JP3540756B2 - Organic trace component detector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理設備又は環境中の例えばPCB、ダイオキシン類等の有機微量成分の検出装置に関する。
【0002】
【背景技術】
近年では、PCB(Polychlorinated biphenyl, ポリ塩化ビフェニル:ビフェニルの塩素化異性体の総称)が強い毒性を有することから、その製造および輸入が禁止されている。このPCBは、1954年頃から国内で製造開始されたものの、カネミ油症事件をきっかけに生体・環境への悪影響が明らかになり、1972年に行政指導により製造中止、回収の指示(保管の義務)が出された経緯がある。
【0003】
PCBは、ビフェニル骨格に塩素が1〜10個置換したものであり、置換塩素の数や位置によって理論的に209種類の異性体が存在し、現在、市販のPCB製品において約100種類以上の異性体が確認されている。また、この異性体間の物理・化学的性質や生体内安定性および環境動体が多様であるため、PCBの化学分析や環境汚染の様式を複雑にしているのが現状である。さらに、PCBは、残留性有機汚染物質のひとつであって、環境中で分解されにくく、脂溶性で生物濃縮率が高く、さらに半揮発性で大気経由の移動が可能であるという性質を持つ。また、水や生物など環境中に広く残留することが報告されている。
この結果、PCBは体内で極めて安定であるので、体内に蓄積され慢性中毒(皮膚障害、肝臓障害等)を引き起し、また発癌性、生殖・発生毒性が認められている。
【0004】
PCBは、従来からトランスやコンデンサなどの絶縁油として広く使用されてきた経緯があるので、PCBを処理する必要があり、本出願人は先に、PCBを無害化処理する水熱分解装置を提案した(特開平11−253796号公報、特開2000−126588号公報他参照)。この水熱分解装置の概要の一例を図5に示す。
【0005】
図7に示すように、水熱分解装置120は、サイクロンセパレータ121を併設した筒形状の一次反応器122と、PCB、H2 OおよびNaOHの処理液123を加圧する加圧ポンプ124と、当該混合液を予熱する予熱器125と、配管を巻いた構成の二次反応器126と、冷却器127および減圧弁128とを備えてなるものである。また、減圧弁127の下流には、気液分離器129、活性炭槽130が配置されており、排ガス(CO2 )131は煙突132から外部へ排出され、排水(H2 O,NaCl)133は別途、必要に応じて排水処理される。
また、処理液123となるPCBの配管134には、H2 OおよびNaOHがそれぞれ導入される。また、酸素の配管135は、一次反応器125に対して直結している。
【0006】
上記装置において、加圧ポンプ124による加圧により一次反応器122内は、26MPaまで昇圧される。また、予熱器125は、PCB、H2 OおよびNaOHの混合処理液123を300℃程度に予熱する。また、一次反応器122内には酸素が噴出しており、内部の反応熱により380℃〜400℃まで昇温する。サイクロンセパレータ121は、一次反応器122内で析出したNa2 CO3 の結晶粒子の大きなものを分離し、Na2 CO3 の微粒子を二次反応器126に送る。このサイクロンセパレータ121の作用により、二次反応器126の閉塞が防止される。この段階までに、PCBは、脱塩素反応および酸化分解反応を起こし、NaCl、CO2 およびH2 Oに分解されている。つぎに、冷却器127では、二次反応器126からの流体を100℃程度に冷却すると共に後段の減圧弁128にて大気圧まで減圧する。そして、気液分離器129によりCO2 および水蒸気と処理水とが分離され、CO2 および水蒸気は、活性炭槽130を通過して環境中に排出される。
【0007】
このような処理装置を用いてPCB含有容器(例えばトランスやコンデンサ)等を処理することで、完全無害化がなされているが、さらにその施設内におけるPCB濃度の迅速監視が重要である。従来、ガスサンプリングを行いPCBを液体に濃縮させ、その濃縮液を分析する方法が採用されているが、この計測には数時間から数十時間を要するため、迅速監視ができなかった。
【0008】
しかしながら、監視のためのガス中の微量PCBの計測方法として、従来では多光子イオン化検出器と飛行時間型分析器(Time of Flight Mass Spectroscopy:TOFMAS) とを組み合わせた質量スペクトル分析装置が提案されている。
この従来の分析装置の概要を図8を参照して説明する。
【0009】
図8に示すように、試料ガス1をパルスノズル2から真空チャンバ3内に超音速自由噴流として供給し、その自由噴流は断熱膨張により冷却される。そのような冷却により、振動・回転準位が低エネルギー側に偏って波長選択性が増大したガスは、レーザ4のような共鳴多光子を効率よく吸収したそのイオン化効率が増大する。イオン化されたガス中の分子は、加速電極5により加速され、質量に反比例する加速度を与えられてフライトチューブ6内で飛行し、リフレクトン7で反射して、検出器8に入射する。該フライトチューブ6の中での飛行時間を計測することによりその分子又は原子である粒子の質量が計算により求められ、検出器8の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。
【0010】
このような装置では、微量物質の検出を行うことができる点で原理的にはすぐれているが、レーザパルス時間幅がナノ秒レーザを用いているので、検出感度が低いという問題がある。
よって、試料ガス1を効率よく濃縮することが望まれている。
【0011】
また、試料ガス1中の水分量が多い場合には、検出器8ではノイズとして多量に検出されるので、排水中のPCB濃度を計測するような場合には、予め除去することが望ましい。
【0012】
また、近年、各種焼却炉又はボイラ等の燃焼設備から排出される排ガス又は排水中の環境ホルモン類の計測は計測対象物が極微量であるので、高性能な検出装置の出現が望まれている。
【0013】
本発明は、上記問題に鑑み、例えばPCB等の微量成分濃度を監視するに際し、迅速且つ高感度な分析が可能な有機微量成分の検出装置を提供することを課題とする。
【0014】
【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、採取試料を真空チャンバー内へ連続的に導入する試料導入手段と、導入された試料にレーザを照射し、レーザイオン化させるレーザ照射手段と、レーザイオン化した分子を収束させる収束部と、該収束された分子を選択濃縮するイオントラップと、一定周期で放出されたイオンを検出するイオン検出器を備えた飛行時間型質量分析装置とを具備してなる検出装置であって、上記採取試料の採取ラインに試料中の水分を除去すると共に分子量の小さい置換ガスに置換するガス置換手段を少なくとも1基設けてなると共に、質量の差で試料中の軽い分子を分離して重い分子に濃縮する高質量分子セパレータを、上記試料採取ラインのガス置換手段の後流側に介装してなり、上記ガス置換手段が、ガス置換手段本体内に導入した採取試料中の計測対象試料を気化させないような真空度合いにより当該採取試料中の水分を除去する真空ポンプと、水分除去後に置換ガスを供給する置換ガス導入手段と、ガス置換後に本体を昇温し、採取試料と共に置換ガスを排出させる昇温手段とを具備してなり、上記高質量分子セパレータが、内部を真空に保つ真空ポンプを備えてなると共に、セパレータ本体内に試料導入細管と試料排出細管とを所定間隔を以て相対向して設けてなり、さらに、前記ガス置換手段の前記本体の内部に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を備えてなることを特徴とする。
【0015】
第2の発明は、第1の発明において、上記置換ガスがH2 又はHeであることを特徴とする。
【0016】
第3の発明は、第1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、その先端がイオン収束部に臨んでいることを特徴とする。
【0017】
第4の発明は、第1の発明において、上記レーザのパルス波長が280nm以下であることを特徴とする。
【0018】
第5の発明は、第1の発明において、上記レーザのパルス時間幅が500ピコ秒以下であることを特徴とする。
【0019】
第6の発明は、第1の発明において、上記採取試料がPCB分解処理した処理設備内からの排出水であることを特徴とする。
【0020】
第7の発明は、第1の発明において、上記採取試料が燃焼設備から排出される排水中の環境ホルモン類であることを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明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。
【0022】
[第1の実施の形態]
図1は本実施の形態にかかる有機微量成分の検出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有機微量成分の検出装置50は、排水又はガス中の有機微量成分の濃度を検出する検出装置であって、試料採取ライン70に介装されたガス置換手段71を通過した採取試料51を真空チャンバー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、上記洩れだし分子線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手段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56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。
【0023】
上記ガス置換手段71は、配管72から試料採取ライン70に採取試料51を導入してなるガス置換手段本体73と、該本体73内に導入した採取試料51中の水分を除去する真空ポンプ74と、水分除去後に置換ガス75を供給する置換ガス導入手段76と、ガス置換後に本体73を昇温し、採取試料51と共に置換ガス75を排出させる温度調節手段(図示せず)とを具備してなるものである。
また、図中符号78は切替バルブ、79はポンプを図示する。
【0024】
上記ガス置換手段本体73にポンプ79により、配管72から採取試料51を導入する。次いで、真空ポンプ74にて内部の水分を蒸発させる。この際、計測対象試料が気化しないような真空度合いとする。
次に、置換ガス導入手段76から置換ガスとしてHe又はH2 を導入する。
その後、温度調節手段により内部試料が蒸発する温度まで昇温させ(例えばPCBであれば200〜300℃程度)、キャピラリカラム54に採取試料51として導入する。なお、この昇温温度は分析対象成分に対応した温度とすればよい。例えば2塩素のPCBのみを計測する場合には、3塩素のPCBよりも低い昇温温度とすることができる。
【0025】
試料排出後は、本体73の内部を洗浄するように、洗浄液供給手段80から供給される洗浄液(例えばアルコール等)81で洗浄する。その後、洗浄液を排出82し、測定対象物の蒸発が無視できるような温度に戻し、次の測定に備える。 この場合、必要であれば、温度調整手段により積極的に冷却(室温乃至30〜40℃)させるようにしてもよい。
【0026】
また、図2に示すように、ガス置換手段を複数個(71A〜71D)並列に設けて、連続して計測するようにしてもよい。これにより、既にガス置換が終了した手段が冷却する間に、他の置換手段でガス置換を行なうことができ、測定効率が向上する。
【0027】
上記ガス置換手段を設けることにより、He又はH2 に同伴された採取試料51となるので、飛行時間型質量分析装置60の内部に水蒸気の導入がなくなり、装置の高寿命化を図ることができる。
また、水分子によるノイズスペクトル量が格段に少なくなり、分析対象スペクトルのみのスペクトルを検出することができる。
【0028】
上記ガス置換された採取試料51を導入する上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54側の電極と面一又は電極よりもイオントラップ57側へ突き出しているようにするとよい。
【0029】
また、上記キャピラリカラムの材質は、石英又はステンレスであることが好ましい。また、ステンレス製とした場合には、イオン収束部56により電場をかけることにより、制御が可能となる。
【0030】
上記キャピラリカラム54の孔径は1mm以下、好適にはレーザ3mm程度とするのがよい。また、キャピラリカラム54の吹き出し口からレーザ光55の照射位置までの距離は近ければ近いほどよいが、あまり近すぎてもレーザ光55により先端が破損するので、破損しない程度まで近づけて(例えば1〜2mm程度)イオン化効率を向上させることが好ましい。
【0031】
上記レーザ照射手段56から照射されるレーザ光55のパルス波長は、後述する実施例に示すように、300nm以下、好ましくは280nm以下、より好ましくは266±10nm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微量成分のイオン化が良好に行われないからである。
【0032】
上記レーザ照射手段56から照射されるレーザ光55のパルス時間幅は500ピコ(10−12 )秒以下、より好ましくは200ピコ秒以下のパルスレーザ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。
【0033】
上記レーザ照射手段56から照射されるレーザ光55のパルス繰り返し周波数は10MHz以上、特に好適には76MHzであることが好ましい。
これはパルス繰り返し周波数を向上させることで連続的にイオン化効率が向上するからである。
【0034】
このように、レーザ光55のパルス時間幅を500ピコ秒(10−12 )以下と短くすることにより、レーザ光55によるPCBの分解を抑制し、検出感度を向上することができる。
【0035】
図3(a)及び(b)にPCBを検出したイオン検出器59からのシグナルを示す。ここで、横軸は飛行時間(秒)であり、縦軸はイオン信号強度(V)である。なお、4塩素のPCBについては図3(a)の拡大図として図2(b)に示した。
【0036】
上記計測装置を用い、例えばPCB分解処理設備から排出される排水中のPCB濃度を迅速且つ的確に測定することができ、この測定結果を基に、処理の監視をすることができる。
【0037】
本実施の形態では、採取試料51として液体を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、液体の代わりにガスとしてもよい。この場合には、ガス置換手段本体73内に採取ガスを超音速で導入して計測対象を液体状態とし、その後、置換ガス75を導入して昇温させることで、ガス中のPCB等の有機ハロゲン化物を計測することもできる。
【0038】
[第2の実施の形態]
図4は本実施の形態にかかる有機微量成分の検出装置の概略図である。図5は高質量分子セパレータの概略図である。
図4に示すように、本実施の形態では、第1の実施の形態の装置において、試料採取ライン70に介装されたガス置換手段71の後流側に、質量の差で試料中の軽い分子を分離して重い分子に濃縮する高質量分子セパレータ90を介装してなるものである。なお、第1の実施の形態と同一部材については同一符号を付してその説明は省略する。
【0039】
図5に示すように、高質量分子セパレータ90は、セパレータ本体91の内部を真空に保つ真空ポンプ92を備えてなると共に、セパレータ本体91内に試料導入細管93と試料排出細管94とを所定間隔dを以て相対向して設けてなるものである。
【0040】
上記ガス置換手段71においてガス置換された採取試料51は、このセパレータ90内に導入されると、対向する試料排出管94に向かって拡散される試料の内、真空ポンプ92の真空度により、質量の軽い分子95が外側に広がると共に、中心側には質量の重い分子96が慣性力が大きくそのまま留まるので、対向する排出細管94側に導入され、この結果採取試料中の計測対象が濃縮される。これにより、例えば試料導入細管93中のPCB濃度が1ppmであった場合に、試料排出細管94側では10ppmと10倍程度濃縮されることになる。
これにより、PCB等の計測感度が向上することになる。
【004 1】
なお、試料導入細管93及び排出細管94の径とこれらの間の間隔d並びに真空度は測定対象の質量を勘案して適宜設定すればよい。
また、真空チャンバー52内へ連続的に洩れだし分子線53を導入するキャピラリカラム54に対しては、排出細管94の径を小さくして洩れだし分子線が良好に洩れだすようにしている。
【0042】
なお、以上述べた実施の形態においては、測定対象として有機微量成分の内のPCBを例にしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、採取試料として、例えばゴミ焼却炉等の各種焼却炉やボイラ等の燃焼設備から排出される排ガス又は排水中の環境ホルモン類を計測することにも適用することができる。
【0043】
[第3の実施の形態]
図6に上記計測装置を用いたPCB無害化処理設備におけるガス中の監視システムについて説明する。
図6に示すように、PCB無害化処理システムは、有害物質であるPCBが付着又は含有又は保存されている被処理物を無害化する有害物質処理システムであって、被処理物1001である有害物質( 例えばPCB)1002 を保存する容器1003から有害物質1002を分離する分離手段1004と、被処理物1001を構成する構成材1001a,b,…を解体する解体手段1005のいずれか一方又は両方を有する前処理手段1006と、前処理手段1006において処理された被処理物を構成する構成材であるコア1001aをコイル1001bと鉄心1001cとに分離するコア分離手段1007と、分離されたコイル1001bを銅線1001dと紙・木1001eとに分離するコイル分離手段1008と、上記コア分離手段1008で分離された鉄心1001cと解体手段1005で分離された金属製の容器 (容器本体及び蓋等)1003 とコイル分離手段1008で分離された銅線1001dとを洗浄液1010で洗浄する洗浄手段1011と、洗浄後の洗浄廃液1012及び前処理手段で分離した有害物質1002のいずれか一方又は両方を分解処理する有害物質分解処理手段1013とを、具備してなるものである。
【0044】
ここで、本発明で無害化処理する有害物質としては、PCBの他に例えば、塩化ビニルシート、有害廃棄塗料、廃棄燃料、有害薬品、廃棄樹脂、未処理爆薬等を挙げることができるが、環境汚染に起因する有害物質であればこれらに限定されるものではない。
【0045】
また、本発明で被処理物としては、例えば絶縁油としてPCBを用いてなるトランスやコンデンサ、有害物質である塗料等を保存している保存容器を例示することができるが、これらに限定されるものではない。
【0046】
また、蛍光灯用の安定器においても従来はPCBが用いられていたので無害化処理する必要があり、この場合には、容量が小さいので前処理することなく、分離手段1009に直接投入することで無害化処理することができる。
【0047】
また、上記有害物質が液体等の場合には、有害物質分解処理手段1013に直接投入することで無害化処理がなされ、その保管した容器は構成材の無害化処理により、処理することができる。処理後の液については、PCBの排出基準である3ppb以下であることを確認する必要がある。
なお、有害物質処理手段1013の構成は、図7に示すものと同様であるので、同一構成部材には同一符号を付してその説明は省略する。
【0048】
本発明の計測システム61は上記微量計測装置を用いて、上記有害物質処理手段1013においてPCBを分解した後の気液分離器129で分離された排水133中のPCB濃度を監視するものである。
この計測システムを設けることでPCB濃度を迅速に且つ効率よく監視することができる。この結果、PCB処理が適切に行われているかの監視を常に行いつつ分解処理することができ、環境に配慮した対策を講じることができる。
【0049】
また、本発明の計測システム62は、上記微量計測装置を用いて、前処理手段1006内の環境中のPCB濃度を監視するものである。
また、本発明の計測システム63は、上記処理手段1013から活性槽(図示せず)を通過して浄化された排ガス131中のPCB濃度を監視するものである。
これらの計測システムを設けることでPCB濃度を迅速に且つ効率よく監視することができる。この結果、作業工程が適切に行われているかの監視を常に行いつつ分解処理することができ、環境に配慮した対策を講じることができる。
【0050】
よって、本計測装置を用いて、所定時間毎に分析して、排水及び排ガス並びに作業環境等の所定の基準を満たしているかを常に監視することができ、非常事態があった場合、PCB濃度が基準を超える場合には、例えば活性槽を通して排ガスの浄化をさらに行うと共に、作業手順等のみなおしをして外部環境汚染を防止することができる。
【0051】
【発明の効果】
以上、説明したように第1の発明によれば、採取試料を真空チャンバー内へ連続的に導入する試料導入手段と、導入された試料にレーザを照射し、レーザイオン化させるレーザ照射手段と、レーザイオン化した分子を収束させる収束部と、該収束された分子を選択濃縮するイオントラップと、一定周期で放出されたイオンを検出するイオン検出器を備えた飛行時間型質量分析装置とを具備してなる検出装置であって、上記採取試料の採取ラインに試料中の水分を除去すると共に分子量の小さい置換ガスに置換するガス置換手段を少なくとも1基設けてなると共に、質量の差で試料中の軽い分子を分離して重い分子に濃縮する高質量分子セパレータを、上記試料採取ラインのガス置換手段の後流側に介装してなり、上記ガス置換手段が、ガス置換手段本体内に導入した採取試料中の計測対象試料を気化させないような真空度合いにより当該採取試料中の水分を除去する真空ポンプと、水分除去後に置換ガスを供給する置換ガス導入手段と、ガス置換後に本体を昇温し、採取試料と共に置換ガスを排出させる昇温手段とを具備してなり、上記高質量分子セパレータが、内部を真空に保つ真空ポンプを備えてなると共に、セパレータ本体内に試料導入細管と試料排出細管とを所定間隔を以て相対向して設けてなり、さらに、前記ガス置換手段の前記本体の内部に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を備えてなるので、置換ガス(例えばHe又はH2 )に同伴された採取試料とすることができ、飛行時間型質量分析装置の内部に水蒸気の導入がなくなり、装置の高寿命化を図ることができる。また、微量分析精度が向上する。また、効率的にガス置換できると共に置換後に試料を排出することができる。また、試料の濃縮率が向上する。
【0052】
第2の発明は、第1の発明において、上記置換ガスがH2 又はHeであるので、飛行時間型質量分析装置の高寿命化を図ることができる。
【0053】
第3の発明は、第1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、その先端がイオン収束部に臨んでいるので、イオン化効率が向上する。
【0054】
第4の発明は、第1の発明において、上記レーザ照射手段から照射されるレーザのパルス波長は300nm以下であるので、有機ハロゲン化物のイオン化が良好に行われる。
【0055】
第5の発明は、第1の発明において、上記レーザ照射手段から照射されるレーザのパルス時間幅が500ピコ秒以下であるので検出感度が向上する。
【0056】
第6の発明は、第1の発明において、上記採取試料がPCB分解処理した処理設備内からの排出水であるので、排水又はガス中のPCB濃度の迅速且つ的確な分析が可能となる。
【0057】
第7の発明は、第1の発明において、上記採取試料が燃焼設備から排出される排水中の環境ホルモン類であるので、高感度分析が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態にかかる有機微量成分の検出装置の概略図である。
【図2】複数のガス置換手段を並列に配置した概略図である。
【図3】低塩素PCBの測定結果図である。
【図4】第2の実施の形態にかかる有機微量成分の検出装置の概略図である。
【図5】セパレータの概略図である。
【図6】第3の実施の形態にかかるPCB無害化処理システムの概略図である。
【図7】水熱分解装置の概要図である。
【図8】従来技術にかかるレーザ計測装置の概略図である。
【符号の説明】
50 有機ハロゲン化物の検出装置
51 採取試料
52 真空チャンバー
53 洩れだし分子線
54 キャピラリカラム
55 レーザ光
56 収束部
57 イオントラップ
58 リフレクトロン
59 イオン検出器
60 飛行時間型質量分析装置
61、62、63 計測システム
70 試料採取ライン
71 ガス置換手段
72 配管
73 ガス置換手段本体
74 真空ポンプ
75 置換ガス
76 置換ガス導入手段
78 切替バルブ
79 ポンプ
80 洗浄液供給手段
81 洗浄液
90 高質量分子セパレータ
91 セパレータ本体
92 真空ポンプ
93 試料導入細管
94 試料排出細管[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for detecting organic trace components such as PCBs and dioxins in a processing facility or environment.
[0002]
[Background Art]
In recent years, the production and import of PCB (Polychlorinated biphenyl, a general term for chlorinated isomers of biphenyl) has been prohibited because of its strong toxicity. Although production of this PCB began in Japan around 1954, the adverse effects on living organisms and the environment became apparent in the wake of the Kanemi Yusho incident. There was a background.
[0003]
PCB is a biphenyl skeleton in which 1 to 10 chlorine atoms are substituted. There are theoretically 209 types of isomers depending on the number and positions of the substituted chlorine atoms. The body has been identified. In addition, the physical and chemical properties, in vivo stability, and environmental dynamics of these isomers are diverse, and the current situation is that the chemical analysis of PCBs and the manner of environmental pollution are complicated. Furthermore, PCB is one of the persistent organic pollutants, and has properties that it is not easily decomposed in the environment, is fat-soluble, has a high bioconcentration rate, is semi-volatile, and can be moved through the atmosphere. In addition, it is reported that it remains widely in the environment such as water and living things.
As a result, since PCB is extremely stable in the body, it is accumulated in the body and causes chronic poisoning (skin damage, liver damage, etc.), and carcinogenicity and reproductive / developmental toxicity are recognized.
[0004]
Since PCB has been widely used as insulating oil for transformers and capacitors, it is necessary to treat the PCB. The applicant has previously proposed a hydrothermal decomposition apparatus for detoxifying the PCB. (See JP-A-11-253796, JP-A-2000-126588 and others). FIG. 5 shows an example of the outline of this hydrothermal decomposition apparatus.
[0005]
As shown in FIG. 7, the
In addition, H 2 O and NaOH are introduced into the
[0006]
In the above apparatus, the pressure inside the
[0007]
By treating a PCB-containing container (for example, a transformer or a condenser) or the like using such a processing device, complete harmlessness is achieved, but it is also important to quickly monitor the PCB concentration in the facility. Conventionally, a method has been adopted in which the PCB is concentrated into a liquid by gas sampling and the concentrated liquid is analyzed. However, since this measurement requires several hours to several tens of hours, rapid monitoring was not possible.
[0008]
However, as a method of measuring a trace amount of PCB in a gas for monitoring, a mass spectrum analyzer combining a multiphoton ionization detector and a time of flight mass spectroscopy (TOFMAS) has been proposed. I have.
The outline of this conventional analyzer will be described with reference to FIG.
[0009]
As shown in FIG. 8, a sample gas 1 is supplied from a
[0010]
Such an apparatus is excellent in principle in that a trace substance can be detected, but has a problem that the detection sensitivity is low because a laser pulse time width uses a nanosecond laser.
Therefore, it is desired to efficiently concentrate the sample gas 1.
[0011]
Further, when the amount of moisture in the sample gas 1 is large, the
[0012]
In addition, in recent years, measurement of environmental hormones in exhaust gas or wastewater discharged from combustion facilities such as various incinerators or boilers has a very small amount of measurement target, and thus the appearance of a high-performance detection device is desired. .
[0013]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an apparatus for detecting an organic trace component that can perform a quick and highly sensitive analysis when monitoring the concentration of a trace component such as PCB.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
Molecular first invention comprises a sample introduction means for continuously introducing a collected sample into a vacuum chamber, the laser is irradiated to the introduced sample, a laser irradiation unit for laser ionization was laser ionization to solve the problem Comprising: a convergence unit for converging the convergence, an ion trap for selectively concentrating the converged molecules, and a time-of-flight mass spectrometer including an ion detector for detecting ions emitted at a constant period. Wherein at least one gas replacement means for removing moisture in the sample and replacing the sample with a replacement gas having a small molecular weight is provided on the collection line of the sample, and separating light molecules in the sample by a difference in mass. A high-molecular separator for concentrating into heavy molecules by interposing the gas replacement means on the downstream side of the gas replacement means in the sampling line. A vacuum pump to remove moisture in the harvested sample by vacuum degree so as not to vaporize the target object sample taken in a sample introduced within the replacement gas introducing means for supplying a replacement gas after water removal, body after gas replacement And a high temperature means for discharging the replacement gas together with the collected sample, and the high-mass molecular separator is provided with a vacuum pump for keeping the inside vacuum, and a sample introduction thin tube is provided in the separator main body. And a sample discharge thin tube are provided to face each other at a predetermined interval, and further comprising a cleaning liquid supply means for supplying a cleaning liquid to the inside of the main body of the gas replacement means.
[ 0015 ]
A second invention is characterized in that, in the first invention, the replacement gas is H 2 or He.
[ 0016 ]
A third invention is characterized in that, in the first invention, the sample introduction means is a capillary column, and the tip of the capillary column faces the ion focusing section.
[ 0017 ]
In a fourth aspect based on the first aspect , the pulse wavelength of the laser is 280 nm or less.
[ 0018 ]
In a fifth aspect based on the first aspect , the pulse time width of the laser is 500 picoseconds or less.
[0019]
A sixth invention is characterized in that, in the first invention, the collected sample is water discharged from the inside of a processing facility that has undergone PCB decomposition processing.
[0020]
A seventh invention, in the first invention, characterized in that the sample taken is environmental hormones wastewater in discharged from the combustion equipment.
[ 0021 ]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.
[ 0022 ]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus for detecting an organic trace component according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, an organic trace
Then, from the comparison of the signal intensities detected by the
The measured PCB concentration may be sent to the monitoring command room, and may be disclosed to the outside by, for example, a monitor device (not shown).
[ 0023 ]
The gas replacement means 71 includes a gas replacement means main body 73 formed by introducing a
In the figure,
[ 0024 ]
The collected
Next, He or H 2 is introduced as a replacement gas from the replacement
Then, (about 200 to 300 [° C. For example, if the PCB) inside the sample is allowed to warm to a temperature that evaporates by the temperature adjusting means, for introducing a collected
[ 0025 ]
After the sample is discharged, the inside of the main body 73 is cleaned with a cleaning liquid (eg, alcohol or the like) 81 supplied from the cleaning
[ 0026 ]
Further, as shown in FIG. 2, a plurality of gas replacement means (71A to 71D) may be provided in parallel to measure continuously. Thus, while the means for which gas replacement has already been completed is cooled, gas replacement can be performed by another replacement means, and measurement efficiency is improved.
[ 0027 ]
By providing the above gas replacement means, the sample becomes a
Further, the amount of noise spectrum due to water molecules is significantly reduced, and a spectrum of only the spectrum to be analyzed can be detected.
[ 0028 ]
It is preferable that the
[ 0029 ]
The material of the capillary column is preferably quartz or stainless steel. In the case of stainless steel, control can be performed by applying an electric field by the
[ 0030 ]
The
[ 0031 ]
Pulse wavelength of the
[ 0032 ]
The pulse time width of the
[ 0033 ]
The pulse repetition frequency of the
This is because the ionization efficiency is continuously improved by increasing the pulse repetition frequency.
[ 0034 ]
As described above, by shortening the pulse time width of the
[ 0035 ]
FIGS. 3A and 3B show signals from the
[ 0036 ]
Using the above measuring device, for example, the concentration of PCB in the wastewater discharged from the PCB decomposition treatment equipment can be measured quickly and accurately, and the treatment can be monitored based on the measurement result.
[ 0037 ]
In the present embodiment, a liquid has been described as an example of the collected
[ 0038 ]
[Second embodiment]
FIG. 4 is a schematic diagram of an apparatus for detecting an organic trace component according to the present embodiment. FIG. 5 is a schematic diagram of a high-mass molecular separator.
As shown in FIG. 4, in the present embodiment, in the device of the first embodiment, the light in the sample is reduced due to the difference in mass on the downstream side of the gas replacement means 71 interposed in the
[ 0039 ]
As shown in FIG. 5, the high-mass
[ 0040 ]
When the
As a result, the measurement sensitivity of a PCB or the like is improved.
[ 004 1 ]
The diameters of the sample introduction
For the
[ 0042 ]
In the embodiment described above, the PCB as an object to be measured is taken as an example of an organic trace component. However, the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to measurement of exhaust gas discharged from combustion facilities such as incinerators and boilers or environmental hormones in wastewater.
[ 0043 ]
[Third Embodiment]
FIG. 6 illustrates a monitoring system in gas in a PCB detoxification processing facility using the above-described measuring device.
As shown in FIG. 6, the PCB detoxification processing system is a harmful substance processing system for detoxifying an object to which PCB, which is a harmful substance, is adhered, contained, or stored. One or both of the separating means 1004 for separating the
[ 0044 ]
Here, as the harmful substance to be detoxified in the present invention, besides PCB, for example, vinyl chloride sheet, hazardous waste paint, waste fuel, toxic chemical, waste resin, untreated explosive, etc. can be mentioned. It is not limited to these as long as they are harmful substances caused by contamination.
[ 0045 ]
Examples of the object to be treated in the present invention include, but are not limited to, transformers and capacitors using PCB as an insulating oil, and storage containers storing paints that are harmful substances. Not something.
[ 0046 ]
Also, in the ballast for fluorescent lamps, PCB has been conventionally used, so that it is necessary to perform detoxification treatment. In this case, since the capacity is small, it is necessary to directly feed into the separation means 1009 without pretreatment. Can be detoxified.
[ 0047 ]
When the harmful substance is a liquid or the like, the harmful substance is detoxified by directly charging the harmful substance decomposition processing means 1013, and the stored container can be processed by the detoxification processing of the constituent materials. It is necessary to confirm that the liquid after the treatment is 3 ppb or less, which is the PCB discharge standard.
Since the configuration of the harmful substance processing means 1013 is the same as that shown in FIG. 7, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[ 0048 ]
The measurement system 61 of the present invention monitors the PCB concentration in the
By providing this measurement system, the PCB concentration can be monitored quickly and efficiently. As a result, the decomposition process can be performed while always monitoring whether the PCB process is being performed appropriately, and environmentally friendly measures can be taken.
[ 0049 ]
Further, the
Further, the measuring system 63 of the present invention monitors the PCB concentration in the
By providing these measurement systems, the PCB concentration can be monitored quickly and efficiently. As a result, the decomposition process can be performed while constantly monitoring whether or not the work process is being performed appropriately, and environmentally friendly measures can be taken.
[ 0050 ]
Therefore, by using this measuring device, it is possible to analyze at predetermined time intervals and constantly monitor whether or not predetermined standards such as drainage, exhaust gas, and working environment are satisfied. If the standard is exceeded, the exhaust gas can be further purified, for example, through an activation tank, and only the work procedures can be modified to prevent external environmental pollution.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, a sample introducing means for continuously introducing a collected sample into a vacuum chamber, a laser irradiating means for irradiating the introduced sample with a laser and performing laser ionization, A converging section for converging the ionized molecules, an ion trap for selectively concentrating the converged molecules, and a time-of-flight mass spectrometer equipped with an ion detector for detecting ions emitted at a constant period A detection device comprising: at least one gas replacement means for removing moisture in a sample and replacing the sample with a replacement gas having a small molecular weight in a collection line of the sample; A high-mass molecular separator for separating molecules and concentrating them into heavy molecules is provided on the downstream side of the gas replacement means in the sampling line. A vacuum pump to remove moisture in the harvested sample by vacuum degree so as not to vaporize the target object sample taken in a sample introduced into device main body, and the replacement gas introducing means for supplying a replacement gas after water removal, the gas replacement The temperature of the main body is later raised, and a temperature raising means for discharging the replacement gas together with the collected sample is provided.The high-mass molecular separator is provided with a vacuum pump for keeping the inside vacuum, and the sample is contained in the separator main body. The introduction thin tube and the sample discharge thin tube are provided facing each other at a predetermined interval, and further provided with a cleaning liquid supply means for supplying a cleaning liquid to the inside of the main body of the gas replacement means. H 2 ) can be used as a collected sample, and the introduction of water vapor into the time-of-flight mass spectrometer is eliminated, so that the life of the apparatus can be extended. In addition, the accuracy of trace analysis is improved. Further, the gas can be efficiently replaced and the sample can be discharged after the replacement. In addition, the concentration rate of the sample is improved.
[ 0052 ]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect , since the replacement gas is H 2 or He, the life of the time-of-flight mass spectrometer can be extended.
[ 0053 ]
In a third aspect based on the first aspect , the sample introduction means is a capillary column, and the tip of the capillary column faces the ion converging section, so that ionization efficiency is improved.
[ 0054 ]
In a fourth aspect based on the first aspect, since the pulse wavelength of the laser irradiated from the laser irradiation means is 300 nm or less, the ionization of the organic halide is favorably performed.
[ 0055 ]
In a fifth aspect based on the first aspect, the detection sensitivity is improved because the pulse time width of the laser irradiated from the laser irradiation means is 500 picoseconds or less.
[0056]
According to a sixth aspect, in the first aspect, since the collected sample is the effluent from the inside of the processing facility that has undergone the PCB decomposition treatment, the PCB concentration in the wastewater or gas can be analyzed quickly and accurately.
[0057]
A seventh invention, in the first invention, since an environment hormones in waste water the collected sample is discharged from the combustion equipment, it is possible to high-sensitivity analysis.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus for detecting an organic trace component according to a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic diagram in which a plurality of gas replacement means are arranged in parallel.
FIG. 3 is a diagram showing measurement results of low chlorine PCB.
FIG. 4 is a schematic view of an apparatus for detecting an organic trace component according to a second embodiment.
FIG. 5 is a schematic view of a separator.
FIG. 6 is a schematic diagram of a PCB detoxification processing system according to a third embodiment.
FIG. 7 is a schematic diagram of a hydrothermal decomposition apparatus.
FIG. 8 is a schematic diagram of a laser measurement device according to the related art.
[Explanation of symbols]
Claims (7)
導入された試料にレーザを照射し、レーザイオン化させるレーザ照射手段と、
レーザイオン化した分子を収束させる収束部と、
該収束された分子を選択濃縮するイオントラップと、
一定周期で放出されたイオンを検出するイオン検出器を備えた飛行時間型質量分析装置と
を具備してなる検出装置であって、
上記採取試料の採取ラインに試料中の水分を除去すると共に分子量の小さい置換ガスに置換するガス置換手段を少なくとも1基設けてなると共に、
質量の差で試料中の軽い分子を分離して重い分子に濃縮する高質量分子セパレータを、上記試料採取ラインのガス置換手段の後流側に介装してなり、
上記ガス置換手段が、
ガス置換手段本体内に導入した採取試料中の計測対象試料を気化させないような真空度合いにより当該採取試料中の水分を除去する真空ポンプと、
水分除去後に置換ガスを供給する置換ガス導入手段と、
ガス置換後に本体を昇温し、採取試料と共に置換ガスを排出させる昇温手段と
を具備してなり、
上記高質量分子セパレータが、
内部を真空に保つ真空ポンプを備えてなると共に、
セパレータ本体内に試料導入細管と試料排出細管とを所定間隔を以て相対向して設けてなり、
さらに、前記ガス置換手段の前記本体の内部に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を備えてなる
ことを特徴とする有機微量成分の検出装置。Sample introduction means for continuously introducing the collected sample into the vacuum chamber,
Laser irradiation means for irradiating the introduced sample with laser and laser ionizing,
A converging section for converging the laser ionized molecules,
An ion trap for selectively concentrating the converged molecules;
A time-of-flight mass spectrometer provided with an ion detector for detecting ions emitted at a constant period,
At least one gas replacement means for removing water in the sample and replacing it with a replacement gas having a small molecular weight is provided on the collection line of the sample, and
A high-mass molecular separator that separates light molecules in the sample with a difference in mass and concentrates them into heavy molecules is interposed on the downstream side of the gas replacement means of the sampling line,
The gas replacement means,
A vacuum pump that removes moisture in the collected sample by a degree of vacuum that does not vaporize the sample to be measured in the collected sample introduced into the gas replacement means main body;
Replacement gas introduction means for supplying a replacement gas after removing water,
Temperature rising means for raising the temperature of the main body after the gas replacement and discharging the replacement gas together with the collected sample,
The high-mass molecular separator,
With a vacuum pump that keeps the inside vacuum,
A sample introduction thin tube and a sample discharge thin tube are provided facing each other at a predetermined interval in the separator body,
The apparatus for detecting a trace organic component further includes a cleaning liquid supply unit that supplies a cleaning liquid to the inside of the main body of the gas replacement unit.
上記置換ガスがH2 又はHeであることを特徴とする有機微量成分の検出装置。In claim 1,
An apparatus for detecting an organic trace component, wherein the replacement gas is H 2 or He.
上記試料導入手段がキャピラリカラムであり、その先端がイオン収束部に臨んでいることを特徴とする有機微量成分の検出装置。In claim 1,
An apparatus for detecting an organic trace component, wherein the sample introduction means is a capillary column, and the tip of the sample introduction means faces an ion focusing part.
上記レーザのパルス波長が280nm以下であることを特徴とする有機微量成分の検出装置。In claim 1,
An apparatus for detecting an organic trace component, wherein a pulse wavelength of the laser is 280 nm or less.
上記レーザのパルス時間幅が500ピコ秒以下であることを特徴とする有機微量成分の検出装置。In claim 1,
An apparatus for detecting an organic trace component, wherein a pulse time width of the laser is 500 picoseconds or less.
上記採取試料がPCB分解処理した処理設備内からの排出水であることを特徴とする有機微量成分の検出装置。In claim 1,
An apparatus for detecting an organic trace component, wherein the collected sample is effluent from processing equipment subjected to PCB decomposition processing.
上記採取試料が燃焼設備から排出される排水中の環境ホルモン類であることを特徴とする有機微量成分の検出装置。In claim 1,
Detector of organic trace component, wherein the sample taken is environmental hormones in waste water discharged from the combustion equipment.
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