JPH11218520A - ダイオキシン分析装置 - Google Patents
ダイオキシン分析装置Info
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- JPH11218520A JPH11218520A JP10020653A JP2065398A JPH11218520A JP H11218520 A JPH11218520 A JP H11218520A JP 10020653 A JP10020653 A JP 10020653A JP 2065398 A JP2065398 A JP 2065398A JP H11218520 A JPH11218520 A JP H11218520A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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を高感度に分析する分析装置を
提供する。 【解決手段】 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１
３内に照射し、共鳴増感イオン化過程にて分子イオン１
８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。
オキシン及びその誘導体を高感度に分析する分析装置を
提供する。 【解決手段】 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１
３内に照射し、共鳴増感イオン化過程にて分子イオン１
８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。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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にて集光レンズし、真空チャンバー１
３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のようにし
ている。
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にて集光レンズし、真空チャンバー１
３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のようにし
ている。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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 個
／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。
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 個
／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。
【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。
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。
【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、十分が感度を得ることが
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。
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、十分が感度を得ることが
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のダイオキシン測定装置の概略図であ
る。
る。
【図２】高感度測定用スリットノズルの概略図である。
【図３】図２の正面図である。
【図４】従来のスリットノズルの概略図である。
【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。
す図である。
【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。
の概略図である。
【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。
ズルの概略図である。
【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。
スペクトル図である。
【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。
スペクトル図である。
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
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年３月１１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【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なようにしてい
る。
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なようにしてい
る。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【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、十分な感度を得ることが
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。
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、十分な感度を得ることが
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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｊ 49/10 Ｈ０１Ｊ 49/10 49/40 49/40
Claims (4)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【請求項４】 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
徴とするダイオキシン分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10020653A JP2941762B2 (ja) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | ダイオキシン分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10020653A JP2941762B2 (ja) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | ダイオキシン分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11218520A true JPH11218520A (ja) | 1999-08-10 |
| JP2941762B2 JP2941762B2 (ja) | 1999-08-30 |
Family
ID=12033189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10020653A Expired - Fee Related JP2941762B2 (ja) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | ダイオキシン分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2941762B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002540438A (ja) * | 1999-03-25 | 2002-11-26 | ゲーエスエフ−フォルシュングスツェントルム フュア ウムヴェルト ウント ゲズントハイト ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 指向性かつ冷却されたガス噴流を発生させるためのガス入口 |
| US6573493B1 (en) | 1999-10-26 | 2003-06-03 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Method and apparatus for laser analysis of dioxins |
| JP2007171064A (ja) * | 2005-12-26 | 2007-07-05 | Nippon Steel Corp | ガス分析用Ｊｅｔ−ＲＥＭＰＩ装置 |
-
1998
- 1998-02-02 JP JP10020653A patent/JP2941762B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002540438A (ja) * | 1999-03-25 | 2002-11-26 | ゲーエスエフ−フォルシュングスツェントルム フュア ウムヴェルト ウント ゲズントハイト ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 指向性かつ冷却されたガス噴流を発生させるためのガス入口 |
| JP4838423B2 (ja) * | 1999-03-25 | 2011-12-14 | ゲーエスエフ−フォルシュングスツェントルム フュア ウムヴェルト ウント ゲズントハイト ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 指向性かつ冷却されたガス噴流を発生させるためのガス入口 |
| US6573493B1 (en) | 1999-10-26 | 2003-06-03 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Method and apparatus for laser analysis of dioxins |
| SG99872A1 (en) * | 1999-10-26 | 2003-11-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method and apparatus for laser analysis of dioxins |
| JP2007171064A (ja) * | 2005-12-26 | 2007-07-05 | Nippon Steel Corp | ガス分析用Ｊｅｔ−ＲＥＭＰＩ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2941762B2 (ja) | 1999-08-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990525 |
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