KR20010103041A - 화학물질 검출 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

불순물에 부착한 검출 대상 물질을 분해하여, 검사 대상 물질에 특유한 화학물질을 불순물로부터 탈리시키는 화학물질 분해수단(10)과, 화학물질을 검출하는 화학물질 검출수단(30)과, 화학물질을 화학물질 검출수단(30)에 선택적으로 도입하는 필터(50)를 갖고, 화학물질 검출결과에 기초하여 검사 대상 물질을 간접적으로 검출한다. 이것에 의해서, 다이옥신등 불순물 입자에 부착한 형태로 발생하는 화학물질을 포함하여, 각종의 화학물질을 고감도 및 실시간으로 측정할 수 있다.

Description

화학물질 검출 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING CHEMICAL SUBSTANCE}
근년, 다이옥신 류에 의한 환경오염의 문제 등, 대기중의 미량의 화학물질에 기인하는 환경오염이 관심을 모으고 있다. 이런 이유로, 대기중의 미량의 화학물질을 검출하고, 물질동정, 농도측정을 행하는, 소위 환경 감시 시스템의 필요성이 높아지고 있다.
대기중에 존재하는 화학물질을 측정하는 종래의 방법으로서는, TENAX 등의 다공질 물질에 측정 기체를 흡착시켜, 이것을 가열하여 흡착한 화학물질을 방출하고, 질량분석계에 의해서 화학물질성분의 동정·정량화를 행하는 방법 (가열탈리 CG-MS:Gas Chromatography-Mass Spectroscopy) 등이 이용되고 있다.
또한, 대기중의 화학물질을 측정하는 다른 방법으로서, 측정 기체에 적외선을 조사하고, 흡수 스펙트럼을 분광 분석하는, 소위 FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)이 있다. 적외선 흡수 스펙트럼은 물질에 고유하기 때문에, 적외흡수 스펙트럼을 해석하는 것에 의해서 측정 기체 중의 화학물질을 동정하고, 농도를 정량화할 수 있다.
그러나, 가열탈리 GC-MS를 이용한 종래의 방법은 측정에 수십시간을 필요로하기 때문에, 측정의 실시간성이 결핍된 것이었다. 또한, GC-MS 투입용 칼럼 작성 작업은 연구실 등에서 행할 필요가 있어서, 환경을 그 장소에서 측정할 수 없으며, 측정결과를 환경관리에 피드백 하는 것이 곤란했다.
또한, 다이옥신등의 일정한 화학물질은 쓰레기 소각장으로부터 배출되는 연기등 불순물 입자에 부착한 형태로 발생하기 때문에, 이들 화학물질의 검출에 GC-MS를 이용하는 경우, 연기를 집진하여, 이것에 황산처리 등의 화학적 처리를 반복해서 적용한 후에 질량분석을 하는 번잡한 처리가 필요했다.
또한, FT-IR을 이용한 측정에는, 연기 입자가 적외선을 흡수, 또는 난반사하므로, 목적 화학물질의 스펙트럼을 정확하게 또는 고감도로 얻을 수 없었다.
본 발명은 대기중에 존재하는 환경오염물질 등의 화학물질을 동정하거나 또는 그 농도를 측정하는 화학물질 검출방법 및 장치에 관한 것이다.
도1은 본 발명에 의한 화학물질 검출 방법 및 장치의 원리를 나타내는 개략도이다.
도2는 본 발명에 적용할 수 있는 플라즈마 발생장치의 일예를 나타내는 도이다.
도3은 본 발명에 적용할 수 있는 프리에 변환 적외분광장치의 일예를 나타내는 도이다.
도4는 클로로페놀에 의한 적외선 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도5는 본 발명의 제1 실시형태에 의한 화학물질 측정방법 및 장치를 나타내는 개략도이다.
도6은 본 발명의 제2 실시형태에 의한 화학물질 측정방법 및 장치를 나타내는 개략도이다.
도7은 본 발명의 제3 실시형태에 의한 화학물질 측정방법 및 장치를 나타내는 개략도이다.
도8은 본 발명의 제4 실시형태에 의한 화학물질 측정방법 및 장치를 나타내는 개략도이다.
도9은 본 발명의 제5 실시형태에 의한 화학물질 측정방법 및 장치를 나타내는 개략도이다.
도10은 본 발명의 제6 실시형태에 의한 화학물질 측정방법 및 장치를 나타내는 개략도이다.
본 발명의 목적은 다이옥신등 불순물 입자에 부착한 형태로 발생하는 화학물질을 포함하여, 각종의 화학물질을 고감도 및 실시간으로 측정할 수 있는 화학물질 검출 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 불순물에 부착한 검출 대상 물질을 분해하고 상기 검사대상물질에 특유한 화학물질을 상기 불순물로부터 탈리시키는 화학물질분해수단과, 상기 화학물질을 검출하는 화학물질 검출수단과, 상기 화학물질을 상기 화학물질 검출수단에 선택적으로 도입하는 필터를 갖고, 상기 화학물질의 검출 결과에 기초하여 상기 검사 대상 물질을 간접적으로 검출하는 것을 특징으로 하는 화학물질 검출장치에의해서 달성된다.
또한, 상기 목적은 불순물에 부착한 검출 대상 물질를 분해하고 상기 검사대상물질에 특유한 화학물질을 상기 불순물로부터 탈리시키는 화학물질 분해수단과, 상기 화학물질을 검출하는 화학물질 검출수단을 갖고, 상기 화학물질의 검출결과에 기초하여 상기 검사대상물질을 간접적으로 검출하는 것을 특징으로 하는 화학물질 검출장치에 의해서도 달성된다.
또한, 상기 화학물질 검출장치에 있어서, 상기 화학물질 분해수단은 상기 검출 대상 물질에 자외선을 조사하기 위한 자외선 발생장치라도 좋다.
또한, 상기 화학물질 검출장치에 있어서, 상기 화학물질 분해수단은 상기 검풀 대상 물질을 플라즈마에 노출시키기 위한 플라즈마 발생장치라도 좋다.
또한, 상기 화학물질 검출장치에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는 고압의 전압 펄스에 의해서 플라즈마를 발생하도록 하여도 좋다.
또한, 상기 화학물질 검출장치에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는 마이크로 파에 의해서 플라즈마를 발생하도록 하여도 좋다.
또한, 상기 화학물질 검출장치에 있어서, 상기 화학물질 검출수단은 상기 화학물질을 포함하는 분위기에 적외선을 조사하는 적외광원과, 상기 분위기로부터 출사된 상기 적외선을 검출하는 적외선 검출기를 갖고, 검출된 상기 적외선의 흡광량에 기초하여 상기 화학물질을 검출하도록 하여도 좋다.
또한 상기 화학물질검출장치에 있어서, 상기 화학물질검출수단은 상기 화학물질을 주착시키는 적외투과기판과, 상기 적외투과기판에 적외선을 입하하는 적외광원과, 상기 적외투과기판내를 다중반사한 후에 상기 적외투과기판에서 출사되는 상기 적외선을 검출하는 적외선 검출기를 갖고, 검출된 상기 적외선의 흡광량에 기초하여 상기 화학물질을 검출하도록 하여도 좋다.
또한, 상기 화학물질 검출장치에 있어서, 상기 적외투과 기판에 자외선을 조사하는 것에 의해서 상기 적외투과 기판의 표면을 세정하는 자외선 조사장치를 더 갖도록 하여도 좋다.
또한, 상기 화학물질 검출장치에 있어서, 상기 화학물질 검출수단은 상기 적외선 검출기에 의해 검출된 상기 적외선을 분광분석하는 분광분석기를 더 갖고, 상기 화학물질의 종류를 동정하고 및/또는 상기 화학물질의 양을 정량화 하도록 하여도 좋다.
또한, 상기 목적은 불순물에 부착한 검출대상물질를 분해하고, 상기 검사대상물질에 특유한 화학물질을 상기 불순물로부터 탈리시키고, 탈리한 상기 화학물질을 검출하고, 상기 화학물질의 검출결과에 기초하여 상기 검사 대상 물질을 간접적으로 검출하는 것을 특징으로 하는 화학물질 검출방법에 의해서도 달성된다.
또한 상기의 화학물질 검출방법에 있어서, 탈리한 상기 화학물질을 상기 불순물로부터 분리한 후에 검출하도록 하여도 좋다.
본 발명에 의하면, 연기 입자에 흡착하고 있는 측정대상물질(예를 들면 다이옥신)을 분해하고, 이것에 의해서 발생되는 특유의 화학물질을 선택적으로 검출계에 도입하여 검출하고, 이것에 의해서 측정대상물질을 간접적으로 검출하므로, 연기 입자의 영향을 받지 않고 고감도로 측정대상물질을 검출하는 것이 가능하다.
또한, FT-IR을 이용한 검출계를 적용하는 것에 의해서 실시간으로 측정을 할 수 있게 되므로, 종래의 GC-MS를 이용한 측정방법과 비교하여 검출시간을 대폭 단축할 수 있다. 또한, 검출계에 다중 내부 반사 FT-IR을 적용하는 것에 의해서 측정 대상 물질의 검출 감도를 대폭 향상하는 것이 가능하다.
(본 발명의 원리)
본 발명에 의한 화학물질 검출방법 및 장치의 원리에 대하여 도1 내지 도4를 이용하여 설명한다.
도1은 본 발명에 의한 화학물질 검출방법 및 장치의 원리를 나타내는 개략도이고, 도2는 플라즈마 발생장치의 일예를 나타내는 도면이고, 도3은 프리에 변환 적외분광장치의 일예를 나타내는 도면이고, 도4는 클로로 페놀에 의한 적외선 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도1에 나타낸 것과 같이, 본 발명에 의한 화학물질 검출장치는 불순물에 부착한 검출 대상 물질을 분해하여 검출대상물질로 부터 특정의 화학물질을 탈리시키는 화학물질 분해수단(10)과, 그와 같이 탈리한 당해 특정의 화학물질을 선택하는 필터(50)와, 필터(50)를 투과한 당해 특정의 화학물질을 검출하고, 검출한 당해 특정의 화학물질의 양에 기초하여, 불순물에 부착한 검출 대상 물질의 양을 산출하는 화학물질 검출수단(30)을 갖는 것에 주요한 특징이 있다.
이하, 본 발명에 의한 화학물질 검출방법 및 장치의 각 구성부분에 대하여 각각 상술한다. 또한, 이하의 설명에서는 쓰레기 소각장등에 있어서 발생하는 다이옥신을 검출하는 경우를 예로 본 발명을 설명한다. 단, 본 발명에 의한 화학물질 검출방법 및 장치에 의하여 측정가능한 화학물질은 다이옥신에 한정되는 것은 아니며, 다른 환경 오염 물질, 예를 들면, 구조식
로 표현되는 폴리클로로디벤조푸란 (PCDF), 구조식
로 표현되는 PCB류 등에 있어서도 마찬가지로 적용될 수 있다.
(a) 화학물질 분석수단(10)
다이옥신은 정식으로는 폴리클로로디벤조-파라-디옥신(polychlorodibenzo-p-dioxin)이라고 말하며, 구조식
로 표현되는 구조를 가지고 있다. 구조식(화학식3) 중의 1 - 4 및 6 - 9의 위치에는 최고 8개까지의 염소원자가 들어오는 것이 가능하고, 염소의 총수와 위치에 따라서 75개의 이성체가 존재한다. 이들 이성체를 총칭하여 다이옥신 류, 혹은 간단히 다이옥신이라고 부르고 있다.
다이옥신 류는 주로 쓰레기 소각장의 소각재로 발생하고, 대부분의 것은 소각장에서 발생하는 연기 입자에 부착한 형태로 배출된다. 연기 입자는 그 분자량이 106- 108정도인 것에 대해서, 다이옥신 류의 분자량은 300 정도이므로, 다이옥신 류를 정확히 정량화 하기에는 연기 분자로부터 분리하는 것이 바람직하다.
다이옥신 류는 단체로 고체 결정이므로, 이 구조를 보지한 채 연기 입자로부터 분리하여 측정에 제공하는 것은 곤란하다. 그러나, 다이옥신에 높은 에너지을 가하는 것에 의하여, 반응식
로 표현되는 분해반응과, 반응식
로 표현되는 분해반응이 발생하는 것이 알려져 있다.
(화학식4)에 표현된 반응은 다이옥신에 자외선을 조사하는 것에 의하여 발생하는 것이고, 자외선의 조사에 의해서 다이옥신으로부터 염소가 탈리한다. 따라서, 탈리한 염소를 검출하는 것에 의해서, 간접적으로 다이옥신을 검출하는 것이 가능해 진다.
반응식(화학식4)에 기재된 반응을 발생시키기 위한 화학물질 분해수단으로는 연기 입자에 자외선을 조사하는 자외선 조사 광원을 적용하는 것이 가능한다. 자외선 조사 광원으로는 다이옥신의 염소의 결합 에너지보다도 큰 에너지를 갖는 광원을 적용한다. 예를 들면, Xe (크세논) 엑시머 광, 185 nm 와 254 nm의 발광파장을 갖는 저압수은등, 172 nm의 발광파장을 갖는 유전체 배리어 방전 엑시머 램프 등의 자외선 광원을 적용하는 것이 가능하다. 이와 같은 에너지를 갖는 광의 조사에 의해서, C-Cl 결합을 해리하고, 연기 입자에 부착하고 있는 다이옥신으로부터 염소가스를 분리하는 것이 가능하다.
또한, 반응식(화학식5)에 기재된 반응은 다이옥신에 플라즈마의 에너지를 공급하는 것에 의해서 발생하는 것이고, 연기 입자를 플라즈마에 노출시키는 것에 의해서 다이옥신이 분해하여 클로로페놀이라고 하는 물질이 발생한다. 클로로페놀은 상온에서는 액체이나 비등점이 175℃ 이고, 플라즈마 환경에서는 기화하여 연기 입자로부터 탈리한다. 따라서, 탈리한 클로로페놀을 검출하는 것에 의해서, 간접적으로 다이옥신을 검출하는 것이 가능하게 된다.
다이옥신에 플라즈마의 에너지를 공급하여 반응식(화학식5)에 기재된 반응을 발생시키기 위한 화학물질 분해수단(10)으로는, 예를 들면, 도2에 나타낸 것과 같은 플라즈마 발생장치을 적용하는 것이 가능하다. 게다가, 플라즈마라는 자유롭게 움직일 수 있는 전자와 이온이 충분히 존재하고, 거시적으로는 전하의 총계가 영과같은 기체이다. 플라즈마는 원자에 속박되어 있던 전자가 에너지를 얻어서 전리하는 것에 의해 발생하기 때문에, 기본적으로 높은 온도(전자온도, 이온온도, 기체온도)를 가지고 있다. 따라서, 핵융합, 레이저, 화학적 활성화 등, 여러가지 에너지원으로서 응용되고 있다.
본 발명에 있어서는, 공기중의 질소와 산소를 플라즈마화하여 그 에너지로 불순물 중의 화학물질을 분해·탈리한다. 예를 들면, 도2에 나타낸 것과 같이, 대향하는 평판 전극(20, 22)을 설치하고, 전극(20, 22)들 사이에 접속된 고전압 교류전원(24)에 의해서 고전압 교류전계를 인가하는 것에 의해, 이들 전극 사이에 플라즈마(26)를 발생시키는 것이 가능하다. 발생하는 플라즈마의 에너지는 전원전압, 전극간 거리 등의 매개변수에 의해서 결정된다.
플라즈마를 발생시키는 방법·장치는 다수 존재하지만, 대기압(1기압) 정도의 기체중에서 비교적 용이하게 발생시키기에는, 상술한 것과 같은 고전압 교류전원을 사용하는 방법과 마이크로 파를 사용하는 방법이 바람직하다. 본 발명에 있어서는 어느쪽의 방법을 적용하는 것이 가능하다.
(b) 화학물질 검출수단(30)
화학물질 검출수단(30)은 다이옥신으로부터 분리된 특정의 화학물질, 예를 들면, 염소와 클로로페놀을 검출하고, 그 농도로부터 다이옥신의 농도을 산출하는 것이다.
화학물질을 검출하는 수단에는 전술한 GC-MS 가스 크로마토그래피를 시초로하여 여러가지 수단을 생각할 수 있으나, 측정의 실시간성등을 고려하면, 적외선을 이용한 검출방법을 이용하는 것이 바람직하다. 그레서, 본 발명에서는 적외광의 흡수 스펙트럼을 해석하여 특정의 물질을 검출하는 프리에변환 적외분광법(Fourier Transform Infrared Spectroscopy: FT-IR)을 이용한다.
FT-IR은 원리적으로는 도3에 나타낸 것과 같이, 검출대상기체에 적외선을 조사하는 적외광원(32)과, 검출대상기체를 통과한 적외선을 검출하여 분광분석하는 분광분석기(34)에 의해서 실현된다. 특정의 화학물질이 혼입된 검출대상기체 중에 적외선을 입사하면, 그 물질이 적외선을 흡수하여, 출력광에 흡수 스펙트럼이 발생한다. 이 흡수 스펙트럼은 조사된 화학물질에 따라서 고유하다. 따라서, 검출대상기체에 적외선을 조사하고, 출력광을 분과하여, 흡수 스펙트럼을 분석하는 것에 의해서, 검출대상기체 중에 특정의 화학물질가 있는가 없는가을 판단할 수 있다.
예를 들면, 다이옥신이 분해하여 생기는 클로로페놀은 구조식
로 표현되나, 이것에 적외선을 조사하면 조4에 나타낸 것과 같은 흡수 스펙트럼이 얻어진다. 역으로, 쓰레기 소각장으로부터의 소각재를 플라즈마로 한 기체에 적외선을 조사하여 얻어진 흡수 스펙트럼이 도4와 같이 되면, 원래의 소각재는 다이옥신을 포함하고 있다고 판단하는 것이 가능하다.
또한, 적외선을 검출대상기체에 직접조사하는 방법 외에, 검출대상기체 중에 노출된 적외투과결정기판 내로 적외선을 입사하고, 그 기판 내부를 다중내부반사시켜, 기판으로부터 출사된 광을 검출·분광분석하는 검출방법을 이용하여도 좋다. 이와 같은 검출방법에 대하여는, 예를 들면, 특원평11-231495호 명세서에 상술되어 있다. 다중 내부반사 FT-IR을 이용하는 것에 의해서, 기체중에 직접 적외선을 조사하는 것보다도 높은 감도로 특정의 화학물질을 검출하는 것이 가능하다.
게다가, FT-IR에 의하면, 상술한 것과 같이 특정의 화학물질의 양을 검출하는 것이 가능한 외에, 화학물질의 종류를 동정하거나 혹은 그 양을 산출하는 것이 가능하다. FT-IR을 이용한 물질의 동정과 정량화에 대하여는, 예를 들면, 특원평11-95853호 명세서, 특원평11-231495호 명세서 등에 상술되어 있다. 또한, FT-IR에 대해서는 예를들면 다꾸마 미쯔오 편저 「FT-IR의 기초와 실제 제2판」(도경화학동인)에 상술되어 있다.
(c) 필터(50)
앞에서 설명한 것과 같이, 연기 입자는 그 분자량이 106- 108정도인 것에 대하여, 다이옥신의 분자량은 300정도이다. 따라서, 연기 입자에 직접 적외선을 조사한 경우, 대부분의 적외선을 연기 입자가 흡수해 버리고, 다이옥신의 흡수 스펙트럼을 관찰할 수 없게 될 우려가 있다. 따라서, 다이옥신을 감도 좋게 측정하기 위해서는, 다이옥신으로부터 분리한 특정의 화학물질(예를 들면, 클로로페놀)을 연기 분자로부터 분리한 후에 측정하는 것이 바람직하다.
연기 분자로부터 다이옥신으로부터 분리한 특정의 화학물질을 분리하는 수단으로서, 도1에 나타낸 것과 같이 화학물질 분해수단(10)과 화학물질 검출수단(30)의 사이에 필터(50)를 설치하는 것이 유효하다.
화학물질 분해수단(10)을 설치한 분해실(12)과 화학물질 검출수단(30)을 설치한 검출실(14)을 필터(50)에 의해서 경계를 정하고, 검출실(14)에 대하여 분해실(12)을 플러스 압력으로, 혹은 분해실(12)에 대하여 검출실(14)을 마이너스 압력으로 하는 것에 의하여, 분해실(12)의 기체가 필터(50)를 통과하여 검출실(14) 측으로 흐른다. 따라서, 필터(50)로는 연기 입자와 같이 분자량이 대단히 큰 입자를 통과시키지 않고 클로로페놀과 같이 분자량이 작은 입자를 통과시키는 물질을 적용한다. 일반적으로 연기 입자는 직경이 1㎛ 이상 이므로, 예를 들면 메시 크기가 1㎛의 발유성 방진 마스크등에 사용되고 있는 것과 같은 필터를 적용한다. 이것에 의해서, 다이옥신으로부터 분리된 특정의 화학물질 만을 검출실(14)에 선택적으로 도입하는 것이 가능하다. 또한, 검출실(14)에 대하여 분해실(12)을 플러스 압력으로 하기 위해서는, 예를 들면 검출실(12) 내에 소각 가스를 도입하는 검사대상도입수단(16)을 설치하면 좋고, 또 분해실(12)에 대하여 검출실(14)을 마이너스 압력으로 하기 위해서는, 예를 들면 검출실(14) 내의 가스를 배출하는 배기수단 (18)을 설치하면 좋다.
또한, 다이옥신의 검출 감도를 높이기 위해서는 필터(50)를 설치하는 것이 바람직하나, 연기 입자에 의한 적외선의 흡수가 적다든지, 다이옥신으로부터 분해한 특정의 화학물질에 의한 적외선 흡수 스펙트럼을 충분히 얻는 것이 가능한 경우에는 반드시 필터(50)를 설치할 필요가 있는 것은 아니다.
[제1 실시형태]
본 발명의 제1 실시형태에 의한 화학물질 검출방법 및 장치에 대하여 도5를 이용하여 설명한다. 도5는 본 실시형태에 의한 화학물질 측정방법 및 장치를 나타내는 개략도이다.
먼저, 본 실시형태에 의한 화학물질 측정장치에 대하여 도5를 이용하여 설명한다.
본 실시형태에 의한 화학물질 측정장치는, 쓰레기 소각재와 소각가스 등의 불순물에 포함된 측정대상물질(예를 들면 다이옥신)을 분해하여 특정의 화학물질(예를 들면 염소)을 탈리시키는 분해실(12)과, 소각가스에 포함된 측정대상물질을 분해하여 얻어진 특정의 화학물질을 검출하는 검출실(14)을 갖고, 분해실(12)과 검출실(14)의 사이가 연기 입자와 같은 분자량이 큰 물질을 차단하는 필터(50)에 의해서 경계가 정해져 있다.
분해실(12)에는 검사대상인 쓰레기 소각재와 소각가스 등의 불순물을 도입하는 검사대상도입수단(16)이 설치되어 있다. 분해실(12) 내에는 측정대상물질을 분해하여 특정의 화학물질을 탈리시키기 위한 자외선 광원(28)이 설치되어 있다.
검출실(14) 내에는, 적외광원(32)과 분광분석기(34)를 갖고, 소각 가스에 포함된 측정대상물질을 분해하여 얻어진 특정의 화학물질을 검출하기 위한 프리에변환 적외분광장치가 설치되어 있다. 검출실(14)에는 또한 검출실 내의 가스를 배출하는 배기수단(18)이 설치되어 있다.
이와 같이 본 실시형태에 의한 화학물질 검출장치는, 다이옥신 등의 검사대상물질을 분해하여 특정의 화학물질을 탈리시키는 화학물질 분해수단으로는 자외선광원(28)을 적용하고, 검사대상물질로부터 탈리한 특정의 화학물질을 검출하는 화학물질 검출수단으로는 프리에변환 적외분광장치를 적용한 것이다.
이와 같이 하여 화학물질 검출장치를 구성하는 것에 의해서, 연기 입자에 흡착된 다이옥신은 자외선광원(28)으로부터 출사된 자외선에 노출되어 (화학식4)의 분해반응에 의해서 염소를 발생한다. 따라서, 이와 같이 발생한 염소의 양을 프리에변환 적외분광장치에 의해서 검출하는 것으로, 염소의 발생원인 다이옥신의 량을 측정하는 것이 가능하다.
또한, 프리에변화 적외분광장치를 화학물질 검출수단으로 적용하는 것에 의해서, 측정대상물질이 불명확한 경우에도 그 물질을 동정하거나 혹은 그 양을 산출하는 것이 가능하다.
다음으로, 본 실시형태에 의한 화학물질 측정방법에 대하여 설명한다.
우선, 검사대상인 쓰레기 소각재와 소각가스 등의 불순물을 검사대상 도입수단(16)에 의해 분해실(12)에 도입한다.
그 다음에, 자외선광원(28)으로부터 자외선을 발생하여, 분해실(12) 내에 도입된 쓰레기 소각재와 소각가스에 조사한다. 이것에 의해 쓰레기 소각재 또는 소각 가스등에 부착한 다이옥신이 (화학식4)의 분해반응에 따라 분해되어 염소가 발생한다.
이 때, 검출실(14)에 대하여 분해실(12)을 플러스 압력으로, 또는 분해실(12)에 대하여 검출실(14)을 마이너스 압력으로 하는 것에 의해서 분해실(12)의 기체가 필터(50)를 통과하여 검출실(14) 측으로 흐른다. 그런데, 필터(50)는 연기 입자와 같이 분자량이 대단히 큰 입자를 통과시키지 않고, 염소와 같이 분자량이 작은 입자만을 통과시키므로, 다이옥신으로부터 분리된 염소를 연기 입자에 대하여 선택적으로 검출실(14)로 도입하는 것이 가능하다.
그 다음에, 프리에변환 적외분광장치에 의해 검출실(14) 내의 불순물의 분석을 행한다. 분광장치의 적외광원(32)으로부터 발하여진 적외선은 다이옥신보다는 발생된 염소에 의해서 특정파장 구역에서 흡수된다. 따라서, 검출실(14) 내를 통과한 적외선의 적외흡수 스펙트럼을 분석하는 것에 의해서, 염소의 량을 검출하는 것이 가능하고, 그 결과 염소의 발생원인 다이옥신의 유무 혹은 다이옥신의 양을 산정하는 것이 가능하다.
그 때, 검출실(14) 내부에는 분자량이 큰 연기 입자는 존재하지 않으므로, 연기 입자에 의한 검출감도의 열화는 일어나지 않는다.
이와 같이, 본 실시형태에 의하면 연기 입자에 흡착하고 있는 다이옥신을 분해하고, 이것에 의해서 발생되는 특유의 화학물질을 선택적으로 검출계에 도입하여 검출하고, 이것에 의해서 다이옥신을 간접적으로 검출하므로, 연기 입자의 영향을 받음이 없이 고감도로 다이옥신을 검출하는 것이 가능하다.
또한, FT-IR을 이용한 검출계는 측정에 실시간성이 있으므로, 종래의 GC-MS를 이용한 측정방법과 비교하여 검출시간을 대폭 단축하는 것이 가능하다. 대표적인 측정예를 나타내면, 종래의 측정방법으로는 1개월 정도의 측정시간이 필요한 것에 대하여, 본 발명에 의하면 10분 정도의 측정시간으로 다이옥신의 검출을 행하는 것이 가능하다.
게다가, 상기 실시형태로는 화학물질 분해장치로서 자외선광원(28)을 이용했으나, 예를 들면 도2에 나타낸 것과 같은 플라즈마 발생장치를 이용하여도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는 적외광원(32) 및 분광분석기(34)를 함께 검출실 (14) 내에 두고있으나, 적외광원(32) 및/또는 분광분석기(34)를 검출실(14) 외에 배치하고, 적외광원(32)으로부터 출사된 적외선을 적외선 투과창을 통과시켜 검출실(14) 내에 도입하거나, 적외선 투과창을 통과시켜 검출실(14) 내부로부터 적외선을 출사하여 분광분석기(34)에 도입하도록 하여도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는 분광분석기를 이용하여 적외선을 분석해였으나, 반드시 분광분석기를 설치할 필요는 없다. 예를 들면, 검출하는 화학물질의 적외선 흡수대역이 명확한 경우, 당해 흡수대역의 적외선을 선택적으로 검출하도록 하면 검출한 적외선의 강도에 의해서 당해 화학물질의 양을 정량화하는 것이 가능하다.
[제2 실시형태]
본 발명의 제2 실시형태에 의한 화학물질 측정 방법 및 장치에 대하여 도6을 이용하여 설명한다. 도5에 나타낸 제1 실시형태에 의한 화학물질 측정방법 및 장치와 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략하거나 간단히 한다. 도6은 본 실시형태에 의한 화학물질 측정방법 및 장치를 나타내는 개략도이다.
도6에 나타낸 것과 같이, 본 실시형태에 의한 화학물질 측정방법은 도5에 나타낸 제1 실시형태에 의한 화학물질 측정장치의 분해실(12)과 검출실(14)의 사이에 필터(50)을 설치하고 있지 않는 것에 특징이 있다.
필터(50)는 검출실(14) 내에 분자량이 큰 연기 입자가 도입되는 것을 억지하고, 측정광인 적외선이 연기 입자에 의해 흡수되어 검출감도가 저하하는 것을 방지하기 위한 것이나, 연기 입자에 의한 적외선의 흡수가 적다든지, 다이옥신으로부터 분리된 염소에 의한 적외선 흡수 스펙트럼을 충분히 얻는 것이 가능한 경우에는 반드시 필터(50)를 설치할 필요는 없다. 이와 같이 화학물질 측정장치를 구성하는 것에 의해서, 장치구성을 간략하게 하는 것이 가능하다.
이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 분해실(12)과 검출실(14)을 필터(50)에 의해 구획할 필요가 없으므로 장치구성을 간략하게 하는 것이 가능하다.
[제3 실시형태]
본 발명의 제3 실시형태에 의한 화학물질 측정방법 및 장치에 대하여 도7을 이용하여 설명한다. 도7은 본 실시형태에 의한 화학물질 측정방법 및 장치를 나타내는 개략도이다.
먼저, 본 실시형태에 의한 화학물질 측정장치에 대하여 도7을 이용하여 설명한다.
본 실시형태에 의한 화학물질 측정장치는 쓰레기 소각재와 소각가스 등의 불순물에 포함된 측정대상물질(예를 들면 다이옥신)을 분해하여 특정의 화학물질(예를 들면 클로로페놀)을 탈리시키는 분해실(12)과 소각가스에 포함된 측정대상물질을 분해하여 얻은 특정의 화학물질을 검출하는 검출실(14)을 갖고, 분해실(12)과 검출실(14)의 사이가 연기 입자와 같은 분자량이 큰 물질을 차단하는 필터(50)에 의해 구획되어 있다.
분해실(12)에는 검사대상인 쓰레기 소각재와 소각가스 등의 불순물을 도입하는 검사대상 도입수단(16)이 설치되어 있다. 분해실(12) 내에는 쓰레기 소각재와 소각 가스에 포함된 측정대상물질을 분해하여 특정의 화학물질을 탈리시키기 위한 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생장치가 설치되어 있다. 플라즈마 발생장치는 대향하여 배치된 한쌍의 전극(20, 22)에 의해 구성되고, 이들 전극(20, 22) 사이에는 고전압 교류전원(24)이 접속되어 있다.
검출실(14)에는 적외광원(32)과 분광분석기(34)를 갖고, 소각가스에 포함된 측정대상물질을 분해하여 얻어진 특정의 화학물질을 검출하기 위한 프리에변환 적외분광장치가 설치되어 있다. 검출실(14)에는 또한, 검출실(14) 내의 가스를 배출하는 배기수단(18)이 설치되어 있다.
이와 같이, 본 실시태양에 의한 화학물질 검출장치는 다이옥신 등의 검사대상물질을 분해하여 특정의 화학물질을 탈리시키는 화학물질 분해수단으로 플라즈마 발생장치를 적용하고, 검사대상물질로부터 탈리한 특정의 화학물질을 검출하는 화학물질 검출수단으로 프리에변환 적외분광장치을 적용한 것이다.
이와 같이 하여 화학물질 검출장치를 구성하는 것에 의하여, 연기 입자에 흡착된 다이옥신은 플라즈마 발생장치에 의해 발생된 플라즈마에 노출되어 (화학식 5)의 분해반응에 의해 클로로페놀을 발생한다. 따라서, 이와 같이 발생한 클로로페놀의 량을 프리에변환 적외분광장치에 의해 검출하는 것으로, 클로로페놀의 발생원인 다이옥신의 유무 혹은 다이옥신의 양을 측정하는 것이 가능하다.
또한, 프리에변환 적외분광장치을 화학물질 검출수단으로 적용하는 것에 의해서, 측정대상물질이 불명확한 경우에도 그 물질을 동정하거나 혹은 그 양을 산출하는 것이 가능하다.
다음에, 본 실시형태에 의한 화학물질 측정방법에 대하여 설명한다.
우선, 검사대상인 쓰레기 소각재와 소각가스 등의 불순물을 검사대상도입수단(16)에 의해 분해실(12)에 도입한다.
다음으로, 플라즈마 발생장치에 의해 분해실(12) 내에 플라즈마(26)를 발생시킨다. 예를 들면, 실효전압 10 kV, 주파수 1 kHz의 교류전압을 전극(20, 22) 사이에 인가하는 것에 의해, 대기압에 있어서도 방전이 일어나고, 플라즈마(26)가 발생한다. 이것에 의해 쓰레기 소각재 또는 소각가스 등에 부착한 다이옥신이 (화학식 5)의 분해반응에 따라서 분해되고, 클로로페놀이 발생된다.
이 때, 검출실(14)에 대하여 분해실(12)을 플러스 압력으로하거나, 분해실(12)에 대하여 검출실(14)을 마이너스 압력으로 하는 것에 의해서, 분해실 (12)의 기체가 필터(50)를 통과하여 검출실 측으로 흐른다. 그런데, 필터(50)는 연기 입자와 같이 분자량이 극히 큰 입자를 통과시키지 않고, 클로로페놀과 같이 분자량이 작은 입자만을 통과시키므로, 다이옥신으로부터 분리된 클로로페놀을 연기 입자에 대하여 선택적으로 검출실(14)에 도입하는 것이 가능하다.
다음으로, 프리에변환 적외분광장치에 의해서 검출실(14) 내의 불순물의 분석을 행한다. 분광장치의 적외광원(32)으로부터 발하여진 적외선은 다이옥신보다는 발생한 클로로페놀에 의해서 특정파장역에서 흡수된다. 따라서, 적외선 흡수 스펙트럼을 분석하는 것에 의해서 클로로페놀의 양을 검출하는 것이 가능하고, 그 결과 클로로페놀의 발생원인 다이옥신의 양을 산정하는 것이 가능하다.
이 때, 검출실(14) 내에는 분자량이 큰 연기 입자는 존재하지 않으므로, 연기 입자에 의한 검출감도의 열화는 발생하지 않는다.
이와 같이 본 실시형태에 의하면, 연기 입자에 흡착하고 있는 다이옥신을 분해하고, 그것에 의해서 발생된 특유의 화학물질을 선택적으로 검출계에 도입하여 검출하고, 그것에 의해서 다이옥신을 간접적으로 검출하므로 연기 입자의 영향을 받지 않고 고감도로 다이옥신을 검출하는 것이 가능하다.
또한, FT-IR을 이용한 검출계는 측정에 실시간성이 있으므로, 종래의 GC-MS를 이용한 측정방법과 비교하여 검출시간을 대폭 단축하는 것이 가능하다. 대표적인 측정예를 들면, 종래의 측정방법으로는 1개월 정도의 측정시간이 필요한 것에 대하여, 본 발명에 의하면 10분 정도의 측정시간에 다이옥신의 검출을 행하는 것이 가능하다.
게다가, 상기 실시형태에는 화학물질 분해장치로서 도2에 나타낸 것과 같은 플라즈마 발생장치를 이용했으나, 제1 실시형태와 같이 자외선광원(28)을 적용하여도 좋다. 또한, 다른 플라즈마 발생장치를 적용하는 것도 가능하다.
[제4 실시형태]
본 발명의 제4 실시형태에 의한 화학물질 측정 방법 및 장치에 대하여 도8을 이용하여 설명한다. 도7에 나타낸 제3 실시형태에 의한 화학물질 측정방법 및 장치와 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략하거나 간략히 한다. 도8은 본 실시형태에 의한 화학물질 측정방법 및 장치를 나타내는 개략도이다.
도8에 나타낸 것과 같이, 본 실시형태에 의한 화학물질 측정방법은 도7에 나타낸 제3 실시형태에 의한 화학물질 측정장치의 분해실(12)과 검출실(14)이 사이에, 필터(50)를 설치하지 않은 것에 특징이 있다.
필터(50)는 검출실(14) 내에 분자량이 큰 연기 입자가 도입되는 것을 억지하고, 측정광인 적외선이 연기 입자에 의해 흡수되어 검출감도가 저하하는 것을 방지하기 위한 것이나, 연기 입자에 의한 적외선의 흡수가 적다든가, 다이옥신으로부터 분리한 염소에 의한 적외 흡수 스펙트럼 충분히 얻을 수 있는 경우에는 반드시 필터(50)를 설치할 필요는 없다. 이와 같이 화학물질 측정장치를 구성하는 것에 의해 장치구성을 간략하게 하는 것이 가능하다.
이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 분해실(12)과 검출실(14)을 필터(50)에 의해 구획할 필요가 없으므로, 장치구성을 간략하게 하는 것이 가능하다.
[제5 실시형태]
본 발명의 제5 실시형태에 의한 화학물질 측정 방법 및 장치에 대하여 도9를 이용하여 설명한다. 도9는 본 실시형태에 의한 화학물질 측정방법 및 장치를 나타내는 개략도이다.
우선, 본 실시형태에 의한 화학물질 측정장치에 대하여 도9를 이용하여 설명한다.
(1) 화학물질 측정장치의 전체 구성
본 실시형태에 의한 화학물질 측정장치는 쓰레기 소각재와 소각가스 등의 불순물에 포함된 측정대상물질(예를 들면 다이옥신)을 분해하여 특정의 화학물질(예를 들면 클로로페놀)을 탈리시키는 분해실(12)과 소각 가스에 포함된 측정대상물질을 분해하여 얻어진 특정의 화학물질을 검출하는 검출실(14)을 갖고, 분해실(12)과 검출실(14)의 사이가 연기 입자와 같은 분자량이 큰 물질을 차단하는 필터(50)에 의해 구획되어 있다.
분해실(12)에는 검사대상인 쓰레기 소각재와 소각가스 등의 불순물을 도입하는 검사대상도입수단(16)이 설치되어 있다. 분해실(12) 내에는 쓰레기 소각재와 소각가스에 포함된 측정대상물질을 분해하여 특정의 화학물질을 탈리시키기 위한 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생장치가 설치되어 있다. 플라즈마 발생장치는 대향하여 배치된 한쌍의 전극(20, 22)에 의해 구성되고, 이들 전극(20, 22) 사이에는 고전압교류전원(24)가 접속되어 있다.
검출실(14)에는 검출실(14) 내에 도입된 화학물질을 흡착하여 측정에 제공하기 위한 적외투과기판(40)과, 적외투과기판(40)의 표면에 부착한 물질을 제거하여 표면상태를 초기화하기 위한 적외선광원(42)과, 적외투과기판(40) 내에 적외선을 입사하여 다중내부반사시키기 위한 적외광원(32)과, 적외투과기판(40) 내부를 다중반사한 후에 출사한 투과적외선을 분광분석하여 적외투과기판(40)에 부착한 화학물질을 검출하는 분광분석기(34)가 설치되어 있다. 검출실(14)에는, 또한 검출실 (14)의 내의 가스를 배출하는 배기수단(18)이 설치되어 있다.
이와 같이 본 실시형태에 의한 화학물질 검출장치는 다이옥신 등의 검사대상물질을 분해하여 특정의 화학물질을 탈리시키는 화학물질 분해수단으로 플라즈마 발생장치를 적용하고, 검사대상물질로부터 탈리한 특정의 화학물질을 검출하는 화학물질 검출수단으로 다중내부반사 FT-IR 장치를 적용한 것이다.
이와 같이 하여 화학물질 검출수단을 구성하는 것에 의해서 검출실(14) 내에 도입된 화학물질의 검출감도를 대폭 높이는 것이 가능하다.
이하, 다중내부반사 FT-IR 을 적용한 화학물질 검출수단의 각 구성부분에 대하여 설명한다. 더욱이, 화학물질 검출수단의 각 구성부분에 대하여는 예를 들면, 특원평11-95853호 명세서, 특원평11-231495호 명세서에 상술되어 있다. 본 발명에 의한 화학물질 검출장치에는 이들 명세서에 기재된 각종의 구성부분을 적용하는 것이 가능하다.
(a) 적외투과기판(40)
적외투과기판(40)은 전술한 바와 같이, 측정대상인 화학물질을 흡착하여 측정에 제공하기 위한 것으로, 피측정대상물질의 분자진동에 대응하는 파장역의 광을 투과하는 재료일 필요가 있다. 대표적인 오염물질인 유기물질의 기본 진동에 대응하는 파장역은 500 cm-1(파장 20㎛) - 5000 cm-1(파장 2㎛) 정도의 적외·근적외 역이다. 따라서, 적외투과기판(40)을 구성하는 재료는 이들 파수역(파장역)의 광을 투과할 수 있는 적외투과 물질군 중에서 선택한다. 예를 들면, 셀렌화 아연(ZnSe)은 투과파장역이 약 0.6 - 13 ㎛ 정도로 극히 넓은 적외투과파장역을 가지고 있고, 적외투과기판(40)을 구성하는 하나의 재료로서 선택하는 것이 가능하다.
적외투과기판(40)의 형상은, 예를 들면 도9에 나타낸 것과 같이, 단면의 경사를 45°로 설정하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로서, 적외투과기판(40) 내부로의 적외선 입사효율을 높이는 것이 가능한 것과 함께, 적외선을 적외투과기판 (40) 내부에 다중반사시키는 것이 가능하다. 또한, 특원평11-95853호 명세서에 개시된 것과 같이, 300 mm 실리콘 웨이퍼와 같은 단부형상을 갖는 기판을 적용하는 것도 가능하다.
적외투과기판(40)을 구성할 수 있는 다른 재료로서는, 예를 들면 비화갈륨 (GaAs:투과파장역 1.0 - 18 ㎛), 실리콘(Si:투과파장역 1.2 - 6 ㎛), 브롬화칼륨(KBr:투과파장역 0.4 - 22 ㎛), 염화칼륨(KCl:투과파장역 0.3 - 15 ㎛), 불화바륨(BaF2: 투과파장역 0.2 - 5 ㎛), 브롬화세슘(CsBr:투과파장역 0.5 - 30 ㎛), 게르마늄(Ge:투과파장역 2 - 18 ㎛), 불화리튬(LiF:투과파장역 0.2 - 5 ㎛),불화칼슘(CaF2:투과파장역 0.2 - 8 ㎛), 사파이어(Al2O3:투과파장역 0.3 - 5 ㎛), 요오드화세슘(CsI:투과파장역 0.5 - 28 ㎛), 불화마그네슘(MgF2:투과파장역 0.2 - 6 ㎛), 브롬화칼륨(KRS-5:투과파장역 0.6 - 28 ㎛), 황화아연(ZnS:투과파장역 0.7 - 11 ㎛) 등이 있다.
(b) 적외광원(32)
적외광원(32)으로서는 유기분자의 분자진동에 대응하는 2 - 25 ㎛ 대역의 적외선을 발하는 광원을 적용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 필라멘트로서 실리콘 카바이트(SiC)나 니크롬 선에 전류를 인가하여 발하는 열선을 광원으로하여 이용하는 것이 가능하다. SiC 글로버등 등의 SiC를 이용한 광원은 1.1 - 25 ㎛ 대역의 적외선을 발하고, 또한 공기중에 그대로 드러내 놓고 사용하여도 소손이 없다는 특징이 있다.
또한, 광원의 효율을 높이고, 적외광의 강도를 크게하기 위해서 적당한 형상의 반사판을 설치하여도 좋다. 예를 들면 동일 출원인에 의한 특원평11-95853호 명세서에 기재된 각종의 적외광원을 적용하는 것이 가능하다.
(c) 분광분석기(34)
적외투과기판(40) 내부에 입사한 적외선이 다중내부반사할 때, 기판표면에서 광선이 반사할 때에 스며 나오는 광(에버네슨트광)의 주파수 성분이 기판표면의 오염물질의 분자진동 주파수와 일치하고 있으면 공명흡수된다. 따라서, 입사 적외선을 적외투과기판(40)의 내부에서 다중반사시키는 것으로, 그 적외선에는 기판표면상태의 정보가 반영된다. 적외선투과기판(40)으로부터 출사한 적외선의 적외흡수 스펙트럼을 분석하는 것에 의해서 유기오염물질의 종류와 양을 특정하는 것이 가능하다.
도4는 클로로페놀이 부착한 적외투과기판(40)에 있어서 다중내부반사한 후에 검출된 적외선을 프리에 변환분광하여 얻어진 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 도시된 바와 같이, 특정의 유기오염물질의 분자진동에 대응하는 파수역에서 피크가 관찰되는 것이 클로로페놀이라고 특정하는 것이 가능하고, 또한 피크 강도로부터 그 부착량을 산출하는 것이 가능하다. 게다가, 클로로페놀의 경우 적외투과기판(40)의 표면에 약 5 x 1011분자/cm2이상 부착한 경우에 도4에 나타낸 것과 같은 흡광 스펙트럼을 검출하는 것이 가능했다.
또한, FT-IR 장치 대신에 회절격자(그레이딩)에 의한 적외분광계를 이용해도 좋다.
(d) 자외선광원(42)
본 발명에 의한 화학물질 검출장치는 적외투광기판(40)의 표면에 흡착된 화학물질의 동정과 정량화를 행하는 것으로 쓰레기 소각재와 소각가스 등의 환경 분위기 중의 오염물질을 측정하는 것이나, 적외투과기판(40)에 흡착된 오염물질의 양은 시간의 경과에 따라서 포화한다. 이 때문에 대기중의 오염물질 농도의 변화를 장시간에 걸쳐서 조사할 필요가 있는 때에는 적외투과기판(40)의 표면에 부착한 오염물질을 정기적으로 제거하는 세정공정이 필요하게 된다.
본 실시형태에 의한 화학물질 검출장치로는 기판에 흡착한 화학물질의 세정수단으로서 자외선 광원(42)을 설치하고 있다. 자외선 광원(42)은 적외투과기판 (40)의 표면에 부착한 화학물질을 해리·증발시키기 위한 것이고, 부착한 화학물질의 결합 에너지보다도 큰 에너지를 갖는 광을 발생하는 광원으로 한다. 예를 들면, Xe(크세논) 엑시머 광, 185 nm와 254 nm의 발광파장을 갖는 저압수은등, 172 nm의 발광파장을 갖는 유전체 베리어 방전 엑시머 램프 등의 자외선 광원을 적용하는 것이 가능하다. 이와 같은 에너지를 갖는 광의 조사에 의해서, C-C, C-H, C-O 등의 유기오염물질의 결합을 해리하고, 적외투과기판(10)의 표면으로부터 제거 혹은 증발시키는 것이 가능하다.
게다가, 자외선 광원(42)에 부수적인 구성으로서 자외선 광원(42)으로부터 발하여진 자외광을 효율좋게 적외선투과기판(40)에 조사하기 위한 반사경(도시하지 않음)을 설치하여도 좋다. 예를 들면, 특원평11-231495호 명세서에 기재된 것과 같은 단면형상이 타원인 반사경을 적용하여, 자외선 광원(42)으로부터 발하여진 자외광을 효율좋게 적외투과기판(40)의 양면에 조사하는 것이 가능하다.
또한, 화학물질의 제거에는 다른 화학적·물리적 제거방법을 이용하여도 좋다. 게다가, 본 실시형태에 의한 화학물질 검출장치에는 적외투과기판(40)의 상면과 하면의 양쪽에서 반사와 흡수가 일어나므로, 기판의 양면을 세정할 필요가 있다.
(e) 연산·표시 수단(도시하지 않음)
분광장치에 의해 얻어진 스펙트럼의 측정 데이터는 연산·표시수단에 보내져화학물질의 특정과 양의 산출이 행하여 진다.
화학물질의 종류와 검량선은 별도의 데이터베이스로서 연산·표시수단의 기억부에 저장되어 있고, 측정 데이터는 그들의 데이터를 참조하여 정량화된다.
또한, 연산·표시 수단에는 적외투과기판(40)의 표면에 흡착한 화학물질의 양과 환경분위기 중의 오염물질의 양과의 관계가 데이터베이스로서 저장되어 있고, 검출된 적외투과기판(40) 표면의 오염물질의 양으로부터 환경분위기 중의 오염물질의 농도를 산출하는 것이 가능하다.
이와 같이 하여 해석된 결과는 필요에 따라서 표시장치(도시하지 않음)에 표시하는 것이 가능하다.
(2) 화학물질 측정방법
본 실시형태에 의한 화학물질 측정방법에 대하여 설명한다.
우선, 검사대상인 쓰레기재와 소각가스 등의 불순물을 검사대상도입수단 (16)에 의해서 분해실(12)로 도입한다.
다음으로, 플라즈마 발생장치에 의해서 분해실(12) 내에 플라즈마(26)를 발생시킨다. 예를 들면, 실효전압 10 kV, 주파수 1 kHz 의 교류전압을 전극(20, 22)간에 인가하는 것에 의해서, 대기압에 있어서도 방전이 일어나고, 플라즈마(26)가 발생한다. 이것에 의해 쓰레기 소각재 혹은 소각가스 등에 부착한 다이옥신이 (화학식 5)의 분해반응에 따라서 분해되어, 클로로페놀이 발생한다.
이 때, 검출실(14)에 대하여 분해실(12)을 플러스 압력으로 하거나, 분해실(12)에 대하여 검출실(14)을 마이너스 압력으로 하는 것에 의해서분해실(12)의 기체가 필터(50)를 통과하여 검출실(14) 측으로 흐른다. 그런데, 필터(50)는 연기 입자와 같이 분자량이 극히 큰 입자를 통과시키지 않고, 클로로페놀과 같은 분자량이 작은 입자만을 통과시키므로, 다이옥신으로부터 분리된 클로로페놀을 연기 입자에 대하여 선택적으로 검출실(14)로 도입하는 것이 가능하다.
검출실(14)에 도입된 클로로페놀은 검출실(14) 내에 놓여진 적외투과기판 (40)의 표면에 흡착된다.
다음으로, 화학물질 검출수단에 의해서, 적외투과기판에 부착한 클로로페놀의 정량화를 행한다.
우선, 적외광원(32)으로부터 발하여진 적외선을 적외투과기판(40) 내에 입사한다. 적외투과기판(40) 내에 입사된 적외선은 적외투과기판(40) 표리의 표면에서 다중내부반사되는 것과 동시에 적외투과기판(40)의 표면에 흡착하고 있는 클로로페놀의 정보를 누적하여 프로빙하고, 적외투과기판(40)의 외부에 출사된다.
다음으로, 적외투과기판(40)으로부터 출사된 적외선을 분광분석기(34)에 의해 분광분석한 후, 도시하지 않은 연산·표시 수단에 의해서 클로로페놀의 정량화를 행하고, 글로로페놀의 양으로부터 클로로페놀의 발생원인 다이옥신의 유무 혹은 다이옥신의 양을 산정한다.
이 때, 검출실(14) 내에는 분자량이 큰 연기 입자는 존재하지 않으므로, 연기 입자에 의한 검출감도의 열화는 발생하지 않는다.
다음으로, 필요에 따라서 자외선광원(42)으로부터 발하여진 자외선을 적외투과기판(40)에 조사하는 것에 의해 적외투과기판(40)의 표면에 흡착하고 있는 오염물질을 제거하고, 기판표면의 초기화를 행한다.
다음으로, 필요에 따라서 상기 측정을 반복하여 행하고, 환경분위기 중의 오염물질의 시간의 경과에 따른 변화 등을 측정한다.
이와 같이 본 실시형태에 의하면, 연기 입자에 흡착하고 있는 다이옥신을 분해하고, 그것에 의해서 발생되는 특유의 화학물질을 선택적으로 검출계에 도입하여 검출하고, 그것에 의해서 다이옥신을 간접적으로 검출하므로서, 연기 입자의 영향을 받는 일 없이 고감도로 다이옥신을 검출하는 것이 가능하다.
또한, FT-IR을 이용한 검출계는 측정에 실시간성이 있으므로, 종래 GC-MS를 이용한 측정방법과 비교하여 검출시간을 대폭 단축하는 것이 가능하다. 대표적인 측정예를 제시하면, 종래의 측정방법으로는 1개월 정도의 측정시간이 필요한 것에 대하여, 본 발명에 의하면 10분 정도의 측정시간으로 다이옥신의 검출을 행하는 것이 가능하다. 또한, 검출계에 다중내부반사 FT-IR을 적용하므로, 다이옥신의 검출감도를 대폭 향상할 수 있다.
게다가, 상기 실시형태에는 화학물질 분해장치로서 도2에 나타낸 것과 같은 플라즈마 발생장치를 이용했으나, 제1 실시상태와 같이 자외선광원(28)을 적용하여도 좋다. 또한, 다른 플라즈마 발생장치를 적용하는 것도 가능하다.
또한, 상기 실시형태에는 분광분석기를 이용하여 적외선을 분석하였으나, 반드시 분광분석기를 설치할 필요는 없다. 예를 들면, 검출할 화학물질의 적외선 흡수대역이 명백한 경우, 당해 흡수대역의 적외선을 선택적으로 검출하도록 하면, 검출한 적외선의 강도에 의해서 당해 화학물질의 양을 정량화하는 것이 가능하다.
[제6 실시형태]
본 발명의 제6 실시형태에 의한 화학물질 측정방법 및 장치에 대하여는 도10을 이용하여 설명한다. 도9에 나타낸 제5 실시형태에 의한 화학물질 측정방법 및 장치와 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략하거나 간략하게 한다. 도10은 본 실시형태에 의한 화학물질 측정방법 및 장치를 나타내는 개략도이다.
도10에 나타낸 것과 같이, 본 실시형태에 의한 화학물질 측정방법은 도9에 나타낸 제5 실시형태에 의한 화학물질 측정장치의 분해실(12)과 검출실(14)의 사이에, 필터(50)를 설치하고 있지 않은 것에 특징이 있다.
필터(50)는 검출실(14) 내에 분자량이 큰 연기 입자가 도입되는 것을 억지하고, 측정광인 적외선이 연기 입자에 의해 흡수되어 검출감도가 저하하는 것을 방지하기 위한 것이나, 연기 입자에 의한 적외선의 흡수가 적다던지, 다이옥신으로부터 분리한 염소에 의한 적외흡수 스펙트럼을 충분히 얻을 수 있는 경우에는 반드시 필터(50)를 설치할 필요는 없다. 이와 같이 화학물질 측정장치를 구성하는 것에 의해서, 장치구성을 간략하게 하는 것이 가능하다.
이와 같이 본 실시형태에 의하면, 분해실(12)과 검출실을 필터(50)에 의해 구획할 필요가 없으므로, 장치 구성을 간략하게 하는 것이 가능하다.
본 발명에 의한 화학물질 검출방법 및 장치는, 측정대상물질을 분해하고, 그것에 의해서 발생된 특유의 화학물질을 선택적으로 검출계에 도입하여 검출하고,그것에 의해서 측정대상물질을 간접적으로 검출하는 것이 가능하므로, 다이옥신 등불순물 입자에 부착한 형태로 발생하는 화학물질을 포함하는 각종의 화학물질을 고감도 및 실시간으로 측정하는 화학물질 검출방법 및 장치에 유용한 것이다.

Claims (12)

  1. 불순물에 부착한 검출 대상 물질을 분해하고 상기 검사 대상 물질에 특유한 화학물질을 상기 불순물로부터 탈리시키는 화학물질분해수단과, 상기 화학물질을 검출하는 화학물질 검출수단과, 상기 화학물질을 상기 화학물질 검출수단에 선택적으로 도입하는 필터를 갖고, 상기 화학물질의 검출 결과에 기초하여 상기 검사 대상 물질을 간접적으로 검출하는 것을 특징으로 하는 화학물질 검출장치.
  2. 불순물에 부착한 검출 대상 물질를 분해하고 상기 검사 대상 물질에 특유한 화학물질을 상기 불순물로부터 탈리시키는 화학물질 분해수단과, 상기 화학물질을 검출하는 화학물질 검출수단을 갖고, 상기 화학물질의 검출결과에 기초하여 상기 검사대상물질을 간접적으로 검출하는 것을 특징으로 하는 화학물질 검출장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 화학물질 분해수단은 상기 검출대상물질에 자외선을 조사하기 위한 자외선 발생장치인 것을 특징으로 하는 화학물질 검출장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 화학물질 분해수단은 상기 검출대상물질을 플라즈마에 노출시키기 위한 플라즈마 발생장치인 것을 특징으로 하는 화학물질 검출장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는 고압의 전압 펄스에 의해서 플라즈마를 발생하는 것을 특징으로 하는 화학물질 검출장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는 마이크로 파에 의하여 플라즈마를 발생하는 것을 특징으로 하는 화학물질 검출장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학물질 검출수단은 상기 화학물질을 포함하는 분위기에 적외선을 조사하는 적외선 광원과, 상기 분위기로부터 출사된 상기 적외선을 검출하는 적외선 검출기를 갖고, 검출된 상기 적외선의 흡광량에 기초하여 상기 화학물질을 검출하는 것을 특징으로 하는 화학물질 검출장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학물질 검출수단은 상기 화학물질을 부착시키는 적외투과기판과, 상기 적외투과기판에 적외선을 입사하는 적외광원과, 상기 적외투과 기판 내부를 다중반사한 후에 상기 적외투과기판에서 출사되는 상기 적외선을 검출하는 적외선 검출기을 갖고, 검출된 상기 적외선의 흡광량에 기초하여 상기 화학물질을 검출하는 것을 특징으로 하는 화학물질 검출장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 적외투과기판에 자외선을 조사하는 것에 의해서 상기 적외투과기판의 표면을 세정하는 자외선 조사장치를 더 갖는 것을 특징으로 하는 화학물질 검출장치.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학물질 검출수단은 상기 적외선 검출기에 의해서 검출된 상기 적외선을 분광 분석하는 분광 분석기를 더 갖고, 상기 화학물질의 종류를 동정 및/또는 상기 화학물질의 양을 정량화 하는 것을 특징으로 하는 화학물질 검출장치.
  11. 불순물에 부착된 검출대상물질을 분해하는 단계와, 상기 검사대상물질에 특유한 화학물질을 상기 불순물로부터 탈리시키는 단계와, 탈리된 상기 화학물질을 검출하는 단계와, 상기 화학물질의 검출결과에 기초하여 상기 검사대상물질을 간접적으로 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 화학물질 검출방법.
  12. 제11항에 있어서, 탈리한 상기 화학물질을 상기 불순물로부터 분리한 후에 검출하는 것을 특징으로 하는 화학물질 검출방법.
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