JP5740138B2 - Hydroxy radical measuring device and measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、ヒドロキシラジカルの測定装置及び測定方法に関し、特に、液中に生成されたヒドロキシラジカルの測定装置及び測定方法に関するものである。 The present invention relates to a measurement apparatus and measurement method for hydroxy radicals, and more particularly to a measurement apparatus and measurement method for hydroxy radicals generated in a liquid.
液体中での放電や気液界面での放電は、水処理、殺菌、プラズマ医療から新規ナノ材料の創製というような多くの応用があり、高い注目を集めている(例えば、非特許文献1参照)。 Discharges in liquids and gas-liquid interfaces have many applications such as the creation of novel nanomaterials from water treatment, sterilization, and plasma medicine, and are attracting high attention (for example, see Non-Patent Document 1). ).
水(H2O)と接する放電により生成する高い酸化力をもつヒドロキシラジカル(OHラジカル)は、液中に含有する微生物の殺菌や溶解した難分解性有機化合物の処理に有効である。特に、水面直上に設置された放電極や水中に設置された放電極から発生する放電はヒドロキシラジカルを効率よく生成させることができる。そのため、ヒドロキシラジカルのモニタリングは重要であるが、液中でのヒドロキシラジカルの検出に利用できる方法は限られており、これまでのところ発光分光分析(OES)が繁用されている。 Hydroxy radicals (OH radicals) having high oxidizing power generated by discharge in contact with water (H 2 O) are effective for sterilizing microorganisms contained in the liquid and treating dissolved hardly decomposable organic compounds. In particular, the discharge generated from the discharge electrode installed just above the water surface or the discharge electrode installed in water can efficiently generate hydroxy radicals. Therefore, monitoring of hydroxy radicals is important, but methods that can be used for detection of hydroxy radicals in liquid are limited, and so far emission spectroscopy (OES) has been frequently used.
一方、超音波化学や放射線科学の分野では、液中ヒドロキシラジカルの測定に化学プローブ法が用いられてる(例えば、非特許文献2参照)。なかでもテレフタル酸(TA)の水酸化反応を利用した方法は、簡便で再現性や感度の点でも優れている。 On the other hand, in the fields of ultrasonic chemistry and radiation science, the chemical probe method is used for measuring hydroxy radicals in liquid (see, for example, Non-Patent Document 2). Among these, the method using the hydroxylation reaction of terephthalic acid (TA) is simple and excellent in reproducibility and sensitivity.
しかしながら、従来の液中ヒドロキシラジカルの測定では、市販の蛍光分光光度計によって測定していた。その場合、ヒドロキシラジカルを生成しトラップさせた溶液を、蛍光分光光度計の装置の中に入れて測定する必要がある。
その場合、溶液の採取に生成装置を一旦停止させる場合もあることや溶液を輸送中に化学変化が起きる懸念もある。そのためヒドロキシラジカル生成直後の液中の状況が変化することやリアルタイムに観測することができないという問題があった。
However, in the conventional measurement of hydroxy radicals in the liquid, measurement was performed with a commercially available fluorescence spectrophotometer. In that case, it is necessary to measure a solution in which a hydroxyl radical is generated and trapped in a fluorescence spectrophotometer.
In that case, there is a possibility that the production apparatus may be temporarily stopped for collecting the solution or a chemical change may occur during the transportation of the solution. For this reason, there are problems that the situation in the liquid immediately after the generation of hydroxy radicals cannot be observed in real time.
本発明の目的は、上記問題を解決するため、ヒドロキシラジカル生成直後の液中の状況をリアルタイムに観測することができるヒドロキシラジカルの測定装置及び測定方法を提供することにある。 In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a hydroxy radical measuring apparatus and measuring method capable of observing in real time a state in a liquid immediately after the generation of a hydroxy radical.
本発明に係るヒドロキシラジカルの測定装置及び測定方法は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。 In order to achieve the above object, a hydroxy radical measuring apparatus and measuring method according to the present invention are configured as follows.
第1のヒドロキシラジカルの測定装置(請求項1に対応)は、一対の電極間において放電を断続的に繰り返すことによってヒドロキシラジカルを生成するヒドロキシラジカル生成手段によって液中に生成された液中ヒドロキシラジカルを測定するヒドロキシラジカル測定装置であって、テレフタル酸を含む液体と、ヒドロキシラジカル生成手段とを内部に収容する容器と、紫外線領域の波長の光を発する光源と、光の幅を拡張する光拡張手段とを有し、容器中の液体に光を照射する光照射手段と、光の照射によって容器中の液体が発する蛍光の強度を検出する光検出手段と、放電が断続的に繰り返される際の放電が行われていない期間において、光検出手段に蛍光の強度を検出させる制御手段とを備え、前記蛍光の強度から液中ヒドロキシラジカルを測定することを特徴とする。
第2のヒドロキシラジカルの測定装置(請求項2に対応)は、上記の構成において、好ましくは、光拡張手段は、光源からの光の幅を拡張して通す光ファイバーと、光ファイバーの先端に取り付けたレンズからなることを特徴とする。
第1のヒドロキシラジカルの測定方法(請求項3に対応)は、一対の電極間において放電が断続的に繰り返されることによって容器内の液体中に生成された液中ヒドロキシラジカルを測定するヒドロキシラジカル測定方法であって、前記容器内の前記液体にテレフタル酸を混合し、前記容器内の前記液体に紫外光を照射して、前記ヒドロキシラジカルをトラップした前記テレフタル酸に蛍光を発生させ、前記放電が断続的に繰り返される際の前記放電が行われていない期間において、前記蛍光の強度を検出し、前記蛍光の強度から前記液中ヒドロキシラジカルを測定することを特徴とする。
The first hydroxy radical measuring device (corresponding to claim 1) is a liquid hydroxy radical generated in liquid by a hydroxy radical generating means for generating a hydroxy radical by intermittently repeating discharge between a pair of electrodes. Is a hydroxy radical measuring device for measuring terephthalic acid, a container containing therein a hydroxy radical generating means, a light source that emits light having a wavelength in the ultraviolet region, and an optical expansion that expands the width of the light. A light irradiating means for irradiating the liquid in the container with light, a light detecting means for detecting the intensity of the fluorescence emitted from the liquid in the container by the light irradiation, and when the discharge is repeated intermittently. in a period in which discharge is not performed, and a control means for detecting the intensity of fluorescence light detecting means, submerged hydroxylase from the intensity of the fluorescent And measuring the local.
In the second hydroxy radical measuring device (corresponding to claim 2), in the above configuration, preferably, the light expanding means is attached to an optical fiber for extending the width of light from the light source and to the tip of the optical fiber. It consists of a lens.
The first method for measuring hydroxy radicals (corresponding to claim 3) is a hydroxy radical measurement in which the hydroxy radicals generated in the liquid in the container are measured by intermittently repeating the discharge between the pair of electrodes. In the method, the liquid in the container is mixed with terephthalic acid, the liquid in the container is irradiated with ultraviolet light, and fluorescence is generated in the terephthalic acid in which the hydroxy radicals are trapped. In the period when the discharge is not performed when intermittently repeated, the fluorescence intensity is detected, and the hydroxy radicals in the liquid are measured from the fluorescence intensity .
本発明によれば、前記特徴とする手段により、前記テレフタル酸溶液を用いることで生成したヒドロキシラジカルからヒドロキシテレフタル酸を形成させることを所定時間で単数回又は複数回行い、その都度又は継続して、紫外光をヒドロキシテレフタル酸に照射して蛍光を検出しその強度によりヒドロキシラジカルの含有量を精度良く測定することができるものである。これにより寿命の短いヒドロキシラジカルが生成されるその場においてリアルタイムでヒドロキシラジカル含有量の約全量を迅速正確に測定することができるものである。 According to the present invention, the means characterized in that the formation of hydroxyterephthalic acid from the hydroxy radical generated by using the terephthalic acid solution is performed one or more times in a predetermined time, each time or continuously. In addition, it is possible to detect the fluorescence by irradiating hydroxyterephthalic acid with ultraviolet light, and to accurately measure the content of hydroxy radicals by its intensity. As a result, about the total amount of the hydroxy radical content can be measured quickly and accurately in real time in the place where the short-lived hydroxy radical is generated.
以下に、本発明の好適な実施形態(実施例)を添付図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Preferred embodiments (examples) of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の本実施形態に係るヒドロキシラジカルの測定装置の全体構成図である。本実施形態では、ヒドロキシラジカルを生成するヒドロキシラジカル生成手段として放電発生装置を用いて説明する。ヒドロキシラジカルの測定装置10は、容器として例えば水槽11と放電発生装置(放電発生手段)12と光照射装置(光照射手段)13と光検出装置(光検出手段)14と制御装置15から構成される。 FIG. 1 is an overall configuration diagram of a hydroxy radical measuring apparatus according to this embodiment of the present invention. In this embodiment, a description will be given using a discharge generator as a hydroxy radical generating means for generating a hydroxy radical. The hydroxy radical measuring device 10 includes, for example, a water tank 11, a discharge generator (discharge generator) 12, a light irradiation device (light irradiation device) 13, a light detection device (light detection device) 14, and a control device 15 as containers. The
水槽11は、紫外光から可視光の範囲の光を透過する透明体(例えば、石英ガラス、プラスチック等の透明樹脂)で形成されており、水面上放電や水中放電によってヒドロキシラジカルを生成させ、そのヒドロキシラジカルをトラップするテレフタル酸を含む液体16を入れるための水槽である。
尚、水槽11は光照射手段装置13と光検出装置(光検出手段)14を水槽11の液面上方に設けて、水槽内液体16に直接光照射し、蛍光受光する場合は水槽を透明体にする必要はない。
The water tank 11 is formed of a transparent body (for example, a transparent resin such as quartz glass or plastic) that transmits light in a range from ultraviolet light to visible light, and generates hydroxy radicals by water surface discharge or underwater discharge. It is a water tank for containing a liquid 16 containing terephthalic acid that traps hydroxy radicals.
The water tank 11 is provided with a light irradiating means device 13 and a light detecting device (light detecting means) 14 above the liquid surface of the water tank 11 to directly irradiate the liquid 16 in the water tank and receive the fluorescence. There is no need to make it.
放電発生装置12は、水槽11内に設けられた電極12aと電極12bの間で水面上放電や水中放電をさせるための装置である。電極12aと電極12bは上下に可動であり、放電極である電極12aを水中に挿入すれば水中放電が生成され、水面と接するか水面から引き揚げて設置すれば水面上放電が生成される。 The discharge generator 12 is a device for causing discharge on the water surface or discharge in water between the electrodes 12 a and 12 b provided in the water tank 11. The electrode 12a and the electrode 12b are movable up and down, and an underwater discharge is generated when the electrode 12a, which is a discharge electrode, is inserted into the water, and an over-surface discharge is generated when the electrode 12a and the electrode 12b are placed in contact with the water surface or lifted from the water surface.
光照射装置13は、紫外光を水槽11の液体16に照射する装置であり、310nmの波長の紫外光を発光する光源13aと、その光源13aからの光を通す光ファイバー13bから成る。光源13aは、例えば、半導体レーザ、発光ダイオードなどの単色光源、あるいは、水銀ランプ、キセノンランプなどの紫外領域波長を持つ光源である。また、連続スペクトルを持つ光源からの光を単一波長の光を透過する干渉フィルタなどの複数のフィルタを介して照射するようにしてもよい。 The light irradiation device 13 is a device that irradiates the liquid 16 in the water tank 11 with ultraviolet light, and includes a light source 13a that emits ultraviolet light having a wavelength of 310 nm and an optical fiber 13b that transmits light from the light source 13a. The light source 13a is, for example, a monochromatic light source such as a semiconductor laser or a light emitting diode, or a light source having an ultraviolet wavelength such as a mercury lamp or a xenon lamp. Further, light from a light source having a continuous spectrum may be irradiated through a plurality of filters such as an interference filter that transmits light of a single wavelength.
光照射装置13は、紫外領域の波長の光を発光する光源13aと光源13aからの光を広げる光拡張手段13eを有している。光拡張手段13eは、光源13aからの光の幅を拡張して通す光ファイバー13bと、光ファイバー13bの先端に取り付けたレンズ13cからなる。 The light irradiation device 13 includes a light source 13a that emits light having a wavelength in the ultraviolet region and a light expansion unit 13e that spreads light from the light source 13a. The light expanding means 13e includes an optical fiber 13b that extends the width of light from the light source 13a and a lens 13c attached to the tip of the optical fiber 13b.
この紫外光は、ヒドロキシラジカルをトラップしたテレフタル酸、すなわち、ヒドロキシテレフタル酸に照射されることによって、可視光領域での蛍光を発生する。そして、この蛍光強度を測定することにより、液体中のヒドロキシラジカルの量を測定することができる。また、光拡張手段13eである光ファイバー13bとレンズ13cによって紫外光が拡張されることによって蛍光の空間分布を観察することができる。 This ultraviolet light is irradiated with terephthalic acid that traps hydroxy radicals, that is, hydroxyterephthalic acid, thereby generating fluorescence in the visible light region. And the quantity of the hydroxy radical in a liquid can be measured by measuring this fluorescence intensity. Moreover, the spatial distribution of fluorescence can be observed by expanding the ultraviolet light by the optical fiber 13b and the lens 13c which are the light expansion means 13e.
図1に示す光検出装置14は、放電発生装置12による水面上放電や水中放電で生成したヒドロキシラジカルをトラップしたテレフタル酸によって形成されたヒドロキシテレフタル酸が発する蛍光を検出する装置である。光検出装置14としては、蛍光スペクトルを観測するためには、スペクトロメーターを用い、蛍光分布を観測するには、デジタルカメラやICCDを用いることができる。図1では、光検出装置14としてICCDを用いた例を示している。 The light detection device 14 shown in FIG. 1 is a device that detects fluorescence emitted by hydroxyterephthalic acid formed by terephthalic acid trapped by hydroxyl radicals generated by surface discharge or underwater discharge by the discharge generator 12. As the photodetector 14, a spectrometer can be used to observe the fluorescence spectrum, and a digital camera or ICCD can be used to observe the fluorescence distribution. FIG. 1 shows an example in which an ICCD is used as the light detection device 14.
制御装置15は、パーソナルコンピュータ等からなり、放電発生装置12と光検出装置14の動作とそのタイミングを制御し、放電発生装置12により所定の時間間隔で水面上放電や水中放電を起こし、放電と放電の間に光検出装置14により蛍光を検出する。この制御装置15は、操作部(図示せず)からの操作指示により、放電の時間間隔の調整、光検出装置14の測定タイミング等の制御等を行う。 The control device 15 is composed of a personal computer or the like, and controls the operation and timing of the discharge generator 12 and the light detection device 14, and causes the discharge generator 12 to discharge on the surface of the water or discharge in water at predetermined time intervals. Fluorescence is detected by the light detection device 14 during discharge. The control device 15 adjusts the discharge time interval, controls the measurement timing of the light detection device 14, and the like according to an operation instruction from an operation unit (not shown).
図2は、ヒドロキシラジカルの測定装置10による測定の原理を示す。テレフタル酸(TA)は、ヒドロキシラジカルのスカベンジャーとなり、水酸化反応によりヒドロキシテレフタル酸(HTA)が生成する。HTAに波長310nmの励起光を入射すると波長425nmの蛍光を発する。その蛍光を測定することにより、ヒドロキシラジカルの量の情報を得ることができる。 FIG. 2 shows the principle of measurement by the hydroxy radical measuring apparatus 10. Terephthalic acid (TA) becomes a scavenger of hydroxy radicals, and hydroxyterephthalic acid (HTA) is generated by a hydroxylation reaction. When excitation light having a wavelength of 310 nm is incident on the HTA, fluorescence having a wavelength of 425 nm is emitted. Information on the amount of hydroxy radicals can be obtained by measuring the fluorescence.
次に、図1〜図3を用いてヒドロキシラジカルの測定装置10の動作について説明する。 Next, the operation of the hydroxy radical measuring apparatus 10 will be described with reference to FIGS.
本実施形態に係るヒドロキシラジカルの測定装置10を用いての測定は、例えば、操作部、演算部、記憶部、表示部を備えたパーソナルコンピュータ等を用いて形成した制御装置15により行われ、そのパーソナルコンピュータの記憶部に記憶された制御プログラムにより制御されて実行される。図3は、制御プログラムのフローチャートである。 The measurement using the hydroxy radical measurement device 10 according to the present embodiment is performed by the control device 15 formed using, for example, a personal computer equipped with an operation unit, a calculation unit, a storage unit, and a display unit. It is controlled and executed by a control program stored in the storage unit of the personal computer. FIG. 3 is a flowchart of the control program.
まず、操作者は、水槽11に液体16を入れた後、本実施形態のヒドロキシラジカルの測定装置10の動作をパーソナルコンピュータから実行命令を入力することにより開始させる。ヒドロキシラジカルの測定装置10は、動作開始とともに、以下に記述するフローチャートに従った制御プログラムが実行される。光照射装置13により、紫外光を透明体で形成された水槽11内の液体に照射する。まず、パーソナルコンピュータ15からの制御信号により透明体で形成された水槽11内のテレフタル酸を含む液体に放電発生装置12によって水面上放電や水中放電を所定の時間間隔で行う(ステップS11:放電工程)。光照射装置13により、紫外光を透明体で形成された水槽11内の液体16に照射されている状態で放電工程の間に又は放電工程直後に光検出装置14により、放電発生装置12による水面上放電や水中放電で生成したヒドロキシラジカルをトラップしたテレフタル酸によって形成されたヒドロキシテレフタル酸が発する蛍光を検出する(ステップS12:光検出工程)。検出した結果をパーソナルコンピュータ15の表示部により、数値データやグラフあるいは分布図として表示する(ステップS13)。ヒドロキシラジカルの測定装置10は、操作者の停止指示、または、所定量のデータを取得した後に計測を終了する。 First, the operator puts the liquid 16 into the water tank 11 and then starts the operation of the hydroxy radical measuring apparatus 10 of the present embodiment by inputting an execution command from a personal computer. The hydroxy radical measurement apparatus 10 executes a control program according to a flowchart described below when the operation starts. The light irradiation device 13 irradiates the liquid in the water tank 11 formed of a transparent body with ultraviolet light. First, a discharge generator 12 performs surface discharge or underwater discharge at a predetermined time interval on a liquid containing terephthalic acid in a water tank 11 formed of a transparent body by a control signal from the personal computer 15 (step S11: discharge process). ). The surface of the water generated by the discharge generator 12 by the light detector 14 during or immediately after the discharge process in a state where the liquid 16 in the water tank 11 formed of a transparent body is irradiated with ultraviolet light by the light irradiation device 13. Fluorescence emitted from hydroxyterephthalic acid formed by terephthalic acid trapped by hydroxy radicals generated by upper discharge or underwater discharge is detected (step S12: light detection step). The detected result is displayed as numerical data, a graph, or a distribution chart on the display unit of the personal computer 15 (step S13). The hydroxy radical measurement device 10 ends the measurement after obtaining an operator stop instruction or a predetermined amount of data.
以上の測定により、ヒドロキシラジカルの量を測定することができる。 The amount of hydroxy radicals can be measured by the above measurement.
(実施例1)
まず、実施例1では、水面上放電で生成された液中ヒドロキシラジカルの本発明による測定法の確認として、図4に示す測定装置19を用いて、次の例を示した。放電発生装置20を備えた第1の水槽21内のテレフタル酸を含む液体22に放電発生装置20によって水面上放電を行う放電工程と、透明体で形成された第2の水槽23に、第1の水槽21から水面上放電を行った後の液体22を入れる液体移動工程と、光照射装置13により、紫外光を透明体で形成された第2の水槽23内の液体22に照射し、光検出装置14により、放電発生装置20による水面上放電で生成したヒドロキシラジカルをトラップしたテレフタル酸によって形成されたヒドロキシテレフタル酸が発する蛍光を検出する光検出工程と、を含む測定方法による例を示す。
(Example 1)
First, in Example 1, the following example was shown using the measuring apparatus 19 shown in FIG. 4 as confirmation of the measuring method by this invention of the hydroxy radical in the liquid produced | generated by the surface discharge. In the first water tank 21 provided with the discharge generator 20, a discharge process in which a liquid 22 containing terephthalic acid is discharged on the surface of the water by the discharge generator 20, and in the second water tank 23 formed of a transparent body, The liquid moving step of putting the liquid 22 after discharging on the surface of the water from the water tank 21 and the light irradiating device 13 irradiates the liquid 22 in the second water tank 23 formed of a transparent body with light. An example of a measurement method including a light detection step of detecting fluorescence emitted from hydroxyterephthalic acid formed by terephthalic acid formed by terephthalic acid trapped by hydroxyl radicals generated by discharge on the water surface by the discharge generator 20 by the detection device 14 will be described.
図4に水面上パルス放電発生装置(放電発生装置)20と放電により処理された液体22をサンプリングしてヒドロキシラジカルを計測するための装置の概略図を示す。放電部は、直径6mmのステンレスパイプに取り付けたノズル電極20a(外径0.57mm、内径0.31mm、長さ15mm)と液体22で満たした矩形リアクター(第1の水槽)21(80mm×20mm、深さ20mm)よりなる。ノズル電極20aの先端は水面上約1mmの位置に設定し、矩形リアクター21の底面が接地した平板電極(カーボン板)20bとなる。水面上放電は、スパークギャップスイッチによるコンデンサの充放電で発生するパルス電圧をノズル電極20aに印加することで発生させた。 FIG. 4 shows a schematic view of a water surface pulse discharge generator (discharge generator) 20 and an apparatus for measuring hydroxy radicals by sampling a liquid 22 treated by discharge. The discharge unit is a rectangular reactor (first water tank) 21 (80 mm × 20 mm) filled with a nozzle electrode 20 a (outer diameter 0.57 mm, inner diameter 0.31 mm, length 15 mm) and a liquid 22 attached to a stainless steel pipe having a diameter of 6 mm. , Depth 20 mm). The tip of the nozzle electrode 20a is set to a position of about 1 mm on the water surface, and the bottom surface of the rectangular reactor 21 is a flat plate electrode (carbon plate) 20b that is grounded. The discharge on the surface of the water was generated by applying a pulse voltage generated by charging and discharging the capacitor with a spark gap switch to the nozzle electrode 20a.
また、本実施例では、LED光源(光照射装置)13(Sandhouse Design、中心波長310nm、FWHM10nm)と簡易分光器(光検出装置)14b(Ocean Optics,USB2000)からなる計測システムを構築した。放電開始からの任意の時間で液体をサンプリングして蛍光測定を行った。また、蛍光はICCDカメラ(光検出装置)14a(Andor,i−Star)でも観測した。OHラジカルの定量化には標準物質のHTAを用いて検量線を作成して換算した。使用する試料は、0.2mMのTA水溶液である。TAは、酸性や中性の水には溶けないため、溶媒として蒸留水をNaOH1.4mMの濃度に調整したものを用いた。液体の導電率は、105μS/cm、pHは8である。なお、図4中の符号30は、ミラーを示し、符号31は、暗箱を示す。 In this example, a measurement system including an LED light source (light irradiation device) 13 (Sandhouse Design, center wavelength 310 nm, FWHM 10 nm) and a simple spectroscope (light detection device) 14b (Ocean Optics, USB2000) was constructed. The fluorescence was measured by sampling the liquid at an arbitrary time from the start of discharge. Fluorescence was also observed with an ICCD camera (photodetector) 14a (Andor, i-Star). For quantification of OH radicals, a calibration curve was created using the standard substance HTA and converted. The sample used is a 0.2 mM TA aqueous solution. Since TA does not dissolve in acidic or neutral water, distilled water adjusted to a concentration of NaOH 1.4 mM was used as a solvent. The liquid has a conductivity of 105 μS / cm and a pH of 8. In addition, the code | symbol 30 in FIG. 4 shows a mirror, and the code | symbol 31 shows a dark box.
5分間水面上パルス放電に晒されたTA水溶液22をサンプリングしてキュベット(第2の水槽)23に入れ、LED光を照射したときのICCD(光検出装置)14aによる観測画像を図5に示す。放電で発生したOHラジカルが水面から水中のごく浅い部分に拡散される間にTAと反応し、安定なHTAとなる。図5よりLED光が透過する部分から蛍光が出ていることが分かる。放電時間が長くなると蛍光強度も強くなった。室内を暗くすれば目視でも蛍光が観測された。 FIG. 5 shows an observation image by the ICCD (light detection device) 14a when the TA aqueous solution 22 exposed to the pulse discharge on the water surface for 5 minutes is sampled and put in the cuvette (second water tank) 23 and irradiated with the LED light. . While the OH radicals generated by the discharge are diffused from the water surface to a very shallow portion of the water, it reacts with TA and becomes stable HTA. It can be seen from FIG. 5 that fluorescence is emitted from the portion through which the LED light is transmitted. As the discharge time increased, the fluorescence intensity also increased. When the room was darkened, fluorescence was observed visually.
定量化のために分光器で測定した蛍光スペクトルの放電時間に対する変化を図6に示す。図7は、図6より求めたOHラジカルの濃度と放電時間との関係である。水中でのOH補足効率を考慮して補正してある。本実施例の場合、放電で生成したOHラジカルはTAと反応しHTAとなると変化しないため、ここで観測しているOHラジカルは、時間経過とともに増加することになる。OHラジカル生成率を推定すると10−9M/sのオーダーとなる。 The change with respect to the discharge time of the fluorescence spectrum measured with the spectrometer for quantification is shown in FIG. FIG. 7 shows the relationship between the OH radical concentration obtained from FIG. 6 and the discharge time. It is corrected in consideration of the OH supplement efficiency in water. In the case of this example, OH radicals generated by discharge react with TA and do not change when it becomes HTA, so the OH radicals observed here increase with time. When the OH radical production rate is estimated, it is on the order of 10 −9 M / s.
(実施例2)
次に、本発明の本実施形態で説明したヒドロキシラジカルの測定装置および測定方法による実施例を示す。
(Example 2)
Next, examples of the hydroxy radical measuring apparatus and measuring method described in this embodiment of the present invention will be described.
図1に示したヒドロキシラジカルの測定装置10を用いて、水中放電を、スパークギャップスイッチによるコンデンサの充放電で発生するパルス電圧をノズル電極12aに印加することで発生させた。正極性パルス電圧は、24.5kVである。 Using the hydroxy radical measuring apparatus 10 shown in FIG. 1, underwater discharge was generated by applying a pulse voltage generated by charging and discharging a capacitor by a spark gap switch to the nozzle electrode 12a. The positive pulse voltage is 24.5 kV.
放電開始からの任意の時間で液体をリアルタイムにICCDカメラ(光検出装置)14(Andor,i−Star)で観測した。使用する試料は、0.2mMのTA水溶液である。TAは、酸性や中性の水には溶けないため、溶媒として蒸留水をNaOH1.4mMの濃度に調整したものを用いた。液体の導電率は、127μS/cm、pHは9.6である。 The liquid was observed in real time with an ICCD camera (photodetection device) 14 (Andor, i-Star) at an arbitrary time from the start of discharge. The sample used is a 0.2 mM TA aqueous solution. Since TA does not dissolve in acidic or neutral water, distilled water adjusted to a concentration of NaOH 1.4 mM was used as a solvent. The conductivity of the liquid is 127 μS / cm and the pH is 9.6.
テレフタル酸を入れたリアクター内で直接放電を行い、OHラジカルが発生する。発生したOHラジカルはテレフタル酸との反応により蛍光を発生する。その様子をその場においてリアルタイムで観測した様子を写真(図8)で示す。図の帯状部分がLED光(幅は約3.8mm)により励起されている部分。蛍光画像は1msのシャッターで撮影したものを20ショット積算したもの。放電とはタイミングをずらしているため、重畳することはない。左の方と電極先端は散乱光による光である。 OH radicals are generated by direct discharge in a reactor containing terephthalic acid. The generated OH radical generates fluorescence by reaction with terephthalic acid. A photograph (Fig. 8) shows the situation observed in real time on the spot. The band-like portion in the figure is excited by LED light (width is about 3.8 mm). Fluorescence image is 20 shots of images taken with 1ms shutter. Since the timing of the discharge is shifted, there is no overlap. The left side and the tip of the electrode are scattered light.
図9は、図8に示した写真を元に、時間経過に対するOHラジカルの発生量(蛍光強度)をプロットしたグラフを以下に示す。放電開始とともにラジカルは発生し、最初のプロットは放電直後(開始から約30秒の間で撮影した)。その後、時間経過とともにラジカルは増えるが、約10分経つと飽和傾向にある。これは使用した溶液中のテレフタル酸がOHラジカルをトラップできる量の限界に達するためと思われる。(この場合は初期濃度を予め高くする)。
したがって予側されるOHラジカルの発生量に必要充分な濃度のテレフタル酸溶液を収容しておくことにより、前記飽和状態が含有OHラジカルの約全量とすることができる。
FIG. 9 shows a graph in which the amount of OH radicals generated (fluorescence intensity) with respect to time is plotted based on the photograph shown in FIG. Radicals are generated with the start of discharge, and the first plot is immediately after discharge (taken between about 30 seconds from the start). Thereafter, radicals increase with time, but tend to be saturated after about 10 minutes. This seems to be because terephthalic acid in the solution used reaches the limit of the amount capable of trapping OH radicals. (In this case, the initial concentration is increased in advance).
Therefore, by storing a terephthalic acid solution having a concentration necessary and sufficient for the expected amount of generated OH radicals, the saturated state can be about the total amount of contained OH radicals.
以上の実施例でも示したように、本発明によれば、ヒドロキシラジカル生成直後の液中の状況をリアルタイムに観測することができるヒドロキシラジカルの測定装置及び測定方法を提供することができる。 As shown in the above examples, according to the present invention, it is possible to provide a hydroxy radical measuring device and a measuring method capable of observing in real time the situation in the liquid immediately after the generation of the hydroxy radical.
なお、本実施形態では、ヒドロキシラジカル生成手段として放電発生装置を用いて説明したが、さらに、ヒドロキシラジカルの発生方法として知られる水中での超音波照射、光触媒反応、過酸化水素とオゾンおよび紫外線による促進酸化反応、フェントン反応に代表される生体内反応に対しても本手法は適用することができる。 In the present embodiment, the discharge generator is used as the hydroxy radical generating means, but further, ultrasonic irradiation in water, photocatalytic reaction, hydrogen peroxide, ozone, and ultraviolet rays, which are known as hydroxy radical generating methods, are used. This technique can also be applied to in vivo reactions typified by accelerated oxidation reactions and Fenton reactions.
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成(材質)等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。 The configurations, shapes, sizes, and arrangement relationships described in the above embodiments are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood and implemented, and the numerical values and the compositions (materials) of the respective components Is just an example. Therefore, the present invention is not limited to the described embodiments, and can be variously modified without departing from the scope of the technical idea shown in the claims.
本発明に係るヒドロキシラジカルの測定装置及び測定方法は、水面上放電や水中放電に代表される水(H2O)と接する放電により生成された液中ヒドロキシラジカルの測定に利用される。さらに、水中での超音波照射、光触媒反応、過酸化水素とオゾンおよび紫外線による促進酸化反応、フェントン反応に代表される生体内反応により生成された液中ヒドロキシラジカルの測定にも利用される。 The apparatus and method for measuring hydroxy radicals according to the present invention are used for measuring hydroxy radicals in liquid generated by discharge in contact with water (H 2 O) typified by surface discharge or underwater discharge. Furthermore, it is also used for measurement of hydroxy radicals in liquids generated by in-vivo reaction represented by ultrasonic irradiation in water, photocatalytic reaction, accelerated oxidation reaction by hydrogen peroxide and ozone and ultraviolet rays, and Fenton reaction.
10 ヒドロキシラジカル測定装置
11 水槽
12 放電発生装置
13 光照射装置
13a 光源
13b 光ファイバー
13c レンズ
14 光検出装置
15 制御装置
16 液体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Hydroxyl radical measuring apparatus 11 Water tank 12 Discharge generator 13 Light irradiation apparatus 13a Light source 13b Optical fiber 13c Lens 14 Photodetection apparatus 15 Control apparatus 16 Liquid
Claims (3)
テレフタル酸を含む液体と、前記ヒドロキシラジカル生成手段とを内部に収容する容器と、
紫外線領域の波長の光を発する光源と、前記光の幅を拡張する光拡張手段とを有し、前記容器中の前記液体に前記光を照射する光照射手段と、
前記光の照射によって前記容器中の前記液体が発する蛍光の強度を検出する光検出手段と、
前記放電が断続的に繰り返される際の前記放電が行われていない期間において、前記光検出手段に前記蛍光の強度を検出させる制御手段と、
を備え、
前記蛍光の強度から前記液中ヒドロキシラジカルを測定することを特徴とするヒドロキシラジカル測定装置。 A hydroxy radical measuring device that measures hydroxy radicals in liquid generated by a hydroxy radical generating means that generates hydroxy radicals by intermittently repeating discharge between a pair of electrodes,
A container containing terephthalic acid-containing liquid and the hydroxy radical generating means;
A light source that emits light having a wavelength in the ultraviolet region; and a light expansion unit that expands a width of the light; and a light irradiation unit that irradiates the light in the liquid in the container;
Light detecting means for detecting the intensity of fluorescence emitted by the liquid in the container by the light irradiation;
Control means for causing the light detection means to detect the intensity of the fluorescence in a period in which the discharge is not performed when the discharge is intermittently repeated;
Equipped with a,
A hydroxy radical measuring apparatus for measuring hydroxy radicals in the liquid from the intensity of the fluorescence .
前記容器内の前記液体にテレフタル酸を混合し、
前記容器内の前記液体に紫外光を照射して、前記ヒドロキシラジカルをトラップした前記テレフタル酸に蛍光を発生させ、前記放電が断続的に繰り返される際の前記放電が行われていない期間において、前記蛍光の強度を検出し、前記蛍光の強度から前記液中ヒドロキシラジカルを測定することを特徴とするヒドロキシラジカル測定方法。 A hydroxy radical measuring method for measuring hydroxy radicals in a liquid generated in a liquid in a container by intermittently repeating discharge between a pair of electrodes,
Mixing terephthalic acid into the liquid in the container;
Irradiating the liquid in the container with ultraviolet light to generate fluorescence in the terephthalic acid trapped by the hydroxy radicals, in a period when the discharge is not performed when the discharge is repeated intermittently, A method for measuring hydroxy radicals, comprising detecting fluorescence intensity and measuring hydroxy radicals in the liquid from the fluorescence intensity .
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