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JP4332083B2 - Microwave heat treatment analyzer - Google Patents
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Description

本発明は、マイクロ波を照射して試料から有害物質を除去する際の、試料からの脱着物を分析する装置に関する。本発明の分析装置は、例えば、マイクロ波照射によって土壌から有害物質を除去するメカニズムの解明に用いられる。   The present invention relates to an apparatus for analyzing desorbed material from a sample when a harmful substance is removed from the sample by irradiation with microwaves. The analyzer of the present invention is used for elucidating a mechanism for removing harmful substances from soil by microwave irradiation, for example.

近年、ダイオキシンなどの有害物質による土壌汚染が社会問題化し、土壌の分析や有害物質の除去に対する要求が高まっている。   In recent years, soil contamination by harmful substances such as dioxins has become a social problem, and demands for soil analysis and removal of harmful substances are increasing.

有害物質を含む土壌を浄化する方法としては、焼却設備を用いた高温加熱によって土壌中に含まれる有害物質を熱分解する手法が提案されている。しかしながら、焼却設備を用いた土壌の高温加熱は、手間や設備に関する負担が大きく、処理コストが増大する傾向がある。そこで、土壌の浄化コストを削減する手法の開発が求められている。   As a method for purifying soil containing toxic substances, a method has been proposed in which toxic substances contained in the soil are thermally decomposed by high-temperature heating using an incineration facility. However, high-temperature heating of soil using incineration equipment has a large burden on labor and equipment and tends to increase processing costs. Therefore, development of a method for reducing the soil purification cost is required.

土壌の浄化コストを削減する手法として、土壌に濃度1〜95%の水酸化ナトリウム水溶液を混合し、この混合物に周波数300MHz〜30GHzのマイクロ波を直接照射することにより、有害物質を除去する手法が提案されている(特許文献1参照)。特許文献1によれば、マイクロ波のエネルギーによって極性分子が極短時間に激しい分子振動を起し、局所的に高温を発生させ、アルカリによる酸化分解除去が生じる。マイクロ波を用いて有害物質を除去する場合、単なる加熱による有害物質除去とは異なるメカニズムで有害物質が除去されていると推測される。   As a method for reducing the purification cost of soil, there is a method of removing harmful substances by mixing a sodium hydroxide aqueous solution having a concentration of 1 to 95% with soil and directly irradiating the mixture with microwaves having a frequency of 300 MHz to 30 GHz. It has been proposed (see Patent Document 1). According to Patent Document 1, polar molecules cause intense molecular vibrations in a very short time due to microwave energy, locally generate a high temperature, and oxidative decomposition removal by alkali occurs. When removing harmful substances using microwaves, it is assumed that the harmful substances are removed by a mechanism different from the removal of harmful substances by simple heating.

しかしながら、マイクロ波による有害物質分解のメカニズムは、現在のところ十分に解明されておらず、マイクロ波を用いた除去方法の改良や有効性の検証のために、マイクロ波による有害物質分解の解明に貢献する分析装置の開発が求められている。
特開2003−47933号公報
However, the mechanism of harmful substance decomposition by microwaves has not been fully elucidated at present, and in order to improve the removal method using microwaves and verify the effectiveness, it is not possible to elucidate the decomposition of harmful substances by microwaves. There is a need to develop analytical instruments that contribute.
JP 2003-47933 A

本発明の目的は、マイクロ波加熱時の有害物質脱着機構の解明に貢献する分析装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide an analyzer that contributes to the elucidation of the mechanism of desorption of harmful substances during microwave heating.

マイクロ波加熱による有害物質脱着機構を解明する手段の一つとして、所定の温度における試料からの生成物を観察する手段が考えられる。つまり、温度と試料からの生成物との関係を分析し、その結果から機構を解明する手法である。この手法による機構解明には、試料の温度を正確に制御することが求められる。   As a means for elucidating the mechanism of desorption of harmful substances by microwave heating, a means for observing a product from a sample at a predetermined temperature can be considered. In other words, it is a technique for analyzing the relationship between temperature and the product from the sample and elucidating the mechanism from the result. To elucidate the mechanism by this method, it is required to accurately control the temperature of the sample.

ところが、試料の温度を正確に制御することに関して問題があった。土壌に含まれる有害物質を除去するためには、土壌を数百℃以上の高温に加熱しなければならない。マイクロ波を用いて土壌を加熱する場合、土壌中の成分によるマイクロ波吸収によって土壌の温度が上昇する。ただし、試料の量が少なすぎると、発熱量が不足し、試料の温度が十分に上昇しづらい。一方、試料の量が多いと、発熱量は多くなるものの、試料内部で温度分布が生じてしまい、試料の温度を正確に制御することが困難となる。また、試料の量が多いと、分析装置の大型化を招き、装置製造コストや設置面積の問題も招く。   However, there is a problem with accurately controlling the temperature of the sample. In order to remove harmful substances contained in the soil, the soil must be heated to a high temperature of several hundred degrees Celsius or higher. When the soil is heated using microwaves, the temperature of the soil rises due to microwave absorption by components in the soil. However, if the amount of the sample is too small, the calorific value is insufficient and the temperature of the sample is not sufficiently raised. On the other hand, if the amount of the sample is large, the calorific value is increased, but a temperature distribution is generated inside the sample, and it is difficult to accurately control the temperature of the sample. In addition, if the amount of the sample is large, the analyzer is increased in size, and the problem of the apparatus manufacturing cost and installation area is also caused.

本発明の分析装置においては、マイクロ波を吸収して効率よく発熱する発熱体が、試料の周囲に配置される。このため、少量の試料を用いる場合であっても、効率的に試料温度を昇温させることが可能であり、また、試料内部に生じる温度分布を少なくさせることが可能である。これらの効果を有する本発明の分析装置は、マイクロ波を用いた有害物質脱着機構の解明に貢献する。   In the analyzer of the present invention, a heating element that absorbs microwaves and generates heat efficiently is disposed around the sample. For this reason, even when a small amount of sample is used, the sample temperature can be increased efficiently, and the temperature distribution generated in the sample can be reduced. The analyzer of the present invention having these effects contributes to the elucidation of the harmful substance desorption mechanism using microwaves.

具体的には、本発明の好ましい実施形態は以下の通りである。   Specifically, preferred embodiments of the present invention are as follows.

(1)CaO・6Al固化体からなる試料ホルダーと、前記試料ホルダーにマイクロ波を照射し、前記CaO・6Al 固化体を発熱させる前記マイクロ波照射装置と、前記試料ホルダーに配置された試料の温度を測定する温度測定機器と、前記試料ホルダーにマイクロ波を照射し発熱させることによって、前記試料ホルダーに配置された試料を加熱したときに、当該試料から発生したガスの成分を分析するガス分析装置とを有する分析装置である。 (1) a sample holder made of CaO · 6Al 2 O 3 solid material, and irradiating a microwave to the sample holder, and the microwave irradiation device for heating the CaO · 6Al 2 O 3 solid material in the sample holder A temperature measuring device for measuring the temperature of the sample placed, and a component of gas generated from the sample when the sample placed on the sample holder is heated by irradiating the sample holder with microwaves to generate heat A gas analyzer for analyzing the gas .

(2)前記試料ホルダーに配置された試料から発生したガスを前記ガス分析装置に搬送する管に熱風を供給する熱風供給器をさらに有する、(1)に記載の分析装置である。 (2) The analysis apparatus according to (1), further including a hot air supply device that supplies hot air to a pipe that conveys a gas generated from a sample disposed in the sample holder to the gas analysis apparatus.

(3)前記分析される試料は、土壌であることを特徴とする、(1)または(2)に記載の分析装置である。   (3) The analysis apparatus according to (1) or (2), wherein the sample to be analyzed is soil.

本発明の分析装置を用いれば、所望する温度に試料を制御することが容易であり、本発明の分析装置はマイクロ波加熱時の有害物質脱着機構の解明に大いに貢献する。   If the analyzer of the present invention is used, it is easy to control the sample to a desired temperature, and the analyzer of the present invention greatly contributes to elucidation of the harmful substance desorption mechanism during microwave heating.

本発明者らは、マイクロ波を用いた加熱について検討したところ、CaO・6Alの組成を有するバルク状固化体が、マイクロ波のサセプターとして有効であることを見出した。この知見に基づいて、本発明は完成された。以下、本発明について詳細に説明する。 The inventors of the present invention have examined heating using a microwave and found that a bulk solidified body having a composition of CaO.6Al 2 O 3 is effective as a microwave susceptor. Based on this finding, the present invention has been completed. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

まず、図面を用いて本発明の分析装置の概要について説明する。図1は、本発明の分析装置の一実施形態を示す断面模式図である。分析される試料は、試料ホルダー10に配置される。試料ホルダー10を構成する固化体の組成は、CaO・6Alであり、試料ホルダー10の上流方向および下流方向には、試料ホルダー10内部にガスを通過させるための孔の開いた蓋12が配置されている。なお、「上流方向」および「下流方向」とは試料ホルダー内を流通するガスの流れに関しての上流および下流である。下流方向には後述する分析装置が配置される。 First, the outline | summary of the analyzer of this invention is demonstrated using drawing. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the analyzer of the present invention. The sample to be analyzed is placed in the sample holder 10. The composition of the solidified body constituting the sample holder 10 is CaO.6Al 2 O 3 , and in the upstream and downstream directions of the sample holder 10, a lid 12 having a hole for allowing gas to pass through the sample holder 10. Is arranged. The “upstream direction” and the “downstream direction” are upstream and downstream with respect to the flow of gas flowing through the sample holder. An analyzer described later is arranged in the downstream direction.

試料ホルダー10には、マイクロ波照射装置20から所望のマイクロ波が照射される。マイクロ波照射装置20からのマイクロ波によって、試料の加熱、試料からの化合物の脱離、試料ホルダーの加熱が行われる。試料ホルダーに配置された試料の温度は、温度測定機器30によって測定される。試料ホルダー10内部を流通するガスは、管40を通じて試料ホルダー10に供給され、試料ホルダー10内部を流通したガスが、管42を通じて分析装置50へと搬送される。分析装置50において分析するために、ガス捕集機46が設置されてもよい。分析装置50において、流通するガスに混在する、試料に由来する成分が分析される。管40へのガスの供給および管42からのガスの排出は、他成分が混入しないように注意することが好ましい。例えば、管40および管42の出入口に、ガスチューブを備えた栓45が配置される。   The sample holder 10 is irradiated with a desired microwave from the microwave irradiation device 20. The sample is heated, the compound is desorbed from the sample, and the sample holder is heated by the microwave from the microwave irradiation device 20. The temperature of the sample placed in the sample holder is measured by the temperature measuring device 30. The gas flowing through the sample holder 10 is supplied to the sample holder 10 through the tube 40, and the gas flowing through the sample holder 10 is transported to the analyzer 50 through the tube 42. A gas collector 46 may be installed for analysis in the analyzer 50. In the analyzer 50, components derived from the sample that are mixed in the circulating gas are analyzed. It is preferable to take care so that other components are not mixed in the supply of the gas to the tube 40 and the discharge of the gas from the tube 42. For example, plugs 45 having gas tubes are arranged at the entrances and exits of the tubes 40 and 42.

分析装置には、必要に応じて他の装置が配置されてもよい。例えば、管42における結露を防止するための熱風供給器60が配置される。マイクロ波照射によって試料ホルダー10の周辺は高温に加熱されるが、試料ホルダー10から離れるにつれて温度が下がり、管42の内部で結露が生じる虞がある。結露が生じた場合、管中を流通する成分が溶解してしまい、正確な分析を阻害する虞がある。熱風供給器60は、この問題を防止する役割を果たす。熱風供給器60から供給された熱風により管42が加熱され、結露が防止される。図示するように、試料ホルダー10がアプリケーター70で覆われている場合には、アプリケーター70の一部に熱風を排出するための排出口80が形成されるとよい。また、熱風供給器60からの熱風のみでは、栓45付近における結露を防止できない虞がある場合には、管42にリボンヒーターなどの加熱器90が配置されてもよい。   Other devices may be arranged in the analyzer as necessary. For example, a hot air supply device 60 for preventing condensation in the pipe 42 is disposed. Although the periphery of the sample holder 10 is heated to a high temperature by microwave irradiation, the temperature decreases as the distance from the sample holder 10 increases, and there is a possibility that condensation occurs inside the tube 42. When dew condensation occurs, the components flowing through the tube are dissolved, which may hinder accurate analysis. The hot air supply device 60 serves to prevent this problem. The tube 42 is heated by the hot air supplied from the hot air supply device 60 to prevent condensation. As shown in the figure, when the sample holder 10 is covered with the applicator 70, a discharge port 80 for discharging hot air may be formed in a part of the applicator 70. If there is a possibility that condensation in the vicinity of the plug 45 cannot be prevented with only hot air from the hot air supply device 60, a heater 90 such as a ribbon heater may be disposed on the tube.

本発明の分析装置は、CaO・6Alからなる試料ホルダーが用いられる。CaO・6Alは、マイクロ波による加熱効率が高いため、試料ホルダー内部に配置される試料の温度を効果的に昇温させることが可能であり、試料ホルダー内部に配置される試料の温度分布を少なくすることが可能である。また、マイクロ波の照射出力を制御することによって試料ホルダーに配置された試料の温度を、所望の温度に制御することが可能である。これらの効果を有する本発明の分析装置を用いることによって、マイクロ波加熱時に試料から放出される成分を精密に分析することが可能である。 In the analyzer of the present invention, a sample holder made of CaO.6Al 2 O 3 is used. Since CaO · 6Al 2 O 3 has high heating efficiency by microwaves, it is possible to effectively raise the temperature of the sample placed inside the sample holder, and the temperature of the sample placed inside the sample holder The distribution can be reduced. In addition, the temperature of the sample placed in the sample holder can be controlled to a desired temperature by controlling the microwave irradiation output. By using the analyzer of the present invention having these effects, it is possible to precisely analyze the components released from the sample during microwave heating.

上記説明においては、図1を用いて本発明の分析装置を説明したが、本発明の分析装置が図1に示す態様に限定されるわけではなく、他の種々の態様の分析装置も本発明の技術的範囲に含まれ得る。   In the above description, the analysis apparatus of the present invention has been described with reference to FIG. 1, but the analysis apparatus of the present invention is not limited to the embodiment shown in FIG. Can be included in the technical scope.

続いて、本発明の分析装置の構成について、部材ごとに詳細に説明する。   Then, the structure of the analyzer of this invention is demonstrated in detail for every member.

試料ホルダー10はCaO・6Al固化体からなる。CaO・6Alの製造方法は、特に限定されない。CaO・6Alは、例えば、CaOとアルミナとを1:6程度のモル比で混合し、ロータリーキルンなどを用いて1500℃以上で焼成することによって製造可能である。CaO・6Alは、CaO・6Alに対応する組成の粉体を電融することによって製造されてもよい。市販されているCaO・6Alが用いられてもよい。 The sample holder 10 is made of a CaO.6Al 2 O 3 solidified body. The manufacturing method of CaO.6Al 2 O 3 is not particularly limited. CaO.6Al 2 O 3 can be produced, for example, by mixing CaO and alumina in a molar ratio of about 1: 6 and firing at 1500 ° C. or higher using a rotary kiln or the like. CaO.6Al 2 O 3 may be produced by electromelting a powder having a composition corresponding to CaO.6Al 2 O 3 . Commercially available CaO.6Al 2 O 3 may be used.

固化体とは、CaO・6Alからなるバルク状の発熱体を意味する。製造の容易性などを考慮すると、固化体は焼結体であることが好ましい。ただし、焼結以外の固化方法が適用可能であれば、焼結以外の手法が用いられてもよい。例えば、CaO・6Al粉末とアルミナセメントとを混ぜて、固化させる手法が用いられてもよい。 The solidified body means a bulk heating element made of CaO.6Al 2 O 3 . In view of ease of production and the like, the solidified body is preferably a sintered body. However, as long as a solidification method other than sintering is applicable, a method other than sintering may be used. For example, a method of mixing and solidifying CaO.6Al 2 O 3 powder and alumina cement may be used.

固化方法については、特に限定されない。例えば、CaO・6Alを焼結する際には、材料の種類や固化体の大きさなどの要因に応じて、焼結装置や焼結時間が決定されればよい。 The solidifying method is not particularly limited. For example, when sintering CaO.6Al 2 O 3 , the sintering apparatus and the sintering time may be determined according to factors such as the type of material and the size of the solidified body.

固化体の形状も、特に限定されない。固化体の形状は、試料ホルダーの配置形態に応じて決定されるとよい。図1に示すような態様を採用する場合には、管40および管42の形状に応じて固化体の形状を決定するとよい。試料ホルダーが複数の固化体を組み合わせて作製される場合には、固化体の形状は試料ホルダーの一部形状とすればよい。例えば、図1に示す試料ホルダーを複数の固化体を組み合わせて作製する場合には、試料が配置される部位に相当する円筒形の固化体と、中心部にガスが流通するための孔が形成された、2枚の固化体とを準備し、これらを組み合わせればよい。   The shape of the solidified body is not particularly limited. The shape of the solidified body may be determined according to the arrangement form of the sample holder. When the embodiment as shown in FIG. 1 is adopted, the shape of the solidified body may be determined according to the shapes of the tube 40 and the tube 42. When the sample holder is manufactured by combining a plurality of solidified bodies, the solidified body may have a partial shape of the sample holder. For example, when the sample holder shown in FIG. 1 is manufactured by combining a plurality of solidified bodies, a cylindrical solidified body corresponding to the portion where the sample is arranged and a hole for gas to flow in the center are formed. What is necessary is just to prepare these 2 solidified bodies and to combine these.

固化体の大きさも、特に限定されない。測定される試料の量に応じて、固化体の大きさが決定されればよい。分析装置の小型化を考慮すると、試料ホルダーが小さいことが好ましい。ただし、分析される試料が少なすぎると、測定誤差が大きくなる傾向がある。例えば、土壌に含まれる有害物質除去を分析する場合には、20gの土壌が配置可能な大きさを有していることが好ましい。固化体の厚さも特に限定されないが、固化体が薄すぎると発熱量が減少し、試料の温度を上昇させにくくなる虞がある。固化体の厚さは、一般的には、10〜25mm程度である。   The size of the solidified body is not particularly limited. The size of the solidified body may be determined according to the amount of the sample to be measured. In consideration of downsizing of the analyzer, it is preferable that the sample holder is small. However, if there are too few samples to be analyzed, the measurement error tends to increase. For example, when analyzing the removal of harmful substances contained in soil, it is preferable that 20 g of soil has a size that allows placement. The thickness of the solidified body is not particularly limited, but if the solidified body is too thin, the amount of heat generation is reduced, which may make it difficult to raise the temperature of the sample. The thickness of the solidified body is generally about 10 to 25 mm.

試料ホルダーは、場合によっては、CaO・6Al以外の材料と組み合わされてもよい。例えば、CaO・6Alからなる試料ホルダーの周囲にマイクロ波を透過する断熱材が配置されてもよい。 In some cases, the sample holder may be combined with a material other than CaO.6Al 2 O 3 . For example, a heat insulating material that transmits microwaves may be disposed around a sample holder made of CaO.6Al 2 O 3 .

マイクロ波照射装置20は、マイクロ波を試料ホルダー周辺に照射可能であれば、特に限定されない。例えば、マグネトロンを発振管とする0.915GHzの周波数のマイクロ波、電子レンジなどで採用されている2.45GHzの周波数のマイクロ波、ジャイラトロンを発振管とする28GHzのマイクロ波など、種々の周波数のマイクロ波が用いられうる。マイクロ波を所望の部位に誘導する、マイクロ波用光導波管が用いられてもよい。   The microwave irradiation device 20 is not particularly limited as long as it can irradiate the periphery of the sample holder with microwaves. For example, various frequencies such as a microwave having a frequency of 0.915 GHz using a magnetron as an oscillation tube, a microwave having a frequency of 2.45 GHz employed in a microwave oven, a microwave of 28 GHz using a gyratorron as an oscillation tube, etc. Of microwaves can be used. A microwave optical waveguide that guides the microwave to a desired site may be used.

温度測定機器30は、試料の温度を測定し、所定の温度において試料から放出される化合物を分析するために用いられる。試料の温度を測定可能であれば、温度測定機器の具体的態様については特に限定されない。例えば、図1に示すように熱電対が試料に配置されてもよいし、可能であれば試料ホルダーの熱分布を画像処理により解析し、試料ホルダーにおける温度分布が観察されてもよい。   The temperature measuring device 30 is used to measure the temperature of a sample and analyze a compound released from the sample at a predetermined temperature. As long as the temperature of the sample can be measured, the specific mode of the temperature measuring device is not particularly limited. For example, a thermocouple may be arranged on the sample as shown in FIG. 1, or the temperature distribution in the sample holder may be observed by analyzing the heat distribution of the sample holder by image processing if possible.

管40および管42は、試料ホルダー10が高温になっても劣化しない耐熱性の材料から形成されることが好ましい。管の構成材料としては、例えば、石英ガラスが挙げられる。   The tube 40 and the tube 42 are preferably formed from a heat-resistant material that does not deteriorate even when the sample holder 10 reaches a high temperature. An example of the constituent material of the tube is quartz glass.

管には試料から発生したガスを分析装置に搬送するためのガスが供給されるが、ガスは、窒素ガスなどの不活性ガスであることが好ましい。ガスを管に供給する際には、他成分の混入を防止する措置が講じられることが好ましい。例えば、管の両端には不活性ガス導入用チューブを備えたシリコン栓が配置される。発生ガスを分析するには、例えば、ガスを水中でトラップするガス捕集機46を設置し、ガス捕集機で捕集されたガスを、ガスクロマトグラフや質量分析(GC−MS)などの分析装置50で分析する。分析装置は、発生する成分を分析可能であれば特に限定されない。各種市販の分析装置が用いられてもよいし、本発明に適した改良が施されてもよい。   The tube is supplied with a gas for transporting the gas generated from the sample to the analyzer, and the gas is preferably an inert gas such as nitrogen gas. When supplying the gas to the pipe, it is preferable to take measures to prevent mixing of other components. For example, silicon stoppers equipped with inert gas introduction tubes are arranged at both ends of the tube. In order to analyze the generated gas, for example, a gas collector 46 that traps the gas in water is installed, and the gas collected by the gas collector is analyzed by gas chromatography or mass spectrometry (GC-MS). Analyze with device 50. The analyzer is not particularly limited as long as the generated component can be analyzed. Various commercially available analyzers may be used, and improvements suitable for the present invention may be applied.

前述のように、条件によっては、管42の内側に結露が生じ、分析精度を低下させる問題が生じることがある。この問題を解決する手段として、試料ホルダー10に配置された試料から発生したガスを、分析装置50に搬送する管に熱風を供給する熱風供給器60が挙げられる。熱風の温度は、試料の測定温度やマイクロ波の出力に応じて制御されるとよい。マイクロ波による土壌浄化を分析する場合には、熱風の温度は、通常は100〜300℃程度に制御すればよい。高温の熱風を作製するシステムとしては、電気式熱風発生装置が挙げられる。ただし、このようなシステムに限定されるわけではない。分析装置の周辺に焼却炉や加熱炉などの高温プロセスが存在する場合には、これらの熱を利用して、熱風の媒体ガスが加熱されてもよい。   As described above, depending on the conditions, condensation may occur on the inside of the tube 42, which may cause a problem of reducing the analysis accuracy. As a means for solving this problem, there is a hot air supply device 60 that supplies hot air to a tube that conveys a gas generated from a sample placed in the sample holder 10 to the analyzer 50. The temperature of the hot air may be controlled according to the measurement temperature of the sample and the output of the microwave. When analyzing soil remediation using microwaves, the temperature of the hot air is usually controlled to about 100 to 300 ° C. As a system for producing high-temperature hot air, an electric hot air generator may be mentioned. However, the present invention is not limited to such a system. When a high-temperature process such as an incinerator or a heating furnace exists around the analyzer, the medium gas of hot air may be heated using these heats.

分析装置の構成材であるアプリケーターの材質は、特に限定されないが、ステンレスなどの錆などの劣化が生じにくい材料であることが好ましい。   The material of the applicator that is a constituent material of the analyzer is not particularly limited, but is preferably a material that is unlikely to deteriorate such as rust such as stainless steel.

リボンヒーターなどの加熱器90を設置する場合には、加熱器90の温度は120〜150℃程度に制御すればよい。   When a heater 90 such as a ribbon heater is installed, the temperature of the heater 90 may be controlled to about 120 to 150 ° C.

図1に示す分析装置を用いて、ダイオキシン成分およびジベンゾフラン成分によって汚染された土壌の分析を試みた。用いた分析装置の構成は以下の通りである。   An analysis of soil contaminated with dioxin components and dibenzofuran components was attempted using the analyzer shown in FIG. The configuration of the analyzer used is as follows.

CaO・6Al粉体100質量部に対して、アルミナセメント6質量部および水8質量部を添加し、230mm×40mm×114mmの型枠に流し込んだ。24時間養生した後、この成形体を型枠から外し、電気炉にて1400℃×4時間の焼成を行った。得られたCaO・6Al固化体を、内径20mm、外形40mm、長さ40mmの円筒状に湿式加工し、その後150℃に乾燥して試料ホルダーとした。 6 parts by mass of alumina cement and 8 parts by mass of water were added to 100 parts by mass of the CaO.6Al 2 O 3 powder, and poured into a 230 mm × 40 mm × 114 mm mold. After curing for 24 hours, the compact was removed from the mold and fired at 1400 ° C. for 4 hours in an electric furnace. The obtained CaO.6Al 2 O 3 solidified body was wet processed into a cylindrical shape having an inner diameter of 20 mm, an outer diameter of 40 mm, and a length of 40 mm, and then dried to 150 ° C. to obtain a sample holder.

試料ホルダーの内部に試料土壌を詰め込んだ後、試料ホルダーの両側に、内径5mmの孔を有し、外形40mm、厚さ10mmの孔の開いた蓋を配置した。   After filling the sample holder with sample soil, on both sides of the sample holder, a lid having a hole with an inner diameter of 5 mm, an outer diameter of 40 mm and a thickness of 10 mm was arranged.

土壌が配置された試料ホルダーを、石英ガラス製の管(内径42mm)と接続し、石英ガラス上流側の端および下流側の端には、窒素ガス導入用ポリテトラフルオロエチレンチューブが配置されたシリコン栓を詰め、ガスの混入が生じないようにした。試料ホルダー内部の試料温度は、K熱電対を土壌中央に配置して測定した。   The sample holder on which the soil is arranged is connected to a quartz glass tube (inner diameter 42 mm), and a silicon gas introducing polytetrafluoroethylene tube for introducing nitrogen gas is arranged at the upstream end and the downstream end of the quartz glass. The stopper was filled to prevent gas contamination. The sample temperature inside the sample holder was measured by placing a K thermocouple in the center of the soil.

上流側のシリコン栓に配置されたポリテトラフルオロエチレンチューブから、窒素ガス(N)を2リットル/minの流量で流した。リボンヒーターの温度は150℃に設定し、電気式熱風発生装置を用いて、流量1.48m/minで300℃の熱風を分析装置に供給した。マイクロ波照射装置としては、2.45GHzのマイクロ波を照射するためには、WRJ−2タイプのステンレス製導波管を用いてマイクロ波をアプリケーターに照射した。 Nitrogen gas (N 2 ) was allowed to flow at a flow rate of 2 liters / min from a polytetrafluoroethylene tube disposed in the upstream silicon plug. The temperature of the ribbon heater was set to 150 ° C., and hot air at 300 ° C. was supplied to the analyzer at a flow rate of 1.48 m 3 / min using an electric hot air generator. As a microwave irradiation apparatus, in order to irradiate a microwave of 2.45 GHz, the microwave was irradiated to the applicator using a WRJ-2 type stainless steel waveguide.

マイクロ波を用いた加熱による、温度変化、マイクロ波出力、試料温度の関係を図2に示す。図2に示すように、室温から510℃まで、試料の温度を徐々に上昇させることができた。つまり、本発明の分析装置を用いることによって、低温から高温まで、試料の温度と生成物との関係を正確に分析することが可能である。この効果は、各種反応のメカニズムを解明し、さらなる改良や改善を達成する上で非常に有用である。また、試料内部の温度分布を調査する目的で、同一条件で土壌試料の両端および中央に熱電対を設置したところ、中央部の温度が510℃である際に、上流部の温度は503℃、下流部の温度は506℃であった。このように、本発明の分析装置においては、試料内の温度分布が少ない。   FIG. 2 shows the relationship between temperature change, microwave output, and sample temperature due to heating using microwaves. As shown in FIG. 2, the temperature of the sample could be gradually increased from room temperature to 510.degree. That is, by using the analyzer of the present invention, it is possible to accurately analyze the relationship between the temperature of the sample and the product from a low temperature to a high temperature. This effect is very useful in elucidating the mechanism of various reactions and achieving further improvements and improvements. For the purpose of investigating the temperature distribution inside the sample, thermocouples were installed at both ends and the center of the soil sample under the same conditions. When the temperature at the center was 510 ° C, the temperature at the upstream was 503 ° C, The downstream temperature was 506 ° C. Thus, in the analyzer of the present invention, the temperature distribution in the sample is small.

参考までに、加熱する前の土壌中に含まれるダイオキシン成分およびジベンゾフラン成分の含有量と、510℃で加熱した後の土壌中に含まれるダイオキシン成分およびジベンゾフラン成分の含有量とを、表1に示す。マイクロ波を用いて510℃で熱処理することによって、土壌中に含まれる有害物質が除去されることがわかる。なお、分析装置は、株式会社島津製作所製GCMS−QP2010を用いた。   For reference, Table 1 shows the contents of the dioxin component and dibenzofuran component contained in the soil before heating, and the contents of the dioxin component and dibenzofuran component contained in the soil after heating at 510 ° C. . It turns out that the harmful substance contained in soil is removed by heat-processing at 510 degreeC using a microwave. In addition, Shimadzu Corporation GCMS-QP2010 was used for the analyzer.

Figure 0004332083
Figure 0004332083

本発明の分析装置は、マイクロ波加熱の際の機構解明に寄与する。また、土壌をマイクロ波加熱によって浄化する際の、最適な条件を決定する上でも、本発明の分析装置を適用することが可能である。   The analyzer of the present invention contributes to elucidation of the mechanism during microwave heating. In addition, the analytical apparatus of the present invention can be applied to determine the optimum conditions for purifying soil by microwave heating.

本発明の分析装置の一実施形態を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one Embodiment of the analyzer of this invention. マイクロ波を用いた加熱による、温度変化、マイクロ波出力、試料温度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the temperature change by a heating using a microwave, a microwave output, and sample temperature.

符号の説明Explanation of symbols

10…試料ホルダー、12…孔の開いた蓋、20…マイクロ波照射装置、30…温度測定機器、40…管、42…管、45…栓、46…ガス捕集機、50…分析装置、60…熱風供給器、70…アプリケーター、80…排出口、90…加熱器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Sample holder, 12 ... Open lid, 20 ... Microwave irradiation apparatus, 30 ... Temperature measuring instrument, 40 ... Tube, 42 ... Pipe, 45 ... Plug, 46 ... Gas collector, 50 ... Analytical device, 60 ... Hot air supply device, 70 ... Applicator, 80 ... Discharge port, 90 ... Heater.

Claims (3)

CaO・6Al固化体からなる試料ホルダーと、
前記試料ホルダーにマイクロ波を照射し、前記CaO・6Al 固化体を発熱させる前記マイクロ波照射装置と、
前記試料ホルダーに配置された試料の温度を測定する温度測定機器と、
前記試料ホルダーにマイクロ波を照射し発熱させることによって、前記試料ホルダーに配置された試料を加熱したときに、当該試料から発生したガスの成分を分析するガス分析装置と、
を有する分析装置。
A sample holder made of a solidified CaO.6Al 2 O 3 ;
The microwave irradiation device that irradiates the sample holder with microwaves and generates heat from the CaO.6Al 2 O 3 solidified body
A temperature measuring device for measuring the temperature of the sample placed in the sample holder;
A gas analyzer for analyzing a component of a gas generated from the sample when the sample placed in the sample holder is heated by irradiating the sample holder with microwaves to generate heat ;
Analytical apparatus having
前記試料ホルダーに配置された試料から発生したガスを前記ガス分析装置に搬送する管に熱風を供給する熱風供給器をさらに有する、請求項1に記載の分析装置。 The analyzer according to claim 1, further comprising a hot air supply device that supplies hot air to a pipe that conveys a gas generated from a sample disposed in the sample holder to the gas analyzer. 前記分析される試料は、土壌であることを特徴とする、請求項1または2に記載の分析装置。   The analysis apparatus according to claim 1, wherein the sample to be analyzed is soil.
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