JP3129842U

JP3129842U - 揮発性有機化合物測定装置

Info

Publication number: JP3129842U
Application number: JP2006010142U
Authority: JP
Inventors: 亮田辺
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2016-12-14

Abstract

【課題】測定ガスの測定値と比較ガスの測定値の差に基づいて算出したＶＯＣ濃度に特別な補正を施さなくてもよいようにする。
【解決手段】ＶＯＣ測定装置は、試料ガス中のＶＯＣを酸化させてＣＯ₂に変換するための酸化炉８を備えた酸化反応流路４１と、酸化炉８の上流で酸化反応流路４１と分岐し、酸化炉８の下流側で酸化反応流路４１と合流する比較流路４４とを備え、酸化反応流路４１、比較流路４４と測定部１２の試料セル１２ａとの間の接続を電磁弁３２によって切り替えるようになっている。試料セルの長さは２ｍｍ〜８ｍｍの間に設定されている。
【選択図】図１

Description

本考案は、塗装工場、印刷工場又は洗浄工場などの工場から排出される排ガス中に含まれる揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Volatile Organic Compounds）を測定するための揮発性有機化合物測定装置（以下、ＶＯＣ測定装置ともいう）に関するものである。

ＶＯＣ測定装置について説明する。
ＶＯＣ測定装置は試料ガスを非分散赤外線吸収式の検出部の試料セルで測定してＶＯＣ由来のＣＯ₂濃度を求める。試料ガスを導入する試料ガス導入部と試料セルの間には、試料ガス中のＶＯＣをＣＯ₂（二酸化炭素）に変換して測定ガスとして試料セルに導入するための測定ラインと、試料ガスを酸化反応部に通さないで比較ガスとして試料セルに導入するための比較ラインが設けられている。ＶＯＣ測定時は、それらのラインと試料セルとの間の接続が一定周期で交互に切り替えられて、測定ガスと比較ガスが交互に試料セルに導入される。

測定ラインには酸化反応部が設けられており、試料ガス中のＶＯＣが例えば白金触媒などの触媒によって酸化されてＣＯ₂に変換される。測定ガスには、試料ガスに最初から含まれていたＣＯ₂に加えてＶＯＣの酸化により発生したＣＯ₂が含まれているため、検出部ではそれらを合わせた全ＣＯ₂濃度に由来する測定値が得られる。他方、比較ガスにはＶＯＣの酸化によるＣＯ₂が含まれていないため、検出部では試料ガスに最初から含まれていたＣＯ₂のみに由来する測定値が得られる。したがって、測定ガスと比較ガスの赤外線吸光度差を測定することで、試料ガス中に含まれるＶＯＣの炭素数等量のＣＯ₂濃度を求めることができる。
実用新案登録第３１１３９１９号公報

検出部で得られる測定値とＣＯ₂濃度との関係が図３（Ｂ）に示されるように直線関係であれば、比較ガスのＣＯ₂濃度が変動しても、測定ガスの測定値と比較ガスの測定値の差から求めたＶＯＣ由来のＣＯ₂濃度に誤差を生じることはない。しかし実際には図３（Ａ）に示されるように、検出部で得られる測定値とＣＯ₂濃度との関係はランベルトベールの式に従い対数関数であるため、測定ガスの測定値と比較ガスの測定値の差は比較ガス（試料ガス）のＣＯ₂濃度が高い方が小さくなり、測定ガスと比較ガスの測定値の差からＶＯＣ濃度を算出すると誤差が生じるという問題があった。

上記問題を解決するために、ＣＯ₂を含まない基準ガスを試料セルに導入するための基準ラインを追加し、比較ラインと基準ラインとを交互に切り替えて比較ガスと基準ガスの測定値の差から比較ガスのＣＯ₂濃度を求め、測定ガスと比較ガスの測定値の差に基づいて得られるＶＯＣ濃度を比較ガスのＣＯ₂濃度に基づいて補正することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、上記の方法では測定ラインと比較ラインとを交互に切り替えて測定ガスと比較ガスの測定値の差を求めた後、さらに比較ラインと基準ラインとを交互に切り替えて比較ガスと基準ガスの測定値の差を求める必要があるため、ＶＯＣ測定時間が長くなる。
そこで本考案は、測定ガスと比較ガスの測定値の差から求めたＶＯＣ濃度を、特別な補正を行なわなくてもよいようにすることを目的とするものである。

本考案は、赤外線を発生させる光源、赤外線の光路上に配置された試料セル及び試料セルを通過した赤外線を検出する検出器を備え、試料セル中を流れるガスのＣＯ₂を測定する非分散赤外線吸収式の検出部と、測定対象となる試料ガスを取り込み、試料ガス中の揮発性有機化合物を酸化させてＣＯ₂に変換し、測定ガスとして試料セルに導入するための測定ラインと、試料ガスを揮発性有機化合物を酸化させずに比較ガスとして試料セルに導入する比較ラインと、検出部で得られた測定ガスの測定値と比較ガスの測定値に基づいて、試料ガス中の揮発性有機化合物濃度を算出する演算処理部と、を備えた揮発性有機化合物測定装置であって、試料セルの長さが２ｍｍから８ｍｍの間に設定されていることを特徴とするものである。

本願考案者は、試料ガスの実際のＶＯＣ濃度と測定値との誤差の大きさが試料セルの長さによって変化することを見出した。図３はＶＯＣ測定における試料セルの長さの影響を説明するための図であり、（Ａ）は試料ガス中のＣＯ₂濃度（ｐｐｍ）とＶＯＣ測定値の誤差（％）との関係を示すグラフであり、（Ｂ）は（Ａ）のデータに基づいて作成した、試料ガス中のＣＯ₂濃度が１５００ｐｐｍのときの試料セルの長さ（ｍｍ）と測定誤差（％）との関係を示すグラフであり、（Ｃ）は試料セルの長さ（ｍｍ）と最少検出限界σ（％）との関係を示すグラフである。

図３（Ａ）において、実線は長さ４ｍｍの試料セルを用いた場合、一点鎖線は長さ７ｍｍの試料セルを用いた場合、破線は長さ１３ｍｍの試料セルを用いた場合である。この図におけるＶＯＣ測定値の誤差（％）とは、測定ガスの測定値と比較ガスの測定値の差に基づいて算出したＶＯＣ濃度の測定値の、実際のＶＯＣ濃度に対する誤差（％）を意味する。図４（Ａ）に示される対数関数のグラフからも明らかなように、ＶＯＣの測定値は試料ガス中のＣＯ₂濃度が大きくなるほど低下し、実際のＶＯＣ濃度との誤差は比例して大きくなる。しかし、図３（Ａ）では試料セルの長さが長いほどその誤差が増大することが示されている。試料ガス中のＣＯ₂濃度が１５００ｐｐｍのときのデータに基づいて試料セルの長さ（ｍｍ）とＶＯＣ濃度の測定誤差（％）との関係を（Ｂ）に示しているが、通常、許容される誤差の範囲は±６％程度、すなわち１２％程度の範囲内の誤差であれば測定値として用いることができる。（Ｂ）のグラフでは、試料セルの長さが約８ｍｍ以下であれば誤差が１２％の範囲内にあり、それ以上試料セルが長くなると測定誤差が１２％を上回っている。すなわち、試料セルとして長さが８ｍｍ以下のものを用いることで、測定ガスの測定値と比較ガスの測定値の差に基づいて得られた結果を補正することなくＶＯＣ測定値として採用することができる。

非分散赤外線吸収式の検出部で得られる信号強度は試料セルの長さに比例するため、試料セルの長さが長いほどＳＮ比が向上し、試料セルが短くなると信号強度が低下してノイズの割合が増加し測定精度が悪化する。図３（Ｃ）に試料セルの長さ（ｍｍ）と最少検出限界２σ（％）との関係を示している。ここでの最少検出限界２σ（％）とは、全信号強度に対するノイズの割合（％）を意味している。検出器で得られた信号を測定値として用いる基準として、２σ≦１（％）という条件を満たす必要がある。（Ｃ）のグラフから、試料セルの長さが２ｍｍ以上であれば２σ≦１（％）という条件を満たしている。

したがって、測定誤差及び最少検出限界の条件を満たす試料セルの長さは２ｍｍから８ｍｍの間である。試料セルの長さがこの範囲内であれば、測定ガスの測定値と比較ガスの測定値の差に基づいて算出したＶＯＣ濃度は、比較ガスのＣＯ₂濃度に基づいて補正しなくてもよい程度の精度を有する。

本考案では、試料セルの長さが２ｍｍから８ｍｍの間に設定されているので、測定ガスの測定値と比較ガスの測定値の差に基づいて算出した結果は、特別な補正をすることなくＶＯＣ測定値として採用することができる。

図１はＶＯＣ測定装置の構成の一例を概略的に示すブロック図である。この図において太線は流路を示しており、細線は信号線を示している。
このＶＯＣ装置は、流路切替え機構１６により、試料ガスを取り込んで試料ガス中のＶＯＣを酸化させてＣＯ₂に変換し、そのＣＯ₂を含む試料ガスを測定ガスとして検出部１２に導入するための測定ライン２、取り込んだ試料ガス中のＶＯＣをＣＯ₂に変換させずに比較ガスとして検出部１２に導入するための比較ライン４と検出部１２との間の接続を選択的に切り替えられるようになっている。また、試料ガスの代わりに校正ガスが取り込まれているときは、測定ライン２及び比較ライン４が検出部１２のゼロ校正を行なうための校正ラインとなる。流路切替え機構１６は制御部２０により制御されている。制御部２０は予め設定された測定プログラムに基づいて流路切替え機構１６を介して各ラインへの切り替えを行なう。

測定ライン２上には、取り込んだ試料ガス中のＶＯＣを酸化させてＣＯ₂に変換する酸化反応部８が設けられている。
比較ライン４は酸化反応部８の上流側で測定ライン２と分岐し、酸化反応部８の下流側で再度測定ライン２と合流している。

検出部１２は試料セル中を流れるガスを測定する非分散赤外線吸収式の検出装置である。
測定ライン２、比較ライン４を経たガスは前処理部１０、検出部１２の試料セルを流れて外部に排出される。測定ライン２を経た測定ガス中のＣＯ₂は、試料ガスに当初から含まれていたＣＯ₂とＶＯＣ由来のＣＯ₂が含まれている。他方、比較ライン４を経た比較ガス中のＣＯ₂は、試料ガスに当初から含まれていたＣＯ₂のみである。

演算処理部２２は検出部１２で得られた測定値に基づいてＣＯ₂濃度又はＶＯＣ濃度を算出する。演算処理部２２ではＣＯ₂濃度と検出部１２で得られる測定値とが予め関連付けられており、得られた測定値からＣＯ₂濃度を算出することができるようになっている。

図１のＶＯＣ測定装置の具体的な実施例を図２を参照しながら説明する。図２はＶＯＣ測定装置の構成を具体的に示す流路図である。
図２のＶＯＣ装置において、電磁弁２８，３２で図１における流路切替え機構１６を構成している。
電磁弁２８は、試料ガス導入部２４と分析部１２の試料セル１２ａとの間の接続と、校正ガス導入部２５と試料セル１２ａとの間の接続のオン／オフを選択的に切り替えるものである。電磁弁２８において、試料ガス導入部２４と試料セル１２ａとの間の接続がオンになると校正ガス導入部２５と試料セル１２ａとの間の接続がオフになり、試料ガス導入部２４と試料セル１２ａとの間の接続がオフになると校正ガス導入部２５と試料セル１２ａとの間の接続がオンになる。

電磁弁２８の下流側の分岐点４２において流路が二手に分岐している。分岐点４２からの分岐流路の一方は酸化反応流路４１であり、酸化反応部である酸化炉８とハロゲンスクラバー１０ａを備えている。分岐点４２からの分岐流路の他方は比較流路４４であり、酸化反応流路４１のハロゲンスクラバー１０ａの下流に電磁弁３２を介して接続されている。酸化反応流路４１は図１における測定ライン２を構成し、比較流路４４は図１における比較ラインを構成している。

電磁弁３２から分析部１２の試料セル１２ａまでの間には、電子クーラ１０ｂ、ポンプ３５及び流量計３６が設けられている。
また、大気導入流路４６が設けられており、ＣＯ₂アブソーバ１４を経た大気がポンプ３８によってセクタなどの光学系１２ｂにパージガスとして供給されるようになっている。

酸化炉８は、例えば白金触媒などの触媒を備えたものである。
ＣＯ₂アブソーバ１４は例えばソーダライムなどのＣＯ₂吸収剤を備えており、取り込んだ大気中のＣＯ₂を吸収してＣＯ₂を含まない基準ガスを生成する。
ハロゲンスクラバー１０ａと電子クーラ１０ｂは図１における前処理部１０を構成している。ハロゲンスクラバー１０ａは試料ガス中のハロゲン成分を除去するものであり、電子クーラ１０ｂは測定ガス、比較ガス及び基準ガスに含まれる水分を凝着させて除去するためのものである。電子クーラ１０ｂで凝着した水分はドレインポンプ４０によって排出される。

検出部１２を構成する試料セル１２ａの長さは２ｍｍから８ｍｍの間に設定されている。既述のように、試料ガスの実際のＶＯＣ濃度と測定値との誤差の大きさが試料セルの長さによっても変化する。そして図３に示されたデータから、測定誤差及び最少検出限界の条件を満たす試料セルの長さは２ｍｍから８ｍｍの間であり、試料セルの長さがこの範囲内であれば、測定ガスと比較ガスの赤外線吸光度差に基づいて算出したＶＯＣ濃度を、比較ガスのＣＯ₂濃度に基づいて補正することなく、そのまま測定値として採用することができる。

図２のＶＯＣ装置の動作を説明する。
酸化反応流路４１（測定ライン）と比較流路４４（比較ライン）に一定周期で交互に切り替えられ、校正ガスが電磁弁２８を経た後、酸化反応流路４１を通る校正ガスと比較流路４６を通る校正ガスとに分けられ、それらのガスが一定周期で交互に電磁弁３２、電子クーラ１０ｂ、ポンプ３５及び流量計３６を経て試料セル１２ａに導入され、検出部１２のゼロ校正が行なわれる。

その後、試料ガスを導入した状態で電磁弁３２が一定周期で切り替えられ、酸化反応流路４１（測定ライン）と比較流路４４（比較ライン）に一定周期で交互に切り替えられる。試料ガス導入部２４から導入された試料ガスはメンブレンフィルタ２６、電磁弁２８を通った後、測定ラインを通る試料ガスと、比較ラインを通る試料ガスに分けられる。測定ラインの酸化炉８では試料ガスに含まれるＶＯＣがＣＯ₂に変換されるため、測定ラインを経た測定ガスには最初から含まれていたＣＯ₂とＶＯＣ由来のＣＯ₂を含んでいる。他方、比較ラインでは試料ガスに含まれるＶＯＣはＣＯ₂に変換されないため、比較ラインを経た比較ガスにはＶＯＣ由来のＣＯ₂は含まれていない。測定ガスと比較ガスは一定周期で交互に電磁弁３２、電子クーラ１０ｂ、ポンプ３５及び流量計３６を経て試料セル１２ａに導入されて測定される。

この実施例のＶＯＣ測定装置は、検出部１２の試料セルの長さが２ｍｍ〜８ｍｍの間に設定されているので、図３を用いて説明したように、測定誤差及び最少検出限界の条件を満たしたものとなっており、測定ガスの測定値と比較ガスの測定値の差に基づいて算出したＶＯＣ濃度に特別な補正を施す必要がない。これにより、試料セルにＣＯ₂の含まれていない基準ガスを導入するための機構などを新たに設ける必要がなくなり、装置の構成が簡略化される。

ＶＯＣ測定装置の一実施例を概略的に示すブロック図である。図１のＶＯＣ測定装置の具体的な構成例を示す流路図である。ＶＯＣ測定における試料セルの長さの影響を説明するための図であり、（Ａ）は試料ガス中のＣＯ₂濃度（ｐｐｍ）とＶＯＣ測定値の誤差（％）との関係を示すグラフであり、（Ｂ）は（Ａ）のデータに基づいて作成した、試料ガス中のＣＯ₂濃度が１５００ｐｐｍのときの試料セルの長さ（ｍｍ）と測定誤差（％）との関係を示すグラフであり、（Ｃ）は試料セルの長さ（ｍｍ）と最少検出限界２σ（％）との関係を示すグラフである。測定値とＣＯ₂濃度との関係を示すグラフである。

符号の説明

２測定ライン
４比較ライン
８酸化反応部
１０前処理部
１２検出部
１２ａ試料セル
１２ｂ光学系
１６流路切替え機構
２０制御部
２２演算処理部
２４試料ガス導入部
２５校正ガス導入部
２６メンブレンフィルタ
２８，３２電磁弁
３５，３８，４０ポンプ
３６流量計
４１酸化反応流路
４４比較流路

Claims

赤外線を発生させる光源、前記赤外線の光路上に配置された試料セル及び試料セルを通過した赤外線を検出する検出器を備え、試料セルを流れるガスのＣＯ₂を測定する非分散赤外線吸収式の検出部と、
測定対象となる試料ガスを取り込み、試料ガス中の揮発性有機化合物を酸化させてＣＯ₂に変換し、測定ガスとして試料セルに導入するための測定ラインと、
試料ガスを揮発性有機化合物を酸化させずに比較ガスとして試料セルに導入する比較ラインと、
検出部で得られた測定ガスの測定値と比較ガスの測定値に基づいて、試料ガス中の揮発性有機化合物濃度を算出する演算処理部と、を備えた揮発性有機化合物測定装置において、
試料セルの長さが２ｍｍから８ｍｍの間に設定されていることを特徴とする揮発性有機化合物測定装置。