JP2941762B2 - Dioxin analyzer - Google Patents

Dioxin analyzer

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JP2941762B2
JP2941762B2 JP10020653A JP2065398A JP2941762B2 JP 2941762 B2 JP2941762 B2 JP 2941762B2 JP 10020653 A JP10020653 A JP 10020653A JP 2065398 A JP2065398 A JP 2065398A JP 2941762 B2 JP2941762 B2 JP 2941762B2
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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、焼却炉において生
成する有害物質であるダイオキシン及びその誘導体の分
析装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an analyzer for analyzing dioxins and their derivatives, which are harmful substances generated in incinerators.

【0002】[0002]

【従来の技術】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、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,Pap
id Commun,Mass Spectron,7,198(1993))。この方法の検
出限界はppbレベルであり、図8及び図9にその測定
結果を示し、図9は図8の305nm近傍の拡大図であ
る。
2. Description of the Related Art Dioxin has high toxicity in a very small amount, and development of a highly sensitive analytical method is desired. Therefore,
It is conceivable that a laser analysis method capable of high-sensitivity analysis will be applied.In recent years, it is possible to measure the spectrum of a chlorine-substituted product by combining a supersonic jet method and a resonance-sensitized multiphoton ionization method. Proposals have been made (C. Weickhardt, R. Zimmermann, U. Bosel, EWSchlag, Pap
id Commun, Mass Spectron, 7,198 (1993)). The detection limit of this method is at the ppb level, and the measurement results are shown in FIGS. 8 and 9. FIG. 9 is an enlarged view near 305 nm in FIG.

【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 analysis of dioxins requires concentration of 5 to 6 digits, 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】[0005]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の[請求項1]のダイオキシン分析装置の発明は、焼
却炉から発生するダイオキシン及びその誘導体を含む燃
焼ガスを直接採取する手段と、該ダイオキシン及びその
誘導体を含む採取ガスを矩形状の超音速ジェット流を形
成するスリットノズルを用いて真空チャンバ中に噴出す
る噴出手段と、噴出された超音速ジェット流中にレーザ
光を照射し、共鳴増感イオン化過程にて分子イオンを形
成するレーザ照射手段と、生成した分子イオンのダイオ
キシン及びその誘導体の分析を行う飛行時間型質量分析
装置とを備えてなり、燃焼ガス中のダイオキシンを直接
分析することを特徴とする。
Means for Solving the Problems The invention of a dioxin analyzer according to claim 1 of the present invention which solves the above-mentioned problems comprises a means for directly collecting combustion gas containing dioxin and its derivative generated from an incinerator, A jetting means for jetting a collected gas containing the dioxin and its derivative into a vacuum chamber using a slit nozzle forming a rectangular supersonic jet flow, and irradiating a laser beam into the jetted supersonic jet flow, Direct analysis of dioxin in combustion gas with laser irradiation means for forming molecular ions in the process of resonance-sensitized ionization and time-of-flight mass spectrometer for analyzing dioxins and their derivatives of generated molecular ions It is characterized by doing.

【0006】また、[請求項2]のダイオキシン分析装
置は、[請求項1]のダイオキシン分析装置において、
上記矩形状の噴出流を形成するスリットノズルが固定ス
リット部と該固定スリット部と対向し、スリット幅を可
変自在とする移動スリット部とを備えたことを特徴とす
る。
The dioxin analyzer according to claim 2 is the dioxin analyzer according to claim 1, wherein
A slit nozzle for forming the rectangular jet flow includes a fixed slit portion and a moving slit portion which is opposed to the fixed slit portion and has a variable slit width.

【0007】また、[請求項3]のダイオキシン分析装
置は、[請求項2]のダイオキシン分析装置において、
上記移動スリット部が常に所定の間隔を保持するように
復帰する復帰手段を備えたことを特徴とする。
The dioxin analyzer according to claim 3 is the dioxin analyzer according to claim 2, wherein
There is provided a return means for returning the moving slit portion so as to always maintain a predetermined interval.

【0008】また、[請求項4]のダイオキシン分析装
置は、[請求項1乃至3]記載のダイオキシン分析装置
において、上記超音速ジェット流を形成する噴出手段
が、矩形状の噴出流の噴流を制御する気流制御手段を備
えたことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the dioxin analyzer according to the first to third aspects, the jetting means for forming the supersonic jet stream comprises a jet of a rectangular jet stream. It is characterized by comprising airflow control means for controlling.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかるダイオキシ
ン分析装置の実施形態を説明するが、本発明はこれに限
定されるものではない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the dioxin analyzer according to the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.

【0010】本発明では、焼却炉の燃焼時に発生するガ
スをフィルタを介して直接サンプリングし、その採取ガ
ス中に存在するダイオキシン類を高感度で直接且つ迅速
に測定することを可能にしたものである。この結果、排
ガス中のダイオキシン類を迅速に正確に測定できるの
で、燃焼制御に直ちにフィードバックするようにでき、
ダイオキシン類の規制値以下の燃焼運転をするよう、常
に監視できることとが可能となる。
According to the present invention, it is possible to directly sample a gas generated at the time of combustion in an incinerator through a filter, and to directly and quickly measure dioxins present in the sampled gas with high sensitivity. is there. As a result, dioxins in exhaust gas can be measured quickly and accurately, so that feedback can be immediately provided to combustion control,
It is possible to constantly monitor so as to perform combustion operation below the regulation value of dioxins.

【0011】図1に本実施の形態にかかるダイオキシン
分析装置の概略図を示す。本実施の形態にかかるダイオ
キシン分析装置は、焼却炉から発生する高温(約800
℃)ガスを冷却機11で冷却した後、フィルタ12を通
してダスト成分を除去してガスを直接採取する手段と、
該ダイオキシン類を含む採取ガスを真空チャンバ13中
にスリットノズルより矩形状の噴出流を噴出させて超音
速ジェット流を形成する噴出手段14と、噴出された超
音速ジェット流中にYAGレーザ15にて励起された色
素レーザ光16を集光レンズ17を介して真空チャンバ
ー13内に照射し、共鳴増感イオン化過程にて分子イオ
ン18を形成するレーザ照射手段19と、生成した分子
イオン18のダイオキシン類の分析を行う飛行時間型質
量分析装置20とを備えてなるものである。また、図1
中、符号21はKDP(potassium dihydrogen phospha
te)結晶,22はパルス発生器,23はパルスドライバ
ー,24はプリアンプ,25はデジタルオシロスコー
プ,26は情報処理装置,27〜29は電極,30はイ
オン検出器を各々図示する。
FIG. 1 shows a schematic diagram of a dioxin analyzer according to the present embodiment. The dioxin analyzer according to the present embodiment uses the high temperature (about 800
C) means for cooling the gas with a cooler 11 and then removing dust components through a filter 12 to directly collect the gas;
A jetting means 14 for forming a supersonic jet stream by jetting a rectangular jet stream from the slit nozzle into the vacuum chamber 13 with the collected gas containing the dioxins, and a YAG laser 15 in the jetted supersonic jet stream. A laser irradiation means 19 for irradiating the excited dye laser beam 16 into the vacuum chamber 13 through the condenser lens 17 to form molecular ions 18 in the process of resonance-sensitized ionization, and dioxin of the generated molecular ions 18 And a time-of-flight mass spectrometer 20 for performing a class analysis. FIG.
Reference numeral 21 denotes KDP (potassium dihydrogen phospha).
te) crystal, 22 a pulse generator, 23 a pulse driver, 24 a preamplifier, 25 a digital oscilloscope, 26 an information processor, 27-29 electrodes, and 30 an ion detector.

【0012】上記装置において、YAGレーザ15にて
色素レーザ光16を励起し、KDP結晶21にて波長を
1/2 とし、紫外レーザ光を得る。該紫外レーザ光は集光
レンズレンズ17にて集光し、真空チャンバー13内に
導入する。一方、焼却炉中からの採取ガスは冷却機11
で冷却され、さらにフィルタ12によってダスト成分を
除去し、噴出手段14であるパルスノズルに搬送する。
パルス発生器22にてTTL信号を生成し、パルスドラ
イバー23を制御し、パスルノズルを一定時間(200
〜500μs)だけ、開放することで、超音速ジェット
を形成する。該超音速ジェット中の分析対象分子が電極
27と電極28との間に到達した時点でレーザ光が照射
されるように、パルス発生器22よりディレイ信号を生
成し、YAGレーザ15を制御するようにしてある。レ
ーザはパルスであるので、レーザが発振していない時間
に試料を導入することは、真空系の負担を増加させると
共に、分析に必要な試料量を徒に増加させることとな
り、好ましくない。そこで、レーザ発振している時間に
同期させて試料をパルス状に導入可能ようにしてい
る。
In the above apparatus, the dye laser beam 16 is excited by the YAG laser 15 and the wavelength is
Set it to 1/2 and obtain an ultraviolet laser beam. The ultraviolet laser light is condensed by a condenser lens 17 and introduced into the vacuum chamber 13. On the other hand, the gas collected from the incinerator is
Then, the dust component is removed by the filter 12, and the dust component is conveyed to the pulse nozzle serving as the ejection unit 14.
The pulse generator 22 generates a TTL signal, controls the pulse driver 23, and drives the pulse nozzle for a predetermined time (200
(〜500 μs) to form a supersonic jet. A pulse signal is generated from the pulse generator 22 to control the YAG laser 15 so that a laser beam is irradiated when the molecules to be analyzed in the supersonic jet reach between the electrodes 27 and 28. It is. Since the laser is a pulse, introducing a sample during a time when the laser is not oscillating increases the load on the vacuum system and unnecessarily increases the amount of sample required for analysis, which is not preferable. Therefore, the sample can be introduced in a pulsed form in synchronization with the laser oscillation time.

【0013】生成した分子イオン18は、電極27,2
8,29にて形成される電子レンズにて電場を印加し、
イオン検出器30にて検出する。本システムでは、飛行
時間型質量分析装置を構成しているので、イオン化ポテ
ンシャルの低い分子が混在し、非共鳴イオン化過程で仮
にイオンを発生しても、質量数の差から、目的分子と区
別することが可能となる。イオン検出器30においてイ
オン数に比例した電気信号を得ることができるので、プ
リアンプ24にて増幅し、デジタルオシロースコープ2
5にて質量スペクトルが観測できる。質量スペクトルの
処理をおこなうために、情報処理装置26に送られ、こ
こで信号処理が行われる。
The generated molecular ions 18 are applied to the electrodes 27, 2
An electric field is applied by the electron lens formed at 8, 29,
It is detected by the ion detector 30. In this system, since a time-of-flight mass spectrometer is configured, molecules having a low ionization potential are mixed, and even if ions are generated during the non-resonant ionization process, they are distinguished from the target molecule by the difference in mass number. It becomes possible. Since an electric signal proportional to the number of ions can be obtained in the ion detector 30, the electric signal is amplified by the preamplifier 24 and the digital oscilloscope 2
At 5, a mass spectrum can be observed. In order to perform processing of the mass spectrum, it is sent to the information processing device 26, where signal processing is performed.

【0014】本来は、レーザの波長のみで選択的にイオ
ン化が可能であるが、仮にイオン化ポテンシャルの低い
分子が混在して非共鳴イオン化過程にてイオンが生成す
る場合でも、本発明では飛行時間型質量分析装置を用い
てイオンを検出しているので、正確な分析が可能とな
る。
Originally, it is possible to selectively ionize only by the wavelength of the laser. However, even if molecules having a low ionization potential are mixed to generate ions in the non-resonant ionization process, the present invention provides a time-of-flight type. Since the ions are detected using the mass spectrometer, accurate analysis is possible.

【0015】分子量が異なる試料の場合には、質量スペ
クトルより直ちに識別が可能である。同一分子量の場合
には、目的質量数のイオン信号の波長依存性を予め検出
することで、異性体の識別が可能となる。
In the case of samples having different molecular weights, it is possible to discriminate immediately from the mass spectrum. In the case of the same molecular weight, the isomer can be distinguished by detecting the wavelength dependence of the ion signal of the target mass number in advance.

【0016】ここで、本発明にかかるスリットノズルか
らの真空チャンバ中への試料の噴出形態を改良し、濃縮
等の工程を施すことなく高感度に直接且つ迅速にダイオ
キシンを検出する手段について説明する。
Here, a means for directly and quickly detecting dioxin with high sensitivity without improving the process of spouting a sample from a slit nozzle into a vacuum chamber according to the present invention and performing a process such as concentration will be described. .

【0017】従来より、検出感度を向上させる方法とし
て、レーザ光の集光レンズの集光度を高くすることが知
られているが、このような方法によっては十分な検出感
度の向上を図ることができないので、本発明では、スリ
ットノズルからの噴出形状を矩形状とすることで、検出
感度の向上を図ることとした。
Conventionally, as a method for improving the detection sensitivity, it is known to increase the degree of condensing of a laser beam condensing lens. However, such a method can sufficiently improve the detection sensitivity. Therefore, in the present invention, the detection sensitivity is improved by making the shape of the jet from the slit nozzle rectangular.

【0018】図2は、本発明にかかる高感度分析用のス
リットノズルの概略図である。図2に示すように、スリ
ットノズル31は矩形状の噴出孔31aを有しており、
ヘリウムガスに随伴されたダイオキシン化合物は真空チ
ャンバ(図示せず)中にジェット流33を形成してい
る。本発明では、スリットノズル31の噴出孔31aの
形状を、図3に示すように、矩形状(図中L1 (=20
mm)は長手方向のスリット開口部の長さを示す。)と
しているので、噴出されるジェット流33は照射される
レーザ光34の進行方向に長さL2 (50mm)の矩形
状となり(図3参照)、この領域(図3中、破線で示す
分子ビーム拡がり領域)で有効にイオン化されることと
なる。なお、図2中ではレーザ光34は、紙面に直交す
る方向に照射され、図3中では紙面の左→右方向に照射
される。図2中、符号35はその実際にイオン検出でき
るイオンが存在する領域であるイオン化有効体積(斜線
部分)を示す。該イオン化有効体積35は、以下の数式
により導かれるものであり、レーザ光の径とメッシュ電
極のイオン透過可能領域にて決定されるものである。
FIG. 2 is a schematic view of a slit nozzle for high sensitivity analysis according to the present invention. As shown in FIG. 2, the slit nozzle 31 has a rectangular ejection hole 31a,
The dioxin compound entrained in the helium gas forms a jet stream 33 in a vacuum chamber (not shown). In the present invention, the shape of the ejection hole 31a of the slit nozzle 31 is rectangular (L 1 (= 20 in the figure) as shown in FIG.
mm) indicates the length of the slit opening in the longitudinal direction. ), The jet stream 33 to be jetted becomes a rectangular shape having a length L 2 (50 mm) in the traveling direction of the irradiated laser beam 34 (see FIG. 3), and this region (the molecule shown by a broken line in FIG. 3). It is effectively ionized in the beam spread region). In FIG. 2, the laser beam 34 is irradiated in a direction perpendicular to the plane of the paper, and in FIG. In FIG. 2, reference numeral 35 denotes an ionization effective volume (hatched portion) which is an area where ions that can be actually detected exist. The ionization effective volume 35 is derived from the following equation, and is determined by the diameter of the laser beam and the ion permeable area of the mesh electrode.

【0019】[0019]

【数1】 ・全分子数密度 Ntotal =2.7×1019 個/cc ・ダイオキシン含有率 C ・イオン化有効体積Vにおける分子数密度 N=1017 個/cc ・イオン化有効体積 V=レーザ光径×スリット幅(50cm) =0.16cc ・TOFMSの検出効率 ETOF =0.5 ・芳香族化合物の光イオン化効率 Ei =0.01 という値を仮定すれば、レーザ光1ショットで検出可能
なダイオキシン分子数の予想値は以下のようになる。 Nd=C×N×V×Ei ×ETOF =C×8×1013
/cc この結果、C=10-14 =0.01pptであれば濃縮を
することなく、検出することが可能となる。
[Equation 1] ・ Total molecular number density N total = 2.7 × 10 19 / cc ・ Dioxin content C ・ Molecular number density in ionization effective volume V N = 10 17 / cc ・ Ionization effective volume V = Laser beam assuming a value of photoionization efficiency E i = 0.01 in diameter × the slit width (50cm) = 0.16cc · detection efficiency E TOF = 0.5 · aromatics TOFMS, detectable by the laser beam 1 shot The expected number of dioxin molecules is as follows. Nd = C × N × V × E i × E TOF = C × 8 × 10 13 pieces / cc As a result, if C = 10 −14 = 0.01 ppt, it can be detected without concentration. Become.

【0020】よって、超音速ジェットで生成した分子ビ
ーム33と、レーザ光34が照射できる領域が重なる部
分が大きくなれば、検出感度が向上することとなる。
Therefore, if the portion where the molecular beam 33 generated by the supersonic jet and the region where the laser beam 34 can be irradiated overlaps becomes large, the detection sensitivity will be improved.

【0021】従来においては、図4に示すように、スリ
ットノズルの噴出孔41はピンホール型であったので、
噴出されるジェット流は等方円錐状であり、この結果レ
ーザが照射されない分子が多数発生していた。これに対
し、本発明のようにジェット流(分子ビーム)の噴出形
状を矩形状とすることにより、十分感度を得ることが
可能となった。本実施の形態においては、上述したよう
に、ダイオキシン含有率(C)=10-14 =0.01pp
tであれば濃縮をすることなく、検出が可能となった。
一方従来のピンホール型の場合には、ダイオキシン含有
率(C)=5ppt必要であった。
Conventionally, as shown in FIG. 4, since the ejection hole 41 of the slit nozzle is of a pinhole type,
The jet stream to be ejected had an isotropic cone shape, and as a result, a large number of molecules not irradiated with the laser were generated. In contrast, the ejection shape of the jet stream (molecular beam) as in the present invention by a rectangular, it becomes possible to obtain a sufficient sensitivity. In the present embodiment, as described above, the dioxin content (C) = 10 −14 = 0.01 pp
At t, detection was possible without concentration.
On the other hand, in the case of the conventional pinhole type, the dioxin content (C) = 5 ppt was required.

【0022】さらに、図2に示すように、本発明の矩形
状の噴出孔31aを有するスリットノズル31のガス噴
出側に気流抑制部材32を設けることにより、分子ビー
ム33はさらに矩形状の短軸方向の拡がりを抑制するこ
とができる。この結果、気流抑制部材32を設けない場
合に較べてレーザが照射されない分子の個数が激減し、
更なる感度の向上を図ることができる。
Further, as shown in FIG. 2, by providing an airflow suppressing member 32 on the gas ejection side of a slit nozzle 31 having a rectangular ejection hole 31a of the present invention, the molecular beam 33 is further reduced to a rectangular short axis. Spreading in the direction can be suppressed. As a result, compared with the case where the airflow suppressing member 32 is not provided, the number of molecules that are not irradiated with the laser sharply decreases,
The sensitivity can be further improved.

【0023】また、図2に示すメッシュ電極36,3
7,38,39の形状、イオン検出器40であるイオン
検出用MCP(Microchannel plate: マイクロチャンネ
ルプレート)の形状を矩形状とすることで、イオンを無
駄なく捕集することが可能となり、さらに、感度の向上
を達成することが可能となる。図5にイオン化体積35
とメッシュ電極37との関係を示す。レーザビーム34
によりイオン化されたイオンは矩形型のメッシュ電極3
7を透過し、効率よく検出器(図示せず)で検出される
ことなる。
The mesh electrodes 36, 3 shown in FIG.
By making the shape of 7, 38, 39 and the shape of the ion detection MCP (Microchannel plate: Microchannel plate) which is the ion detector 40 into a rectangular shape, ions can be collected without waste, and furthermore, It is possible to achieve an improvement in sensitivity. FIG. 5 shows the ionization volume 35.
And the relationship between the mesh electrode 37. Laser beam 34
The ions ionized by the step 3 are rectangular mesh electrodes 3.
7 and is efficiently detected by a detector (not shown).

【0024】次に、スリットノズルにおいて、採取ガス
中のダスト成分によってノズルの通路が閉塞した場合、
必要な感度が得られない時の対応手段について説明す
る。
Next, in the slit nozzle, when the passage of the nozzle is blocked by dust components in the collected gas,
The means for responding when the required sensitivity cannot be obtained will be described.

【0025】図6は本実施の形態にかかるスリットノズ
ルの概略図である。図6に示すように、本実施の形態の
スリットノズル51は、ガス室52側に固定されている
固定スリット部53と、該固定スリット部53と対向す
ると共にスリット幅(s)を拡大することが可能な移動
スリット部54とを備えてなるものである。
FIG. 6 is a schematic view of a slit nozzle according to the present embodiment. As shown in FIG. 6, the slit nozzle 51 of the present embodiment has a fixed slit portion 53 fixed to the gas chamber 52 side and a slit width (s) that is opposed to the fixed slit portion 53 and is enlarged. And a movable slit portion 54 capable of performing the following operations.

【0026】上記移動スリット部54の移動は、例えば
ガス中に浮遊した灰等が目詰まりしたよな異常時等にス
テッピングモータ等の駆動手段(図示せず)により、移
動するようにしており、分子ビームを噴出する際のスリ
ット幅(s)に常に復帰自在となるように設定してい
る。なお、図中符号55は押え部であり、図1に示した
パルスドライバー23の制御により、ソレノイドコイル
(図示せず)を差動させ、パルスノズルを一定時間(2
00〜500μs)だけ開放し、超音速ジェット流を形
成するものである。このように、上記移動スリット部5
4が常に所定の間隔を保持するように復帰するステッピ
ングモータ等の復帰手段を備えたことにより、目詰まり
したダスト成分を除去した後に、直ちに計測できる位置
に復帰することが可能となる。なお、本実施の形態にお
いても、気流抑制部56を設けており、分子ビームの拡
がり分布の幅を抑えるようにしているが、分子ビームの
拡がり幅が目的の範囲内であれば、上記気流抑制部56
の取付けは任意としてもよい。
The moving slit portion 54 is moved by a driving means (not shown) such as a stepping motor at the time of abnormality such as clogging of ash floating in the gas. The slit width is set so that it can always return to the slit width (s) at the time of ejecting the molecular beam. In the figure, reference numeral 55 denotes a holding portion, which is controlled by the pulse driver 23 shown in FIG.
(500-500 μs) to form a supersonic jet stream. Thus, the moving slit portion 5
By providing a return means such as a stepping motor which always returns so as to maintain a predetermined interval, it is possible to immediately return to a position where measurement can be performed after removing clogged dust components. In the present embodiment, the airflow suppression unit 56 is also provided to suppress the width of the molecular beam spread distribution. However, if the molecular beam spread width is within the target range, the airflow suppression unit 56 is used. Part 56
May be optional.

【0027】上記異常の発生は、真空チャンバー13に
設けた真空度測定装置(図示せず)により検知し、内部
の圧力が低下(真空度が上昇)した場合(異常時:例え
ばP=10-7Torr)等に、運転を停止し、ダスト成分を
除くようにすればよい。ダスト成分の除去は公知の除去
手段又は方法を適宜採用することができるが、例えば別
途設けた清浄なキャリアガスを吹き込んでダスト成分を
除くようにすればよい。
The occurrence of the abnormality may be sensed by the vacuum level measuring device provided in the vacuum chamber 13 (not shown), when the internal pressure is lowered (vacuum level raised) (abnormal: e.g. P = 10 - The operation may be stopped at 7 Torr or the like to remove dust components. For removing the dust component, a known removing means or method can be appropriately employed. For example, a clean carrier gas provided separately may be blown to remove the dust component.

【0028】図7は、他の実施の形態にかかるスリット
ノズルの概略を示し、噴出口側からの正面図であり、ス
リットノズルの開閉機構を示す。図7に示すように、本
実施の形態のスリットノズル61は、ガス室(図示せ
ず)側に固定されている固定スリット部62と、該固定
スリット部62と対向すると共にスリット幅(s)を拡
大することが可能な移動スリット部63とを備えてなる
ものである。なお、図6に示したパルスドライバーに制
御される押え部55は図7においては図示していない。
FIG. 7 is a schematic view of a slit nozzle according to another embodiment, and is a front view from a jet port side, showing an opening and closing mechanism of the slit nozzle. As shown in FIG. 7, a slit nozzle 61 of the present embodiment has a fixed slit portion 62 fixed to a gas chamber (not shown) side, and a slit width (s) opposed to the fixed slit portion 62. And a movable slit portion 63 that can enlarge. Note that the holding portion 55 controlled by the pulse driver shown in FIG. 6 is not shown in FIG.

【0029】上記移動スリット部63は、通常バネ等の
押圧手段64により押圧されて規制部材65に当接する
ことで所定の間隔に常時スリット幅(s)を保持してい
る。そして、異常時等には、ソレノイドコイル(図示せ
ず)を差動させ、所定時間だけガイド枠65にそって該
移動スリット部63を所定量移動させることで噴出口6
6を開放する。その後、ノズル内に不活性ガス等の清浄
ガスを流入して噴出口66内部の目詰まりを排除し、そ
の後開放状態を解除することで、規制部材65に移動ス
リット部63が当接し、所定のスリット幅に復帰し、清
浄化した後においても直ちに計測が可能となる。
The moving slit portion 63 is normally pressed by a pressing means 64 such as a spring and abuts on the regulating member 65 to always maintain a slit width (s) at a predetermined interval. In the event of an abnormality or the like, the solenoid coil (not shown) is made differential, and the moving slit 63 is moved by a predetermined amount along the guide frame 65 for a predetermined time, so that the ejection port 6
Release 6. Thereafter, a clean gas such as an inert gas flows into the nozzle to eliminate the clogging inside the ejection port 66, and then releases the open state, whereby the moving slit portion 63 comes into contact with the regulating member 65, and a predetermined amount is released. After returning to the slit width, measurement can be immediately performed even after cleaning.

【0030】本実施の形態では、燃焼排ガス中のダイオ
キシンを分析する場合、排ガスを直接パルスノズルに導
入するようにしており、試料をパルス状に導入している
ので、連続導入の場合より1〜3桁試料量を抑制するこ
とが可能である。なお、十分な真空系とすることができ
る場合には、パルス状とせずに、連続分子ビームとする
ことも可能である。
In the present embodiment, when dioxin in the combustion exhaust gas is analyzed, the exhaust gas is directly introduced into the pulse nozzle, and the sample is introduced in a pulse form. It is possible to reduce the sample volume by three orders of magnitude. When a sufficient vacuum system can be used, a continuous molecular beam can be used instead of a pulsed one.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、[請求項1]のダ
イオキシン分析装置は、焼却炉から発生するダイオキシ
ン及びその誘導体を含む燃焼ガスを直接採取する手段
と、該ダイオキシン及びその誘導体を含む採取ガスを矩
形状の超音速ジェット流を形成するスリットノズルを用
いて真空チャンバ中に噴出する噴出手段と、噴出された
超音速ジェット流中にレーザ光を照射し、共鳴増感イオ
ン化過程にて分子イオンを形成するレーザ照射手段と、
生成した分子イオンのダイオキシン及びその誘導体の分
析を行う飛行時間型質量分析装置とを備えてなり、燃焼
ガス中のダイオキシンを直接分析するようにしたので、
噴出されるジェット流は照射されるレーザ光の進行方向
に長い矩形状となり、この領域で有効にイオン化される
こととなり、高感度測定が可能となり、この結果、排ガ
ス中に混在するダイオキシン類の高感度直接分析が可能
となり、直ちに燃焼を制御でき、ダイオキシン排出規制
における対応に迅速に対応することが可能となる。
As described above, the dioxin analyzer of claim 1 directly collects the combustion gas containing dioxin and its derivative generated from the incinerator and the sample containing the dioxin and its derivative. A jet means for jetting a gas into a vacuum chamber using a slit nozzle that forms a rectangular supersonic jet stream, and a laser beam is irradiated into the jetted supersonic jet stream to generate a molecule in a resonance-sensitized ionization process. Laser irradiation means for forming ions,
Since it was provided with a time-of-flight mass spectrometer for analyzing the generated molecular ions of dioxin and its derivatives, so as to directly analyze dioxin in the combustion gas,
The jet stream to be jetted has a rectangular shape that is long in the traveling direction of the irradiated laser beam, and is effectively ionized in this region, enabling high-sensitivity measurement. As a result, high levels of dioxins mixed in the exhaust gas are obtained. Sensitivity direct analysis becomes possible, combustion can be controlled immediately, and response to dioxin emission regulations can be responded quickly.

【0032】また、[請求項2]のダイオキシン分析装
置は、[請求項1]のダイオキシン分析装置において、
上記矩形状の噴出流を形成するスリットノズルが固定ス
リット部と該固定スリット部と対向し、スリット幅を可
変自在とする移動スリット部とを備えたことにより、ス
リットノズルがダスト成分等により目詰まりした際に、
早急に開放し、ダスト成分を除去することができる。
The dioxin analyzer according to claim 2 is the dioxin analyzer according to claim 1, wherein
The slit nozzle that forms the rectangular jet flow has a fixed slit portion and a moving slit portion that is opposed to the fixed slit portion and has a variable slit width, so that the slit nozzle is clogged with dust components and the like. When you do
It can be opened immediately to remove dust components.

【0033】また、[請求項3]のダイオキシン分析装
置は、[請求項2]のダイオキシン分析装置において、
上記移動スリット部が常に所定の間隔を保持するように
復帰する復帰手段を備えたことにより、目詰まりしたダ
スト成分を除去した後に、直ちに計測できる位置に復帰
することが可能となる。
The dioxin analyzer of claim 3 is a dioxin analyzer of claim 2,
Since the moving slit section is provided with the returning means for returning so as to always maintain a predetermined interval, it is possible to immediately return to a position where measurement can be performed after removing the clogged dust component.

【0034】また、[請求項4]のダイオキシン分析装
置は、[請求項1乃至3]記載のダイオキシン分析装置
において、上記超音速ジェット流を形成する噴出手段
が、矩形状の噴出流の噴流を制御する気流制御手段を備
えたことにより、分子ビームがさらに矩形状の短軸方向
の拡がりを抑制することができ、この結果気流抑制部材
を設けない場合に較べてレーザが照射されない分子の個
数が激減し、大幅な感度の向上を図ることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the dioxin analyzer according to the first to third aspects, the jetting means for forming the supersonic jet stream comprises a jet of a rectangular jet stream. By providing the airflow control means for controlling, the molecular beam can further suppress the spread in the rectangular short axis direction, and as a result, the number of molecules that are not irradiated with the laser is reduced as compared with the case where the airflow suppression member is not provided. It can be drastically reduced, and the sensitivity can be greatly improved.

【0035】さらに、メッシュ電極の形状、イオン検出
器の形状矩形状とすることで、イオンを無駄なく捕集す
ることが可能となり、さらに、感度の向上を達成するこ
とが可能となる。
Furthermore, by making the shape of the mesh electrode and the rectangular shape of the ion detector, ions can be collected without waste, and the sensitivity can be further improved.

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

【図1】本発明のダイオキシン測定装置の概略図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram of a dioxin measuring device of the present invention.

【図2】高感度測定用スリットノズルの概略図である。FIG. 2 is a schematic view of a slit nozzle for high sensitivity measurement.

【図3】図2の正面図である。FIG. 3 is a front view of FIG. 2;

【図4】従来のスリットノズルの概略図である。FIG. 4 is a schematic view of a conventional slit nozzle.

【図5】イオン化有効体積とメッシュ電極との関係を示
す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an ionization effective volume and a mesh electrode.

【図6】スリット幅の移動を自在としたスリットノズル
の概略図である。
FIG. 6 is a schematic view of a slit nozzle capable of freely moving a slit width.

【図7】スリット幅の移動を自在とした他のスリットノ
ズルの概略図である。
FIG. 7 is a schematic view of another slit nozzle capable of freely moving a slit width.

【図8】ダイオキシン誘導化合物の超音速分子ジェット
スペクトル図である。
FIG. 8 is a supersonic molecular jet spectrum diagram of a dioxin-derived compound.

【図9】ダイオキシン誘導化合物の超音速分子ジェット
スペクトル図である。
FIG. 9 is a supersonic molecular jet spectrum diagram of a dioxin-derived compound.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 冷却機 12 フィルタ 13 真空チャンバ 14 噴出手段 15 YAGレーザ 16 色素レーザ光 17 集光レンズ 18 分子イオン 19 レーザ照射手段 20 飛行時間型質量分析装置 21 KDP 22 パルス発生器 23 パルスドライバー 24 プリアンプ 25 デジタルオシロスコープ 26 情報処理装置 27,28,29 電極 30 イオン検出器 31a 噴出孔 31 スリットノズル 32 気流抑制部材 33 ジェット流 34 レーザ光 35 イオン化有効体積 36,37,38,39 メッシュ電極 40 イオン検出器 51 スリットノズル 52 ガス室 53 固定スリット部 54 移動スリット部 55 押え部 56 気流抑制部 61 スリットノズル 62 固定スリット部 63 移動スリット部 64 押圧手段 65 ガイド枠 66 噴出口 s スリット幅 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Cooler 12 Filter 13 Vacuum chamber 14 Injection means 15 YAG laser 16 Dye laser beam 17 Condensing lens 18 Molecular ion 19 Laser irradiation means 20 Time-of-flight mass spectrometer 21 KDP 22 Pulse generator 23 Pulse driver 24 Preamplifier 25 Digital oscilloscope Reference Signs List 26 information processing device 27, 28, 29 electrode 30 ion detector 31a ejection hole 31 slit nozzle 32 airflow suppressing member 33 jet flow 34 laser beam 35 ionization effective volume 36, 37, 38, 39 mesh electrode 40 ion detector 51 slit nozzle 52 Gas chamber 53 Fixed slit part 54 Moving slit part 55 Holding part 56 Air flow suppressing part 61 Slit nozzle 62 Fixed slit part 63 Moving slit part 64 Pressing means 65 Guide frame 66 Spout s Tsu-wide

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01J 49/40 H01J 49/40 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 27/62 - 27/70 H01J 49/00 - 49/48 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 identification code FI H01J 49/40 H01J 49/40 (58) Investigated field (Int.Cl. 6 , DB name) G01N 27/62-27/70 H01J 49/00-49/48

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 焼却炉から発生するダイオキシン及びそ
の誘導体を含む燃焼ガスを直接採取する手段と、 該ダイオキシン及びその誘導体を含む採取ガスを矩形状
の超音速ジェット流を形成するスリットノズルを用いて
真空チャンバ中に噴出する噴出手段と、 噴出された超音速ジェット流中にレーザ光を照射し、共
鳴増感イオン化過程にて分子イオンを形成するレーザ照
射手段と、 生成した分子イオンのダイオキシン及びその誘導体の分
析を行う飛行時間型質量分析装置とを備えてなり、 燃焼ガス中のダイオキシンを直接分析することを特徴と
するダイオキシン分析装置。
1. A means for directly collecting combustion gas containing dioxin and a derivative thereof generated from an incinerator, and a slit nozzle for forming a rectangular supersonic jet stream from the collected gas containing dioxin and a derivative thereof. Jetting means for jetting into a vacuum chamber; laser irradiating means for irradiating a laser beam into the jetted supersonic jet stream to form molecular ions in the process of resonance-sensitized ionization; dioxin of generated molecular ions and its A dioxin analyzer comprising a time-of-flight mass spectrometer for analyzing derivatives and directly analyzing dioxin in combustion gas.
【請求項2】 請求項1記載のダイオキシン分析装置に
おいて、 上記矩形状の噴出流を形成するスリットノズルが固定ス
リット部と該固定スリット部と対向し、スリット幅を可
変自在とする移動スリット部とを備えたことを特徴とす
るダイオキシン分析装置。
2. The dioxin analyzer according to claim 1, wherein a slit nozzle for forming the rectangular jet flow is opposed to the fixed slit portion and the movable slit portion having a variable slit width. A dioxin analyzer comprising:
【請求項3】 請求項2記載のダイオキシン分析装置に
おいて、 上記移動スリット部が常に所定の間隔を保持するように
復帰する復帰手段を備えたことを特徴とするダイオキシ
ン分析装置。
3. The dioxin analyzer according to claim 2, further comprising a return means for returning the movable slit so as to always maintain a predetermined interval.
【請求項4】 請求項1乃至3記載のいずれかに一項に
記載のダイオキシン分析装置において、 上記超音速ジェット流を形成する噴出手段が、矩形状の
噴出流の噴流を制御する気流制御手段を備えたことを特
徴とするダイオキシン分析装置。
4. The method according to claim 1 , wherein
The dioxin analyzer according to any one of the preceding claims, wherein the ejection means for forming the supersonic jet flow includes an airflow control means for controlling a jet of a rectangular ejection flow.
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