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JP3593064B2 - Organic trace component detector - Google Patents
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JP3593064B2 - Organic trace component detector - Google Patents

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JP3593064B2 JP2001170753A JP2001170753A JP3593064B2 JP 3593064 B2 JP3593064 B2 JP 3593064B2 JP 2001170753 A JP2001170753 A JP 2001170753A JP 2001170753 A JP2001170753 A JP 2001170753A JP 3593064 B2 JP3593064 B2 JP 3593064B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばPCB処理設備から排出される処理水中の例えばPCB、ダイオキシン類等の有機微量成分の検出装置及び方法に関する。
【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8に示す。
【0005】
図8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、HO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12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(CO)131は煙突132から外部へ排出され、排水(HO,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、HO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、HO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NaCOの結晶粒子の大きなものを分離し、NaCO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、COおよびHO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COおよび水蒸気と処理水とが分離され、CO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。
【0009】
この従来の分析装置の概要を図9を参照して説明する。
【0010】
図9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。
【0011】
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。
【0012】
また、PCBは複数の塩素がビフェニル骨格に置換したものであり、置換塩素の数や位置によって種々の異性体が存在し、それに対応するレーザの波長の選定が個々に異なるので、効率的な分析ができないいう、問題がある。
【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及び方法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本発明の第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光を照射し、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有機微量成分の検出装置において、レーザ照射手段から照射されたレーザ光がラマンセルを通過して複数の波長に分離され、該分離された複数の波長のレーザ光により、複数の塩素が置換した有害物質の励起を同時に行うことを特徴とする有機微量成分の検出装置にある。
【0015】
第2の発明は、第1の発明において、上記ラマンセルが水素を封入したセルであることを特徴とする有機微量成分の検出装置にある。
【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有機微量成分の検出装置にある。
【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有機微量成分の検出装置にある。
【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有機微量成分の検出装置にある。
【0019】
第6の発明は、 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、採取試料を真空チャンバー内へ連続的に導入し、ラマンセルを通過して複数の波長に分離されたレーザ光を上記導入された試料に照射して複数の塩素が置換した有害物質を同時に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す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。
【0020】
第7の発明は、第6の発明において、上記ガスが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。
【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、排水又は排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、採取試料51として真空チャンバー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にラマンセル11を通過したレーザ光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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
上記ラマンセル11を設けることにより、図2に示すように、レーザ照射手段から照射されたレーザ光55の波長λ 1 がストークス光(λ 1+M1 λ 1+M2 ・・・)とアンチストークス光(λ 1−M1 λ 1−M2 ・・・)とに分離される。これにより、1つの波長のレーザ光55で複数の波長を得ることができ、同時に複数の波長により複数の塩素が置換したPCBの励起を効率的におこなうことができる。
【0026】
ラマンセルの一例としては、例えばN、H、CH等の気体を高圧(例えば50気圧程度)にセル内に封入したものを例示することができ、これに例えば266nmのレーザ光を入射させると、各分子の相互作用により以下波長の光が出力される。N:283nm、H:301nm、CH:288nm
【0027】
図3に、レーザ光55がラマンセル11を通過することで得られる波長と、レーザ光エネルギーとの関係を図2に示す。
【0028】
また、図4に示すように、PCBの塩素の置換の数により波長が低波長から高い波長へと順にずれているので、ラマンセル11を通過したレーザ光により分離された複数の波長を用いることで効率的な計測が可能となる。
【0029】
ここで、上記装置において、上記採取試料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。
【0030】
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。
【0031】
上記キャピラリカラムの孔径は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。
【0032】
上記レーザ照射手段から照射されるレーザ光55のパルス波長は、後述すつ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。
【0033】
上記レーザ照射手段から照射されるレーザ光5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。
【0034】
上記レーザ照射手から照射されるレーザ光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。
【0035】
このように、レーザ光のパルス時間幅を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。
【0036】
図1に示すような装置を用いて、ラマンセルにより波長を分離してPCBを計測した一例を図5に示す。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。
【0037】
図6(a)及び(b)に一つの波長によるPCBを検出したイオン検出器からのシグナルを示す。なお、4塩素のPCBについてはイオン化効率が悪いので図6(a)の拡大図として図6(b)に示した。
【0038】
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。
【0039】
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が燃焼設備から排出される排水中のダイオキシン類又は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。
【0040】
[第2の実施の形態]
図7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7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100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、具備してなり、上記前処理手段1006の設備内の環境中のPCB濃度及び排ガス131中のPCB濃度を計測する有機微量成分の検出装置50を備えた計測システム61が設けられている。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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100に直接投入することで無害化処理することができる。
【0044】
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8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。
【0045】
本発明の計測システム61は上記微量計測装置50を用いて、上記有害物質処理システムの前処理手段1006内のPCBの環境濃度及び排ガス131中のPCB排出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。
【0046】
【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光を照射し、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有機微量成分の検出装置において、レーザ照射手段から照射されたレーザ光がラマンセルを通過して複数の波長に分離され、該分離された複数の波長のレーザ光により、複数の塩素が置換した有害物質の励起を同時に行うので、ラマン効果により、同時に複数の波長により複数の塩素が置換した有害物質(例えばPCB等)の励起を効率的におこなうことができる。
【0047】
第2の発明は、第1の発明において、上記ラマンセルが水素を封入したセルであるので、ラマン効果が発揮される。
【0048】
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。
【0049】
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以下であるので、有機ハロゲン化物のイオン化が良好に行われる。
【0050】
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ピコ秒以下であるので検出感度が向上する。
【0051】
第6の発明は、 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、採取試料を真空チャンバー内へ連続的に導入し、ラマンセルを通過して複数の波長に分離されたレーザ光を上記導入された試料に照射して複数の塩素が置換した有害物質を同時に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するので、ラマン効果により、同時に複数の波長により複数の塩素が置換した有害物質(例えばPCB等)の励起を効率的におこなうことができる。
【0052】
第7の発明は、第6の発明において、上記ガスがPCB分解処理した処理設備内のガスであるので、ラマン効果により、同時に複数の波長により複数の塩素が置換したPCBの励起を効率的におこなうことができる。
【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】ラマンセルを通過したレーザ光のラマン効果を示す図である。
【図3】ラマン効果によるレーザ光の波長とレーザ光エネルギーとの関係図である。
【図4】1〜6塩素PCBの波長とイオン化効率との関係図である。
【図5】ラマンセルを通過したレーザ光でのPCBの測定結果である。
【図6】ラマンセルを用いないレーザ光でのPCBの測定結果である。
【図7】第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8】水熱分解装置の概要図である。
【図9】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】
11 ラマンセル
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
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus and a method for detecting, for example, organic trace components such as PCBs and dioxins in treated water discharged from a PCB treatment facility.
[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. 8 shows an example of the outline of this hydrothermal decomposition apparatus.
[0005]
As shown in FIG. 8, the hydrothermal decomposition apparatus 120 includes a cylindrical primary reactor 122 provided with a cyclone separator 121, a pressurizing pump 124 for pressurizing a treatment liquid 123 of PCB, H 2 O, and NaOH. It is provided with a preheater 125 for preheating the mixed solution, a secondary reactor 126 having a configuration wound with piping, a cooler 127 and a pressure reducing valve 128. Further, in the downstream of the pressure reducing valve 12 8, the gas-liquid separator 129 is disposed active carbon tank 130, the exhaust gas (CO 2) 131 is discharged from a chimney 132 to the outside, drainage (H 2 O, NaCl) 133 Is separately treated as necessary. Further, H 2 O and NaOH are introduced into the piping 134 of the PCB that becomes the processing liquid 123. Further, the pipe 135 of the oxygen is directly connected to the primary reactor 12 2.
[0006]
In the above apparatus, the pressure inside the primary reactor 122 is increased to 26 MPa by pressurization by the pressurizing pump 124. Further, the preheater 125 preheats the mixed treatment liquid 123 of PCB, H 2 O and NaOH to about 300 ° C. Further, oxygen is spouted into the primary reactor 122, and the temperature rises to 380 ° C to 400 ° C due to the internal reaction heat. The cyclone separator 121 separates large Na 2 CO 3 crystal particles precipitated in the primary reactor 122 and sends Na 2 CO 3 fine particles to the secondary reactor 126. The operation of the cyclone separator 121 prevents the secondary reactor 126 from being blocked. By this stage, the PCB has undergone a dechlorination reaction and an oxidative decomposition reaction, and has been decomposed into NaCl, CO 2 and H 2 O. Next, in the cooler 127, the fluid from the secondary reactor 126 is cooled to about 100 ° C., and the pressure is reduced to the atmospheric pressure by the pressure reducing valve 128 in the subsequent stage. Then, the CO 2 and steam and the treated water are separated by the gas-liquid separator 129, and the CO 2 and steam pass through the activated carbon tank 130 and are discharged into the environment.
[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 type analyzer (Time of Flight Spectroscopy: TOFMAS) has been conventionally proposed. I have.
[0009]
The outline of this conventional analyzer will be described with reference to FIG.
[0010]
As shown in FIG. 9, a sample gas 1 is supplied from a pulse nozzle 2 into a vacuum chamber 3 as a supersonic free jet, and the free jet is cooled by adiabatic expansion. Due to such cooling, a gas whose vibration / rotation level is biased toward the low energy side and whose wavelength selectivity is increased has its ionization efficiency, which efficiently absorbs resonant multiphotons such as the laser 4, increased. The molecules in the ionized gas are accelerated by the accelerating electrode 5, are given an acceleration inversely proportional to the mass, fly in the flight tube 6, are reflected by the reflectron 7, and enter the detector 8. By measuring the time of flight in the flight tube 6, the mass of the molecule or atomic particle can be obtained by calculation, and the PCB concentration of the measurement object can be obtained from the comparison of the signal intensity of the detector 8.
[0011]
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.
[0012]
In addition, PCBs are obtained by substituting a plurality of chlorines with a biphenyl skeleton. There are various isomers depending on the number and position of the substituted chlorines, and the selection of the wavelength of the laser corresponding to each is different. say can not, there is a problem.
[0013]
In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide an apparatus and a method 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]
A first invention of the present invention for solving the above problems is a sample introduction means for continuously introducing a collected sample into a vacuum chamber, a laser irradiation means for irradiating the introduced sample with laser light and laser ionizing, A converging section for converging the laser-ionized molecules, an ion trap for selectively concentrating the converged molecules, and a time-of-flight mass spectrometer having an ion detector for detecting ions emitted at a constant period are provided. In the organic trace component detection device, the laser light emitted from the laser irradiation means passes through the Raman cell and is separated into a plurality of wavelengths, and the plurality of chlorines are replaced by the separated plurality of wavelengths of laser light. An apparatus for detecting an organic trace component is characterized by simultaneously exciting harmful substances .
[0015]
According to a second invention, in the first invention, there is provided an apparatus for detecting an organic trace component, wherein the Raman cell is a cell in which hydrogen is sealed.
[0016]
According to a third aspect, in the first aspect, the sample introduction means is a capillary column, and the tip of the capillary column faces the ion focusing portion.
[0017]
According to a fourth invention, in the first invention, there is provided an apparatus for detecting an organic trace component, wherein a pulse wavelength of the laser is 280 nm or less.
[0018]
According to a fifth invention, in the first invention, there is provided an apparatus for detecting an organic trace component, wherein a pulse time width of the laser is 500 picoseconds or less.
[0019]
The sixth invention is a detection method for detecting the concentration of an organic halide in a gas, wherein a laser beam is introduced into a vacuum chamber continuously, and is separated into a plurality of wavelengths through a Raman cell. The above introduced sample is irradiated with the laser to simultaneously ionize the harmful substances substituted by a plurality of chlorines , selectively condensing the laser-ionized molecules by an ion trap while converging the molecules, and released from the ion trap at a constant period. An organic halide detection method is characterized in that ions are detected by a time-of-flight mass spectrometer.
[0020]
A seventh aspect of the present invention is the method for detecting an organic halide according to the sixth aspect, wherein the gas is a gas in a processing facility subjected to a PCB decomposition treatment.
[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 component detection device 50 according to the present embodiment is a detector that detects the concentration of an organic trace component in wastewater or exhaust gas. and continuously leak out capillary column 54 is a sample introduction means for introducing a molecular beam 53 irradiates a laser beam 55 which has passed through the Raman cell 11 in the molecular beam 53 out leakage above, and the laser irradiation hand stage to laser ionization, laser A converging section 56 composed of a plurality of ion electrodes for converging the ionized molecules, an ion trap 57 for selectively concentrating the converged molecules, and reflecting ions emitted at a constant period by a reflectron 58; And a time-of-flight mass spectrometer 60 provided with an ion detector 59 that detects
[0023]
Then, from the comparison of the signal intensities detected by the detector 59, the PCB concentration of the measurement target can be obtained.
[0024]
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).
[0025]
By providing the Raman cell 11, as shown in FIG. 2, the wavelength λ 1 of the laser light 55 emitted from the laser irradiating means is changed to Stokes light ( λ 1 + M 1 , λ 1 + M 2 ...) And anti-Stokes light. ( Λ 1 −M 1 , λ 1 −M 2 ...). Thus, a plurality of wavelengths can be obtained with the laser light 55 having one wavelength, and the PCB in which a plurality of chlorines are substituted by a plurality of wavelengths can be simultaneously excited efficiently.
[0026]
As an example of the Raman cell, for example, a gas in which a gas such as N 2 , H 2 , or CH 4 is sealed in the cell at a high pressure (for example, about 50 atm) can be exemplified. Then, light having the following wavelength is output due to the interaction of each molecule. N 2: 283nm, H 2: 301nm, CH 4: 288nm
[0027]
FIG. 3 shows the relationship between the wavelength obtained by passing the laser beam 55 through the Raman cell 11 and the laser beam energy.
[0028]
In addition, as shown in FIG. 4, since the wavelengths are sequentially shifted from a low wavelength to a high wavelength depending on the number of substitutions of chlorine in the PCB, it is possible to use a plurality of wavelengths separated by the laser light passing through the Raman cell 11. Efficient measurement is possible.
[0029]
Here, in the device, the capillary column 54 for introducing the collected sample 51 preferably has a tip facing the ion converging section 56, and specifically, among the electrodes constituting the ion converging section 56. Is preferably flush with the electrode closest to the capillary column, or protrudes to the ion trap side from the electrode.
[0030]
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 ion focusing section 56.
[0031]
The capillary column has a hole diameter of 1 mm or less, preferably about 3 mm for a laser. In addition, the shorter the distance from the outlet of the capillary column to the laser irradiation position, the better. However, if the distance is too short, the tip will be damaged by the laser beam. Preferably, the efficiency is improved.
[0032]
The pulse wavelength of the laser beam 55 emitted from the laser irradiating means is preferably 300 nm or less, preferably 280 nm or less, and more preferably about 266 ± 10 nm, as will be described later in Examples. This is because if it exceeds 300 nm, ionization of the organic trace component to be measured is not performed well.
[0033]
Pulse time width of the laser beam 5 5 irradiated et al or the laser irradiation hand stage 500 pico (10 -12) seconds or less, and more preferably less pulse laser 200 picoseconds. This is because a laser having a pulse time width of nanoseconds (10 -9 ) has a low detection sensitivity and is not preferable.
[0034]
The laser irradiation pulse repetition frequency of the laser light emitted from the hand stage 10MHz or more, particularly preferably preferably a 76 MHz. This is because the ionization efficiency is continuously improved by increasing the pulse repetition frequency.
[0035]
As described above, by reducing the pulse time width of the laser light to 500 picoseconds (10 −12 ) or less, decomposition of the PCB by the laser light can be suppressed, and the detection sensitivity can be improved.
[0036]
FIG. 5 shows an example in which the wavelength is separated by a Raman cell and the PCB is measured using the apparatus as shown in FIG. Here, the horizontal axis is the flight time (second), and the vertical axis is the ion signal intensity (V).
[0037]
FIGS. 6 (a) and 6 (b) show signals from the ion detector that detected PCB at one wavelength. 6B is an enlarged view of FIG. 6A because the ionization efficiency of the 4-chlorine PCB is poor.
[0038]
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.
[0039]
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 dioxins or environmental hormones in wastewater discharged from combustion facilities such as incinerators and boilers.
[0040]
[Second embodiment]
FIG. 7 illustrates a gas monitoring system in a PCB detoxification treatment facility using the above-described measuring device.
As shown in FIG. 7, the PCB detoxification processing system is a harmful substance processing system for detoxifying a processing target on which PCB which is a harmful substance is adhered, contained, or stored. It has one or both of a separating means 1004 for separating the harmful substance 1002 from a container 1003 for storing the substance (for example, PCB) 1002 and a disassembling means 1005 for disassembling the constituents 1001a and 100b constituting the object 1001. A pre-processing means 1006, a core separating means 1007 for separating a core 1001a, which is a constituent material of the object processed in the pre-processing means 1006, into a coil 1001b and an iron core 1001c; Coil separating means 1008 for separating the paper into 1001d and paper / tree 1001e; 00 7 separated in the separated core 1001c dismantling means 1005 the metal container (container body and lid, etc.) 1003 and the cleaning unit 1011 and a copper wire 1001d separated by the coil separator 1008 is washed with a washing solution 1010 And a harmful substance decomposing means 1013 for decomposing one or both of the cleaning waste liquid 1012 after cleaning and the harmful substance 1002 separated by the preprocessing means. There is provided a measurement system 61 provided with an organic trace component detection device 50 for measuring the PCB concentration in the environment and the PCB concentration in the exhaust gas 131.
[0041]
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.
[0042]
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.
[0043]
Also, since conventional in the ballast for fluorescent lamps have PCB is used must be detoxified, in this case, without pretreating the capacitance is small, directly fed to the separation means 100 4 By doing so, it can be detoxified.
[0044]
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 container in which the harmful substance is stored 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. 8, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0045]
The measuring system 61 of the present invention monitors the environmental concentration of PCB in the pretreatment means 1006 of the harmful substance treatment system and the PCB emission concentration in the exhaust gas 131 by using the trace amount measuring device 50.
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.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, a sample introduction unit that continuously introduces a collected sample into a vacuum chamber, a laser irradiation unit that irradiates a laser beam to the introduced sample and performs laser ionization, A converging section for converging the laser-ionized molecules, an ion trap for selectively concentrating the converged molecules, and a time-of-flight mass spectrometer having an ion detector for detecting ions emitted at a constant period are provided. In the organic trace component detection device, the laser light emitted from the laser irradiation means passes through the Raman cell and is separated into a plurality of wavelengths, and the separated plurality of wavelengths of laser light replaces a plurality of chlorines. since the excitation of harmful substances at the same time, by Raman effect, excited simultaneously a plurality of harmful substances in which a plurality of chlorine was replaced by a wavelength (e.g. PCB, etc.) efficiently Can Nau.
[0047]
According to a second aspect, in the first aspect, the Raman cell is a cell in which hydrogen is sealed, so that the Raman effect is exhibited.
[0048]
According to a third invention, in the first invention, the sample introduction means is a capillary column, and the tip of the capillary column faces the ion focusing portion, so that the ionization efficiency is improved.
[0049]
In a fourth aspect based on the first aspect, since the pulse wavelength of the laser is 280 nm or less, ionization of the organic halide is favorably performed.
[0050]
In a fifth aspect based on the first aspect, the detection sensitivity is improved because the pulse time width of the laser is 500 picoseconds or less.
[0051]
A sixth invention is a detection method for detecting the concentration of an organic halide in a gas, wherein a laser beam is introduced into a vacuum chamber continuously and separated into a plurality of wavelengths through a Raman cell. The above introduced sample is irradiated with the sample to simultaneously laser-ionize the harmful substances substituted by a plurality of chlorines , and the laser-ionized molecules are selectively concentrated by an ion trap while being converged, and are released from the ion trap at a constant period. Since ions are detected by the time-of-flight mass spectrometer, harmful substances (eg, PCBs) substituted with a plurality of chlorines at a plurality of wavelengths can be efficiently excited simultaneously by the Raman effect.
[0052]
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, since the gas is a gas in a processing facility subjected to PCB decomposition treatment, the Raman effect efficiently excites the PCB in which a plurality of chlorines are simultaneously substituted by a plurality of wavelengths. Can do it.
[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 diagram illustrating a Raman effect of a laser beam that has passed through a Raman cell.
FIG. 3 is a relationship diagram between laser light wavelength and laser light energy due to the Raman effect.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the wavelength of 1 to 6 chlorine PCB and the ionization efficiency.
FIG. 5 is a measurement result of a PCB using laser light that has passed through a Raman cell.
FIG. 6 is a measurement result of PCB using laser light without using a Raman cell.
FIG. 7 is a schematic diagram of a PCB detoxification processing system according to a second embodiment;
FIG. 8 is a schematic diagram of a hydrothermal decomposition apparatus.
FIG. 9 is a schematic diagram of a laser measurement device according to the related art.
[Explanation of symbols]
11 Raman cell 50 Organic halide detector 51 Sampling sample 52 Vacuum chamber 53 Leaked molecular beam 54 Capillary column 55 Laser beam 56 Converging unit 57 Ion trap 58 Reflectron 59 Ion detector 60 Time-of-flight mass spectrometer

Claims (7)

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光を照射し、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有機微量成分の検出装置において、レーザ照射手段から照射されたレーザ光がラマンセルを通過して複数の波長に分離され、該分離された複数の波長のレーザ光により、複数の塩素が置換した有害物質の各種異性体の励起を同時に行うことを特徴とする有機微量成分の検出装置。A sample introducing means for continuously introducing the collected sample into the vacuum chamber, a laser irradiating means for irradiating the introduced sample with laser light to perform laser ionization, a converging unit for converging the laser ionized molecules, An ion trap for selectively concentrating the molecules, and a time-of-flight mass spectrometer equipped with an ion detector for detecting ions emitted at a constant period, an organic trace component detection device comprising: Irradiated laser light passes through a Raman cell and is separated into multiple wavelengths, and the separated laser light of multiple wavelengths simultaneously excites various isomers of harmful substances substituted with multiple chlorines. Organic trace component detection device. 請求項1の有機微量成分の検出装置において、上記ラマンセルが水素を封入したセルであることを特徴とする有機微量成分の検出装置。2. The apparatus for detecting an organic trace component according to claim 1, wherein the Raman cell is a cell filled with hydrogen. 請求項1の有機微量成分の検出装置において、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有機微量成分の検出装置。2. The apparatus for detecting an organic trace component according to claim 1, wherein the sample introduction means is a capillary column, and the tip of the sample column faces the ion focusing section. 請求項1の有機微量成分の検出装置において、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有機微量成分の検出装置。2. The apparatus for detecting an organic trace component according to claim 1, wherein a pulse wavelength of the laser is 280 nm or less. 請求項1の有機微量成分の検出装置において、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有機微量成分の検出装置。2. The apparatus for detecting an organic trace component according to claim 1, wherein a pulse time width of the laser is 500 picoseconds or less. 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、採取試料を真空チャンバー内へ連続的に導入し、ラマンセルを通過して複数の波長に分離されたレーザ光を上記導入された試料に照射して複数の塩素が置換した有害物質の各種異性体を同時に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することを特徴とする有機ハロゲン化物の検出方法。A detection method for detecting the concentration of an organic halide in a gas, wherein a sample is continuously introduced into a vacuum chamber, and a laser beam separated into a plurality of wavelengths through a Raman cell is introduced into the sample. Laser ionizes various isomers of harmful substances substituted with multiple chlorines at the same time, selectively concentrates the ions in the ion trap while converging the laser-ionized molecules, and removes the ions released from the ion trap at regular intervals. A method for detecting an organic halide, which is detected by a time-of-flight mass spectrometer. 請求項6において、上記ガスが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。7. The method for detecting an organic halide according to claim 6, wherein the gas is a gas in a processing facility that has undergone PCB decomposition processing.
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