JP2002202288A - Laser ionization mass spectrometer - Google Patents

Laser ionization mass spectrometer

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JP2002202288A
JP2002202288A JP2001000518A JP2001000518A JP2002202288A JP 2002202288 A JP2002202288 A JP 2002202288A JP 2001000518 A JP2001000518 A JP 2001000518A JP 2001000518 A JP2001000518 A JP 2001000518A JP 2002202288 A JP2002202288 A JP 2002202288A
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JP
Japan
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laser
mass spectrometer
combustion
furnace
dioxins
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Application number
JP2001000518A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Futami
博 二見
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser ionization mass spectrometer capable of directly analyzing dioxins in exhaust gas. SOLUTION: This mass spectrometer is equipped with a sample introduction means 15 for introducing continuously exhaust gas 13 from a gas duct 12 into a vacuum chamber 11 as leakage molecular beams 14, a first laser irradiation means 18 for irradiating femto-second pulse laser beams 17 into the introduced leakage molecular beams 14 through a condensing lens 16, a second laser irradiation means 20 for irradiating the condensing position of the first laser beams 17 with nano-second pulse laser beams 19 with the same optical axis, and a time-of-flight mass spectrometer 23 equipped with an ion detector 22 for analyzing molecular ion 21 generated respectively by irradiation of the first laser beams 17 and the second laser beams 19.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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レー
ザ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。
The present invention relates to various incinerators such as municipal waste incinerators, industrial waste incinerators, sludge incinerators, etc.
Laser ionization mass spectrometer for directly analyzing dioxins in exhaust gas discharged from pyrolysis furnaces, melting furnaces, etc. in real time with no time delay, and combustion control for controlling combustion in the furnace based on the analysis results of the analyzer About the system.

【0002】[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))。
BACKGROUND ART Dioxin has a high toxicity in a trace amount, and development of a highly sensitive analytical method is desired. Therefore, it is conceivable to apply a laser analysis method that enables high-sensitivity analysis.
In recent years, it has been proposed that by combining the supersonic jet method and the resonance-sensitized multiphoton ionization method, it is possible to measure the spectrum of a chlorine-substituted product which is a kind of dioxins (C. Weickhardt, R. Zimmermann, U.
Bosel, EWSchlag, Papid Commun, Mass Spectron, 7,198
(1993)).

【0003】[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。
However, the above-mentioned proposal is a method for analyzing a gas in which the spectrum is simplified by jetting a gas sample into a vacuum and instantaneously cooling the gas sample to near absolute zero. The detection limit of dioxin and its derivatives (hereinafter referred to as “dioxins”) is about ppb, and the actual dioxin analysis requires 5 to 6 digits of concentration, which takes time and labor for detection. is there.

【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。
In the conventional manual analysis, it takes one to two months for the analysis result to be obtained. The daily generation of dioxins in the incinerator is measured, and the combustion control is performed as needed. It is difficult to drive to meet the appropriate regulation values.

【0005】また、一方、燃焼排ガス中に含まれる全有
機塩素化合物の総濃度はダイオキシン類濃度の有効な指
標となることが提案されている。
[0005] On the other hand, it has been proposed that the total concentration of all organic chlorine compounds contained in the combustion exhaust gas is an effective indicator of the dioxin concentration.

【0006】全有機塩素化合物の計測は、有機分子を一
端吸収剤に吸着させた後に、燃焼させて生成するHCl
を計測することにより行なわれている。
[0006] The measurement of total organochlorine compounds is performed by adsorbing organic molecules on an absorbent once and then burning it to generate HCl.
This is done by measuring

【0007】しかしながら、燃焼排ガス中のHClが混
入し、有機塩素化合物の計測の誤差の要因となるいう問
題がある。また、吸着剤の使用では、計測に12時間を
要し、燃焼炉へのフィードバック制御に適用することは
できないという問題がある。
However, there is a problem that HCl in the combustion exhaust gas is mixed and causes an error in measurement of the organic chlorine compound. In addition, the use of an adsorbent has a problem in that measurement requires 12 hours and cannot be applied to feedback control to a combustion furnace.

【0008】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6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。
On the other hand, conventionally, it has been proposed to estimate the concentration of dioxins by measuring the CO concentration and control combustion in an incinerator or the like.
It has been confirmed that when the concentration is as high as 0 ppm, there is a correlation between the CO concentration and the dioxin concentration. However, as shown in FIG. 6, when the CO concentration is in a low concentration region of 50 ppm or less, there is no concentration correlation between the dioxin concentration and the CO concentration.
There is a problem that effective combustion control that prevents generation of dioxins cannot be performed. In particular, in recent years, as a result of the establishment of low CO concentration combustion control, it has been demanded to appropriately prevent the generation of dioxins by instantaneous measurement of dioxins directly measured.

【0009】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。
Furthermore, when measuring dioxin precursors such as chlorobenzene (CB) and dichlorobenzene (DCB), which are conventionally considered to have a concentration correlation with dioxins, dioxins are not directly measured. Therefore, the in-incinerator state cannot be determined properly, and real-time analysis in exhaust gas is demanded, and it is desired to use the result for combustion control.

【0010】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。
Further, when measuring the concentration correlated substance of dioxins, as described above, since a specific type of substance is measured in the selective ionization, the deviation of the optical axis of the laser beam and the sampling piping are not measured. When dioxins are actually detected due to other factors such as clogging but cannot be detected, there is a problem that the concentration of dioxins cannot be measured properly. In order to solve this problem, it is necessary to provide two measuring devices and perform the analysis while referring to them. However, there is a problem that the analyzing device becomes large.

【0011】[0011]

【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、真空容器内に試料を導入する試料導入手段
と、該導入された試料中にスペクトル幅の広い第1のレ
ーザ光とスペクトル幅の狭い第2のレーザ光とを時間差
をもって照射する照射手段と、上記レーザ照射により生
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。
Means for Solving the Problems A first method for solving the above problems is described below.
The invention provides a sample introduction means for introducing a sample into a vacuum vessel, and irradiation for irradiating the introduced sample with a first laser beam having a wide spectrum width and a second laser beam having a narrow spectrum width with a time difference. Means, and a time-of-flight mass spectrometer for analyzing molecular ions generated by the laser irradiation.

【0012】第2の発明は、第1の発明において、上記
第1のレーザ光によるスペクトルと第2によるスペクト
ルとを特定のイオン信号で規格化した後に差スペクトル
を求める差スペクトル検出手段を具備することを特徴と
する。
According to a second aspect, in the first aspect, there is provided a difference spectrum detecting means for obtaining a difference spectrum after normalizing the spectrum by the first laser beam and the second spectrum by a specific ion signal. It is characterized by the following.

【0013】第3の発明は、第1の発明において、上記
第1のレーザ光がフェムト秒レーザであり、第2のレー
ザ光がナノ秒又はピコ秒のレーザ光であることを特徴と
する。
A third invention is characterized in that, in the first invention, the first laser light is a femtosecond laser, and the second laser light is a nanosecond or picosecond laser light.

【0014】第4の発明は、第1の発明において、上記
第1のレーザと第2のレーザ光との波長が同一波長であ
ることを特徴とする。
A fourth invention is characterized in that, in the first invention, the wavelengths of the first laser and the second laser light are the same.

【0015】第5の発明は、第1の発明において、上記
試料導入手段が試料分子を洩れ出すように連続的に導入
するキャピラリカラムであることを特徴とする。
A fifth invention is characterized in that, in the first invention, the sample introduction means is a capillary column for continuously introducing the sample molecules so as to leak out.

【0016】第6の発明は、第5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。
In a sixth aspect based on the fifth aspect, the sample introduction means is a capillary column having a pore size of 2 μm.
It is characterized by being 50 to 530 μm.

【0017】第7の発明は、第5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。
In a seventh aspect based on the fifth aspect, the distance between the laser irradiation position of the leaked molecular beam introduced from the capillary column and the tip of the capillary column is 1 mm or less. .

【0018】第8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,溶融炉等からの排ガスである
ことを特徴とする。
An eighth invention is characterized in that, in the first invention, the sample is exhaust gas from an incinerator, a pyrolysis furnace, a melting furnace or the like.

【0019】第9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。
According to a ninth aspect, in the first aspect, the time-of-flight mass spectrometer is a reflectron mass spectrometer.

【0020】第10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
含む採取ガスをリアルタイムで分析する第1乃至9のい
ずれか一のレーザイオン化質量分析装置とを備えてな
り、燃焼ガス中の全有機塩素化合物を計測することを特
徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a sampling means for directly collecting combustion gas containing dioxins in exhaust gas discharged from an incinerator, a pyrolysis furnace, a melting furnace, etc. The apparatus is provided with any one of the first to ninth laser ionization mass spectrometers for analyzing, and is characterized in that total organic chlorine compounds in the combustion gas are measured.

【0021】第11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全
有機塩素化合物濃度を瞬時に計測可能な請求項1乃至9
のいずれか一項のレーザ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、燃焼ガス中の全有機塩素化合
物を時間遅れなく検出し、検出した全有機塩素化合物濃
度に応じて燃焼空気量を変化させ、ダイオキシン類の排
出制御を行なうことを特徴とする。
According to an eleventh aspect of the present invention, a burned material is charged into a furnace such as an incinerator, a pyrolysis furnace, a melting furnace, etc., so that the amount of heat generated by the combustion is kept constant and the generation of harmful gases such as dioxins is suppressed. 10. A combustion control system for an incinerator, wherein the concentration of total organic chlorine compounds in exhaust gas from an incinerator, a pyrolysis furnace, a melting furnace, etc., can be instantaneously measured.
Equipped with a laser ionization mass spectrometer and combustion air control means according to any one of the above, detects all organic chlorine compounds in the combustion gas without time delay, and according to the detected total organic chlorine compound concentration, the amount of combustion air And controlling emission of dioxins.

【0022】第12の発明は、第11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。
According to a twelfth aspect, in the eleventh aspect,
The combustion air control means controls the air amount and oxygen concentration of one or both of the primary combustion air and the secondary combustion air.

【0023】第13の発明は、第11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。
According to a thirteenth aspect, in the eleventh aspect,
The emission control of the dioxins is controlled by any one of a furnace temperature, a furnace gas convection time, a furnace stirring force, or a combination thereof.

【0024】[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。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these embodiments.

【0025】図1は本実施の形態にかかるレーザイオン
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レーザイオン化質量分析装置は、真
空チャンバー11内に煙道12からの排ガス13を洩れ
出し分子線14として連続的に導入する試料導入手段1
5と、該導入された洩れ出し分子線14中に集光レンズ
16を介してフェムト秒パルスレーザ光17を照射する
第1のレーザ照射手段18と、上記第1のレーザ光17
の集光位置に同一光軸でナノ秒パルスレーザ光19を照
射する第2のレーザ照射手段20と、第1のレーザ光1
7と第2のレーザ光19との照射により各々生成した分
子イオン21の分析を行うイオン検出器22を備えた飛
行時間型質量分析装置23とを備えてなるものである。
また、図1中、24〜27は電極,28はミラー,29
はデジタルオシロスコープ、30は演算装置及び31は
レーザ導入窓を各々図示する。
FIG. 1 is a schematic diagram of a laser ionization mass spectrometer according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the laser ionization mass spectrometer according to the present embodiment includes a sample introduction unit 1 that leaks exhaust gas 13 from a flue 12 into a vacuum chamber 11 and continuously introduces it as a molecular beam 14.
5, a first laser irradiating means 18 for irradiating the introduced leaked molecular beam 14 with a femtosecond pulsed laser beam 17 via a condensing lens 16, and the first laser beam 17
A second laser irradiating means 20 for irradiating a nanosecond pulse laser beam 19 on the same optical axis to the converging position of
7 and a time-of-flight mass spectrometer 23 having an ion detector 22 for analyzing molecular ions 21 generated by irradiation with the second laser beam 19.
In FIG. 1, 24 to 27 are electrodes, 28 is a mirror, 29
Denotes a digital oscilloscope, 30 denotes an arithmetic unit, and 31 denotes a laser introduction window.

【0026】本実施の形態ではパルス遅延回路32を設
け、第1のレーザ照射手段18と第2のレーザ照射手段
とのレーザ光の照射を時間差をもって制御していると共
に、該遅延回路32からトリガー信号を送り、該トリガ
ー信号にて質量分析装置からのイオン信号を検出器22
で計測する事で、2種類のレーザにてイオン化させた質
量スペクトルを個別に得るようにしている。なお、レー
ザ電源からレーザのQスイッチトリガー信号を用いるよ
うにしてもよい。
In the present embodiment, a pulse delay circuit 32 is provided to control the irradiation of the laser light between the first laser irradiation means 18 and the second laser irradiation means with a time difference, and to trigger the laser light from the delay circuit 32. The trigger signal is used to detect the ion signal from the mass spectrometer.
In this way, mass spectra ionized by two types of lasers are obtained individually. Note that a laser Q power switch trigger signal may be used from a laser power supply.

【0027】また、演算装置30においては、上記第1
のレーザ光17によるスペクトルと第2のレーザ光19
によるスペクトルとを特定のイオン信号(例えば質量数
92のトルエンのイオン信号)にて規格化した後で、差
スペクトルを求めることにより有機塩素化合物のみの質
量スペクトルを得ることとしている。
Further, in the arithmetic unit 30, the first
Spectrum of the laser beam 17 and the second laser beam 19
Is normalized by a specific ion signal (for example, an ion signal of toluene having a mass number of 92), and then a difference spectrum is obtained to obtain a mass spectrum of only the organic chlorine compound.

【0028】図2にレーザ光のタイムシーケンスを示
す。図2に示すように、図2(A)はナノ秒の信号の波
形であり、図2(B)はフェムト秒の信号の波形であ
る。このズレを遅延回路により制御し、各々の照射位置
で計測35,36することで、フェムト秒レーザによる
計測と、ナノ秒レーザによる計測とを行なうことができ
る。なお、両者の試料照射に対する時間的なズレは例え
ばナノ秒として100Hzのレーザとフェムト秒として
1kHzのレーザを用いた場合には、0.1msと極めて
短いのでガス濃度が極端に変動することはなく、同時に
同じ濃度の試料に対してレーザ照射したものとなる。
FIG. 2 shows a time sequence of the laser beam. As shown in FIG. 2, FIG. 2A shows a waveform of a nanosecond signal, and FIG. 2B shows a waveform of a femtosecond signal. This deviation is controlled by a delay circuit, and measurement 35 and 36 are performed at each irradiation position, so that measurement using a femtosecond laser and measurement using a nanosecond laser can be performed. The time difference between the irradiation of the sample and the irradiation of the sample is, for example, in the case of using a laser of 100 Hz as a nanosecond and a laser of 1 kHz as a femtosecond, which is extremely short as 0.1 ms, so that the gas concentration does not fluctuate extremely. At the same time, a sample of the same concentration is irradiated with laser.

【0029】また、第2のレーザ光19のナノ秒パルス
レーザでは、内部重原子効果にて塩素を含む分子の感度
は低下し、ほとんど検出されないが、第1のレーザ光1
7のフェムト秒レーザでは塩素を含む有機化合物の感度
は低下することはない。よって、フェムト秒レーザでは
図3(A)に示すように、全有機化合物を計測できると
共に、ナノ秒レーザでは図3(B)に示すように、塩素
置換されていない有機化合物を計測することとなる。同
一の波長として266nmのレーザ光を用いて照射した
場合、HCl,Cl 2 等のイオン化は殆ど生じない、仮
にイオン化しても質量数で有機化合物のスペクトルとは
完全に区別するとはできる。
Also, a nanosecond pulse of the second laser beam 19
In the laser, the sensitivity of molecules containing chlorine due to the internal heavy atom effect
Is reduced and hardly detected, but the first laser light 1
7 femtosecond laser sensitivity of chlorine-containing organic compounds
Does not decline. Therefore, in a femtosecond laser
As shown in FIG. 3A, when all the organic compounds can be measured.
In both cases, in the case of the nanosecond laser, as shown in FIG.
Unsubstituted organic compounds will be measured. same
Irradiated using laser light of 266 nm as one wavelength
In the case, HCl, Cl TwoIonization, etc. hardly occurs.
What is the spectrum of an organic compound by mass number even when ionized
It can be completely distinguished.

【0030】図3は検出したスペクトルを簡略したもの
であり、塩素置換されていない有機化合物として、ベン
ゼン、トルエンを挙げ、塩素置換された有機化合物とし
てクロロトルエン、ジクロロトルエン、トリクロロトル
エンを示している。
FIG. 3 is a simplified diagram of the detected spectrum, in which benzene and toluene are given as the non-chlorinated organic compounds, and chlorotoluene, dichlorotoluene and trichlorotoluene are shown as the chlorine-substituted organic compounds. .

【0031】ここで、両者の信号強度はレーザ光強度が
完全に同一でないこと等の理由で異なることが多いの
で、その補正を行なって、差スペクトルを得ることによ
り図3(C)に示すような有機塩素化合物のみの質量ス
ペクトルを得ることができる。この際、信号強度の補正
に質量数92のトルエンのイオン信号にて規格化するこ
とにより、容易に差スペクトルを得ることができる。
Here, since the signal intensities of the two are often different due to the fact that the laser beam intensities are not completely the same, for example, the correction is performed to obtain a difference spectrum, as shown in FIG. 3 (C). A mass spectrum of only an organic chlorine compound can be obtained. At this time, the difference spectrum can be easily obtained by normalizing the signal intensity with the ion signal of toluene having a mass number of 92.

【0032】また、同一波長の2種のレーザ光を同一光
軸として照射することで、質量スペクトルのパターンを
変化させる要因を排除することで、有機塩素化合物を迅
速且つ正確に求めることができる。
Further, by irradiating two kinds of laser beams having the same wavelength with the same optical axis, a factor that changes the pattern of the mass spectrum is eliminated, so that the organochlorine compound can be obtained quickly and accurately.

【0033】ここで、キャピラリカラムのような試料導
入手段15を用いる場合には、レーザの照射部の温度が
100K以上となるので、洩れ出し分子線を冷却させる
ことなくイオン化させ、ブロード化した分子スペクトル
を得ることができる。
Here, when the sample introduction means 15 such as a capillary column is used, the temperature of the irradiated part of the laser is 100 K or more, so that the leaked molecular beam is ionized without cooling and the broadened molecular beam is cooled. A spectrum can be obtained.

【0034】上記試料導入手段15としては、分子線を
連続的に供給するものであればいずれでもよいが、石英
製であるために有機分子の付着が生じにくいという点で
キャピラリカラムが好ましい。
The sample introducing means 15 may be any one which continuously supplies molecular beams. However, a capillary column is preferable in that it is made of quartz, so that organic molecules are hardly attached thereto.

【0035】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14とならないからである。上記キャピラ
リカラムの材質は石英等の非誘電体であるものが望まし
い。
The pore diameter is desirably 250 to 530 μm, preferably about 320 μm. This is because if the pore diameter of the capillary column is out of the above range, a good leaked molecular beam 14 will not be obtained. The material of the capillary column is preferably a non-dielectric material such as quartz.

【0036】上記キャピラリカラム15から導入される
洩れ出し分子線14のレーザ照射位置と、上記キャピラ
リカラム15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。
The distance between the laser irradiation position of the leaked molecular beam 14 introduced from the capillary column 15 and the tip of the capillary column 15 is 1 mm or less, preferably 0.1 mm.
It is desirable to set it to about 3 mm. This is because it is preferable that the distance between the tip of the capillary column and the laser be closer to each other because the ionization efficiency of the laser is high, but if the distance is too close, dielectric breakdown may occur at the tip of the capillary column, and the width of the capillary may be extremely large. Gives a broad mass spectrum of In this case, the mass resolution is greatly reduced, and it is difficult to apply the method to the analysis of a real gas containing a large number of components. Therefore, it is preferable to be as close as possible at a distance that is not affected by the laser irradiation.

【0037】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。
The laser pulse wavelength is 240 to 2
Preferably it is 70 nm. This is because the dioxins and the dioxin precursor can be ionized by setting the wavelength range.

【0038】本発明の装置は焼却炉,熱分解炉,溶融炉
等のからの排ガスの計測に用いることにより排ガス中の
全有機化合物の総量を計測することが可能となり、この
全有機化合物と相関関係を有するダイオキシン類の濃度
を基に、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。
The apparatus of the present invention can measure the total amount of all the organic compounds in the exhaust gas by using it for the measurement of the exhaust gas from an incinerator, a pyrolysis furnace, a melting furnace, etc. Based on the concentration of dioxins having a relationship, it is suitable from the viewpoint of real-time analysis of dioxins.

【0039】また、フェムト秒レーザでは、全有機化合
物を計測するので、排ガス中の全有機化合物の総量の計
測結果を上記ダイオキシン類の濃度補正に関与させるこ
ともできる。これは、有機塩素化合物のみを指標とせず
に、廃棄物が燃焼した結果発生する有機化合物(例えば
ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレン、アントラ
セン及びそれらに水酸基等の種々の官能基が結合したも
の)を測定することで、焼却炉の特性によっては有効な
指標となる場合もあるからである。
Since the femtosecond laser measures all organic compounds, the measurement result of the total amount of all organic compounds in the exhaust gas can be involved in the correction of the concentration of dioxins. This means that organic compounds (eg, benzene, toluene, xylene, naphthalene, anthracene, and those in which various functional groups such as hydroxyl groups are bonded thereto) generated as a result of combustion of waste without using only organic chlorine compounds as an index. This is because measurement may be an effective index depending on the characteristics of the incinerator.

【0040】本発明では質量分析装置19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。
In the present invention, it is preferable to use a reflectron type mass spectrometer 19 from the viewpoint of improving mass resolution. This means that ions of the same mass, with higher (smaller) translational energies, fly longer (short) effectively by folding deeper (shallower) into the electric field upon folding. Therefore, ions having different energies can be converged on the detector at the same time.

【0041】ここで、本発明では、図1に示す上記試料
採取管40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、採取管40
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。
In the present invention, the filter 41 interposed in the sampling tube 40 shown in FIG. 1 is preferably a ceramic filter that can withstand high temperatures.
In order to prevent clogging, it is preferable to use a filter having a dust removal rate of 99% or more.

【0042】また、上記採取管40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。
In order to prevent the filter 41 of the sampling tube 40 from being clogged, a reverse cleaning means for performing reverse cleaning by, for example, purging with nitrogen gas or the like is provided. Since this clogging state uses a laser beam with a wide spectrum width and a plurality of organic molecules other than dioxins are simultaneously ionized, the organic molecules other than the dioxins (such as benzene) are used as indices, By monitoring the change in the signal intensity of the organic molecule, clogging can be monitored. Alternatively, regardless of the change in the signal intensity, the nitrogen gas may be purged every time a predetermined time elapses to perform the reverse cleaning.

【0043】また、採取管40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。
Further, since the tip of the sampling pipe 40 is exposed to the high temperature of the combustion exhaust gas in the furnace or the flue, there is no risk of resynthesis of dioxins in this portion. Therefore, the distribution itself of the homolog of dioxins in the furnace or the flue can be directly collected.

【0044】上記採取手管40の周囲には保護手段42
により覆われており、採取管温度が120〜200℃と
なるように保持している。これは120℃未満である
と、燃焼ガス13中には水分が多く含まれているので、
その凝集を防止するためであり、一方200℃以上の高
温となるとダイオキシン類の再合成が開始するのでこれ
を防ぐためである。
A protective means 42 is provided around the collection tube 40.
, And the temperature is maintained so that the temperature of the collection tube is 120 to 200 ° C. If the temperature is lower than 120 ° C., the combustion gas 13 contains a large amount of moisture.
This is to prevent the aggregation, and to prevent the re-synthesis of the dioxins at a high temperature of 200 ° C. or more.

【0045】また、排気ガスの吸引速度は0.5〜1.0リ
ットル/分程度とするのがよい。これは排気ガス中のサ
ブミクロン単位のダストが配管に付着することがないよ
うにするためである。
The exhaust gas suction speed is preferably about 0.5 to 1.0 liter / minute. This is to prevent submicron unit dust in the exhaust gas from adhering to the piping.

【0046】上記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。
As the above laser, a semiconductor laser, an excimer laser, a third harmonic of a titanium sapphire laser, or the like can be used.

【0047】[0047]

【実施例】以下、本発明の好適な一実施例について説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of the present invention will be described below.

【0048】内径320μm、長さ2mのキャピラリカ
ラムを使用し、真空チャンバー中に試料ガス(ベンゼ
ン、トルエン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ト
リクロロベンゼン)を導入した。イオン化用のレーザは
パルス波長が266nmのフェムト秒レーザと、同一波
長のナノ秒YAGレーザを同一光軸として真空チャンバ
ー内に照射する。生成したイオンは、飛行時間型質量分
析計にて検出した。
A sample gas (benzene, toluene, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene) was introduced into a vacuum chamber using a capillary column having an inner diameter of 320 μm and a length of 2 m. A laser for ionization irradiates the inside of the vacuum chamber with a femtosecond laser having a pulse wavelength of 266 nm and a nanosecond YAG laser having the same wavelength with the same optical axis. The generated ions were detected by a time-of-flight mass spectrometer.

【0049】計測した結果は、図3に示すように、フェ
ムト秒レーザでは全有機化合物(ベンゼン、トルエン、
クロロトルエン、ジクロロトルエン、トリクロロトルエ
ン)が計測され、ナノ秒レーザでは塩素を含まない有機
化合物(ベンゼン、トルエン)が計測された。これらの
強度を補正して差スペクトルを求めた(図3(C))。
As shown in FIG. 3, the measurement results show that all organic compounds (benzene, toluene,
Chlorotoluene, dichlorotoluene, and trichlorotoluene) were measured, and organic compounds (benzene, toluene) containing no chlorine were measured by the nanosecond laser. These intensities were corrected to obtain a difference spectrum (FIG. 3C).

【0050】このように、フェルト秒パルスレーザで得
られる質量スペクトルの帰属を行なうことなく、全有機
化合物を計測すると共に、ナノ秒パルスレーザにて塩素
を含まない有機化合物を計測し、これらの差スペクトル
から全有機塩素化合物の総量を計測することで、ダイオ
キシン類濃度に相関のある信号を得ることが可能となっ
た。
As described above, all the organic compounds are measured without assigning the mass spectrum obtained by the felt-second pulse laser, and the organic compounds containing no chlorine are measured by the nano-second pulse laser. By measuring the total amount of all organic chlorine compounds from the spectrum, it became possible to obtain a signal correlated with the concentration of dioxins.

【0051】[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4は燃焼制御システムの概略図である。図4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内の全有機塩
素化合物を瞬時に計測可能な計測装置53と燃焼用空気
制御手段54とを具備し、全有機塩素化合物の濃度との
相関関係によりダイオキシン類濃度を求め、求めたダイ
オキシン類濃度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。
[Second Embodiment] Next, an embodiment of a method for controlling a furnace using the measuring apparatus of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic diagram of the combustion control system. As shown in FIG. 4, the control system according to the present embodiment includes an incinerator 51.
In a combustion control system in an incinerator, which keeps a constant amount of heat generated by combustion and suppresses generation of harmful gases such as dioxins, a combustion control system such as an incinerator, a pyrolysis furnace, a melting furnace, or the like is used. A measuring device 53 capable of instantaneously measuring all the organic chlorine compounds in the furnace 51 and a combustion air control means 54 are provided, and the dioxin concentration is determined by the correlation with the concentration of the total organic chlorine compound. This system changes the amount of combustion air according to the concentration. Here, the incinerator 51 in the present embodiment is a fluidized bed furnace, and has a configuration having a fluidized bed 55 at the bottom. On the downstream side of the fluidized bed 55, an ash chute 56 for transporting ash after burning the combustibles 52 to a predetermined position is arranged. A forced blower 59 is connected to the fluidized bed 55 via a pipe 58 having a primary combustion air amount control valve 57 interposed therebetween.

【0052】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。
The primary combustion air is supplied from the lower part of the fluidized bed 55 to an arbitrary position. A forced blower 62 is connected to a lower portion of the fluidized-bed furnace 51 via a pipe 61 having a secondary combustion air amount control valve 60 interposed therebetween. Here, the secondary combustion air functions to burn the combustion gas generated in the primary combustion in the upper part of the fluidized bed furnace 51.

【0053】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。
On the lower side wall of the fluidized-bed furnace 51, there is provided a combustion material supply hopper 63 for introducing combustion materials such as municipal solid waste into the fluidized bed 55. A feeder 64 is provided below the hopper 63 and driven by a motor to push out the combustion products 52 to the fluidized bed 55. This feeder 6
The combustion products 52 sent by the gas turbine 4 are gasified in the fluidized bed 55 and burned in the fluidized bed furnace 51 above the fluidized bed 55.

【0054】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。
In the upper stage of the fluidized bed furnace 51, a fluidized bed furnace 5 is provided.
Boiler 65 for cooling the high-temperature combustion gas obtained by burning in 1, exhaust gas treatment facility 6 for removing toxic gas and particulate matter
6. An induction blower 67 for inducing exhaust gas and a chimney 68 for discharging exhaust gas to the atmosphere are sequentially connected. Also,
A spraying device 6 for spraying slaked lime, activated carbon and the like into the equipment 66 as needed near the upper part of the exhaust gas treatment equipment 66.
9 are arranged.

【0055】前記流動床炉51の上部には、炉内の燃焼
ガス中の全有機塩素化合物を瞬時に計測可能な計測装置
53が設けられている。この計測装置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。
Above the fluidized-bed furnace 51, a measuring device 53 capable of instantaneously measuring all organic chlorine compounds in the combustion gas in the furnace is provided. The measuring device 53 has the configuration shown in FIG. 1, and the measurement information is electrically connected to the controller 71. The controller 71 is electrically connected to the primary combustion air amount control valve 57, the secondary combustion air amount control valve 60, the oxygen amount adjustment valve 73, and the auxiliary burner 72, respectively. Further, the controller 71 receives information 80 on the boiler evaporation amount and temperature measurement information 81, and sends signals to a control unit 82 for controlling the supply feeder, a control unit 83 for controlling the stoker, and an oxygen supply amount unit 84. Sending and controlling.

【0056】燃焼制御は計測した全有機塩素化合物から
求めたダイオキシン類の濃度に応じて、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。
In the combustion control, the primary combustion air amount control or the secondary combustion air amount control, the oxygen concentration control of the combustion air, or all of them are required according to the concentration of dioxins obtained from the measured total organochlorine compounds. May be performed according to Further, the control may be performed by any one of the furnace temperature, the furnace gas convection time, the furnace stirring force, or a combination thereof.

【0057】また、前記前記コントローラ71には予測
制御手段を内在された場合には、ダイオキシン類分析装
置53による計測結果に基づく時系列データからダイオ
キシン類濃度の変動を予測することができる。予測制御
手段は、例えばベースライン(平均値)の制御を行うフ
ァジー制御器と、ダイオキシン類濃度の発生を抑制する
カオス制御器とを有している。
When the controller 71 includes a predictive control means, it is possible to predict a change in the concentration of dioxins from time-series data based on the result of measurement by the dioxin analyzer 53. The prediction control means includes, for example, a fuzzy controller that controls a baseline (average value) and a chaos controller that suppresses generation of dioxin concentration.

【0058】ここで、カオス制御器は、ダイオキシン類
分析装置53による計測結果に基づく時系列データから
ある一定時刻先のダイオキシン類濃度を予測し、ピーク
が発生すると予測した場合に、二次燃焼空気量を増やす
ような操作量を算出する。ファジー制御器は、排ガスに
よる計測結果とダイオキシン類濃度設定値の偏差から、
それを0とするような操作量を算出する。カオス制御器
で求めた操作量と、ファジー制御器29による操作量と
を合わせた操作量により、一次燃焼空気量制御弁57及
び二次空気量制御弁60を操作し、プラントのダイオキ
シン類濃度を制御する。
Here, the chaos controller predicts the concentration of dioxins at a certain time ahead from the time-series data based on the measurement result by the dioxin analyzer 53, and when it predicts that a peak will occur, the secondary combustion air An operation amount that increases the amount is calculated. The fuzzy controller calculates the difference between the measurement result of exhaust gas and the set value of dioxin concentration,
An operation amount that makes it zero is calculated. The primary combustion air amount control valve 57 and the secondary air amount control valve 60 are operated based on the operation amount obtained by combining the operation amount obtained by the chaos controller and the operation amount by the fuzzy controller 29 to reduce the concentration of dioxins in the plant. Control.

【0059】こうした構成の燃焼制御装置のカオス理論
を用いた燃焼制御操作の一例を以下に示すが、本発明の
燃焼制御は以下に限定されるものではない。まず、燃焼
物供給ホッパ63から都市ごみ等の燃焼物52を流動床
炉51の流動層55に投入する。投入された燃焼物は流
動層55内でガス化され、流動床炉51内で燃焼する。
そして、その排ガスは、ボイラ65で冷却され、ろ過式
集塵機等の排ガス処理設備66で有害ガス,粒子状物を
除去され、誘引送風機67により誘引され、煙突68よ
り大気中に放出される。一方、流動床炉51の上部では
ダイオキシン類分析装置53によりダイオキシン類濃度
が瞬時に計測され、その計測結果による信号を予測制御
装置(図示せず)へ送り、この予測制御装置でダイオキ
シン類濃度の変動予測をカオス理論で行った後、予測制
御装置による信号をコントローラ71に送り、一次燃焼
空気量制御弁57,二次燃料空気量制御弁60の夫々の
開度を調節して一次燃焼空気量,二次燃焼空気量の調整
を行う。
An example of the combustion control operation using the chaos theory of the combustion control device having such a configuration is shown below, but the combustion control of the present invention is not limited to the following. First, combustion products 52 such as municipal waste are charged from a combustion product supply hopper 63 into a fluidized bed 55 of a fluidized bed furnace 51. The input combustion material is gasified in the fluidized bed 55 and burns in the fluidized bed furnace 51.
Then, the exhaust gas is cooled by a boiler 65, and harmful gases and particulate matter are removed by an exhaust gas treatment facility 66 such as a filtration type dust collector. The exhaust gas is induced by an induction blower 67 and discharged into the atmosphere from a chimney 68. On the other hand, in the upper part of the fluidized-bed furnace 51, the dioxin concentration is instantaneously measured by the dioxin analyzer 53, and a signal based on the measurement result is sent to a prediction control device (not shown). After performing the fluctuation prediction based on the chaos theory, a signal from the prediction control device is sent to the controller 71, and the opening degrees of the primary combustion air amount control valve 57 and the secondary fuel air amount control valve 60 are adjusted to adjust the primary combustion air amount. Adjust the secondary combustion air amount.

【0060】このように、流動床炉51の上部にダイオ
キシン類分析装置53を取り付け、炉内の燃焼ガス中の
ダイオキシン類濃度をリアルタイムで計測し、その時系
列データからカオス理論を用いた予測制御装置により一
酸化炭素の濃度の変動を予測し、これに基づいて流動床
炉51の下部側での一次燃焼空気量,二次燃焼空気量を
調整するため、ダイオキシン類濃度のピークを所定値以
下に抑制し、ダイオキシン類の発生量を低減することが
できる。
As described above, the dioxin analyzer 53 is attached to the upper part of the fluidized-bed furnace 51, the concentration of dioxins in the combustion gas in the furnace is measured in real time, and the prediction controller using the chaos theory is obtained from the time series data. And the primary combustion air amount and the secondary combustion air amount at the lower side of the fluidized-bed furnace 51 are adjusted based on the prediction, so that the peak of the dioxin concentration is reduced to a predetermined value or less. The amount of dioxins generated can be reduced.

【0061】本発明の計測装置を用いることにより、炉
内及び排ガス煙道のダイオキシン類の濃度の予想を5〜
20秒程度の時間的な遅れでリアルタイムの検出が可能
となる。よって、図5に示すように、炉内のダイオキシ
ン類(DXN)のピークAに引き続き計測器で検出され
る信号Bが追従する形で計測がなされるので、ダイオキ
シン類の濃度が向上したことを計測することができ、直
ちに上述した制御を行うことにより、ダイオキシン類の
発生が制御されたピークCを検出することとなる。
By using the measuring device of the present invention, it is possible to estimate the concentration of dioxins in the furnace and the exhaust gas flue by 5 to 5.
Real-time detection becomes possible with a time delay of about 20 seconds. Therefore, as shown in FIG. 5, since the measurement is performed in such a manner that the signal B detected by the measuring device follows the peak A of the dioxins (DXN) in the furnace, the concentration of the dioxins is improved. Measurement can be performed, and by performing the above-described control immediately, the peak C in which the generation of dioxins is controlled is detected.

【0062】排ガスを採取する場所は上述したように炉
内の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。
The place where the exhaust gas is collected is not limited to the inside of the furnace as described above, and may be arranged as required in the flue from the furnace to the boiler 65 and the flue from the boiler 65 to the flue gas treatment facility 66. Can be.

【0063】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。
In particular, by installing the dioxin analyzer 53 between the boiler 65 and the exhaust gas treatment equipment 66, if no dioxins are generated in the furnace, the dioxin precursor is resynthesized downstream of the furnace. By this, it can be determined that dioxins have been generated, and by spraying activated carbon as an adsorbent from the spraying device 69, dioxins in exhaust gas can be adsorbed and discharge to the outside can be prevented.

【0064】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。
Instead of spraying activated carbon, an auxiliary burner 72 as a sub-combustion means may be installed in the flue to burn off the generated dioxins.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上述べたように、第1の発明によれ
ば、真空容器内に試料を導入する試料導入手段と、該導
入された試料中にスペクトル幅の広い第1のレーザ光と
スペクトル幅の狭い第2のレーザ光とを時間差をもって
照射する照射手段と、上記レーザ照射により生成した分
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、第2のレーザ光のスペクトル幅の狭いパル
スレーザでは、内部重原子効果にて塩素を含む分子の感
度は低下し、ほとんど検出されないが、第1のスペクト
ル幅の広いレーザでは塩素を含む全有機化合物を感度の
低下なく計測でき、この結果から両者の差スペクトルを
求めることができる。
As described above, according to the first aspect, the sample introducing means for introducing the sample into the vacuum vessel, the first laser light having a wide spectral width and the spectral Since it is provided with irradiation means for irradiating the second laser light with a narrow width with a time difference and a time-of-flight mass spectrometer for analyzing molecular ions generated by the laser irradiation, the spectrum of the second laser light is provided. With a narrow pulse laser, the sensitivity of molecules containing chlorine is reduced due to the internal heavy atom effect, and it is hardly detected. However, with the first wide laser, all organic compounds containing chlorine can be measured without a decrease in sensitivity. From this result, a difference spectrum between the two can be obtained.

【0066】第2の発明は、第1の発明において、上記
第1のレーザ光によるスペクトルと第2によるスペクト
ルとを特定のイオン信号で規格化した後に差スペクトル
を求める差スペクトル検出手段を具備するので、全有機
塩素化合物の濃度換算が正確となる。
According to a second aspect, in the first aspect, there is provided a difference spectrum detecting means for obtaining a difference spectrum after normalizing the spectrum by the first laser beam and the second spectrum by a specific ion signal. Therefore, the conversion of the concentration of all the organic chlorine compounds becomes accurate.

【0067】第3の発明は、第1の発明において、上記
第1のレーザ光がフェムト秒レーザであり、第2のレー
ザ光がナノ秒又はピコ秒のレーザ光である第2のレーザ
光のナノ秒パルスレーザでは、内部重原子効果にて塩素
を含む分子の感度は低下し、ほとんど検出されないが、
第1のレーザ光のフェムト秒レーザでは塩素を含む全有
機化合物を感度の低下なく計測でき、この結果から両者
の差スペクトルを求めることができる。
According to a third aspect, in the first aspect, the first laser beam is a femtosecond laser and the second laser beam is a nanosecond or picosecond laser beam. In the nanosecond pulse laser, the sensitivity of molecules containing chlorine is reduced due to the internal heavy atom effect, and it is hardly detected,
The femtosecond laser of the first laser beam can measure all organic compounds including chlorine without lowering the sensitivity, and a difference spectrum between them can be obtained from the result.

【0068】第4の発明は、第1の発明において、上記
第1のレーザと第2のレーザ光との波長が同一波長であ
るので、同一試料の濃度を同一条件で計測できる。
According to a fourth aspect, in the first aspect, since the wavelengths of the first laser and the second laser light are the same, the concentration of the same sample can be measured under the same condition.

【0069】第5の発明は、第1の発明において、上記
試料導入手段が試料分子を洩れ出すように連続的に導入
するキャピラリカラムであるので洩れ出し分子線にて冷
却されていない分子の吸収線の幅が向上し、イオン化効
率が向上する。
According to a fifth aspect, in the first aspect, the sample introduction means is a capillary column that continuously introduces the sample molecules so as to leak out, so that the molecules that have not been cooled by the leaked molecular beam are absorbed. The line width is improved, and the ionization efficiency is improved.

【0070】第6の発明は、第5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。
In a sixth aspect based on the fifth aspect, the sample introduction means is a capillary column having a pore size of 2 μm.
Since it is 50 to 530 μm, a leaked molecular beam is suitable.

【0071】第7の発明は、第5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。
According to a seventh aspect, in the fifth aspect, the distance between the laser irradiation position of the leaked molecular beam introduced from the capillary column and the tip of the capillary column is 1 mm or less. Efficiency is improved.

【0072】第8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,溶融炉等からの排ガスである
ので、排ガス中の有機塩素化合物の濃度をリアルタイム
の分析が可能となる。
According to an eighth aspect, in the first aspect, since the sample is an exhaust gas from an incinerator, a pyrolysis furnace, a melting furnace, or the like, the concentration of the organic chlorine compound in the exhaust gas can be analyzed in real time. Become.

【0073】第9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。
According to a ninth aspect, in the first aspect, since the time-of-flight mass spectrometer is a reflectron mass spectrometer, detection sensitivity can be improved.

【0074】第10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
含む採取ガスをリアルタイムで分析する第1乃至9のい
ずれか一のレーザイオン化質量分析装置とを備えてな
り、燃焼ガス中の全有機塩素化合物を計測するので、燃
焼状態を監視することができる。
A tenth aspect of the present invention is directed to a sampling means for directly collecting combustion gas containing dioxins in exhaust gas discharged from an incinerator, a pyrolysis furnace, a melting furnace, and the like, and a real-time sampling of the collected gas containing dioxins. The apparatus is provided with any one of the first to ninth laser ionization mass spectrometers for analyzing and measuring the total organic chlorine compounds in the combustion gas, so that the combustion state can be monitored.

【0075】第11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全
有機塩素化合物濃度を瞬時に計測可能な請求項1乃至9
のいずれか一項のレーザ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、燃焼ガス中の全有機塩素化合
物を時間遅れなく検出し、検出した全有機塩素化合物濃
度に応じて燃焼空気量を変化させ、ダイオキシン類の排
出制御を行なうので、良好な燃焼を行なうことができ
る。
According to an eleventh aspect of the present invention, a burned material is put into a furnace such as an incinerator, a pyrolysis furnace, a melting furnace, etc., so that the amount of heat generated by the combustion is kept constant and the generation of harmful gases such as dioxins is suppressed. 10. A combustion control system for an incinerator, wherein the concentration of total organic chlorine compounds in exhaust gas from an incinerator, a pyrolysis furnace, a melting furnace, etc., can be instantaneously measured.
Equipped with a laser ionization mass spectrometer and combustion air control means according to any one of the above, detects all organic chlorine compounds in the combustion gas without time delay, and according to the detected total organic chlorine compound concentration, the amount of combustion air , And the emission control of dioxins is performed, so that good combustion can be performed.

【0076】第12の発明は、第11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。
According to a twelfth aspect, in the eleventh aspect,
Since the control means for the combustion air controls the air amount and the oxygen concentration of one or both of the primary combustion air and the secondary combustion air, it is possible to perform combustion in which the generation of dioxins is prevented.

【0077】第13の発明は、第11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。
According to a thirteenth aspect, in the eleventh aspect,
Since the emission control of the dioxins is controlled by the furnace temperature, the gas convection time in the furnace, or the stirring power in the furnace or a combination thereof, it is possible to perform combustion without generating dioxins according to the combustion state. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本実施の形態にかかるレーザイオン化質量分析
装置の概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a laser ionization mass spectrometer according to the present embodiment.

【図2】ナノ秒レーザとフェムト秒レーザとの信号波形
図図である。
FIG. 2 is a signal waveform diagram of a nanosecond laser and a femtosecond laser.

【図3】測定スペクトルを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a measurement spectrum.

【図4】燃焼制御システムの概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a combustion control system.

【図5】燃焼制御の前後を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing before and after combustion control.

【図6】COとダイオキシン類との相関図である。FIG. 6 is a correlation diagram between CO and dioxins.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 真空チャンバー 12 煙道 13 排ガス 14 洩れ出し分子線 15 試料導入手段 16 集光レンズ 17 フェムト秒パルスレーザ光 18 第1のレーザ照射手段 19 ナノ秒パルスレーザ光 20 第2のレーザ照射手段 21 分子イオン 22 イオン検出器 23 飛行時間型質量分析装置 24〜27 電極 28 ミラー 29 デジタルオシロスコープ 30 演算装置及び 31 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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Vacuum chamber 12 Flue 13 Exhaust gas 14 Leakage molecular beam 15 Sample introduction means 16 Condensing lens 17 Femtosecond pulse laser light 18 First laser irradiation means 19 Nanosecond pulse laser light 20 Second laser irradiation means 21 Molecular ion REFERENCE SIGNS LIST 22 ion detector 23 time-of-flight mass spectrometer 24 to 27 electrode 28 mirror 29 digital oscilloscope 30 arithmetic unit and 31 laser introduction window 51 furnace 52 burned material 53 dioxin analyzer 54 combustion air control means 55 fluidized bed 56 ash chute 57 Primary combustion air amount control valve 58 Piping 59 Push-in blower 60 Secondary combustion air amount control valve 61 Pipe 62 Push-in blower 63 Combustion material supply hopper 64 Extruding feeder 65 Boiler 66 Exhaust gas treatment equipment 67 Induction blower 68 Chimney 69 Spray device 71 Control La 72 auxiliary burner

───────────────────────────────────────────────────── 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 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01J 49/40 H01J 49/40

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空容器内に試料を導入する試料導入手
段と、 該導入された試料中にスペクトル幅の広い第1のレーザ
光とスペクトル幅の狭い第2のレーザ光とを時間差をも
って照射する照射手段と、 上記レーザ照射により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
るレーザイオン化質量分析装置。
1. A sample introducing means for introducing a sample into a vacuum vessel, and irradiating the introduced sample with a first laser beam having a wide spectrum width and a second laser beam having a narrow spectrum width with a time difference. A laser ionization mass spectrometer comprising: irradiation means; and a time-of-flight mass spectrometer for analyzing molecular ions generated by the laser irradiation.
【請求項2】 請求項1において、 上記第1のレーザ光によるスペクトルと第2によるスペ
クトルとを特定のイオン信号で規格化した後に差スペク
トルを求める差スペクトル検出手段を具備することを特
徴とするレーザイオン化質量分析装置。
2. The apparatus according to claim 1, further comprising a difference spectrum detecting means for obtaining a difference spectrum after normalizing the spectrum by the first laser beam and the spectrum by the second with a specific ion signal. Laser ionization mass spectrometer.
【請求項3】 請求項1において、 上記第1のレーザ光がフェムト秒レーザであり、第2の
レーザ光がナノ秒又はピコ秒のレーザ光であることを特
徴とするレーザイオン化質量分析装置。
3. The laser ionization mass spectrometer according to claim 1, wherein the first laser light is a femtosecond laser, and the second laser light is a nanosecond or picosecond laser light.
【請求項4】 請求項1において、 上記第1のレーザと第2のレーザ光との波長が同一波長
であることを特徴とするレーザイオン化質量分析装置。
4. The laser ionization mass spectrometer according to claim 1, wherein the first laser and the second laser light have the same wavelength.
【請求項5】 請求項1において、 上記試料導入手段が試料分子を洩れ出すように連続的に
導入するキャピラリカラムであることを特徴とするレー
ザイオン化質量分析装置。
5. The laser ionization mass spectrometer according to claim 1, wherein the sample introduction means is a capillary column that continuously introduces sample molecules so as to leak out.
【請求項6】 請求項5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レーザイ
オン化質量分析装置。
6. The laser ionization mass spectrometer according to claim 5, wherein the sample introduction means is a capillary column, and has a pore diameter of 250 to 530 μm.
【請求項7】 請求項5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レーザイオン化
質量分析装置。
7. The laser ionization mass spectrometer according to claim 5, wherein the distance between the laser irradiation position of the leaked molecular beam introduced from the capillary column and the tip of the capillary column is 1 mm or less. .
【請求項8】 請求項1において、 上記試料が焼却炉,熱分解炉,溶融炉等からの排ガスで
あることを特徴とするレーザイオン化質量分析装置。
8. The laser ionization mass spectrometer according to claim 1, wherein the sample is an exhaust gas from an incinerator, a pyrolysis furnace, a melting furnace, or the like.
【請求項9】 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レーザイオン化質量分
析装置。
9. The laser ionization mass spectrometer according to claim 1, wherein the time-of-flight mass spectrometer is a reflectron type mass spectrometer.
【請求項10】 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リアルタイムで分析
する請求項1乃至9のいずれか一項のレーザイオン化質
量分析装置とを備えてなり、 燃焼ガス中の全有機塩素化合物を計測することを特徴と
する全有機化合物検出装置。
10. A sampling means for directly collecting combustion gas containing dioxins in exhaust gas discharged from an incinerator, a pyrolysis furnace, a melting furnace, etc., and analyzing the collected gas containing dioxins in real time. A total organic compound detection apparatus, comprising: the laser ionization mass spectrometer according to any one of 1 to 9, wherein the total organic chlorine compound in the combustion gas is measured.
【請求項11】 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全有機塩
素化合物濃度を瞬時に計測可能な請求項1乃至9のいず
れか一項のレーザ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、燃焼ガス中の全有機塩素化合物を時
間遅れなく検出し、検出した全有機塩素化合物濃度に応
じて燃焼空気量を変化させ、ダイオキシン類の排出制御
を行なうことを特徴とする焼却炉における燃焼制御シス
テム。
11. An incinerator in which incinerators, pyrolysis furnaces, melting furnaces, and the like are charged with combustion products to maintain a constant amount of heat generated by combustion and suppress generation of harmful gases such as dioxins. 10. The laser ionization mass spectrometer according to any one of claims 1 to 9, wherein a total concentration of organic chlorine compounds in exhaust gas from an incinerator, a pyrolysis furnace, a melting furnace, or the like can be instantaneously measured in the combustion control system. It is equipped with air control means, detects all organic chlorine compounds in the combustion gas without time delay, changes the amount of combustion air according to the detected total organic chlorine compound concentration, and controls the emission of dioxins. Combustion control system in an incinerator.
【請求項12】 請求項11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。
12. The combustion control in an incinerator according to claim 11, wherein the control means for the combustion air controls the air amount and oxygen concentration of one or both of the primary combustion air and the secondary combustion air. system.
【請求項13】 請求項11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。
13. The combustion in an incinerator according to claim 11, wherein the emission control of the dioxins is controlled by any one of a furnace temperature, a furnace gas convection time, a furnace stirring force, or a combination thereof. Control system.
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