JP2003139743A - レーザ測定装置及び方法 - Google Patents
レーザ測定装置及び方法Info
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Abstract
キシン類等の有機ハロゲン化物の検出装置及び方法を提
供する。 【解決手段】 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54と、複
数のイオン電極からなる収束部56と、収束された分子
を選択濃縮するイオントラップ57と、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6
0とを具備してなると共に、相対向するプリズム手段7
1,72で多重反射され、レーザ光がイオン領域73に
おいて重なることがないように導入される試料に対して
レーザ照射させる。
Description
中の例えばPCB、ダイオキシン類等の有機ハロゲン化
物の検出装置及び方法に関する。
enyl, 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。
0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P
CB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。
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、P
CB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2000−12658
8号公報他参照)。この水熱分解装置の概要の一例を図
6に示す。
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、H2O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、H2O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12
5に対して直結している。
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、H2O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Na2CO3の結晶粒子の大きなものを分離
し、Na2CO3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、NaC
l、CO2およびH2O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。
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。
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 Spectrosc
opy: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7を
参照して説明する。
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。
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。
ン化を効率よく発生させる場合、パルス幅を短くするこ
とがあるが、パルス幅が短くなりすぎると、感度が低下
する現象が生じる。また、PCB等のCl基が複数結合
した高分子化合物の場合には、低塩素化物PCBの場合
には100psとパルス幅が長いレーザ光がイオン化効
率がよく、一方高塩素化物PCBの場合には10psと
パルス幅が短いレーザ光が好ましいとされている。よっ
て、すべてのPCB化合物を測定する場合には、複数の
パルス幅のレーザ装置を用意する必要があり、装置が大
がかりとなるという問題がある。
のPCB濃度等の微量成分を監視するに際し、迅速且つ
高感度な分析が可能な有機ハロゲン化物の検出装置及び
方法を提供することを課題とする。
明の第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レーザ測定装置で
あって、上記レーザ照射手段からのレーザ光がイオン化
領域において重なることがないようにレーザ光を多重反
射照射することを特徴とするレーザ測定装置にある。
上記多重反射が相対向するプリズムを用い、同じ経路を
通らないように複数回反射させることを特徴とするレー
ザ測定装置にある。
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レーザ測定装
置にある。
リカラムが石英又はステンレスであることを特徴とする
レーザ測定装置にある。
レーザ照射手段から照射されるレーザのパルス幅がピコ
秒〜数十ピコ秒であることを特徴とするレーザ測定装置
にある。
レーザ照射手段から照射されるレーザのパルス周波数が
1MHz以上であることを特徴とするレーザ測定装置に
ある。
レーザ照射手段から照射されるレーザのパルス周波数が
10〜200MHzであることを特徴とするレーザ測定
装置にある。
試料がPCB分解処理した処理設備内のガスであること
を特徴とするレーザ測定装置にある。
内へ連続的に導入し、導入された試料にレーザを照射し
てレーザイオン化させ、該レーザイオン化した分子を収
束させつつイオントラップで選択濃縮し、該イオントラ
ップから一定周期で放出されたイオンを飛行時間型質量
分析装置で検出してガス中の有機ハロゲン化物の濃度を
検出する検出方法であって、上記レーザ照射手段からの
レーザ光がイオン化領域において重なることがないよう
にレーザ光を多重反射照射することを特徴とするレーザ
測定方法にある。
記多重反射が相対向するプリズムを用い、同じ経路を通
らないように複数回反射させることを特徴とするレーザ
測定方法にある。
記採取試料がPCB分解処理した処理設備内のガスであ
ることを特徴とする有機ハロゲン化物の検出方法にあ
る。
るが、本発明はこれに限定されるものではない。
にかかるレーザ測定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レーザ測定装置50は、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5
5を照射し、レーザイオン化させるレーザ照射手段54
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
対象の濃度を求めることができる。図1中、符号61,
62はレンズ窓、70は反射鏡を各々図示する。
5は、図2に示すように、相対向するプリズム手段7
1,72で多重反射され、レーザ光がイオン領域73に
おいて重なることがないように導入される試料に対して
レーザ照射させるようにしている。上記プリズム手段7
1は複数のプリズムを用いるものであるが、これに限定
されるものではない。これにより、試料に対してパルス
レーザ光がぶつかることがないので、試料が分解される
ことがなくなり、試料に対するレーザイオン化効率が向
上する。
入する光学装置の概要を図3及び図4に示す。図3は斜
視図であり、図4(A)はその側面図及び図4(B)は
その平面図である。図3及び図4に示すように、光学装
置は相対向する単体プリズム74,75より構成され、
導入するレーザ光55の入射を調整することで、決して
重ならないような反射とすることができる。なお、本実
施の形態では、反射鏡76を設けて折り返し反射させる
ようにして、更に試料を複数回励起するようにしてい
る。
6mmを想定すると、1本の入射レーザ光の場合10m
Jの出力が必要であったものが、1mJの出力のレーザ
で10回反射させることでよく、装置構成を安価とする
とができる。また、レーザ光を単に多重反射させる方法
があるが、多重反射時にレーザ光路が重なるとイオン化
された分子に再びレーザ光が照射されることになり、計
測対象の分子の分解を促進してしまうという不具合が生
じる。よって、本発明では、多重反射させる場合には、
決してレーザ光路が重ならないことが必須である。レー
ザ光路が重ならない方法としては、図2に示すような複
数のプリズムやミラー等を用い行う方法や、相対向する
一対のプリズムに対し、入射レーザ光を調整して行う方
法等を挙げることができるが、本発明はこれらに限定さ
れるものではなく、その他レーザ光が重ならないように
する手法であればいずれでもよい。
CBを分析するような場合には、低塩素(塩素数2〜
4)PCBのイオン化効率を向上させる場合には、パル
ス幅を増大させればよく、一方の高塩素(塩素数5〜
7)PCBのイオン化効率を向上させる場合には、入射
レーザ光のパルス幅を狭くするようにすればよい。
反射レンズ群71A,71B、72A,72Bを設け、
2種類のパルスレーザ光とし、同時に複数種類の低塩素
から高塩素までのPCB濃度を測定することができる。
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側の電極と面一又は電極よりもイオ
ントラップ側へ突き出しているようにするとよい。
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。
下、好適にはレーザ3mm程度とするのがよい。また、
キャピラリカラムの吹き出し口からレーザ照射位置まで
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。
ーザ光55のパルス波長は300nm以下、好ましくは
266±10nm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ハロゲン化物のイオン化が
良好に行われないからである。
ーザ光56のパルス幅はピコ秒〜数十ピコ秒のパルスレ
ーザであることが好ましい。これはパルス幅がナノ秒
(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。
ーザ光のパルス周波数は1MHz以上、特に好適には1
0〜200MHzであることが好ましい。これは1MH
z未満のものであると連続的にイオン化ができず、イオ
ン化効率が低下し、好ましくないからである。
理設備内のガス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、処理工程の監視をすることができ
る。
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。
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PC
B)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1001
a,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1001
a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10
10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。
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。
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。
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。
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6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。
手段1013から活性槽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。
に分析して、ガス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濃度が排
出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。
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
とを具備してなるレーザ測定装置であって、上記レーザ
照射手段からのレーザ光がイオン化領域において重なる
ことがないようにレーザ光を多重反射照射するので、試
料が分解されることがなくなり、試料に対するレーザイ
オン化効率が向上し、例えばガス中の微量PCBの分析
が可能となる。
装置の概略図である。
3の平面図である。
ムの概略図である。
る。
Claims (11)
- 【請求項1】 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レーザ
測定装置であって、 上記レーザ照射手段からのレーザ光がイオン化領域にお
いて重なることがないようにレーザ光を多重反射照射す
ることを特徴とするレーザ測定装置。 - 【請求項2】 請求項1において、 上記多重反射が相対向するプリズムを用い、同じ経路を
通らないように複数回反射させることを特徴とするレー
ザ測定装置。 - 【請求項3】 請求項1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レーザ測
定装置。 - 【請求項4】 請求項1おいて、 上記キャピラリカラムが石英又はステンレスであること
を特徴とするレーザ測定装置。 - 【請求項5】 請求項1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幅が
ピコ秒〜数十ピコ秒であることを特徴とするレーザ測定
装置。 - 【請求項6】 請求項1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周波
数が1MHz以上であることを特徴とするレーザ測定装
置。 - 【請求項7】 請求項6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周波
数が10〜200MHzであることを特徴とするレーザ
測定装置。 - 【請求項8】 請求項1において、上記試料がPCB分
解処理した処理設備内のガスであることを特徴とするレ
ーザ測定装置。 - 【請求項9】 採取試料を真空チャンバー内へ連続的
に導入し、導入された試料にレーザを照射してレーザイ
オン化させ、該レーザイオン化した分子を収束させつつ
イオントラップで選択濃縮し、該イオントラップから一
定周期で放出されたイオンを飛行時間型質量分析装置で
検出してガス中の有機ハロゲン化物の濃度を検出する検
出方法であって、 上記レーザ照射手段からのレーザ光がイオン化領域にお
いて重なることがないようにレーザ光を多重反射照射す
ることを特徴とするレーザ測定方法。 - 【請求項10】 請求項9において、 上記多重反射が相対向するプリズムを用い、同じ経路を
通らないように複数回反射させることを特徴とするレー
ザ測定方法。 - 【請求項11】 請求項9において、 上記採取試料がPCB分解処理した処理設備内のガスで
あることを特徴とする有機ハロゲン化物の検出方法。
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- 2001-11-06 JP JP2001340487A patent/JP3626930B2/ja not_active Expired - Fee Related
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