JP2002202287A - 光イオン化質量分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排ガス中のダイオキシン類を直接分析する光
イオン化質量分析装置を提供することを課題とする。 【解決手段】 排ガス１２を採取する採取管１３と、採
取した排ガスを濃縮する濃縮手段１４と、キャピラリカ
ラム中に充填した固定相内に濃縮ガスを導入し、該導入
された試料を気体を用いて分離するガスクロマトグラフ
ィー１５と、該ガスクロマトグラフィー１５から分離さ
れた試料ガスを真空チャンバー２１内に洩れ出し分子線
２２として連続的に導入するキャピラリカラム２３と、
該導入された洩れ出し分子線２２中にスペクトル幅の広
い光であるフェムト秒以下のパルスレーザ光２４を照射
し、分子イオン２５を形成するレーザ照射手段２６と、
生成した分子イオン２５の分析を行う飛行時間型質量分
析装置２７とを備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば都市ゴミ焼
却炉，産業廃棄物焼却炉，汚泥焼却炉等の各種焼却炉、
熱分解炉、溶融炉等から排出される排ガス中のダイオキ
シン類を時間遅れなくリアルタイムで直接分析する光イ
オン化質量分析装置及び該分析装置の分析結果を基にし
て炉内の燃焼を制御する燃焼制御システムに関する。

【０００２】

【背景技術】ダイオキシンは微量で高い毒性を有してお
り、高感度の分析法の開発が望まれている。そこで、高
感度分析が可能であるレーザ分析法の適用が考えられ、
近年超音速ジェット法と共鳴増感多光子イオン化法とを
組み合わせることにより、ダイオキシン類の一種である
塩素置換体のスペクトルを測定することが可能であると
の提案がなされている（C.Weickhardt,R.Zimmermann,U.
Bosel,E.W.Schlag,Papid Commun,Mass Spectron,7,198
(1993))。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た提案では、気体試料を真空中にジェット噴出させ、瞬
時に絶対零度近傍まで冷却することで、スペクトルを単
純にする気体の分析方法であるが、ダイオキシン及びそ
の誘導体（以下「ダイオキシン類」という。）の検出限
界はｐｐｂ程度としており、実際のダイオキシン分析を
行うには５〜６桁の濃縮が必要となり、検出に際し時間
及び手間がかかるという問題がある。

【０００４】また、旧来の手作業による分析では、分析
結果がでるまでには、１乃至２ヵ月を要し、日々の焼却
炉のダイオキシン類の発生を測定し、随時燃焼制御をす
ることで常に適正な規制値を満たす運転をすることが困
難である。

【０００５】また、レーザ光をサンプル分子に照射し、
選択的にイオン化させることでサンプル分子を検出する
方法が先に提案されている（特開平８−２２２１８１号
公報参照）が、サンプル分子を選択的にイオン化させる
場合には、目的とするサンプル以外は検出することがで
きず、排ガス中の現在のダイオキシン類の同族体のリア
ルタイル分析を行うことはできないという問題がある。
また、選択的イオン化の場合には検出感度良好なナノ秒
のレーザ光を利用しているが、上述したように、ダイオ
キシン類の直接分析は不可能である。すなわち、当該提
案では特定の一つの異性体しか測定できないので、他の
物質を測定するときには、波長掃引を行う必要があり、
この波長掃引を行って測定する場合には、その度に波長
を可変させる調整が必要となり、この調整に時間を要す
る結果、排ガス中のリアルタイムの分析は不可能であ
る。また、当該提案では選択イオン化は波長が数ｐｍ
（ピコメートル）のズレの変化で検出ピークが発現しな
いので、常に波長の校正が必要となり、実装業している
焼却炉に隣接してダイオキシン類の検出を行う場合に
は、振動等を防止するために大がかりな耐震手段が必要
となると共に、波長校正の度にダイオキシン類の計測が
中断されるという問題がある。

【０００６】一方、従来においてＣＯ濃度を測定するこ
とにより、ダイオキシン類の濃度を推定し、焼却炉等の
燃焼制御することが提案されているが、ＣＯ濃度が１０
０ｐｐｍと高い場合には、ＣＯ濃度とダイオキシン類濃
度との相関関係があることは確認されている。しかしな
がら、図４に示すように、ＣＯ濃度が５０ｐｐｍ以下の
低い濃度の領域になると、ダイオキシン類濃度とＣＯ濃
度とに濃度相関がなくなり、ＣＯ濃度の測定のみでは、
ダイオキシン類の発生を防止した有効な燃焼制御ができ
ないという問題がある。特に、近年においては低ＣＯ濃
度の燃焼制御が確立した結果、ダイオキシン類を直接測
定した瞬時の計測により、ダイオキシン類の発生を適格
に防止することが要望されている。

【０００７】さらに、従来よりダイオキシン類との濃度
相関があるとされているクロロベンゼン（ＣＢ）やジク
ロロベンゼン（ＤＣＢ）等のダイオキシン類前駆体を測
定する場合では、ダイオキシン類を直接測定するもので
はないので、焼却炉内状態を適格に判定することができ
ず、排ガス中におけるリアルタイム分析が要望され、そ
の結果を燃焼制御に利用することが要望されている。

【０００８】また、ダイオキシン類の濃度相関物質を測
定する場合には、上述したように、選択イオン化では特
定の一種類の物質を測定しているので、レーザ光の光軸
のズレやサンプリング配管の目詰まり等の他の要因で実
際にはダイオキシン類が発生しているにもかかわらず検
出できない場合には、適格にダイオキシン類の濃度を測
定することはできないという問題がある。また、これを
解消するためには、測定装置を２台設け参照しつつ分析
することが必要となるが、分析装置が大がかりとなると
いう問題がある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する第１
の発明は、キャピラリカラム中に充填した固定相内に導
入された試料を気体を用いて分離するガスクロマトグラ
フィーと、上記キャピラリカラムを真空容器内に挿入
し、分離した試料を洩れ出し分子線として連続的に導入
する試料導入手段と、該導入された洩れ出し分子線中に
スペクトル幅の広い光を照射する照射手段と、生成した
分子イオンの分析を行う飛行時間型質量分析装置とを備
えてなることを特徴とする。

【００１０】第２の発明は、第１の発明において、上記
ガスクロマトグラフィーの前流側に、試料を濃縮する濃
縮手段を設けたことを特徴とする。

【００１１】第３の発明は、第１の発明において、上記
スペクトル幅の広い光を照射する照射手段がフェムト秒
以下のパルスレーザ光、真空紫外光、シンクロトロン放
射光のいずれかであることを特徴とする。

【００１２】第４の発明は、第１の発明において、上記
試料導入手段がキャピラリカラムであり、その孔径が２
５０〜５３０μｍであることを特徴とする。

【００１３】第５の発明は、第４の発明において、上記
キャピラリカラムから導入される洩れ出し分子線のレー
ザ照射位置と、上記キャピラリカラムの先端との距離が
１ｍｍ以下であることを特徴とする。

【００１４】第６の発明は、第１の発明において、上記
レーザパルス波長が２４０〜２７０ｎｍであることを特
徴とする。

【００１５】第７の発明は、第１の発明において、上記
レーザパルスエネルギーが１〜５００μＪ／パルスであ
ることを特徴とする。

【００１６】第８の発明は、第１の発明において、上記
レーザの照射部の温度が１００Ｋ以上であることを特徴
とする。

【００１７】第９の発明は、第１の発明において、上記
分子イオンをトラップするイオントラップを設けてなる
ことを特徴とする。

【００１８】第１０の発明は、第１の発明において、上
記試料が焼却炉，熱分解炉，溶融炉等のからの排ガスで
あることを特徴とする。

【００１９】第１１の発明は、第１の発明において、上
記飛行時間型質量分析装置がリフレクトロン型の質量分
析装置であることを特徴とする。

【００２０】第１２の発明は、焼却炉，熱分解炉，溶融
炉等から排出される排ガス中のダイオキシン類を含む燃
焼ガスを直接採取する採取手段と、該ダイオキシン類を
含む採取ガスを分析する第１乃至１０の発明の光イオン
化質量分析装置とを備えてなり、燃焼ガス中のダイオキ
シン類の同族体を直接分析することを特徴とする。

【００２１】第１３の発明は、焼却炉，熱分解炉，溶融
炉等の炉内に燃焼物を投入し、燃焼による発生熱量を一
定に維持するとともに、ダイオキシン類などの有害ガス
の発生を抑制する焼却炉における燃焼制御システムにお
いて、焼却炉，熱分解炉，溶融炉等からの排ガス中のダ
イオキシン類を計測可能な第１乃至１０のいずれか一項
の光イオン化質量分析装置と燃焼用空気制御手段とを具
備し、ダイオキシン類を検出し、検出したダイオキシン
類に応じて燃焼空気量を変化させることを特徴とする。

【００２２】第１４の発明は、第１３の発明において、
燃焼用空気の制御手段が一次燃焼空気又は二次燃焼空気
のいずれか一方又は両方の空気量及び酸素濃度を制御す
ることを特徴とする。

【００２３】第１５の発明は、第１３の発明において、
上記ダイオキシン類の排出制御が炉内温度、炉内ガス対
流時間、炉内攪拌力のいずれか又はこれらの組合せによ
り制御することを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に説明
するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるもの
ではない。

【００２５】図１は本実施の形態にかかる光イオン化質
量分析装置の概略図である。図１に示すように、本実施
の形態にかかる光イオン化質量分析装置は、煙道１１か
ら排ガス１２を採取する採取管１３と、採取した排ガス
を濃縮する濃縮手段１４と、キャピラリカラム中に充填
した固定相内に濃縮ガスを導入し、該導入された試料を
気体を用いて分離するガスクロマトグラフィー１５と、
該ガスクロマトグラフィー１５から分離された試料ガス
を真空チャンバー２１内に洩れ出し分子線２２として連
続的に導入するキャピラリカラム２３と、該導入された
洩れ出し分子線２２中にスペクトル幅の広い光であるフ
ェムト秒以下のパルスレーザ光２４を照射し、分子イオ
ン２５を形成するレーザ照射手段２６と、生成した分子
イオン２５の分析を行う飛行時間型質量分析装置２７と
を備えてなるものである。また、図１中、３０〜３３は
電極，３４はミラー，３５は光検出器、３６はデジタル
オシロスコープ及び３７はレーザ導入窓を各々図示す
る。なお、本実施の形態ではイオントラップを設けてい
ないが、必要に応じてイオントラップを設け、目的とす
るもののみを捕捉するようにしてもよい。また、ベンゼ
ンよりも軽い物質を排除するようなフィルタ的な用いか
たをするようにしてもよい。

【００２６】ここで、上記キャピラリカラム２３は、分
子線を連続的に供給するものであればこれに限定される
ものではないが、ガスクロマトグラフィー１６と接続が
可能な石英製のものが好ましい。また、石英製のもの
は、有機分子の付着が生じにくいという点で好ましい。
なお、石英以外の非誘電体のキャピラリカラムを用いる
ようにしてもよい。

【００２７】また、その孔径は２５０〜５３０μｍ、好
適には３２０μｍ程度とすることが望ましい。これはキ
ャピラリカラムの孔径が上記範囲外であると、良好な洩
れ出し分子線２２とならないからである。

【００２８】上記キャピラリカラム２３から導入される
洩れ出し分子線２２のレーザ照射位置と、上記キャピラ
リカラム２３の先端との距離が１ｍｍ以下、好適には0.
３ｍｍ程度とするのが望ましい。これは、キャピラリカ
ラム先端とレーザとの間がより近接しているのがレーザ
のイオン化効率が高く好ましいが、あまり接近しすぎる
と、キャピラリカラムの先端で絶縁破壊が生じることが
あり、非常に幅の広い質量スペクトルを与える。この場
合には、質量分解能が大幅に低下し、多数の成分が混在
している実ガスの分析に適用することは困難となる。よ
って、レーザ照射による影響がない距離でできるだけ近
接しているのが好ましい。

【００２９】また、上記レーザパルス波長は２４０〜２
７０ｎｍとするのが好ましい。これは、上記波長範囲と
することで、ダイオキシン類及びダイオキシン類前駆体
をイオン化させることができるからである。

【００３０】本発明で使用可能なパルス幅としては、数
ｆｓ〜数ｐｓ、より好適には１００ｆｓ〜５００ｆｓ程
度のパルス幅とするのが好ましい。これは、モノノクロ
ロベンゼンの励起状態の寿命は５００ｐｓ程度であり、
塩素数が一増加すると寿命は一桁短くなると、考えられ
ている。よって、１００ｆｓ程度のパルス幅のレーザで
あれば、４塩素数までのクロロベンゼンにてイオン化効
率の低下は生じないと考えられる。現在のレーザ技術で
は、数ｆｓ程度のパルス幅のレーザも存在する。

【００３１】上記レーザパルスエネルギーが１〜５００
μＪ／パルス、好適には、５０〜１５０μＪ／パルスと
するのが望ましい。塩素数が増加すると内部重原子効果
から励起状態の寿命が短くなるので、イオン化効率を低
下させないためには、励起状態の寿命よりも短いパルス
幅のレーザを使用する必要がある。１００ｆｓで１０ｍ
Ｊのレーザ光を１００μｍに集光すると、平均光子場強
度として３２ＰＷ／ｃｍ² （１ＰＷ１０¹⁵Ｗ）となる
が、これは水素原子の１ｓ軌道が原子核から生じる電場
に匹敵する。１ＰＷ／ｃｍ² 程度の強光子場中では、分
子から複数の電子が放出され、クーロン爆発が生じるこ
とが知られている。よって、パルス幅１００ｆｓのパル
スを使用する場合、レーザ光を１０〜１００μｍの範囲
に集光することを考えれば、１ｍＪ程度が上限となる。
なお、レーザによる遷移確率はレーザ強度に比例するの
で、可能な限り、強い方が好ましい。

【００３２】上記レーザの照射部の回転温度について
は、洩れ出し分子線にて冷却されない分子の方が信号強
度が相対的に強くなることは判ったが、信号強度を増す
ために背圧を高くすると、超音速ジェットになってしま
い冷却が生じる。冷却が生じることで感度低下が生じる
ことから、背圧力にはある最適値が存在することが予想
される。検討の結果、ベンゼン誘導体程度の大きさの分
子では回転温度が１００Ｋ以上であれば信号強度の増大
が認められることが判った。分子の回転温度は吸収スペ
クトルの計測結果と、分子固有の回転定数を使用して理
論的に求めた回転スペクトルを比較することで求めるこ
とができる。

【００３３】本発明の装置は有機化合物であれば、いず
れの試料でも分析の対象となるが、特に、焼却炉，熱分
解炉，溶融炉等からの排ガスの計測に用いることが排ガ
ス中のダイオキシン類のリアルタイム分析の点から好適
である。

【００３４】本発明では質量分析装置２７はリフレクト
ロン型のものを使用することが、質量分解能の向上の点
から好ましい。これは、同一質量のイオンのうち、より
大きな（小さな）並進エネルギーをもつものは折り返し
の際に電場により深く（浅く）入り込むことによって実
効的に長い（短い）距離を飛行する。このため、エネル
ギーの異なるイオンを同時刻に検出器に収束させること
ができることによるからである。

【００３５】上記装置において、レーザ照射手段２６か
らのレーザ光２４は反射ミラー３４を介して反射され、
図示しない集光レンズレンズにて集光され、レーザ導入
窓３７から真空チャンバー２１内に導入する。なお、図
１中、符号４１はフィルタである。一方、炉中からの採
取ガス１３は濃縮手段１４により濃縮された後、ガスク
ロマトグラフィー１６に送られ、ここで保持時間の差に
より異性体を分離し、分離に使用したキャピラリカラム
２３を介して真空チャンバ２１内に導入される。上記キ
ャピラリカラム２３からは試料分子が連続的に洩れ出
し、洩れ出し分子線２２を形成する。該洩れ出し分子線
２２は電極３０と電極３１との間から発せられおり、そ
の直ぐ近傍を通過するように導入されたレーザ光２４で
照射し、分子イオン２５にイオン化する。

【００３６】生成した分子イオン２５は、電極３０，３
１，３２，３３にて形成される電子レンズにて電場を印
加し、イオン検出器３５にて検出する。

【００３７】本システムでは、ガスクロマトグラフィー
１６により、同じ質量の場合でも保持時間の相違から異
性体を分離することができる。上記イオン検出器３５に
おいてイオン数に比例した電気信号を得ることができる
ので、図示しないプリアンプにて増幅し、デジタルオシ
ロースコープ３６にて質量スペクトルが観測できる。質
量スペクトルの処理をおこなうために、図示しない情報
処理装置に送られ、ここで信号処理が行われる。

【００３８】このように本発明ではガスクロマトグラフ
ィーと洩れ出し分子イオン化法と飛行時間型質量分析装
置(Time of Flight Mass Spectroscopy:TOFMS)とを併用
すると共に、レーザ光としてスペクトル幅の広いもの(
フェムト秒レーザ) を使用することにより、ダイオキシ
ン類の同族体のみならず、異性体までも同時に測定する
ことができる。

【００３９】ここで、本発明では、上記試料採取管１３
の先端近傍に介装されたフィルタ４１は高温に耐えられ
るセラミックス製のフィルタが好適であり、サンプリン
グラインの目詰まりを防止するために、フィルタのダス
ト除去率が９９％以上のものを用いることが好ましい。

【００４０】また、上記採取管１３のフィルタ４１の目
詰まりを防止するために、例えば窒素ガスパージ等によ
る逆洗浄を行う逆洗浄手段を設けるようにしている。こ
の目詰まりの状態はスペクトル幅の広いレーザ光を用い
ており、ダイオキシン類以外の複数の有機分子も同時に
イオン化することとなるので、当該ダイオキシン類以外
の有機分子（例えばベンゼン等）を指標とし、該有機分
子の信号強度変化を監視することにより、目詰まりを監
視することができる。或いは信号強度の変化に関係な
く、一定時間の経過毎に窒素ガスのパージを行って逆洗
浄を行うようにしてもよい。

【００４１】また、採取管１３の先端は炉内又は煙道内
の燃焼排ガスの高温に晒されているので、当該部分では
ダイオキシン類の再合成のおそれはない。よって、炉内
又は煙道内のダイオキシン類の同族体の分布そのものを
直接採取できることになる。

【００４２】上記フェムト秒のレーザとしては半導体レ
ーザ、エキシマレーザ、チタンサファイヤレーザの３倍
波等が使用可能である。

【００４３】このように、イオン化に紫外領域の波長
（例えば２６５ｎｍ）のレーザを使用することで、芳香
族有機分子を高感度にイオン化することが可能となる。

【００４４】また、レーザによるイオン化では電子線に
よるイオン化と異なり、フラグメントとの生成を抑制す
ることが可能であり、解析の容易な質量スペクトルを得
ることが可能である。特に、分子の構造に関する情報を
得るためには、ある程度のフラグメントを生成させるこ
とが好ましい。この場合には、短焦点距離のレンズを使
用し、レーザの集光条件を種々変化させることにより行
なうことができる。

【００４５】上述した実施の形態においては、導入され
た洩れ出し分子線中にスペクトル幅の広い光を照射する
照射手段として、フェムト秒以下のパルスレーザ光を例
にして説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、例えば真空紫外光、シンクロトロン放射光等の線
幅の広い光照射手段を用い、洩れ出し分子線をイオン化
させ、同様に高感度にてダイオキシン類等の目的物を検
出することができる。

【００４６】［第２の実施の形態］次に本発明の測定装
置を用いた炉の制御方法の実施の形態について説明す
る。図２は燃焼制御システムの概略図である。図２に示
すように、本実施の形態の制御システムは、焼却炉５１
内に燃焼物５２を投入し、燃焼による発生熱量を一定に
維持するとともに、ダイオキシン類などの有害ガスの発
生を抑制する焼却炉における燃焼制御システムにおい
て、焼却炉，熱分解炉，溶融炉等の炉５１から排出され
る排ガス中のダイオキシン類を計測するダイオキシン類
分析装置５３と燃焼用空気制御手段５４とを具備し、ダ
イオキシン類を検出し、検出したダイオキシン類の種類
等に応じて燃焼空気量を変化させるシステムである。こ
こで、本実施の形態での焼却炉５１は流動床炉であり、
底部に流動層５５を有した構成となっている。前記流動
層５５の下流側には、燃焼物５２を燃焼した後の灰を所
定の位置に搬送する灰シュート５６が配置されている。
前記流動層５５には、一次燃焼空気量制御弁５７を介在
させた配管５８を介して押込送風機５９が接続されてい
る。

【００４７】一次燃焼空気は、流動層５５の下部から任
意の箇所に供給されるようになっている。また、流動床
炉５１の下部側寄りには、二次燃焼空気量制御弁６０を
介在させた配管６１を介して押込送風機６２が接続され
ている。ここで、二次燃焼空気は、一次燃焼にて発生し
た燃焼ガスを流動床炉５１の上部にて燃焼させる働きを
する。

【００４８】前記流動床炉５１の下部側壁には、都市ご
み等の燃焼物を流動層５５内に投入する燃焼物供給ホッ
パ６３が設けられている。このホッパ６３の下部側に
は、モータにより駆動して燃焼物５２を流動層５５に押
し出すフィーダ６４が設けられている。このフィーダ６
４により送られてきた燃焼物５２は、流動層５５内でガ
ス化され、流動層５５の上部の流動床炉５１内で燃焼す
る。

【００４９】前記流動床炉５１の上段には、流動床炉５
１で燃焼して得られた高温の燃焼ガスを冷却するボイラ
６５、有毒ガス，粒子状物を除去する排ガス処理設備６
６、排ガスを誘引する誘引送風機６７、及び排ガスを大
気中に放出する煙突６８が順次接続されている。また、
前記排ガス処理設備６６の上部付近には、該設備６６内
に消石灰，活性炭等を必要に応じて噴霧する噴霧装置６
９が配置されている。

【００５０】本実施の形態では、前記煙突６８から排出
される排ガス中のダイオキシン類の計測のために、ダイ
オキシン類分析装置５３が設けられている。この分析装
置５３は、図１に示す構成からなり、測定情報はコント
ローラ７１に電気的に接続されている。前記コントロー
ラ７１は、前記一次燃焼空気量制御弁５７及び二次燃焼
空気量制御弁６０及び酸素量調整弁７３及び助燃バーナ
７２にそれぞれ電気的に接続されている。また、コント
ローラ７１には、ボイラ蒸発量の情報８０及び温度計測
情報８１が送られていると共に、供給フィーダを制御す
る制御手段８２、ストーカを制御する制御手段８３、酸
素供給量手段８４に信号を送って制御している。

【００５１】燃焼制御が適切であるかを公定法により計
測する場合には、１乃至２ヵ月の時間を要し、燃焼制御
の結果を迅速に反映することができないという問題があ
ったが、本発明によれば、ダイオキシン類等の異性体を
分析できるので、燃焼制御の適否を迅速に評価できるこ
とになる。

【００５２】よって、この評価にかかるダイオキシン類
異性体の濃度に応じて、前記一次燃焼空気量制御又は二
次燃焼空気量制御、燃焼空気の酸素濃度制御、若しくは
これらの全てを必要に応じて行うようにすればよい。ま
た、制御を炉内温度、炉内ガス対流時間、炉内攪拌力の
いずれか又はこれらの組合せにより制御するようにして
もよい。

【００５３】排ガスを採取する場所は上述した箇所に限
定されるものではなく、炉からボイラ６５への煙道、ボ
イラ６５から排ガス処理設備６６の煙道内に必要に応じ
て配置することができる。

【００５４】特に、ボイラ６５と排ガス処理設備６６と
の間にダイオキシン類分析装置５３を設置することによ
り、炉内ではダイオキシン類の発生がない場合、炉の後
流でダイオキシン類前駆体の再合成によりダイオキシン
類が発生したことが判定でき、噴霧装置６９から吸着剤
である活性炭を噴霧することで排ガス中のダイオキシン
類を吸着することができ、外部へ排出することを防止す
ることができる。

【００５５】また、活性炭を噴霧する代わりに副燃焼手
段である助燃バーナ７２を煙道に設置し、発生したダイ
オキシン類を燃焼処理することもできる。

【００５６】また、従来のガスクロマトグラフィー−質
量分析装置と異なり、レーザ照射によるイオン化では水
分の影響がないので、排ガスのように水分を多く含むガ
スであっても感度良く分析が可能となる。

【００５７】また、濃縮には溶剤を用いるが、該溶剤と
有機塩素化合物であるダイオキシン類のみをイオン化さ
せることで解析な容易な質量スペクトルを得ることがで
きる。

【００５８】

【発明の効果】以上述べたように、第１の発明によれ
ば、キャピラリカラム中に充填した固定相内に導入され
た試料を気体を用いて分離するガスクロマトグラフィー
と、上記キャピラリカラムを真空容器内に挿入し、分離
した試料を洩れ出し分子線として連続的に導入する試料
導入手段と、該導入された洩れ出し分子線中にスペクト
ル幅の広い光を照射する照射手段と、生成した分子イオ
ンの分析を行う飛行時間型質量分析装置とを備えてなる
ので、真空容器内に導入する試料をガスクロマトグラフ
ィーにて分離した後に、レーザ照射するので、イオン化
率の向上と共に、異性体の分析が可能となる。

【００５９】第２の発明は、上記ガスクロマトグラフィ
ーの前流側に、試料を濃縮する濃縮手段を設けたので、
目的試料濃度が極めて微量であっても分析が可能とな
る。

【００６０】第３の発明は、第１の発明において、上記
スペクトル幅の広い光を照射する照射手段がフェムト秒
以下のパルスレーザ光、真空紫外光、シンクロトロン放
射光のいずれかであるので、イオン化率が向上する。

【００６１】第４の発明は、第１の発明において、上記
試料導入手段がキャピラリカラムであり、その孔径が２
５０〜５３０μｍであるので、洩れ出し分子線が好適に
なる。

【００６２】第５の発明は、第４の発明において、上記
キャピラリカラムから導入される洩れ出し分子線のレー
ザ照射位置と、上記キャピラリカラムの先端との距離が
１ｍｍ以下であるので、試料のイオン化効率が向上す
る。

【００６３】第６の発明は、第１の発明において、上記
レーザパルス波長が２４０〜２７０ｎｍであるので、ダ
イオキシン類及びその前駆体を効率良くイオン化させる
ことができる。

【００６４】第７の発明は、第１の発明において、上記
レーザパルスエネルギーが１〜５００μＪ／パルスであ
るので、レーザ光を効率よく集光させることができる。

【００６５】第８の発明は、第１の発明において、上記
レーザの照射部の温度が１００Ｋ以上であるので、洩れ
出し分子線を冷却させることなくイオン化させることが
できる。

【００６６】第９の発明は、第１の発明において、上記
分子イオンをトラップするイオントラップを設けてなる
ので、目的とする物質のみを効率よく捕捉することがで
きる。

【００６７】第１０の発明は、第１の発明において、上
記試料が焼却炉，熱分解炉，溶融炉等のからの排ガスで
あるので、排ガス中のダイオキシン類等のリアルタイム
の分析が可能となる。

【００６８】第１１の発明は、第１の発明において、上
記飛行時間型質量分析装置がリフレクトロン型の質量分
析装置であるので、検出感度を向上することができる。

【００６９】第１２の発明は、焼却炉，熱分解炉，溶融
炉等から排出される排ガス中のダイオキシン類を含む燃
焼ガスを直接採取する採取手段と、該ダイオキシン類を
含む採取ガスを分析する第１乃至１０の発明の光イオン
化質量分析装置とを備えてなるので、燃焼ガス中のダイ
オキシン類の同族体をリアルタイムで直接分析すること
が可能となる。

【００７０】第１３の発明は、焼却炉，熱分解炉，溶融
炉等の炉内に燃焼物を投入し、燃焼による発生熱量を一
定に維持するとともに、ダイオキシン類などの有害ガス
の発生を抑制する焼却炉における燃焼制御システムにお
いて、焼却炉，熱分解炉，溶融炉等からの排ガス中のダ
イオキシン類を計測可能な第１乃至１０のいずれか一項
の光イオン化質量分析装置と燃焼用空気制御手段とを具
備し、ダイオキシン類を計測し、計測したダイオキシン
類に応じて燃焼空気量を変化させるので、ダイオキシン
類の発生を防止した燃焼を行うことができる。

【００７１】第１４の発明は、第１３の発明において、
燃焼用空気の制御手段が一次燃焼空気又は二次燃焼空気
のいずれか一方又は両方の空気量及び酸素濃度を制御す
ることを特徴とする。

【００７２】第１５の発明は、第１３の発明において、
上記ダイオキシン類の排出制御が炉内温度、炉内ガス対
流時間、炉内攪拌力のいずれか又はこれらの組合せによ
り制御するので、燃焼状況に応じたダイオキシン類の発
生がない燃焼を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態にかかる光イオン化質量分析装置
の概略図である。

【図２】燃焼制御システムの概略図である。

【図３】ＣＯとダイオキシン類との相関図である。

【符号の説明】

１１ 煙道 １２ 排ガス １３ 採取管 １４ 濃縮手段 １５ ガスクロマトグラフィー ２１ 真空チャンバー ２２ 洩れ出し分子線 ２３ キャピラリカラム ２４ パルスレーザ光 ２５ 分子イオン ２６ レーザ照射手段 ２７ 飛行時間型質量分析装置 ３０〜３３ 電極 ３４ ミラー ３５ 光検出器 ３６ デジタルオシロスコープ ３７ レーザ導入窓 ５１ 炉 ５２ 燃焼物 ５３ ダイオキシン類分析装置 ５４ 燃焼用空気制御手段 ５５ 流動層 ５６ 灰シュート ５７ 一次燃焼空気量制御弁 ５８ 配管 ５９ 押込送風機 ６０ 二次燃焼空気量制御弁 ６１ 配管 ６２ 押込送風機 ６３ 燃焼物供給ホッパ ６４ 押し出すフィーダ ６５ ボイラ ６６ 排ガス処理設備 ６７ 誘引送風機 ６８ 煙突 ６９ 噴霧装置 ７１ コントローラ ７２ 助燃バーナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｊ 49/40 Ｈ０１Ｊ 49/40

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャピラリカラム中に充填した固定相内
   に導入された試料を気体を用いて分離するガスクロマト
   グラフィーと、 上記キャピラリカラムを真空容器内に挿入し、分離した
   試料を洩れ出し分子線として連続的に導入する試料導入
   手段と、 該導入された洩れ出し分子線中にスペクトル幅の広い光
   を照射する照射手段と、 生成した分子イオンの分析を行う飛行時間型質量分析装
   置とを備えてなることを特徴とする光イオン化質量分析
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 上記ガスクロマトグラフィーの前流側に、試料を濃縮す
   る濃縮手段を設けたことを特徴とする光イオン化質量分
   析装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、 上記スペクトル幅の広い光を照射する照射手段がフェム
   ト秒以下のパルスレーザ光、真空紫外光、シンクロトロ
   ン放射光のいずれかであることを特徴とする光イオン化
   質量分析装置。
4. 【請求項４】 請求項１において、 上記試料導入手段がキャピラリカラムであり、その孔径
   が２５０〜５３０μｍであることを特徴とする光イオン
   化質量分析装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、 上記キャピラリカラムから導入される洩れ出し分子線の
   レーザ照射位置と、上記キャピラリカラムの先端との距
   離が１ｍｍ以下であることを特徴とする光イオン化質量
   分析装置。
6. 【請求項６】 請求項１において、 上記レーザパルス波長が２４０〜２７０ｎｍであること
   を特徴とする光イオン化質量分析装置。
7. 【請求項７】 請求項１において、 上記レーザパルスエネルギーが１〜５００μＪ／パルス
   であることを特徴とする光イオン化質量分析装置。
8. 【請求項８】 請求項１において、 上記レーザの照射部の温度が１００Ｋ以上であることを
   特徴とする光イオン化質量分析装置。
9. 【請求項９】 請求項１において、 上記分子イオンをトラップするイオントラップを設けて
   なることを特徴とする光イオン化質量分析装置。
10. 【請求項１０】 請求項１において、 上記試料が焼却炉，熱分解炉，溶融炉等のからの排ガス
    であることを特徴とする光イオン化質量分析装置。
11. 【請求項１１】 請求項１において、 上記飛行時間型質量分析装置がリフレクトロン型の質量
    分析装置であることを特徴とする光イオン化質量分析装
    置。
12. 【請求項１２】 焼却炉，熱分解炉，溶融炉等から排出
    される排ガス中のダイオキシン類を含む燃焼ガスを直接
    採取する採取手段と、 該ダイオキシン類を含む採取ガスを分析する請求項１乃
    至１１の光イオン化質量分析装置とを備えてなり、 燃焼ガス中のダイオキシン類を直接分析することを特徴
    とするダイオキシン類分析装置。
13. 【請求項１３】 焼却炉，熱分解炉，溶融炉等の炉内に
    燃焼物を投入し、燃焼による発生熱量を一定に維持する
    とともに、ダイオキシン類などの有害ガスの発生を抑制
    する焼却炉における燃焼制御システムにおいて、 焼却炉，熱分解炉，溶融炉等からの排ガス中のダイオキ
    シン類を計測可能な請求項１乃至１１のいずれか一項の
    光イオン化質量分析装置と燃焼用空気制御手段とを具備
    し、ダイオキシン類を検出し、検出したダイオキシン類
    に応じて燃焼空気量を変化させることを特徴とする焼却
    炉における燃焼制御システム。
14. 【請求項１４】 請求項１３において、 燃焼用空気の制御手段が一次燃焼空気又は二次燃焼空気
    のいずれか一方又は両方の空気量及び酸素濃度を制御す
    ることを特徴とする焼却炉における燃焼制御システム。
15. 【請求項１５】 請求項１３において、 上記ダイオキシン類の排出制御が炉内温度、炉内ガス対
    流時間、炉内攪拌力のいずれか又はこれらの組合せによ
    り制御することを特徴とする焼却炉における燃焼制御シ
    ステム。