のレーザ光を受光する受光
   部と、 前記受光部で受光されたレーザ光のスペクトルを検出す
   る検出手段とを有し、 得られた前記スペクトルより、前記試料中に含まれるダ
   イオキシン類の同定および定量を行うことを特徴とする
   ダイオキシン類の分析装置。
2. 【請求項２】 前記レーザ光源として半導体レーザが用
   いられる請求項１に記載のダイオキシン類の分析装置。
3. 【請求項３】 前記スペクトルは、光吸収スペクトルで
   ある請求項１または２に記載のダイオキシン類の分析装
   置。
4. 【請求項４】 前記波長掃引手段は、前記レーザ光源の
   駆動電流を制御することにより、発振波長を掃引する請
   求項１ないし３のいずれかに記載のダイオキシン類の分
   析装置。
5. 【請求項５】 前記波長掃引手段は、前記レーザ光源の
   温度を制御することにより、発振波長を掃引する請求項
   １ないし３のいずれかに記載のダイオキシン類の分析装
   置。
6. 【請求項６】 前記検出空間を、減圧状態または真空状
   態とする減圧手段を有する請求項１ないし５のいずれか
   に記載のダイオキシン類の分析装置。
7. 【請求項７】 前記試料は、該試料を分子ジェットとす
   る超音速分子ジェット法により前記検出空間に導入され
   る請求項１ないし６のいずれかに記載のダイオキシン類
   の分析装置。
8. 【請求項８】 前記レーザ光は、前記試料セル内で少な
   くとも１回反射されるよう構成されている請求項１ない
   し７のいずれかに記載のダイオキシン類の分析装置。
9. 【請求項９】 前記試料は、気体である請求項１ないし
   ８のいずれかに記載のダイオキシン類の分析装置。