JP2673851B2 - Nox 濃度測定方法及び測定装置 - Google Patents

Nox 濃度測定方法及び測定装置

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JP2673851B2
JP2673851B2 JP4148203A JP14820392A JP2673851B2 JP 2673851 B2 JP2673851 B2 JP 2673851B2 JP 4148203 A JP4148203 A JP 4148203A JP 14820392 A JP14820392 A JP 14820392A JP 2673851 B2 JP2673851 B2 JP 2673851B2
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宗一 佐藤
祐輔 久野
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動力炉・核燃料開発事業団
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光音響分析法によるN
X (NO2 及びNO)の濃度測定方法及び測定装置に
関し、更に詳しく述べると、紫外線照射によるNO2
NOへの分解が両者の濃度に依存することを利用し、単
色レーザ光を用いてNO2 濃度とNO濃度の両方を測定
できる方法及び装置に関するものである。この技術は、
大気中あるいはボイラ排気ガス中のNOX 濃度モニタ等
に有用である。
【0002】
【従来の技術】大気中のNOX の濃度測定には、主にザ
ルツマン法が用いられているが、その他、ケミルミネッ
センス法などもある。ザルツマン法では、ザルツマン試
薬を吸収発色液とし、生じたアゾ染料の橙赤色の着色を
吸光度測定(波長545nm)する。ケミルミネッセン
ス法では、NOをオゾンと反応させたとき生成する励起
NO2 (NO2 * )の発光(波長610〜3000n
m)を測定してNOを定量する。NOとNO2 の混合物
でNO2 を測定する場合は、まずNO2 を触媒によりN
Oに変換させた後、上記の測定を行う。転換しないとき
との差からNO2 量が求まる。
【0003】ところで光吸収分光法の一種に光音響分光
法がある。この光音響分光法は、光音響効果(試料を密
閉した容器の中に入れて、光を断続して照射すると、音
波が生じる現象)を利用する微量分析方法である。強度
変調させた単色光を試料に照射し、発生した音を検出し
てデータ処理することにより分析を行う。この方法によ
っても、NO2 又はNOの濃度測定は可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来行われていたザル
ツマン法では吸光度を直接測定しており、またケミルミ
ネッセンス法ではガスを用いて化学的な反応を行わせて
測定しているため、装置が複雑であったり、操作が煩雑
であった。また基本的には、NO2 とNOについて、異
なる方法により測定する必要があった。
【0005】また従来の光音響分光法による場合は、N
2 とNOは波長(光)を吸収する率(モル吸収係数)
が異なるため、波長可変レーザ装置のように照射光の波
長を変えることのできる装置を用いるか、または波長の
異なる専用の2基のレーザ装置を用いる必要がある。波
長可変レーザ装置は非常に高価であるし、2基のレーザ
装置を用いる構成は、装置全体が非常に大型化する欠点
がある。
【0006】本発明の目的は、比較的簡単なシステム
で、化学反応に必要なガス等を用いることなく、NO2
とNOの両方の濃度を高感度で測定できる方法及び装置
を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、初期試料
ガス中のNO分率が紫外線照射によるNO2 濃度の変化
の割合から算出できることを知得し、それに基づき本発
明を完成させたものである。即ち本発明は、試料ガスに
単色のレーザ光を断続的に照射し、発生する疎密波の音
響強度から初期試料ガス中のNO2 の濃度を求める。ま
た試料ガスに紫外線を照射して一部のNO2 を分解して
NOとし、その紫外線照射済の試料ガスに単色のレーザ
光を断続的に照射し、発生する疎密波の音響強度から分
解せずに残留しているNO2 の濃度を求める。そして、
それら紫外線照射前後のNO2 の濃度から初期試料ガス
中のNOの濃度を算出するNOX 濃度測定方法である。
そのため、予め紫外線照射前のNOの濃度分率に対する
紫外線照射前後のNO2 の濃度比の関係を求めておき、
その関係を用いてデータ処理する。
【0008】またこの測定方法を実施するための本発明
装置は、単色レーザ光発生装置と、そのレーザ光を断続
する光チョッパ装置と、試料ガスに紫外線を照射する紫
外線照射装置と、内部に紫外線未照射の試料ガス又は紫
外線照射済の試料ガスを選択的に導入でき前記光チョッ
パ装置で断続制御されたレーザ光が入射する試料用音響
セルと、該試料用音響セルで発生した音響を検出する音
響検出器と、検出した音響信号を同期増幅するロックイ
ン増幅器と、得られたデータを処理するデータ処理装置
とを具備している。ここで、紫外線照射装置の出口配管
に三方コックを設け、該三方コックの他方の入口に紫外
線未照射の試料ガス導入配管を接続し、三方コックの出
口は配管を介して試料用音響セルに接続する構成が好ま
しい。
【0009】
【作用】NO2 が吸収する単色のレーザ光を試料ガスに
断続的に照射すると、光音響効果により疎密波が発生
し、その音響強度の解析から初期試料ガス中のNO2
濃度が求まる。また試料ガスに紫外線を照射すると、一
部のNO2 はNOに変化する。その際のNOの生成率
は、NO2 の単独の濃度には依存せず、紫外線照射前の
NO2 とNOの比率に依存するため、前記のように予め
NO濃度分率の異なる試料ガスについて、紫外線照射に
よるNO2 濃度比の変化率を求めておくと、紫外線照射
前後の試料ガスのNO2 濃度から初期試料ガス中のNO
の濃度を算出できることになる。
【0010】三方コックは、試料用音響セルに導入する
試料ガスを、初期試料ガス(紫外線未照射の試料ガス)
とするか、紫外線照射済の試料ガスとするかを選択する
のに用いる。これによって三方コックの操作のみで、紫
外線照射前後の試料ガス中のNO2 の濃度測定を簡単に
切り換えることが可能である。
【0011】
【実施例】図1は本発明に係るNOX 濃度測定装置の一
実施例を示す説明図である。この装置は、単色レーザ光
発生装置10と、そのレーザ光を一定周波数で断続する
光チョッパ装置12と、試料セル14を備えている。試
料セル14内には、試料用音響セル16と参照用音響セ
ル18とを並置し、両音響セル16,18にはそれぞれ
音響検出器であるマイクロフォン20,22を直角に差
し込んである。前記光チョッパ装置12からの断続制御
信号及び両マイクロフォン20,22からの音響信号は
ロックイン増幅器24に入力し、出力がデータ処理装置
26に送られる。前記試料用音響セル16には試料ガス
が導入可能となっている。
【0012】本発明の特徴は、このような光音響分光シ
ステムにおいて、試料ガスに紫外線を照射する紫外線照
射装置30を設けている点である。この実施例では、紫
外線照射装置30の出口配管32に三方コック34を設
け、該三方コック34の他方の入口に紫外線未照射の試
料ガス導入配管36を接続し、三方コック34の出口側
は配管を介して試料用音響セル16に接続している。な
お試料用音響セル16には出口配管38を接続し、その
出口配管38に流量計40を設けている。
【0013】この実施例では、単色レーザ光発生装置1
0として、波長514.5nmのアルゴンイオンレーザ
を使用する。また光チョッパ装置12の光チョッパ周波
数は170Hzである。試料用音響セル16と参照用音響
セル18は、同一形状、同一条件の石英製品であり、両
端面はレーザ光が反射しないようにブリュースター角と
なっている。なお参照用音響セル18内にはレーザ光に
より振動が発生しないようなガスを充填する。紫外線照
射装置30は、中央に高圧水銀ランプ(450W)を設
け、その周囲に試料ガスが流通するコイル状の(直径1
0cm)石英管を配置した構造である。照射時間は6分間
とした。
【0014】試料ガスは図1の右側から導入する。紫外
線照射を行わない場合は、そのまま三方コック34を通
って試料用音響セル16に入る。紫外線照射を行う場合
は紫外線照射装置30に導入され、紫外線の照射を受け
て、試料ガス中のNO2 の一部は分解してNOとなり、
三方コック24を通って試料用音響セル16に入る。つ
まり三方コック34の操作によって、紫外線照射前後の
試料ガスを選択的に試料用音響セル16に導入できる構
成である。
【0015】NO2 の濃度は次のようにして測定する。
初期(紫外線未照射)試料ガスは試料用音響セル16内
に入る。試料用音響セル16内に入ったNO2 は、単色
レーザ光が断続的に照射されることにより、膨張・収縮
を繰り返し、疎密波(音響)を発生する。この音響強度
はNO2 の濃度に比例するので、音響強度をマイクロフ
ォン20で検出する。試料用音響セル16の前に設置し
た参照用音響セル18は、外部からの雑音、音響セル自
体の振動音、単色レーザ光の強度変動などの影響を相殺
するためのものである。両マイクロフォン20,22で
検出した音響信号は、光チョッパ装置12からの参照信
号を用いてロックイン増幅器24で同期増幅される。デ
ータ処理装置26によって初期試料ガス中のNO2 濃度
を求めることができる。紫外線照射済の試料ガス中のN
2 の濃度を求めるには、三方コック34を切り換え
て、紫外線照射装置30を通過した試料ガスを試料用音
響セル16内に導入する。上記と同様にして紫外線照射
済の試料ガス中のNO2 濃度が求まる。
【0016】このようにして、紫外線未照射の試料ガス
の音響信号から初期試料ガス中のNO2 濃度を、紫外線
照射済の試料ガスの音響信号から分解せずに残ったNO
2 濃度が求まる。これら両NO2 濃度から、次のように
して初期試料ガス中のNO濃度を算出する。紫外線照射
によって試料ガス中のNO2 の一部が分解してNOにな
る割合は、照射前後のNO2 の濃度に依存する。その関
係を図2に示す。図2は、初期試料ガス中のNO分率f
NO(横軸)に対する紫外線照射前後のNO2 の濃度比
〔NO2 1 /〔NO2 2 (縦軸)の関係を示してい
る。両者はほぼリニアな関係にあり、紫外線照射前後の
NO2 の濃度を測定することにより、初期試料ガス中の
NO濃度を算出できることになる。
【0017】ここで、 〔NO〕1 :紫外線照射前のNO濃度 〔NO2 1 :紫外線照射前のNO2 濃度 〔NO2 2 :紫外線照射後のNO2 濃度 とすると、図2の横軸fNO(初期試料ガス中のNO分
率)は、 fNO=〔NO〕1 /{〔NO〕1 +〔NO2 1 } … で表される。また図2より、 fNO={〔NO2 1 /〔NO2 2 −0.084}/85.3 … である。ここで〔NO2 1 及び〔NO2 2 は上記の
ように測定可能である。従って式からfNOを計算で
き、それを式に代入することによって〔NO〕1を算
出できる。このようにして初期(紫外線未照射)の試料
ガス中のNO濃度を求めることができる。
【0018】
【発明の効果】本発明は上記のように、紫外線照射前後
の試料ガスを光音響効果を利用して分析する技術である
から、化学反応に必要なガス等を用いることなく、紫外
線照射装置を付設するだけの比較的簡単なシステムでN
2 とNOの両方の濃度を高感度で測定することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るNOX 濃度測定装置の一実施例を
示す説明図。
【図2】初期試料ガスのNO分率に対する紫外線照射前
後のNO2 濃度比率の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
10 単色レーザ光発生装置 12 光チョッパ装置 16 試料用音響セル 18 参照用音響セル 20,22 マイクロフォン 24 ロックイン増幅器 26 データ処理装置 30 紫外線照射装置 34 三方コック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−247139(JP,A) 特開 昭59−57143(JP,A) 特開 昭53−20386(JP,A) 特開 昭63−165733(JP,A) 特開 昭60−143743(JP,A) 特開 昭59−145957(JP,A) 特開 昭54−71682(JP,A) 特開 昭54−36778(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料ガスに単色のレーザ光を断続的に照
    射し、発生する疎密波の音響強度から初期試料ガス中の
    NO2 の濃度を求め、また試料ガスに紫外線を照射して
    一部のNO2 を分解してNOとし、その紫外線照射済の
    試料ガスに単色のレーザ光を断続的に照射し、発生する
    疎密波の音響強度から分解せずに残留しているNO2
    濃度を求めて、それら紫外線照射前後のNO2 濃度から
    初期試料ガス中のNOの濃度を算出することを特徴とす
    るNOX 濃度測定方法。
  2. 【請求項2】 単色レーザ光発生装置と、そのレーザ光
    を断続する光チョッパ装置と、試料ガスに紫外線を照射
    する紫外線照射装置と、内部に紫外線未照射の試料ガス
    又は紫外線照射済の試料ガスを選択的に導入でき前記光
    チョッパ装置で断続制御されたレーザ光が入射する試料
    用音響セルと、該試料用音響セルで発生する音響を検出
    する音響検出器と、検出した音響信号を同期増幅するロ
    ックイン増幅器と、得られたデータを処理するデータ処
    理装置とを具備しているNOX濃度測定装置。
  3. 【請求項3】 紫外線照射装置の出口配管に三方コック
    を設け、該三方コックの他方の入口に紫外線未照射の試
    料ガス導入配管を接続し、三方コックの出口は配管を介
    して試料用音響セルに接続した請求項2記載の測定装
    置。
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