JP2009210264A - Gas monitoring system of treatment facility - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばPCBなどの有機ハロゲン化物を処理する設備のガス環境を対象とした処理設備のガス監視システムに関する。 The present invention relates to a gas monitoring system for a processing facility intended for a gas environment of a facility for processing an organic halide such as PCB.
従来、有機ハロゲン化物を処理する設備においては、その排気管理が厳しく管理されており、特にPCB処理施設は、100%のPCB油を処理すると共に、PCBが含有又は付着されている部材からPCBを抜き取る作業や洗浄作業があり、その環境中のガス規制がなされている。
例えば排気中PCB管理目標値は、0.01mg/m3N(10ppbV以下、10億分の1に相当)となっている。
このため、排気管理はリアルタイムでオンライン監視装置が求められている。
そのため、本発明者等はひとつの解決手段として、「レーザイオン化飛行時間型質量分析装置」を先に提案した(特許文献1参照)。
この装置によれば、レーザ波長などを設定することで、共鳴二光子イオン化とよばれるイオン化がおこり、PCBを高効率にイオン化することが可能となる。計測時間1分で管理目標値以下のPCBの連続分析ができるようになった。
Conventionally, in equipment for processing organic halides, exhaust management is strictly controlled. In particular, a PCB processing facility processes 100% PCB oil and removes PCB from a member containing or adhering PCB. There are work of extraction and cleaning, and gas regulations in the environment are made.
For example, the exhaust PCB control target value is 0.01 mg / m 3 N (corresponding to 10 ppbV or less, equivalent to one billionth).
For this reason, an on-line monitoring device is required for exhaust management in real time.
For this reason, the present inventors previously proposed a “laser ionization time-of-flight mass spectrometer” as one solution (see Patent Document 1).
According to this apparatus, by setting the laser wavelength or the like, ionization called resonance two-photon ionization occurs, and the PCB can be ionized with high efficiency. PCB can be continuously analyzed below the control target value in 1 minute measurement time.
この有機ハロゲン化物の検出装置の概要を以下に説明する。
図11に示すように、有機ハロゲン化物の検出をするガスモニタリング装置50は、ガス中の有機ハロゲン化物であるPCBの濃度を検出する検出装置であって、採取試料51を真空チャンバ52内へ連続的に洩れだし分子線53として導入する試料導入手段であるキャピラリカラム54と、前記洩れだし分子線53にレーザ光55を照射し、レーザイオン化させるレーザ照射装置56と、レーザイオン化した分子を収束させる複数のイオン電極からなる収束部61と、該収束された分子を選択濃縮するイオントラップ57と、一定周期で放出されたイオンをリフレクトロン58で反射させ、反射されたイオンを検出するイオン検出器59を備えた飛行時間型質量分析装置(TOFMAS)60とを具備してなるものである。そして、この検出器59により検出された信号強度の比較から測定対象のPCB濃度を求めることができる。計測されたPCB濃度は、監視司令室へ送ると共に、例えばモニタ装置(図示せず)等により外部へ公表するようにしてもよい。
The outline of the organic halide detection apparatus will be described below.
As shown in FIG. 11, the
前記キャピラリカラム54は、イオン収束部56にその先端が臨んでいるのが好ましく、具体的には、イオン収束部56を構成する電極の内の最もキャピラリカラム側の電極と面一又は電極よりもイオントラップ側へ突き出しているようにするとよい。
The tip of the
前記レーザ照射装置56から照射されるレーザ光55のパルス波長は、300nm以下、好ましくは300〜250nm程度とするのがよい。これは300nmを超えると測定対象である有機ハロゲン化物のイオン化が良好に行われないからである。
The pulse wavelength of the laser beam 55 emitted from the
ここで、分析対象である有機ハロゲン化物が低塩素(塩素数が1〜3)のPCBの場合には、パルス波長は250〜280nmが特に好ましい。一方、分析対象である有機ハロゲン化物が例えば高塩素(塩素数が4以上)のPCBの場合には、パルス波長は270〜300nmが特に好ましい。これは塩素分子数が多くなると波長が300nm側にシフトするからである。 Here, when the organic halide to be analyzed is PCB with low chlorine (the number of chlorine is 1 to 3), the pulse wavelength is particularly preferably 250 to 280 nm. On the other hand, when the organic halide to be analyzed is, for example, PCB with high chlorine (having 4 or more chlorine atoms), the pulse wavelength is particularly preferably 270 to 300 nm. This is because the wavelength shifts to the 300 nm side as the number of chlorine molecules increases.
前記レーザ照射装置56から照射されるレーザ光55のパルス時間幅(レーザパルス幅)は500ピコ(10-12 )秒(ps)以下であることが好ましい。これはパルス時間幅がナノ秒(10-9)のレーザでは検出感度が低く好ましくないからである。
The pulse time width (laser pulse width) of the laser light 55 emitted from the
また、前記レーザ照射装置56から照射されるレーザ光55のレーザエネルギー密度(GW/cm2)は1〜0.01GW/cm2 、より好ましくはレーザ05〜0.01GW/cm2であることが好ましい。これはレーザエネルギー密度(GW/cm2 )が1GW/cm2 を超えるとPCBの分解物が多くなり、好ましくないからである。 The laser energy density of the laser beam 55 emitted from the laser irradiation apparatus 56 (GW / cm 2) is that 1~0.01GW / cm 2, more preferably a laser 05~0.01GW / cm 2 preferable. This is because when the laser energy density (GW / cm 2 ) exceeds 1 GW / cm 2 , PCB decomposition products increase, which is not preferable.
このように、レーザ光の条件を波長が300nm以下であると共に、レーザのパルス時間幅が500ピコ秒以下であり、且つレーザエネルギー密度が1GW/cm2 以下とすることで、レーザ光によるPCBの分解を抑制し、検出感度を大幅に向上させることができる。 As described above, the laser light conditions are that the wavelength is 300 nm or less, the laser pulse time width is 500 picoseconds or less, and the laser energy density is 1 GW / cm 2 or less, so that Decomposition can be suppressed and detection sensitivity can be greatly improved.
ところで、廃棄物処理施設においては、絶縁油中に含有する例えばタール成分などの油分ガス及び煤塵などの浮遊物の共存物質が多く含まれている。これらの共存物質は質量分析装置の性能確保の観点からすると夾雑物質となり、精密分析の大きな障害となる。
また、レーザ装置にとっても、タール成分などの油分ガス及び煤塵が光学部品に付着されることで、その性能劣化されやすいものとなっている。
By the way, waste disposal facilities contain many coexisting substances such as oil components such as tar components and suspended matters such as dust contained in insulating oil. These coexisting substances are contaminated substances from the viewpoint of ensuring the performance of the mass spectrometer, which is a major obstacle to precise analysis.
In addition, the performance of the laser device is easily deteriorated when oil components such as tar components and dust are attached to the optical component.
よって、有害物質を処理する設備において、分析性能の劣化を事前に回避し、連続して常に安定したガス計測する技術の出現が切望されている。 Therefore, in facilities for processing harmful substances, the appearance of a technique that avoids deterioration of analytical performance in advance and continuously and stably measures gas is eagerly desired.
本発明は、前記問題に鑑み、例えばPCBなどの有害物質を処理する設備の分析装置の信頼度(耐久性)を向上させることができる処理設備のガス監視システムを提供することを課題とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a gas monitoring system for a processing facility that can improve the reliability (durability) of an analyzer for a facility that processes harmful substances such as PCB.
上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、有害物質を処理する処理設備のガス環境を監視する処理設備のガス監視システムであって、有害物質を処理する設備内外のガス環境を測定する排気ガスモニタリング装置を備えてなり、前記排気ガスモニタリング装置が、試料ガスを真空チャンバ内へ連続的に導入し、レーザ光によりレーザイオン化させ、イオン検出するレーザイオン化飛行時間型質量分析装置であると共に、試料ガス中の油分の有無を検出し、油分量が閾値を超える場合には、分析を中止するか、バックアップ装置に切り換えてガスのモニタリングを行うか、又はガス計測ラインの配管をガス洗浄するかの少なくとも一つを実行することを特徴とする処理設備のガス監視システムにある。 A first aspect of the present invention for solving the above-described problem is a gas monitoring system for a processing facility that monitors a gas environment of a processing facility that processes a hazardous substance, and the gas environment inside and outside the facility that processes the harmful substance. A laser ionization time-of-flight mass spectrometer for detecting ions by continuously introducing a sample gas into a vacuum chamber, laser ionizing with a laser beam, and detecting ions In addition, if the oil content in the sample gas is detected and the oil content exceeds the threshold, the analysis is stopped, the gas is monitored by switching to a backup device, or the piping of the gas measurement line is installed. A gas monitoring system for a processing facility is characterized by performing at least one of gas cleaning.
第2の発明は、第1の発明において、試料ガス中の油分の有無の検出が、レーザイオン化飛行時間型質量分析装置で検出された内部標準ガスに起因するピークと、油分に由来する夾雑物のピークとから、試料ガス中の油分の有無を判断することを特徴とする処理設備のガス監視システムにある。 According to a second invention, in the first invention, the presence or absence of oil in the sample gas is detected by a laser ionization time-of-flight mass spectrometer. In the gas monitoring system of the processing facility, the presence or absence of oil in the sample gas is determined from the peak of the above.
第3の発明は、第2の発明において、内部標準ガスがジクロロトルエンであり、ジクロロトルエンに由来するピーク面積(S1)と、油分に由来するピーク面積(S2)とから下記式(1)から比を求め、閾値を50とし、これを超える場合に、試料ガス中の油分が多いと判断することを特徴とする処理設備のガス監視システムにある。
S1/(S1+S2)×100…(1)
According to a third invention, in the second invention, the internal standard gas is dichlorotoluene, and from the peak area (S 1 ) derived from dichlorotoluene and the peak area (S 2 ) derived from oil, the following formula (1 ), The ratio is determined as 50, and when the threshold is exceeded, it is determined that there is a large amount of oil in the sample gas.
S 1 / (S 1 + S 2 ) × 100 (1)
第4の発明は、第1の発明において、試料ガス中の油分の有無の検出が、レーザイオン化飛行時間型質量分析装置内に導入する試料ガス中の油分に由来するCH結合に起因する赤外吸収スペクトルの有無を検出することを特徴とする処理設備のガス監視システムにある。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the presence or absence of oil in the sample gas is detected by detecting the presence of CH bonds derived from the oil in the sample gas introduced into the laser ionization time-of-flight mass spectrometer. A gas monitoring system for a processing facility is characterized by detecting the presence or absence of an absorption spectrum.
第5の発明は、第4の発明において、試料ガス中の油分の有無の検出が、赤外吸収スペクトルを赤外線光又は赤外レーザ光のいずれかで検出することを特徴とする処理設備のガス監視システムにある。 According to a fifth aspect of the invention, there is provided a gas for a processing facility according to the fourth aspect of the invention, wherein the presence or absence of oil in the sample gas is detected by detecting an infrared absorption spectrum with either infrared light or infrared laser light In the surveillance system.
第6の発明は、有害物質を処理する処理設備のガス環境を監視する処理設備のガス監視システムであって、有害物質を処理する設備内外のガス環境を測定する排気ガスモニタリング装置を備えてなり、前記排気ガスモニタリング装置が、試料ガスを真空チャンバ内へ連続的に導入し、レーザ光によりレーザイオン化させ、イオン検出するレーザイオン化飛行時間型質量分析装置であると共に、試料ガス中又は排気ガスモニタリング装置内の煤塵の有無を検出し、煤塵量が閾値を超える場合には、分析を中止するか、バックアップ装置に切り換えてガスのモニタリングを行うか、ガス計測ラインの配管をガス洗浄するか、配管内の活性炭を交換するかの少なくとも一つを実行することを特徴とする処理設備のガス監視システムにある。 A sixth invention is a gas monitoring system for a processing facility for monitoring a gas environment of a processing facility for processing harmful substances, comprising an exhaust gas monitoring device for measuring a gas environment inside and outside the facility for processing harmful substances. The exhaust gas monitoring device is a laser ionization time-of-flight mass spectrometer that continuously introduces a sample gas into a vacuum chamber, laser ionizes it with a laser beam, and detects ions. Detect the presence or absence of dust in the device, and if the dust amount exceeds the threshold, stop the analysis, switch to the backup device and monitor the gas, or clean the gas measurement line piping or pipe It is in the gas monitoring system of the processing facility characterized by performing at least one of exchanging the activated carbon.
第7の発明は、第6の発明において、煤塵の有無の検出が、赤外吸収スペクトルを赤外線光又は赤外レーザ光のいずれかで検出することを特徴とする処理設備のガス監視システムにある。 A seventh invention is the gas monitoring system for a processing facility according to the sixth invention, wherein the presence / absence of dust is detected by detecting an infrared absorption spectrum with either infrared light or infrared laser light. .
第8の発明は、第7の発明において、試料ガス中の煤塵の有無の検出が、煤塵に起因するミー散乱光を検出することを特徴とする処理設備のガス監視システムにある。 An eighth invention is the gas monitoring system for a processing facility according to the seventh invention, wherein the presence / absence of dust in the sample gas detects Mie scattered light caused by dust.
第9の発明は、第1乃至8のいずれか一つの発明において、前記有害物質が有機ハロゲン化物であることを特徴とする処理設備のガス監視システムにある。 A ninth invention is the gas monitoring system for a processing facility according to any one of the first to eighth inventions, wherein the harmful substance is an organic halide.
本発明によれば、例えばPCBなどの有害物質を処理する設備の分析装置の信頼度を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the reliability of the analyzer of the facility which processes harmful substances, such as PCB, can be improved, for example.
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same.
本発明による実施例に係る処理設備のガス監視システムについて、図面を参照して説明する。
図1は、本実施例に係る処理設備のガス監視システムに適用する有機ハロゲン化処理設備の構成図である。
なお、本実施例では、有害物質として有機ハロゲン化物であるPCBとし、そのPCBが含有又は付着されている部材としてトランスを例にして説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
A gas monitoring system for a processing facility according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of an organic halogenation treatment facility applied to a gas monitoring system for a treatment facility according to the present embodiment.
In this embodiment, a PCB that is an organic halide is used as a harmful substance, and a transformer is used as an example of a member that contains or is attached to the PCB. However, the present invention is not limited to this.
図1に示すように、本実施例に係る有機ハロゲン化処理設備100は、処理設備101内に設けられた外部から搬入されるPCB含有又は付着物102からPCBを抜き取るPCB抜き取り部103と、抜き取り後のPCB除去部材104を洗浄する部材洗浄部105と、PCBを水熱酸化分解処理するPCB水熱酸化分解装置106と、外部に排出する活性炭108を通過した後の無害化ガス109及び雰囲気中のガス中のPCB濃度を各々監視するガスモニタリング装置110とを具備するものである。なお、図中、符号107は無害化排水である。
As shown in FIG. 1, the organic
ここで、本実施例において、夾雑物質としては、例えばPCBやその他の絶縁油などの油分、大気中の煤塵(ダスト成分)、フタル酸類、水分、炭酸ナトリウムや鉄さびなどの浮遊物を挙げることができる。 Here, in this embodiment, examples of contaminants include oils such as PCB and other insulating oils, dusts in the atmosphere (dust components), phthalic acids, moisture, suspended matters such as sodium carbonate and iron rust. it can.
本実施例に係るガスモニタリング装置としては、試料ガスを真空チャンバ内へ連続的に導入し、レーザ光によりレーザイオン化させ、イオン検出するレーザイオン化飛行時間型質量分析装置(TOFMAS)を具備してなると共に、試料ガス中の油分の有無を検出し、油分量が閾値を超える場合には、分析を中止するか、バックアップ装置に切り換えるか、ガス計測ラインの配管をガス洗浄するかの少なくとも一つを実行するものである。
なお、レーザイオン化飛行時間型質量分析装置(TOFMAS)は前述した図11のものと同様であるので構成の詳細は省略する。
The gas monitoring apparatus according to the present embodiment includes a laser ionization time-of-flight mass spectrometer (TOFMAS) that continuously introduces a sample gas into a vacuum chamber, causes laser ionization with laser light, and detects ions. In addition, the presence or absence of oil in the sample gas is detected, and if the amount of oil exceeds the threshold, at least one of stopping the analysis, switching to a backup device, or cleaning the gas measurement line piping It is something to execute.
The laser ionization time-of-flight mass spectrometer (TOFMAS) is the same as that shown in FIG.
本実施例においては、試料ガス中の油分の有無の検出が、レーザイオン化飛行時間型質量分析装置(TOFMAS)の検出器で検出された内部標準ガスに由来するピーク面積(S1)と、油分に由来するピーク面積(S2)とから、試料ガス中の油分の有無を検出するものである。レーザイオン化は、レーザ波長を350nm以下に設定することで、共鳴二光子イオン化とよばれるイオン化がおこり、PCBを高効率にイオン化することが可能となる。また当該レーザ波長を適用することによって、PCB以外に、内部標準ガス(ベンゼン類、ハロゲン化ベンゼン類など)のイオン化もおこりピーク(S1)が形成され、絶縁油などのイオン化もおこりピーク(S2)が形成される。 In this embodiment, the presence or absence of oil in the sample gas is detected by detecting the peak area (S 1 ) derived from the internal standard gas detected by the detector of the laser ionization time-of-flight mass spectrometer (TOFMAS), and the oil content. From the peak area derived from (S 2 ), the presence or absence of oil in the sample gas is detected. In laser ionization, by setting the laser wavelength to 350 nm or less, ionization called resonance two-photon ionization occurs, and the PCB can be ionized with high efficiency. Further, by applying the laser wavelength, in addition to PCB, internal standard gases (benzenes, halogenated benzenes, etc.) are ionized and peaks (S 1 ) are formed, and insulating oil is ionized and peaks (S). 2 ) is formed.
ここで、測定対象のガスに夾雑物(油分ガスが主体)が発生すると、TOFMASによる質量分析スペクトルの油分に由来するピーク面積(S2)が上昇する。
図2にPCB試料ガス中に油分ガスが無い場合(図2上段のグラフ)と油分ガスが有る場合(図2下段のグラフ)の測定例を示す。
本実施例では、下記式(1)から求めた比を算出して、閾値を超えているか否かを判断する。
[内部標準ガスに由来するピーク面積(S1)/(内部標準ガスに由来するピーク面積(S1)+油分に由来するピーク面積(S2))]×100・・・(1)
そして、閾値を例えば50とし、この閾値50を超えていると判断すると、試料ガス中の油分が多く存在すると判断する。
Here, when impurities (mainly oily gas) are generated in the gas to be measured, the peak area (S 2 ) derived from the oily component of the mass spectrometry spectrum by TOFMAS increases.
FIG. 2 shows measurement examples when there is no oil gas in the PCB sample gas (the upper graph in FIG. 2) and when there is an oil gas (the lower graph in FIG. 2).
In this embodiment, the ratio obtained from the following equation (1) is calculated to determine whether or not the threshold value is exceeded.
[Peak area derived from internal standard gas (S 1 ) / (Peak area derived from internal standard gas (S 1 ) + Peak area derived from oil (S 2 ))] × 100 (1)
Then, for example, when the threshold value is 50 and it is determined that the
図2の下段に示すように、油分に由来するピーク面積(S2)強度とは、計測チャートにおいて、PCBを含む絶縁油成分などの共存物質成分に由来するものである。 As shown in the lower part of FIG. 2, the peak area (S 2 ) intensity derived from the oil is derived from a coexisting substance component such as an insulating oil component containing PCB in the measurement chart.
ここで、前記比率が例えば50以上であれば、以下のような対策を実施する。
(1)現在測定している計測ラインを切り換えて、バックアップ計測器に移行して、計測を継続する。
(2)計測試料ガスの導入を停止する。
(3)内部標準ガスのフラグメントイオンシグナルを適用する。
ここで、前記変更する内部標準ガスとしては、PCBの計測の場合に使用している内部標準ガスの親イオン(ジクロロトルエンイオン)から、そのフラグメントイオン(トルエンイオン(質量数:90程度)、クロロトルエンイオン(質量数:120程度))に変更する。
Here, if the ratio is 50 or more, for example, the following measures are taken.
(1) Switch the measurement line currently measured, move to a backup measuring instrument, and continue measurement.
(2) Stop the introduction of the measurement sample gas.
(3) Apply fragment ion signal of internal standard gas.
Here, as the internal standard gas to be changed, from the parent ion (dichlorotoluene ion) of the internal standard gas used in the measurement of PCB, its fragment ion (toluene ion (mass number: about 90), chloro Change to toluene ion (mass number: about 120).
図3にこの内部標準ガスの各フラグメントを図示する。
ここで、図3の横軸は飛行時間(質量数に相当)、縦軸は信号強度である。
このスペクトルの場合、PCB測定域(質量数:200〜400)は25〜35μ秒に相当している。
FIG. 3 illustrates each fragment of the internal standard gas.
Here, the horizontal axis of FIG. 3 is the time of flight (corresponding to the mass number), and the vertical axis is the signal intensity.
In the case of this spectrum, the PCB measurement area (mass number: 200 to 400) corresponds to 25 to 35 μsec.
ここでピーク(1)〜(3)が内部標準ガスとそのフラグメントのスペクトルに相当する。
通常は、ピーク(3)のジクロロトルエンを計測することで、校正を実施しているが、このジクロロトルエンは、絶縁油成分の多い質量域(質量数:150〜300)に相当するため、絶縁油などの油分ガスの影響を受けやすい。
Here, the peaks (1) to (3) correspond to the spectra of the internal standard gas and its fragments.
Usually, calibration is carried out by measuring dichlorotoluene at peak (3), but this dichlorotoluene corresponds to a mass region (mass number: 150 to 300) with a large amount of insulating oil components. Susceptible to oil and other gas components.
したがって、その影響をうけないフラグメント成分((1)トルエン、(2)クロロトルエン)を内部標準ガスとして適用することによって、絶縁油などの油分ガスの影響を受けない校正が可能となる。 Therefore, by applying a fragment component ((1) toluene, (2) chlorotoluene) that is not affected by this as an internal standard gas, calibration that is not affected by oil gas such as insulating oil becomes possible.
この対策では、質量分析装置の汚染が進行することは回避できないものの、そのような場合においても分析を実施しなければならない場合に、校正を行いつつ計測する場合に有効となる。 Although this measure cannot prevent the contamination of the mass spectrometer from progressing, it is effective when performing measurement while performing calibration in such a case.
次に、実施例2の処理設備のガス監視システムについて説明する。
図4は、実施例2のガス監視システムの概略図である。
図4に示すように、本実施例に係る処理設備のガス監視システム(以下「ガス監視システム」という)10−1は、レーザイオン化飛行時間型質量分析装置(TOFMAS)60のチャンバ内に導入する試料ガス11中の油分に由来するCH結合に起因する赤外吸収スペクトルの有無を検出するものである。
図4に示すように、本実施例に係るガス監視システム10−1は、レーザイオン化飛行時間型質量分析装置(TOFMAS)60のチャンバの試料ガス11の導入部分で赤外線発生器21からの赤外線20を導入し、赤外吸収分析計の検知器(第1の検知器21−1、第2の検知器21−2)によりその吸収量を検知し、試料ガス11中の油分(夾雑物夾雑物)を求めるものである。なお、図4中、符号12−1、12−2、12−3、12−4は窓、15−1は第1のミラー、15−2は第2のミラー、15−3は第3のミラー、16−1は第1の光ダンパ、16−2は第2の光ダンパを各々図示する。
Next, a gas monitoring system for a processing facility according to the second embodiment will be described.
FIG. 4 is a schematic diagram of the gas monitoring system according to the second embodiment.
As shown in FIG. 4, the gas monitoring system (hereinafter referred to as “gas monitoring system”) 10-1 of the processing facility according to the present embodiment is introduced into the chamber of a laser ionization time-of-flight mass spectrometer (TOFMAS) 60. The presence or absence of an infrared absorption spectrum due to CH bonds derived from oil in the
As shown in FIG. 4, the gas monitoring system 10-1 according to the present embodiment includes an
ここで、レーザ照射装置14のレーザ光13は、光の波長が350nm以下であると共に、レーザのパルス時間幅が1000ピコ秒以下であり、且つレーザエネルギー密度が1GW/cm2 以下とするのが好ましい。
また、第1のミラー15−1ではレーザ光(波長が350nm以下)13を99%以上の反射率で反射させるものとするのが好ましい。
なお、波長が200nm以下(真空紫外域)では、酸素分子の光吸収の影響があるので、この場合には、レーザ光パスの周囲環境を不活性ガス(N2ガスなど)で充填させるようにすればよい。
Here, the
Further, it is preferable that the first mirror 15-1 reflects the laser beam (wavelength: 350 nm or less) 13 with a reflectance of 99% or more.
In addition, when the wavelength is 200 nm or less (vacuum ultraviolet region), there is an influence of light absorption of oxygen molecules. In this case, the ambient environment of the laser light path is filled with an inert gas (N 2 gas or the like). do it.
また、チャンバに設けた第1の窓12−1及び第2の窓12−2は、レーザ光(波長が350nm以下)を透過させるものとする(紫外域であれば、材質は合成石英とするのがよい)。 The first window 12-1 and the second window 12-2 provided in the chamber transmit laser light (having a wavelength of 350 nm or less) (the material is synthetic quartz in the ultraviolet region). Good).
前記赤外線発生器21は、例えば赤外線ランプ、FT−IR(フーリエ変換赤外分光光度計)などとするのが好ましい。
The
第2のミラー15−2と第3のミラー15−3は、赤外線20を透過させるものとするのが好ましい。その材質としては例えばフッ化カルシウムなどが好ましい。
It is preferable that the second mirror 15-2 and the third mirror 15-3 transmit
また、第3の窓12−3及び第4の窓12−4は、赤外線20を透過させるものが好ましい。例えばその材質としてはフッ化カルシウムなどが好ましい。
Further, it is preferable that the third window 12-3 and the fourth window 12-4 transmit
本実施例では、第1の検知器21−1は、赤外線発生器21から発生する赤外線20の第2のミラー15−2で反射する参照光の強度(X)を測定する。ここで、第1の検知器21−1の検知素子としては半導体型のMCT(HgCdTe)検出器(MCT)などを用いるとよい。
In the present embodiment, the first detector 21-1 measures the intensity (X) of the reference light reflected by the second mirror 15-2 of the
また、第2の検知器21−2は、赤外線発生器21より照射した赤外線20を試料ガス11に通した後、第3のミラー15−3で反射する参照光の強度(Y)を測定する。ここで、第2の検知器21−2の検知素子としては同様に半導体型のMCT(HgCdTe)検出器などを用いるとよい。
そして、測定結果から、Y/Xを算出する。Y/Xは透過率とよばれ、これをTとおくと、吸光度(−logT)は油分濃度に比例関係にある。吸光度を求めることによって、油分の濃度を測定することができる。
Further, the second detector 21-2 measures the intensity (Y) of the reference light reflected by the third mirror 15-3 after passing the
Then, Y / X is calculated from the measurement result. Y / X is called transmittance, and when this is set to T, the absorbance (−log T) is proportional to the oil concentration. By determining the absorbance, the concentration of oil can be measured.
ここで、図5に示すように、油分ガスが測定された場合、前記のようなスペクトルが得られる(FT−IRで測定したもの)。これは、油分ガス(絶縁油C18〜C20の脂肪族炭化水素、大気中揮発性油など)のCH結合に起因する吸収スペクトルが観測されている。図5の横軸は波数(cm-1)、縦軸は吸光度である。 Here, as shown in FIG. 5, when the oil component gas is measured, the spectrum as described above is obtained (measured by FT-IR). This absorption spectrum due to the CH bond of oil gas (aliphatic hydrocarbon insulating oil C 18 -C 20, such as the atmosphere volatile oils) have been observed. The horizontal axis in FIG. 5 is the wave number (cm −1 ), and the vertical axis is the absorbance.
前記スペクトルにより、油分ガスが有ると判断されれば、バックアップに移行するか、ガス計測ラインの配管内をN2ガスにより洗浄(逆洗浄を行う)などの措置を講じる。 If it is determined from the spectrum that there is oil component gas, a transition is made to backup or measures such as cleaning the inside of the gas measurement line with N2 gas (reverse cleaning) are taken.
ここで、図6に、実際にミラーやレンズ等に付着する付着物の全反射IRスペクトルのチャートを示す。図6の横軸は波数(cm-1)、縦軸は透過率である。図6に示すように、油分ガスに起因するCH結合による吸収が検出されている。 Here, FIG. 6 shows a chart of the total reflection IR spectrum of a deposit actually attached to a mirror, a lens, or the like. The horizontal axis in FIG. 6 is the wave number (cm −1 ), and the vertical axis is the transmittance. As shown in FIG. 6, absorption due to CH bonds due to the oil gas is detected.
次に、実施例3の処理設備のガス監視システムについて説明する。
図7は、実施例3のガス監視システムの概略図である。
図7に示すように、本実施例に係るガス監視システム10−2は、レーザイオン化飛行時間型質量分析装置(TOFMAS)60のチャンバ内に導入する試料ガス11中の油分に由来するCH結合に起因する赤外吸収スペクトルの有無を検出するものである。
図4に示すように、本実施例に係るガス監視システム10−2は、実施例2のガス監視システム10−1において、レーザ照射装置14からのレーザ光(例えばYAGレーザならば1064nmの光)を第1のミラー15−1で透過させ、その透過後のレーザ光を非線形光学結晶18に導入して第2のレーザ光(赤外レーザ光)13−2を得るようにしている。
Next, a gas monitoring system for a processing facility according to the third embodiment will be described.
FIG. 7 is a schematic diagram of a gas monitoring system according to the third embodiment.
As shown in FIG. 7, the gas monitoring system 10-2 according to the present embodiment uses CH bonds derived from oil in the
As shown in FIG. 4, the gas monitoring system 10-2 according to the present embodiment is the same as the gas monitoring system 10-1 according to the second embodiment, except that the laser beam from the laser irradiation device 14 (for example, 1064 nm light for a YAG laser). Is transmitted through the first mirror 15-1, and the laser beam after the transmission is introduced into the nonlinear
ここで、前記非線形光学結晶18としては、レーザ照射装置14の基本波(YAGレーザならば1064nmの光)を結晶に通し、非線形光学現象(光パラメトリック発振など)を生じさせることで、波数3000cm-1程度の赤外レーザを得るものである。非線形光学結晶としては例えばニオブ酸リチウムなどを挙げることができる。
なお、煤塵の算出は実施例2と同様であるので、省略する。
Here, as the nonlinear
The calculation of soot is the same as in the second embodiment, and will be omitted.
本実施例では、実施例2のように別途赤外線発生器21を必要としないため、ガス監視システムのコンパクト化及び費用の低廉化を図ることができる。
In the present embodiment, unlike the second embodiment, the
次に、実施例4の処理設備のガス監視システムについて説明する。
図8は、実施例4のガス監視システムの概略図である。
図8に示すように、本実施例に係るガス監視システム10−3は、レーザイオン化飛行時間型質量分析装置(TOFMAS)60のチャンバ内に導入する試料ガス11中の煤塵の有無を検出し、煤塵量が閾値を超える場合には、分析を中止するか、バックアップ装置に切り換えてガスのモニタリングを行うか、ガス計測ラインの配管をガス洗浄するか、配管内の活性炭(ダストフィルタ)を交換するかの少なくとも一つを実行するものである。
Next, a gas monitoring system for a processing facility according to the fourth embodiment will be described.
FIG. 8 is a schematic diagram of a gas monitoring system according to the fourth embodiment.
As shown in FIG. 8, the gas monitoring system 10-3 according to the present embodiment detects the presence or absence of soot in the
本実施例では、実施例3と同様に、非線形光学結晶18を用いて、第2のレーザ光(可視あるいは赤外レーザ光)13−2を得ている。好適には可視光を使用するのが良く、YAGレーザ装置を使用している場合は、その第二高調波(532nm)を用いるのがよい。
そして、第2のレーザ光13−2でチャンバの試料ガス11の導入口で煤塵量を光検知器30で検知し、試料ガス中の煤塵を測定するものである。
前記光検出器30としては、試料ガス11中の煤塵に起因するミー散乱(光の波長と同程度の粒子による光の散乱現象)光を検知するものであり、光検知器30としては光電子増倍管(PMT:Photomultiplier)を挙げることができる。
In the present embodiment, similarly to the third embodiment, the second laser beam (visible or infrared laser beam) 13-2 is obtained using the nonlinear
Then, the amount of dust is detected by the
The
これにより、試料ガス11中に含まれる煤塵等を検知することができる。
例えば試料ガス11中の油分が多い場合、TOFMAS60の窓12−1の内側表面に有機物の固着物が生成し、レーザ出力を低下させる場合があり、レーザ出力が低下するとS/Nの低下を起因し、ひいては測定不能となる場合があるので、これを事前に検知できることとなる。また複数のイオン電極からなる収束部56などの質量分析装置内部品の汚れやキャピラリカラム54の閉塞を防止することができる。
Thereby, the dust etc. which are contained in
For example, when the
次に、実施例5の処理設備のガス監視システムについて説明する。
図9は、実施例5のガス監視システムの概略図である。
図9に示すように、本実施例に係るガス監視システム10−4は、レーザイオン化飛行時間型質量分析装置(TOFMAS)60内に導入するレーザ光13を発生するレーザ照射装置14を独立したチャンバ14aに設け、該チャンバ14a中の油分ガス成分の有無を赤外線発生器20によるC−H基成分の吸光度測定にて判断し、油分量が閾値(0.01mg/m3以上がよい)を超える場合には、第1の活性炭41−1から第2の活性炭41−2に切り換えて、配管内の第1の活性炭を交換するものである。
なお、図9中、符号12−5は窓、43は空気調和装置、44は不活性ガス制御空気供給源を図示する。前記空気調和装置では温度25℃、湿度30〜70%(好適には40〜50%)となるようにチャンバ14a内を調節している。
Next, a gas monitoring system for a processing facility of Example 5 will be described.
FIG. 9 is a schematic diagram of a gas monitoring system according to the fifth embodiment.
As shown in FIG. 9, the gas monitoring system 10-4 according to this embodiment includes an independent chamber for a
In FIG. 9, reference numeral 12-5 denotes a window, 43 denotes an air conditioner, and 44 denotes an inert gas control air supply source. In the air conditioner, the inside of the
これにより、レーザ照射装置14を格納するチャンバ14a内でのミラーやレンズ表面に付着する有機物の有無を事前に検知することができる。また活性炭を交換することで、チャンバ14a内の煤塵量が常に少ない状態に維持することができる。
Thereby, the presence or absence of the organic substance adhering to the mirror or the lens surface in the
なお、赤外線は図7に示す実施例3のように、レーザ照射装置14から非線形光学結晶18で得られる赤外レーザ光を用いるようにしてもよい。
Note that infrared laser light obtained from the nonlinear
次に、実施例6の処理設備のガス監視システムについて説明する。
図10は、実施例6のガス監視システムの概略図である。
図10に示すように、本実施例に係るガス監視システム10−5は、レーザイオン化飛行時間型質量分析装置(TOFMAS)60内に導入するレーザ光13を発生するレーザ照射装置14を独立したチャンバ14aに設け、該チャンバ14a中の煤塵の有無を例えばCCDカメラ31で検出し、煤塵量が閾値を超える場合には、第1の活性炭(ダストフィルタ)41−1から第2の活性炭(ダストフィルタ)41−2に切り換えて、配管内の第1の活性炭(ダストフィルタ)を交換するものである。
Next, a gas monitoring system for a processing facility of Example 6 will be described.
FIG. 10 is a schematic diagram of a gas monitoring system according to the sixth embodiment.
As shown in FIG. 10, the gas monitoring system 10-5 according to the present embodiment includes an independent chamber for a
特に、レーザ照射装置14から発生するレーザ光13は、該レーザ光13を複数回反射させるために多数のミラー(15−1a〜15−1e)が配設されているが、CCDカメラ31により、そのミー散乱光を検知することによりレーザ照射装置14の周囲に浮遊する煤塵を平面監視することができる。
In particular, the
レーザ照射装置14内の煤塵の検知は重要であるが、そのチャンバ14a内は容易にはあけることができない。よって、チャンバ14a内の浮遊物質や煤塵の有無をCCDカメラ31で検知することで、レーザ照射装置14の周囲に浮遊する煤塵に起因する汚れを事前に予測することができるものとなる。
Although detection of the dust in the
本発明により、事前に大気中の油分や煤塵などを計測することで、TOFMASの質量スペクトルのノイズ成分の増加に伴うシグナルノイズ比低下を防止することができる。これにより、分析精度の低下を防止することができる。また、大気中の油分や煤塵が、大量に質量分析装置のなかに流入することで、質量分析装置の汚染が進行し、その性能(耐久性)が低下することを抑制することも可能となる。
また、光学部品の汚れ・劣化によるレーザ出力低下に伴う検出感度の低下を防止することができる。さらに、質量分析装置を収納するチャンバ内の汚れによる検出感度の低下を防止することができる。
According to the present invention, it is possible to prevent a decrease in signal-to-noise ratio accompanying an increase in noise components of the mass spectrum of TOFMAS by measuring oil content, dust, etc. in the atmosphere in advance. Thereby, the fall of analysis accuracy can be prevented. Moreover, it is also possible to suppress the deterioration of the performance (durability) due to the contamination of the mass spectrometer due to the large amount of oil and dust in the atmosphere flowing into the mass spectrometer. .
Further, it is possible to prevent a decrease in detection sensitivity due to a decrease in laser output due to contamination / deterioration of optical components. Furthermore, it is possible to prevent a decrease in detection sensitivity due to contamination in the chamber that houses the mass spectrometer.
このように、本発明によれば、レーザイオン化飛行時間型質量分析装置を用いた精密分析において、油分ガス・煤塵等の流入に対してレーザ装置や質量分析装置の保護が達成され、当該装置の信頼性及び耐久性が向上することに寄与するものとなる。 Thus, according to the present invention, in precision analysis using a laser ionization time-of-flight mass spectrometer, protection of the laser device and the mass spectrometer against inflow of oil gas, dust, etc. is achieved, and This contributes to improvement in reliability and durability.
以上のように、本発明に係る処理設備のガス監視システムによれば、例えばPCBなどの有害物質を処理する設備の分析装置の信頼度(装置性能の耐久度)を向上させることができる。 As described above, according to the gas monitoring system for a processing facility according to the present invention, it is possible to improve the reliability (durability of device performance) of an analyzer of a facility that processes a hazardous substance such as PCB.
10−1〜10−5 ガス監視システム
11 試料ガス
13 レーザ光
14 レーザ照射装置
20 赤外線
21−1 第1の検知器
21−2 第2の検知器
10-1 to 10-5
Claims (9)
有害物質を処理する設備内外のガス環境を測定する排気ガスモニタリング装置を備えてなり、
前記排気ガスモニタリング装置が、試料ガスを真空チャンバ内へ連続的に導入し、レーザ光によりレーザイオン化させ、イオン検出するレーザイオン化飛行時間型質量分析装置であると共に、
試料ガス中の油分の有無を検出し、
油分量が閾値を超える場合には、分析を中止するか、バックアップ装置に切り換えてガスのモニタリングを行うか、又はガス計測ラインの配管をガス洗浄するかの少なくとも一つを実行することを特徴とする処理設備のガス監視システム。 A gas monitoring system for a processing facility for monitoring a gas environment of a processing facility for processing hazardous substances,
Equipped with an exhaust gas monitoring device that measures the gas environment inside and outside the facility that treats harmful substances,
The exhaust gas monitoring device is a laser ionization time-of-flight mass spectrometer that continuously introduces a sample gas into a vacuum chamber, causes laser ionization with laser light, and detects ions,
Detect the presence or absence of oil in the sample gas,
When the oil content exceeds a threshold value, the analysis is stopped, the gas is monitored by switching to a backup device, or at least one of gas cleaning of the piping of the gas measurement line is executed. Gas monitoring system for processing equipment.
試料ガス中の油分の有無の検出が、
レーザイオン化飛行時間型質量分析装置で検出された内部標準ガスに起因するピークと、油分に由来する夾雑物のピークとから、試料ガス中の油分の有無を判断することを特徴とする処理設備のガス監視システム。 In claim 1,
Detection of oil content in sample gas
A processing facility characterized in that the presence or absence of oil in a sample gas is determined from a peak caused by an internal standard gas detected by a laser ionization time-of-flight mass spectrometer and a peak of impurities derived from the oil. Gas monitoring system.
内部標準ガスに由来するピーク面積(S1)と、油分に由来するピーク面積(S2)とから下記式(1)から比を求め、閾値を50とし、これを超える場合に、試料ガス中の油分が多いと判断することを特徴とする処理設備のガス監視システム。
S1/(S1+S2)×100…(1) In claim 2,
From the peak area (S 1 ) derived from the internal standard gas and the peak area (S 2 ) derived from the oil, the ratio is obtained from the following equation (1), and the threshold is set to 50. Gas monitoring system for processing equipment, characterized in that it is judged that there is a lot of oil.
S 1 / (S 1 + S 2 ) × 100 (1)
試料ガス中の油分の有無の検出が、
レーザイオン化飛行時間型質量分析装置内に導入する試料ガス中の油分に由来するCH結合に起因する赤外吸収スペクトルの有無を検出することを特徴とする処理設備のガス監視システム。 In claim 1,
Detection of oil content in sample gas
A gas monitoring system for a processing facility, which detects the presence or absence of an infrared absorption spectrum caused by a CH bond derived from an oil component in a sample gas introduced into a laser ionization time-of-flight mass spectrometer.
試料ガス中の油分の有無の検出が、
赤外吸収スペクトルを赤外線光又は赤外レーザ光のいずれかで検出することを特徴とする処理設備のガス監視システム。 In claim 4,
Detection of oil content in sample gas
A gas monitoring system for a processing facility, wherein an infrared absorption spectrum is detected by either infrared light or infrared laser light.
有害物質を処理する設備内外のガス環境を測定する排気ガスモニタリング装置を備えてなり、
前記排気ガスモニタリング装置が、試料ガスを真空チャンバ内へ連続的に導入し、レーザ光によりレーザイオン化させ、イオン検出するレーザイオン化飛行時間型質量分析装置であると共に、
試料ガス中又は排気ガスモニタリング装置内の煤塵の有無を検出し、
煤塵量が閾値を超える場合には、分析を中止するか、バックアップ装置に切り換えてガスのモニタリングを行うか、ガス計測ラインの配管をガス洗浄するか、配管内の活性炭を交換するかの少なくとも一つを実行することを特徴とする処理設備のガス監視システム。 A gas monitoring system for a processing facility for monitoring a gas environment of a processing facility for processing hazardous substances,
Equipped with an exhaust gas monitoring device that measures the gas environment inside and outside the facility that treats harmful substances,
The exhaust gas monitoring device is a laser ionization time-of-flight mass spectrometer that continuously introduces a sample gas into a vacuum chamber, causes laser ionization with laser light, and detects ions,
Detects the presence of dust in the sample gas or in the exhaust gas monitoring device,
If the amount of dust exceeds the threshold, at least one of whether to stop the analysis, switch to a backup device to monitor the gas, clean the gas measurement line piping, or replace the activated carbon in the piping Gas processing system for a processing facility, characterized by
煤塵の有無の検出が、
赤外吸収スペクトルを赤外線光又は赤外レーザ光のいずれかで検出することを特徴とする処理設備のガス監視システム。 In claim 6,
Detection of the presence or absence of dust
A gas monitoring system for a processing facility, wherein an infrared absorption spectrum is detected by either infrared light or infrared laser light.
試料ガス中の煤塵の有無の検出が、
煤塵に起因するミー散乱光を検出することを特徴とする処理設備のガス監視システム。 In claim 7,
Detection of the presence of dust in the sample gas
A gas monitoring system for a processing facility, which detects Mie scattered light caused by dust.
前記有害物質が有機ハロゲン化物であることを特徴とする処理設備のガス監視システム。 In any one of Claims 1 to 8,
A gas monitoring system for a processing facility, wherein the harmful substance is an organic halide.
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