JPH06501773A - 燃焼排出物中の芳香族化合物の検出及び制御 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 燃焼排出物中の芳香族化＆物の検出及び制御技術分野 本発明は、燃料排出物中における芳香性化合物の検出制御に関する。

発明の背景 燃料系の排出物と共に排出される多環式芳香性化合物（ＰＡＣ）は、潜在的に保 健上の危険を表す。これらの化合物には、実験室での試験で毒性を示したものも ある。例えば、ダイオキシンは、実験では動物及び植物の生命に重大なｔ影響を 及ぼした。

レーザ誘起蛍光（Ｌ　Ｉ　Ｆ）は、火炎中の芳香性化合物を検出するために、慎 重に制御された実験室型環境内での燃料研究に用いられてきた技術である。ＬＩ Ｆでは、レーザ光子は分子により吸収され、これによってより高次の電子エネル ギーレベルへ向上される。ある時間経過後、励起された分子は低レベルへ降下す る。

励起状態と非励起状態との間のエネルギー差は、光子の形管て放射される。

発明の要約 本発明は、叉用商用燃料系等の乱流拡散火炎燃料系の燃料排出物中の芳香性化ベ クトルの知識が根本的に欠落していることの他、ＬＩＦ測定における一般的間迩 は・適切なＳ／Ｎ比を得る性能である。これは、特に、粒子状物質（例：　灰及 びすす）及び固体面（例：　炉壁）からの自然放射を含む、サンプリング体積か らの光ノイズを引き起こす燃料領域内における富燃料混合比を有する実際火炎（ 例：　乱流拡散火炎）からの排出物中において問題となる。これらのノイズ源は 、通常すす及び飛散灰ローディング（乱流拡散火炎中における排出物の最大１０ ｇ／ｍまで）及び汚染環境を有する商用焼却炉システムの排出物中に固有のもの である。

ＰＡＣ’　ｓのＬＩＦは、実際のバーナー火炎からの排出物を含む燃料系の排出 物中で測定され得ることを見い出した。５個またはそれ以上の環を有する高分子 ｆｌＰＡｃ’　Ｓの存在及び濃度は、他の検出難度のより高い種類のもの、例え ばダイオキシン等の存在及び密度に関わっている。ＬＩＦによる高分子ｊｌＰＡ ｃ’　ｓの検出により、燃料状態の制御またはＰＡＣ成長を抑制する反応性種の 注入等によって火炎排出物のリアルタイム解析及び制御が可能となる。一般に、 ５個以上の環を有する高分子ｊＬＰＡｃ’　ｓのＬＩＦは、１０ｐｐｍ　（１０ ０万分の１）またはｌｐｐｍ、最低１ｐｐｂ　（ＩＯ＠分の１）またはそれ未満 の微量ＰＡＣ’　ｓから検出可能である。

好適な実施例において、ＬＩＦによるＰＡＣ’　ｓの測定に対する位置の選択は 、２つの考慮によって定められる。この位置は、排出物中の残存ＰＡＣ’　ｓの 有効酸化がそれ以上生じない、例えば６００℃のレベルへ温度が低下する排出物 気体流に沿った点で選択される（従って、この点て検出されるいかなるものでも 、活性炭フィルタまたは触媒等の流体−気体処理のみによって沈澱するが、酸化 物として空気との更なる燃焼反応は生じない）。ＬＩＦによるＰＡＣの検出の他 のポイントは、酸化火炎領域内（しかし第１反応領域を超えた）で約１２００℃ の温度領域内で更に上流側で行われる。この点における検出は、そのように検出 されたＰＡＣ’　ｓを、０２、Ｈ２、Ｈ２Ｏ２等の反応物の注入によって更に下 流点で初期遮断及び破壊することを目的としている。

ここで用いる用語ｒＰＡＣ’　ｓＪは、多くの芳香環をもつ化合物を意味し、こ れにはフラン等のへテロ環構造、そしてハロゲン化（例：塩化）ダイオキシン、 フラン及びポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ’　ｓ）等のハロゲン化ＰＡＣ’　ｓ等 の置換環構造を含む。ＰＡＣ’　ｓの環は、直接融合されまたは非芳香環構造を 介して結合されている。塩化ダイオキシンの例そしては、ポリ塩化ジベンゾ（ｐ ）ダイオキシンＰＣＤＤ及び２．３．７．８、ＴＣＤＤ等が挙げられる。

ここでいう［高分子＠ＰＡＣ’　ｓＪとは、５個以上好適には７個以上の芳香環 及び／または非芳香環を有するＰＡＣ’　ｓを指す。高分子ｊｌＰＡｃ’ｓの例 には、コロネン（７員環）及び以下に述べる他のものが含まれる。

本発明の一態様は、燃焼システムの排出物中のＰＡＣ’　ｓの存在を検出する方 法である。この方法は、気体相中における高分子量ＰＡＣ’　ｓによって吸収さ れる波長を有する放射の位置からの排出物を照射し、高分子ｆｉＰＡＣ’　ｓが 存在する排出物流に沿った位置を選択することによって５個以上の環を有する高 分子量ＰＡＣ’　ｓの排出物中における存在を検出するステップを含む。照射さ れた排出物からの蛍光は、気体相中における高分子量ＰＡＣ’　ｓの知られた蛍 光との比較によって検出解析され、これによって排出物中における高分子ＩＰＡ ｃ’　Ｓの存在有無が判定される。好適な実権例において、この方法は、次の各 作用を含む。

位置は、高分子量ＰＡＣ’　ｓが存在する時に高分子ｊｌＰＡｃ’　ｓから検出 された蛍光が優勢な排出物流に沿って選択される。高分子量ＰＡＣ’　ｓは、約 １１０１）ｐまたはそれ未満の濃度範囲で検出される。排出物流は、約１２００ ℃未満及び実質にすす化か発生する温度未満の温度を有する。排出物温度は、約 ２５０℃である。排出物温度は約２５０℃−１２００℃の間である。蛍光の強度 は解析され、強度はＰＡＣ’　ｓの濃度と相関する。高分子量ＰＡＣ’　ｓから の蛍光は、他のＰＡＣ’　ｓの存在と相関する。蛍光の強度は、他のＰＡＣ’　 ｓの濃度と相関する。

ＰＡＣ’　ｓは、塩化ダイオキシン及びフラン及びＰＣＢ’　ｓの共存群から選 択される。

好適な実施例では、本発明方法は、検出及び解析に応答して排出物の組成を変化 させるステップを含む。この変性ステップは、排出物中へ反応性種の注入を含む 。検出の排出物流に沿った位置は、反応性種か排出物のリアルタイム制御のため に選択された位置の下流側で発生するように選択される。この変性ステップは、 また、燃焼条件を制御するステップを含む。

好適な実施例はまた、次の各ステップを含む。高分子量ＰＡＣ’　ｓは、７個以 上の環をもつ。高分子、１ｌＰＡｃ’ｓは、シクロペンタ［ｃｄ］　ピレン、１ ．３ノインドビレン、ベンゾ（ｂ）フルオランテン、ベンゾ（ｋ）フルオランテ ン、ベンゾ（ａ）ピレン、ベンゾ（ａ）ピレン、ベンゾ（ｇｈｉ）ペリレン、１ ．２．３．１’　、２°、３°　ジインドピレン、アンタントレン、コロネン、 ベンゾ（ａ）コロネン、ベンゾ（ｎ）ペリレン、ナフトコロネン、及びオバレン から成る群から選択される。排出物は、約４００−５１５ｎｍの波長を有する放 射によって照射される。波長は約４８８ｎｍである。放射はレーザて行われる。

検出された蛍光は約６５０ｎｍまでの照射波長からの範囲内である。

他の態様では、本発明は、燃焼システムの排出物中におけるＰＡＣ’　ｓの存在 を検出するための装置であること特徴とする。この装置は、排出物が５個以上の 高分子量ＰＡＣ’　ｓを含む位置において排出物流をサンプルするように配設さ れたサンプリング手段を含む。照射手段は、気体相中の高分子量ＰＡＣ’　ｓに よって吸収される波長を有する放射で排出物を照射するよう構成されている。検 出手段は、照射された排出物からの蛍光信号を検出するために設けられ、また解 析手段は、信号を気体相中の高分子量ＰＡＣ’　ｓの既知蛍光信号との比較によ って解析するために設けられている。

好適な実施例はまた、次の各要素を含む。照射手段は、排出物排出管に沿って位 置決めするように取り付けられ、照射手段及び検出器は、排出物が管壁中の単一 孔を通過するビームによって照射され該孔を通過する蛍光が検出されるように構 成配置されている。ビームは第１角度で孔を通過し、検出器はビームに対して第 ２角度で位置決めされている。装置は、約０．１〜５ｃｒｎ３のサンプリング体 積を作用させるように構成配置されている。照射手段は、約４００〜５１５ｎｍ の間の波長を有する放射で排出物を照射するように構成されている。照射手段は レーザである。検出器は照射波長よりも大きな波長で蛍光を検出するよう構成さ れている。高分子量ＰＡＣ’　ｓは、７個以上の環を存する。

好適な実施例において、装置は次の各要素を含む。コントローラは、検出及び解 析に応答して排出物中のＰＡＣ’　ｓの量を構成するために設けられている。コ ントローラは、燃焼条件を制御するよう構成されている。コントローラは、反応 性種を排出物中へ注入するよう構成されている。解析器は、更に、蛍光の強度を 解析し、高分子量ＰＡＣの濃度と強度とを相関させるよう構成されている。解析 器は、高分子ｊｌＰＡｃ’　ｓの存在と池のＰＡＣ’　ｓとを相関させるように 配置される。解析器は、更に、蛍光の強度を他のＰＡＣ’　ｓの濃度とＦ０関さ せるように構成されている。ハロケン化炭化水素は、塩化ダイオキシン及びフラ ン及びＰＣＢ’　ｓから成る群から選択される。

他の態様において、本発明は、拡散火炎燃焼システムの排出物中のダイオキシン の存在を検出するための方法であることを特徴とする。排出物か約１２００℃未 満の範囲内の温度を育する排出物流に沿った位置からの排出物は、気体相中の５ 個以上の環を何する高分子量ＰＡｃ’　ｓによって吸収された波長を有するレー ザ光線で照射される。排出物からのレーザ誘起蛍光信号が検出される。信号は、 気体相中の高分子１１ＰＡｃ’ｓの既知蛍光と比較することによって解析され、 高分子量ＰＡｃ’ｓからの蛍光はダイオキシンの存在と相関される。

他のＱｌｌにおいて、本発明は、拡散火炎を有する商用燃焼システムにおける芳 香性炭化水素の生成を制御するための方法であることを特徴とする。約１２００ ℃未満の温度を有する排出物流に沿った位置からの排出物は、５個以上の環を有 する気体相中における高分子量ＰＡＣ’ｓによって吸収された波長を有する光線 によって照射される。排出物からのレーザ誘起蛍光か検出され、そして排出物の 組成は検出に応答して構成される。好適な実施例において、燃焼条件は制御され るか、或いは排出物中への反応性種である。

他の態様において、本発明は、気体相中における高分子ｊｉＰ　Ａ　Ｃ″　Ｓに よって吸収される波長を存する光線で高分子量ＰＡＣ’　ｓを照射し、照射され たＰＡＣ’Ｓからの蛍光を検出し、そして蛍光を解析して排出物中における高分 子１：ＰＡＣ“Ｓの存在を定めることによって約１０ｐｐｍまたはそれ未満の気 体相濃度範囲内で５個以上の環を有する高分子ｊｌＰＡｃ’　ｓの存在を検出す る方法であることを特徴とする。

好適な実施例では、濃度範囲はｌｐｐｍまたは約１ｐｐｂまたはそれ未満である 。高分子ｊｉＰＡｃ’　ｓは７閣より多い環をもつ。

他の実施例及び利点は以下に述べる。

好適な実施例の説明 まず、図面について簡屯に説明する。

図面 図１は、商用燃焼システムに搭載された本発明に係るＬＩＦ検出及び制御装置の 模式図である。

図２は、光学及び電気部品を示す図１のＬＩＦ装置の拡大図である。

図３は、ＰＡＣ’　ｓの熱分解構成を示すフローチャートである。

図４は、既知ＰＡＣ’　ｓのサンプルの蛍光を検出するために使用される蛍光セ ルの模式図である。

図５−５ｂは、ＰＡＣ’　ｓの純粋サンプルのＬＩＦスペクトルを示す図である 。

図６は、天然ガス火炎からのＬＩＦスペクトルである。

図７−７ａは、それぞれＰＡＣ’　ｓの総和及びコロネンに対する燃焼装置から のＰＡＣａ度とＬＩＦ信号との関係を示すグラフ図である。

構成 高分子量ＰＡＣ″　ＳのＬＩＦは、火炎または燃焼領域（即ち、酸素が燃料と優 先的に反応する主反応領域）の下流の燃焼システムの排出物中で測定可能である 。

測定の感度により、光学ノイズ商用燃焼システムにおける燃焼排出物のリアルタ イムモニタリング及び／または燃焼条件の制御のために、微量ＰＡＣ’ｓ例えば 最低１０億分の１　（ｐｐｂ）またはそれ未満の範囲で１０ｐｐｍまたはｌｐｐ ｍ未満の検出が可能となる。変化し予測困難な熱分解反応か発生した火炎または 燃焼領域を超えた火炎排出物中のＰＡＣ’　ｓの検出によって、これらの種の環 境寄与を高い信頼性で測定する二とか可能となる。理由は、サンプリング位置か らの反応下流の類似性か減少するからである。さらに、ここで見られるような高 分子ｆｆ１ＰＡｃ’　ｓは「耐熱性」である。即ち、それらは排出物中の条件下 での反応または劣化に対して比較的耐性を有する。従って、そうした種の検出は 環境寄与の信頼できる測定となる。ＬＩＦにより検出された高分子ｊｌＰＡｃ’ 　ｓの存在及び１度は、更に少ない量で存在し及び／またはＬＩＦによって検出 困難であることが多い、例えばダイオキシン等の他の燃焼副生成物の存在及び濃 度と関わり得る。

図１において、商用燃焼システム４上に配置された本発明に係るＬＩＦ検出及び 制御装置２が示されている。燃焼システムは、例えば、石炭、ガス、または石油 燃焼実用ボイラーまたは廃棄物焼却炉等である。このシステムは、燃料ライン３ ．１０及σ燃料肯５によって供給される燃焼領域を含む。これらのライン及び管 を燃焼領域からの′排出物１６が通過し、最終的に雰囲気中へ排出される。ＬＩ ＦＷ置２装、所望の高分子量ＰＡｃ種からＬＩＦを検出するための最適点におい て燃料気体管５に沿って配置された光学アセンブリ１２を含む。

光学ユニット１２は、レーザビーム１４を燃焼排出物１６の通路内へ送り、更に 、排出物によって発射された蛍光を検出する検出手段（図２）を含む。レーザビ ーム及び蛍光発射は、燃料気体管５（または必要に応じて燃焼室）の側壁内にお ける単−先ポート］８を介して光学システム１２を通過し該システムから受信す る。検出された蛍光信号は、解析器及び制御ユニット２２へ搬送される。解析器 及び制御ユニット２２は蛍光信号からＰＡＣ’　ｓの存在及び濃度を決定すると 共に、これに応答してライン２５及び２７を介して燃焼システム燃料ライン８． １０上の弁２４．２６を制御し、これによって燃焼特性が変化されると共に、有 害化合物、例えばＰＡＣ’　ｓ及びダイオキシン等の塩素化芳香族化合物の生成 が抑制される。例えば、燃料当量比は、Ｂｅｅ　ｒ、Ｊ、　Ｎ１．　、　Ｗ、Ｆ 、　、Ｆａ　ｒｍａｙａｎ、Ｊ、Ｄ、Ｔｅａｔｅ　ａｎｄ　Ｍ、Ａ、　Ｔｏｇａ ｎによる°Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　５ｃａｌｅ　５ｔｕｄｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃ ｏｍｂｕｓｔｉ。

ｎ　ｏｆ　Ｃｏａｌ−Ｄｅｒｉｖｅｄ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｆｕｅｌｓ−ＥＰＲＩＲ ｅｐｏｒｔ、ＡＰ４０３８゜１９８５．１８２頁にｉａ載されたようＩこ、ＰＡ Ｃ放射を低減するために変化される。

制御システム２２もまた、バルブ２８をライン２９を介して駆動して、タンク９ から酸素、過酸化水素、空気、水素、アンモニアまたはメタン等の反応性種のポ ート１１ての排出物流内への注入を制御することかできる。ポルト１１ては、対 象汚染物質（例、　ＰＡＣ’　ｓ）が９害燃焼生成種を低減させる。図示のごと く、注入ポート１１は検出手段２の下流に配置され、これによって排出物の組成 をリアルタイムで制御する。即ち、解析された排出物は、雰囲気中へ解放される 前に変性される。

図２において、５ワツトの連続波長アルゴンイオンレーザ３０が４８８ｎｍのビ ーム波長での光源として使用されている。径が約３ｍｍの出力ビーム３１は１１ ００Ｈｚの周波数で光チョッパ３２によって変調され、排出管５の内部７へ伝送 される。ビームは光ベン千３９内の光ポート及び最終的にバーナー側壁内のポー ト１８を介して操舵ミラー３３．３５によって指向される。高分子ｊｌＰＡｃ’ ＳからのＬＩＦ放射は、望ましくは紫外線及び／または可視範囲、更に好適には 約４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲で検出される。燃焼排出物中の高分子１ｉＰＡ ｃ’Ｓの蛍光励起のための波長は、可視、例えば４５０ｎｍ〜６５０ｎｍ、好適 には４５０〜５１５ｎｍの範囲であり、これに対して光源が使用される。パルス レーザを使用することもできる。検出された蛍光は、一般には、励起波長よりも 高い波長範囲とされることが多い。レーザ以外の照射源も、十分な強度が得られ れば使用可能である。

光学要素は、排出管へ単一の孔のみを必要とする小型装置が得られるように配設 されている。レーザビーム３１は、排出物流に対して例えば法線となる第１角度 でポート１８を介して指向され、一方排出物からのＬＩＦは例えば約１０度のビ ーム入力角θからオフセットした角度でポート１８を介して検出される（検出さ れたコーンの半角は、好適には３．１度であり、約３．１０が好適な場合もある ）。ポート１８は、ビーム幅よりも大きく、これによって検出器は光学的にビー ムサンプリング体積をアクセスできる。好適な実施例では、ポート１８の径は約 ３０ｃｍである。ＬＩＦ信号の良好なＳ／Ｎ比は、約０．　５ｃｒｎ３のサンプ リング体積（一般的システムでは約６０　Ｘ　３ｍｍの円柱領域）を構成するこ とによりて達成される。検出器は、排出物流の種々の軸方向位置において蛍光を サンプリングするためにビーム軸（矢印で示したように）に対して可動に構成さ れている（光ポートを多数使用可能であることか理解される）。

蛍光及び散乱を含む炉内のサンプルされた体積からの信号３４は、レンズ（不図 示）を含むレンス′系３８によって収集される。レンズは、孔またはスリット（ 不図示）」二で蛍光放射を集束する。検出器の前方には、入射ビーム波長を遮断 するためのフィルタ（不図示）か配置されており、これによって散乱光を排除す ることが可能となる。排出物の蛍光を走査するためにモノクロメータ４０（集束 長さが０．２５ｍ）が使用されている。モノクロメータを使用しない作用の場合 には、選択された波長に対して追加フィルタを使用することも可能である。パル スレーザを使用する場合、′ｄｋ続する蛍光放射の遅延特性をレーザ光線の入射 が認１することによって蛍光と池のレーザ誘起光線とを弁別することができる。

更に、レーザ誘起蛍光の偏光特性に基づいて弁別することか可能である。もしレ ーザビームか偏光されたならば、検出器における偏光解析器は蛍光（非偏光）及 び他の（偏光された）光線とを１別可能である。

通過してきた光は、モノクロメータ４０による波長選択の後、光電子増倍管（ｐ Ｎｘｎ　４２　＜液体窒素または熱電等の個別電力及び冷却手段４３を有する） に到達する。Ｐ〜ＩＴからの信号は、先チョッパ３２からのり照信号ヘロノクさ れたロックイン増幅器４６によって増幅され、これによって信号から背景ノイズ が除去される。増幅された「クリーン」信号は、Ａ／Ｄコンバータ４８によって デジタル化されると共に、データ獲１７システム４４へ報告される。

アナログまたはデジタル形態の信号かコントローラ２２へ報告される。該コント ローラ２２は、通常、収集されたＬＩＦ信号を解析するための解析手段５０を含 む。解析器４５は、比較機能を果たし、これにより排出物温度で好適には気体相 中で、検出されたＬＩＦ信号と既知の高分子ｆｉＰＡＣ’ｓのＬＩＦ信号とを比 較することによって高分子量ＰＡＣ’　ｓの存在を定めることができる。更に、 ＬＩＦ信号は、量子的に解析され、これによって信号強度の解析、及び前の実験 から定められた強度−濃度曲線との比較によって排出物中の高分子ｊｉＰＡＣ’ 　ｓの濃度が定められる。ストリノブチャートレコ〜ダまたはＣＲＴ等のディス プレイは、ＰＡＣＪ度のヒストグラフィック読み出しを発生することかできる。

システム２２はまた、上述したように制御ライン２５．２７．２９を介して伝送 された信号によって反応物の注入または燃焼パラメータの制御によってＰＡＣ’ 　ｓの生成を制御するための出力を発生するコントローラ５４を含む。また・制 御システム２２及びデータ獲得手段４４は、例えばパーソナルコンピュータ等の スタンドアローンコンピュータとして構成可能であることが理解される。単一波 長または挟波長項域もまた検出可能であり、高分子ＱＰＡＣ’ｓの存在と相関さ れ得る。

理論及び作用 図３において、排出物温度（及び、一般には、火炎または燃焼領域からの距ｉ１ ｉりの関数として、火炎または燃焼領域を超えた燃焼システムの排出物中のＰＡ Ｃ“Ｓに対する形成構成か示されている。燃焼プロセスの副生成物として、軽炭 化水素及びその基が形成され、これらは通常単環式芳香族化合物を形成するよう 再結合する。これらの種は、更に他の軽炭化水素例えば燃料またはピロ合成ＰＡ Ｃ’Ｓと結合し、これによって他の低分子量ＰＡＣ種を形成する。この低分子量 ＰＡＣとしては、更に結合して、実質生物学的活性に帰因する高分子量ＰＡＣ’ 　ｓ（５以上の環をもつ）を生成する２〜４個の環をもつものなどがある。合成 された化合物の安定性は、燃焼領域を超えて見いたされたものなどのように、低 温度で増大する。これは、更なる反応の酸化率が低減するからである。例えば２ ５０〜３５０℃の範囲での低温では、排出物内で単環式芳香族化合物が他の元素 と反応し、ダイオキシン及び／またはフラン等の高毒性化合物を形成する。ダイ オキシンの形成は、主にＰＡＣ前駆体の表面触媒反応によって発生する。ＰＡＣ ’　ｓが燃料中に存在することが多い商用燃焼における条件下では、高分子量種 のピロ合成は、「よりクリーン」な燃焼器（例：　純メタンを用いた）における よりも高い排出物中の温度及び濃度で発生する。このよりクリーンな燃焼器では 、ベンゼン等の種がまず形成され、これによって高分子量の種か副生され得る。

燃焼排出物中の高分子量ＰＡＣ’　ｓの存在は、ＬＩＦによって検出可能である 。

排出物流に沿った最適サンプリング位置は、種々の考慮に基づいて選択すること ができる。排出物は、フレームまたは燃焼領域即ち火炎のピａ合成領域を超えて 、排出物流に沿った点でサンプルすることができる。この点において、排出物温 度は高分離量ＰＡＣ’　ｓが存在する範囲内にあり、気体用中で安定即ち測定の 下流での変形を生しさせるクラッキングまたは反応性酸化等の反応を受ける可能 性が少ない範囲である。排出物はまた、排出物温度がＰＡＣ’　ｓが気体用から 濃縮する温度より高く且つ過度なすす化が生じる温度よりも低い点でもサンプル することができる。この双方の作用は、気体用からＰＡＣを除去し蛍光信号を消 すことによってＬ［Ｆの感度を低減する。しかしながら、商用バーナー中にしば しば見いだされる高すす化条件下であっても、高分子量ＰＡＣ’　ｓからのＬＩ Ｆはなお検出可能である。

一般に、ＬＩＦｉｌ＋定装置は、火炎または燃焼領域の下流の排出物を、好適に は排出物温度が約２００〜１２００℃、好適には２５０〜５００℃、そして更に 好適には、幾つかの実施例では約２５０℃である点てサンプルするように配置さ れている。ＬＩＦ測定装置は、燃焼排出物が低温例えば約１３０℃であり、蒸気 圧平南によって気体相中に存在するＰＡＣが低濃度である領域で排出物をサンプ ルすることができる。約０．２５ｍｗの典型的な燃焼システムでは、排出物は主 反応領域から約１ｍまたはそれ以上の下流側でＬＩＦによってサンプルされるこ とが好適である。

低温例えば蒸気範囲内におけるＬＩＦの検出は、高分子ｊｉｌＰＡｃ’ｓの環境 寄与をモニタするために特に有利である。というのは、低温では、これらの耐熱 性化合物は、他の種へと反応しまたは変性しにくいからである。従って、測定は 、排出物からの高分子−ｆｎＰＡｃ’　ｓの実際の環境寄与を表す。

高温例えば上述した範囲内でのＬＩＦ信号の検出は、反応性種の注入によって燃 焼条件を制御するシステム中で特に有利である。この場合、高分子量ＰＡＣの存 在の瞬間測定を可能とする検出システムは、注入装置の上流に配置することかで き、これによって燃焼排出物のリアルタイム制御か可能となる。このような排出 物の瞬間検出及び制御は、種々の廃棄物の焼却等の一時的または不均一燃焼条件 によってＰＡＣ’　ｓ等の毒素を含む排出物の「バフ」か種々の時間に生起され るバーナーシステムにおいて持に有用である。

多ＬＩＦ検出ステーションもまた有用であることか理解される。反応性種注入ボ ートの上流及び下流でのＬＩＦ解析によって、上流解析に応答した排出物のリア ルタイム制御が可能になる一方、注入システムによる排出物制御効率の確認は下 流での解析によって与えられる。単一下流解析システムを、反応性注入効率及び 注入を変化させるためのフィードバックのために使用されるＬＩＦ解析の効率を 定めるために使用可能することができる。

排出物は、スタックからサンプルされ、加熱セル等のサンプリングシステムへオ フラインで送出される。ＰＡＣ’　ｓを吸収するためのチャーコールフィルタ等 のフィルタ手段の後段で、排出物をサンプルする二とも有利である。高分子量体 に対するＬＩＦ測定の高感度は、このようにして、フィルタ及び環境寄与の効率 を表すこととなる。高分子量ＰＡＣ’　ｓが十分な濃度（ｌｐｐｂ未満で十分） で存在する排出物流に沿った位置からＬＩＦをサンプルし、更に次のサンプリン グが、検出された蛍光が対象高分子ｊｉＰＡｃ’　ｓに主に帰因し得る位置から 発生する。特定の燃焼システム内におけるサンプリングのための排出物流に沿っ た位置は、排出物のサンプルを収集すると共に排出物組成を定めることによって 定めることができる。例えば、高分子量及び低分子ｊｉｌＰＡｃ’　ｓの相対濃 度は、従来のプローブサンプリング及び化学サンプリングでアセナフタレン等の 検出されたＬＩＦ信号中の低分子量ＰＡＣ’　ｓからの蛍光の実質寄与が回避さ れまたは無視できるように、排出物流に沿った位置を選択することによって定め ることができる。

一般に、コロネン（７員環）等の高分子量ＰＡＣ’　ｓからの気体用排出物温度 蛍光信号は、ナフタレン（２員環）、アセナフタレン（３員環）、アントラセン （３員環）、ペナントレン（３員環）、フルオランテン（３員環）及びピレン（ ４員環）等の低分子量ＰＡＣ’　ｓよりも強い大きさと同じ程度であり、これは 励起波長等のファクタに依存する。励起波長の適切な選択もまた、高分子ｊｔＰ ＡＣ’　ｓの選択検出を可能とする。例えば、ナフタレン、アセナフチレン、ペ ンアントレン及びピレンは、４８８ｎｍで励起された時は実質上蛍光を発せず、 フルオロアンテンは比較的弱く蛍光を発する。コロネン等の高分子ｊｌＰＡｃ″ 　Ｓは、この励起波長で強く蛍光を発する。一般に、より高い波長励起によって 低分子量種からより少ない蛍光が発生する。

高分子ｊｉｉＰＡＣ’　ｓの強蛍光により、（ｌｐｐｂまたはそれ未満で検出可 能な）これらの化合物は、同様に蛍光性であるより低い分子２種がより高い濃度 で存在する時も、実質蛍光に寄与し得る。幾つかの場合には、高温において、検 出された信号への蛍光に寄与するアセナフタレン等のより高温の低分子ｊｌＰＡ ｃ’　ｓは一般に低、ａ度であり、検出ｙれたＬＩＦ信号へは実質上寄与しない が、一方丈に低い１度で存在する高分子ＱＰＡＣ’ｓからの信号は検出ｉ’Ｔ能 である。幾つかのシステムでは、低分子量ＰＡｃ’ｓのｌ濃度は、燃焼領域から 所定距離でピークとなる。低分子ＰＡＣ’　ｓの濃度か低減し始めた時、このピ ークから上流または下流の位置でＬＩＦを検出する二とが望ましい。高分子１１ ＰＡｃ’ｓの濃度は、低分子量ピークから下流の位置でピークとなり、この場合 には高分子量ピークはサンプリングに対してＷｉｌｌな位置となり１７る。また 、低分子量ｌａａ度−クから上流点で排出物をサンプルする二とも好適である。

この場合、高分子量体は低ｌａ度であるが、強蛍光信号によって信頼性の高い検 出か可能となる。これは、高分子量しゅよりも１１１度か高い低分子ｆｆ１ＰＡ ｃ’ｓが検出された信号に対して有効な寄与をなさないからである。

更に、高分子Ｐ、ＡＣ’ｓの存在及び濃度は、低分子＠ＰＡＣ’　ｓ　（それら から高分子ｆｉＰＡｃ’　Ｓが合成されたもの等。図３　＃　＠　）及び通常は その低濃度（通常０．１ｐｐｂ　（０１，ｎｇ／ｍ３）またはそれ未満）及び乏 しい蛍光特性のために、ＬＩＦで検出する二とか遥かに困難な塩化炭化水素等の 毒素を含む他のＰＡＣ’ｓの存在及び濃度に関連させることが可能である。高分 子量ＰＡｃ’ｓは、このようにしで、燃焼プロてス中におけるこれら他のＰＡＣ ’　ｓに対する代用物として検出する二とができる。

ＬＩＦ信号強度と高分子量ＰＡＣ’ｓの量との間の相関は、Ｐ−ＡＣ’ｓの熱サ ンプルを用いた加熱セル中におけるオフラインＬＩＦ実験によって定められる。

ＬＩＦ信号強度は、また、排出物中に存在するＰ−ＡＣ’ｓの総和と相関可能で ある。相関関数は、同時ＬＩＦ及び従来のプローブサンプリング及び解析によっ て確認可能である。高分子ＱＰＡＣ’ｓからのＬＩＦ信号とダイオキシン等の他 のＰＡＣ’　ｓの存在及び濃度との相関は、従来の直接プローブサンプリング及 び化学解析によって確認することも可能である。

実験 例１ 種々の適切な高分子＠ＰＡＣ’　ｓのＬＩＦ信号に対する温度の作用及びＬＩＦ による検出限界かセル実験で研究された。セル実験では、ＬＩＦ信号は、既知の 濃度で加熱されたセル内へ注入された既知の高分子１１ＰＡｃ’ｓに対して定め られる。５員環未満のＰＡＣ種（アントラセン、３員環）からのＬＩＦもまた測 定され、ＬＩＦ信号強度と高分子量ＰＡＣ’　ｓとの比較が行われた。

図４において、セル６０はオーブン６２内に配置されている。セル６０はウィン ドウ６４、ジクロロメタン等の溶媒中に存在するＰＡＣサンプルの注入のための 流入口６１、及び窒素等の不活性気体でパーンするための流入口６３を有する。

図２に示したような光学系によってビーム３］か発生し、検出系４５はウィンド ウ６４からＬＩＦ信号を検出する。スペクトルは、異なる温度で異なる濃度に対 して記録され、これによって検出限界を定めるための温度及び濃度依存性を定め ちれる・ 図５において、７個の環を有する高分子量ＰＡｃであるコロネンのサンプルから のＬＩＦ信号が８００℃で１ｏｐｐｍとして示されている。４８８ｎｍの励起波 長を用いて、約２０分間にわたって４８０〜６３０ｎｍの範囲で走査か行われた 。データは、ｌｎｍスペクトル帯域幅のビンに分類する二とによって処理され、 ビン毎に平均化された。これらの平均より、図示されたスペクトルは、４９５〜 ６３０ｎｍの間で総室光を得るように構成された。レーサバワー出力は、実験を 通して１，３Ｗに保持され、信号は正規化されなかった。増幅において、０．　 ３秒の時定数が信号中の高周波変動をろ過するために使用された。

コロネンの場合、定量的に、信号強度は３００℃〜８００℃の間で増大しく蒸気 相濃度の増大によるものと考えられた）　、８００℃〜１２００℃の間でわずか に減少した（熱分解によるものと考えられた）。そして、蛍光スペクトルは、約 ３００〜１２００℃の範囲にわたって、定量的には有効な変化をしなかった。１ ７０℃での検出限界は、体積ベースで少なくとも約１ｐｐｂとなるように定めら れた。

図５８は、６個の環を育する高分子量ＰＡＣであるベンゾ（ＧＨＩ）ペリレンに 対するＬＩＦスペクトルを示す。このスペクトルは、１０ｐｐｍのサンプル濃度 で１７０”Ｃのセル温度で上述した光学パラメータを用いてとられた。

図５ｂは、３個の環をもつＰＡＣであるアントラセンのスペクトルを示す。この スペクトルは、上述した光学パラメータを用い、セル温度が１７０℃、サンプル 濃度が１１００ｐｐ、そして図５及び５ａにおける高分子量ＰＡＣ’　ｓのスペ クトルよりも高い１０のファクタでとられた。

図５ｂのＰＡＣ（３ｉ環）のスペクトルと図５及び５ａの高分子量ＰＡＣ’　ｓ （それぞれ７員環及び６員環）のスペクトルとの比較より明かなように、高分子 ｆｉＰＡｃ’　Ｓからの蛍光放射は、３員環ＰＡＣの１０倍大きな濃度に関わら ず、高分子ｊｉｌＰＡｃ’　Ｓからの蛍光放射がはるかに大きい（蛍光強度スケ ールは、図５−５ｂに対するものと同し）。比較的強度な蛍光性の低分子ｆｉＰ ＡＣであるフルオレンテン（４員環）からの感度デー夕でも、コロネンよりも約 ４のファクタだけ小さい検出限界が示された。

例２ 乱流拡散火炎中に発生した排出物からの蛍光は、んＨＴ燃焼研究所に設置された 燃焼システムを用いて測定された。これは、Ｂｅｅｒ他によってＥＰＲＩ　Ｒｅ ｐｏｒｔ、５ｕｐｒａに詳述されている。略述すれば、この燃焼システムは、天 然ガス、石油留出物、石炭、浦、溶媒精製石炭及び純粋化合物の燃焼に適用可能 なペイロットスｌ、−−ル３メガワット熱燃焼バーナーである。この実験では、 トルエンがドープされた天然ガス火炎が使用された。

図６は、大規模システムから１すられたＬｒＦスペクトルを示す。レーザビーム は、排出物温度か約１２００℃（主反応頭載から約２ｍ）の点てバーナーから約 ３ｍ下流で排出物管内・＼導入された。４８８ｎｍでのピークは、粒子濃度に対 するメジャーである散乱に起因するものである。このことは、Ｆ、Ｂｅｒｅｔｔ ａ。

Ａ、Ｃａｖａｌｉｅｒｅ及びＡ、Ｄ’　Ａｌｅｓｓ　ｉｏによる５ｏｏｔ　ａｎ ｄＰＡＨＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ　ｉｎ　Ｏｉｌ　５ｐｒａｙ　Ｆｌａｍｅ ｓ　Ｉｎｆｅｒｒｅｄ　ｂｙ　Ｅｌａｓｔｉｃ　ａｎｄ　ＩｎｅｌａｓｔｉｃＬ ａｓｅｒ　Ｌｉｇｈｔ　Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ”、ＮｉｎｅｔｅｅｎｔｈＳｙｍ ｐｏｓｉｕｍ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）　ｏｎ　Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ、 ｐｐ、１３５４−１３６７、Ｔｈｅ　Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔ ｅ、　１９８２等に記載されている。

例１で述べたようにして得られたコロネン及びベンゾ（ＧＨＩ）ペリレン等の純 粋高分子量化合物からの蛍光及び火炎排出物からのスペクトルは、良好な対応性 を示す。コロネンは、直接プローブサンプリング及び従来化学解析実験でも見い だされた。この実験では、各サンプルは排出物流に沿ってＬＩＦが検出されたの と同じ位置で収集された。

例３ 排出物流に沿った種々の位置における乱流拡散火炎燃焼システム（例２に示すよ うに）においてＬＩＦ信号が測定される実験が行われ、各サンプルは直接プロー ブにより収集されると共に、高分子量ＰＡＣ’　ｓの存在を確認するために排出 物流に沿った同じ位置から化学的に解析され、ＬＩＦ信号の関数として高分子量 ＰＡＣ’　ｓの濃度を相関させる。天然ガスは、主燃料として燃焼室内へ導入さ れ、トルエン及び塩化メチル双方が、温度が約１２００℃である領域内における 天然ガス火炎の端部近傍の位置で注入された。この最初の段階における燃料当量 比は、若干冨燃料であった。副次空気がバーナーの３．４ｍＴ流で付加され、臨 時に純粋酸素がバーナーから５．３ｍ１ｌれた距離で注入され、これによって排 出物が環境に排出される前に不完全燃焼の精製物からの燃焼ガス流を清浄化する ことができる。

使用されたＬＩＦシステムは、４８８　ｎ　ｍに固定された５Ｗし〜ザ、３００ ｎｍと８００ｎｍとの間の波長を走査可能なモノクロメータ、光電子増倍管、ロ ックイン増幅器、データ処理システム、及びビーム及び信号を集束させるための 一連のレンズを含む、図２に示したものとほぼ同じものである。このシステムは 、従来のサンプリング点に対応する点に配置された。

従来のサンプリングは、サンプリングシステムで揮発性有機物及びすすを収集す ることによって行われた。このサンプリングシステムは、サンプリングプローブ 、水を除ノーするためのアイストラップ、及びａ機化合物を吸収するための３段 ノクロロメタ＞　（ＤＣＭ）　トラップを含む。収集された木は塩化メチレノ− Ｃ抽出され、その後双方か合成され、ｋｕｄｅｒｎａ−Ｄａｎｉｓｈ！気濃縮器 内で約９００ｍ１から約６ｍｌへ濃縮された。

収ｉされた濃縮物は、その後、マススペクトロメータ（ＧＣＭＳ）　、フーリエ 変換赤外線検出Ｓ　（ＧＣ−ＦＴＩＲ）　、または火炎イオン化検出器（ＧＣ− ＦＩＤ）、のいずれかと直列にガスクロマトグラフを用いて、そして高圧液体ク ロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）によって解析される。高圧液体クロマトグラフィ ーは、主に高分子２種を確認するために使用される。従来のサンプリング手段の 詳細は、〜ＩＩＴ　Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　Ｆａｃｉｌｉｔｙ　ＮＩＥＨ３Ａｎ ｎｕａｌＲｅｐｏｒｔ、１９８８に記載されている。

図７−７３において、レーザ誘起蛍光強度及びコロネンの濃度（図７）及びＰＡ Ｃ’　ｓの総和（図７ａ）のグラフが示されている。ＰＡＣ’ｓの総和中に含ま れるＰＡＣ’　ｓは表１の例４に列挙されている。グラフ中の各データ点は、排 出物流に沿った異なる位置でのサンプリングを表す。

データか示すように、ＬＩＦ信号強度とのコロネン１文（図７）及び表１のＰＡ Ｃ’　ｓの総和（図７ａ）との間には実質的対応関係が存在する。

例４ 表１において、上述した収集及び化学解析により辱られた種々の燃料の乱流拡散 火炎の排出物からの種々のＰＡＣ’ｓの相対濃度（ｍｇ／ｎｏｒｍａ　１　ｍ３ ）に対するデータが与えられている。全てのサンプルは、排出物流に沿った排出 物温度か１２００℃であった同じ位置から収集された。排出物流人では、純粋メ タンが燃料として使用された。排出物流Ｂでは、約８００１）Ｉ）ＩＴＩのトル エンがメタン中へ注入された。排出物流Ｃては、それより少ない５００ｐｐｍの トルエンか注入された。トルエンか注入された火炎は、廃棄物焼却システム等の 商用焼却システム中の燃焼に近接し、これはＰＡＣ’ｓを含釘することか多い。

データか示すように、トルエニかドープされた火炎（排出物ａＢ及びＣ）は、純 粋メタン火炎（排出物流人）よりも大きな量のＰＡＣを生成する。全ての排出物 流において、高分子ｆｉＰＡＣ’ｓの有効量か存在した。

他の実施例は特許請求の範囲に記載した。

コロ千／の１０ｐｐｗ７員環化合物 波長（ｎｍ） ベンゾ（ＧＨＩ）ペリレンの１０ｐｐｓ６員環化合物波長（ｎｍ） 波長（ｎｍ） ＦＩＧ、　５ｂ ＬＩＦ信号とコロネン濃度との最良適合Ｙ、０．０００３１”Ｘ＋Ｏ，ＯＯアロ ＰＡＣ４ｌ１度（ｍｇ／ｎｍ３） ＬＩＦ信号と主要高分子ＰＡＣ−５の 総和濃度との最良適合 Ｙ−０，００１３１３’Ｘ＋０Ｊ１１３５国際調査報告 フロントページの続き （７２）発明者　サロフィム　アデル　エフアメリカ合衆国　マサチューセッツ 州　ミルトン　コーリーレーン　３３ （７２）発明者　ジジェン　ジャン　エフアメリカ合衆国　マサチューセッツ州 　ケンブリッジ　アプト２　マガジンストリート　２４ （７２）発明者　トーカン　メイジュド　ニーアメリカ合衆国　マサチューセッ ツ州　ウェルスレイ　プリストールロード　１９０

Claims (43)

【特許請求の範囲】
1. １．燃焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓ（多くの芳香環を有する化合物）の存 在を検出する方法において、 ５個以上の環を有する高分子量ＰＡＣ′ｓの排出物中における存在を検出するス テップと、 前記高分子量ＰＡＣ′ｓが存在する、排出物流に沿った位置を選択するステップ と、 気体相中における前記高分子量ＰＡＣ′ｓにより吸収される波長を有する光線で 前記位置からの排出物を照射するステップと、照射された排出物からの蛍光を検 出するステップと、蛍光を気体相中の高分子量ＰＡＣ′ｓの既知蛍光と比較する ことによって解析し、排出物中の高分子量ＰＡＣ′ｓの存在を定めるステップと 、を含むことを特徴とする燃焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出方法 。
2. ２．請求項１に記載の方法において、前記選択ステップは、更に、排出物流に沿 って位置を選択するステップを含み、検出された蛍光は、高分子量ＰＡＣ′ｓが 存在する時に高分子量ＰＡＣ′ｓから優勢であることを特徴とする燃焼システム の排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出方法。
3. ３．請求項１に記載の方法において、更に、約１０ｐｐｍまたはそれ未満の濃度 範囲で高分子量ＰＡＣ′ｓを検出するステップを含むことを特徴とする燃焼シス テムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出方法。
4. ４．請求項１に記載の方法において、更に、前記排出物流は、約１２００℃未満 であり且つ実質的にすす化が生じる温度よりも低い温度であることを特徴とする 燃焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出方法。
5. ５．請求項１に記載の方法において、前記排出物温度は、約２５０℃であること を特徴とする。
6. ６．請求項１に記載の方法において、前記排出物温度は、約２５０℃〜１２００ ℃の間であることを特徴とする燃焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出 方法。
7. ７．請求項１に記載の方法において、前記解析ステップは、更に、前記蛍光の強 度を解析するステップと、該強度を前記ＰＡＣ′ｓの濃度と相関させるステップ と、を含むことを特徴とする燃焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出方 法。
8. ８．請求項１に記載の方法において、更に、前記高分子量ＰＡＣ′ｓからの蛍光 を他のＰＡＣ′ｓの存在と相関させるステップを含むことを特徴とする燃焼シス テムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出方法。
9. ９．請求項８に記載の方法において、更に、前記蛍光の強度を前記他のＰＡＣ′ ｓの濃度と相関させるステップを含むことを特徴とする燃焼システムの排出物中 のＰＡＣ′ｓの存在検出方法。
10. １０．請求項８または９に記載の方法において、前記ＰＡＣ′ｓは、塩化ダイオ キシン及びフラン及びＰＢＣ′ｓから成る群から選択されることを特徴とする燃 焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出方法。
11. １１．請求項１に記載の方法において、更に、前記検出及び解析に応答して前記 排出物中の組成を構成するステップを含むことを特徴とする燃焼システムの排出 物中のＰＡＣ′ｓの存在検出方法。
12. １２．請求項１１に記載の方法において、前記構成ステップは、前記排出物中へ 反応性種を注入するステップを含むことを特徴とする燃焼システムの排出物中の ＰＡＣ′ｓの存在検出方法。
13. １３．請求項１２に記載の方法において、更に、前記排出物のリアルタイム制御 のために、選択された位置の下流で前記反応性種の注入が発生するように前記排 出物流に沿って前記位置を選択するステップを含むことを特徴とする燃焼システ ムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出方法。
14. １４．請求項１１に記載の方法において、前記構成ステップは、燃焼条件を制御 するステップを含むことを特徴とする燃焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存 在検出方法。
15. １５．請求項１に記載の方法において、前記高分子量ＰＡＣ′ｓは７個以上の環 を有することを特徴とする燃焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出方法 。
16. １６．請求項１１に記載の方法において、前記高分子量ＰＡＣ′ｓは、シクトベ ンタ［ｃｄ］ピレン、１、３ジ−インドピレン、ベンゾ（ｂ）フルオランテン、 ベンゾ（ｋ）フルオランテン、ベンゾ（ａ）ピレン、ベンゾ（ｇｈｉ）ペリレン 、１、２、３、１′、２′、３′、ジインドピレン、アンタントレン、コロネン 、ベンゾ（ａ）コロネン、ベンゾ（ｎ）ベリレン、ナフトコロネン、及びオバレ ンから成る群から選択されることを特徴とする燃焼システムの排出物中のＰＡＣ ′ｓの存在検出方法。
17. １７．請求項１に記載の方法において、前記照射ステップは、約４００〜５１５ ｎｍの間の波長を有する光線で前記排出物を照射するステップを含むことを特徴 とする燃焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出方法。
18. １８．請求項１７に記載の方法において、前記波長は約４８８ｎｍであることを 特徴とする燃焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出方法。
19. １９．請求項１７または１８に記載の方法において、前記光線は、レーザにより 供給されることを特徴とする燃焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出方 法。
20. ２０．請求項１、１７または１８のいずれかに記載の方法において、前記検出さ れた蛍光は、約６５０ｎｍまでの照射波長からの範囲内にあることを特徴とする 燃焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出方法。
21. ２１．燃焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在を検出する装置において、排 出物流を、排出物が５個またはそれ以上の高分子量ＰＡＣ′ｓを含む位置でサン プルするように配設されたサンプリング手段と、気体相中で前記高分子量ＰＡＣ ′ｓにより吸収される波長を有する光線で排出物を照射するよう構成された照射 手段と、前記照射された排出物からの蛍光信号を検出する検出手段と、気体相中 の高分子量ＰＡＣ′ｓの既知蛍光信号との比較によって前記信号を解析する解析 手段と、 を含むことを特徴とする燃焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出装置。
22. ２２．請求項２１に記載の装置において、前記照射装置は排出物排出管に沿って 位置決めされるように配設され、 前記照射手段及び検出器は、前記排出物が前記管壁中の単一孔を通過するビーム によって照射され、該孔を通過する蛍光が検出されることを特徴とする燃焼シス テムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出装置。
23. ２３．請求項２２に記載の装置において、前記ビームは前記孔を第１角度で通過 し、前記検出器は前記ビームに対して第２角度で位置決めされることを特徴とす る燃焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出装置。
24. ２４．請求項２１に記載の装置において、約０．１〜５ｃｍ３のサンプリング体 積に作用するように構成配設されていることを特徴とする燃焼システムの排出物 中のＰＡＣ′ｓの存在検出装置。
25. ２５．請求項２１に記載の装置において、前記照射手段は、約４００〜４１５ｎ ｍよりも大きな波長を有する光線で前記排出物を照射するよう構成されているこ とを特徴とする燃焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出装置。
26. ２６．請求項２５に記載の装置において、前記照射手段は、レーザであることを 特徴とする燃焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出装置。
27. ２７．請求項２５に記載の装置において、前記検出器は、照射波長よりも大きな 波長で蛍光を検出するように構成されていることを特徴とする燃焼システムの排 出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出装置。
28. ２８．請求項２１に記載の装置において、前記高分子量ＰＡＣ′ｓは、７個以上 の環を有することを特徴とする燃焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出 装置。
29. ２９．請求項２１に記載の装置において、前記検出及び解析に応答して、前記排 出物中のＰＡＣ′ｓ量を構成するコントローラを含むことを特徴とする燃焼シス テムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出装置。
30. ３０．請求項２９に記載の装置において、前記コントローラは、燃焼条件を制御 するよう構成されていることを特徴とする燃焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓ の存在検出装置。
31. ３１．請求項２９に記載の装置において、前記コントローラは、反応性種を前記 排出物中へ注入するよう構成されていることを特徴とする燃焼システムの排出物 中のＰＡＣ′ｓの存在検出装置。
32. ３２．請求項２１に記載の装置において、前記解析器は、更に、前記蛍光の強度 を解析し、該強度を前記高分子量ＰＡＣ′ｓの濃度と相関させるよう構成されて いることを特徴とする燃焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出装置。
33. ３３．請求項２１に記載の装置において、前記解析器は、前記高分子量ＰＡＣ′ ｓの存在と他のＰＡＣ′ｓとを相関させるように配設されていることを特徴とす る燃焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出装置。
34. ３４．請求項３３に記載の装置において、前記解析器は、前記蛍光の強度を前記 他のＰＡｃ′ｓの濃度と相関させるように構成されていることを特徴とする燃焼 システムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出装置。
35. ３５．請求項３３または３４に記載の装置において、前記ハロゲン化炭化水素は 、塩化ダイオキシン及びフラン及びＰＣＢ′ｓから成る群から選択されることを 特徴とする燃焼システムの排出物中のＰＡＣ′ｓの存在検出装置。
36. ３６．拡散火炎燃焼システムの排出物中のダイオキシンの存在を検出する方法に おいて、 排出物流に沿った位置から前記排出物を照射するステップであって、排出物は、 ５個以上の環を有する気体相中の高分子量ＰＡＣ′ｓによって吸収される波長を 有するレーザ光線で約１２００℃未満の範囲内の温度を有するステップと、前記 排出物からのレーザ誘起蛍光信号を検出するステップと、気体相中の高分子量Ｐ ＡＣ′ｓの既知蛍光と比較することによって前記信号を解析するステップと、 前記高分子量ＰＡＣ′ｓからの蛍光と前記ダイオキシンの存在とを相関させるス テップと、 を含むことを特徴とする拡散火炎燃焼システムの排出物中のダイオキシンの存在 検出方法。
37. ３７．拡散火炎を有する商用燃焼システムにおける芳香性炭化水素の生成を制御 する方法において、 ５個以上の環を有する気体相中の高分子量ＰＡＣ′ｓによって吸収される波長を 有する光線で約１２００℃未満の温度を有する排出物流に沿った位置から前記火 炎からの排出物を照射するステップと、前記排出物からのレーザ誘起蛍光を検出 するステップと、前記検出に応答して、前記排出物の組成を構成するステップと 、を含むことを特徴とする拡散火炎を有する商用燃焼システムにおける芳香性炭 化水素の生成制御方法。
38. ３８．請求項３７に記載の方法において、前記構成ステップは、燃焼条件を制御 するステップを含むことを特徴とする拡散火炎を有する商用燃焼システムにおけ る芳香性炭化水素の生成制御方法。
39. ３９．請求項３７に記載の方法において、前記構成ステップは、反応性種を前記 排出物中へ注入するステップを含むことを特徴とする拡散火炎を有する商用燃焼 システムにおける芳香性炭化水素の生成制御方法。
40. ４０．約１０ｐｐｍまたはそれ未満の気体相濃度範囲内で５個以上の環を有する 高分子量ＰＡＣ′ｓの存在を検出する方法において、気体相中における前記高分 子量ＰＡＣ′ｓによって吸収される波長を有する光線で前記高分子量ＰＡＣ′ｓ を照射するステップと、前記照射されたＰＡＣ′ｓからの蛍光を検出するステッ プと、前記蛍光を解析し、前記排出物中における高分子量ＰＡＣ′ｓの存在を定 めるステップと、 を含むことを特徴とする高分子量ＰＡＣ′ｓの存在検出方法。
41. ４１．請求項４０に記載の方法において、前記濃度範囲は、約１ｐｐｍまたはそ れ未満であることを特徴とする高分子量ＰＡＣ′ｓの存在検出方法。
42. ４２．請求項４０に記載の方法において、前記濃度範囲は約１ｐｐｂまたはそれ 未満であることを特徴とする高分子量ＰＡＣ′ｓの存在検出方法。
43. ４３．請求項４０〜４２のいずれかに記載の方法において、前記高分子量ＰＡＣ ′ｓは７個以上の環を有することを特徴とする高分子量ＰＡＣ′ｓの存在検出方 法。