(57)【要約】連続排出監視システム（ＣＥＭＳ）の変換器は、プローブから、気化水銀を含むガスサンプルを受け取る。変換器は、熱分解を使用して、ガスサンプル内に存在する酸化水銀を、元素水銀成分と酸化成分に変換する。変換器はまた、ガスサンプルの圧力を減少させて、元素水銀成分と酸化成分との再結合を最小にする。システムの水銀分析器は、圧力が減少したガスサンプルを変換器から受け取り、サンプル内の元素水銀の蛍光を検出する。水銀分析器は、ガスサンプルを減少した圧力に保持して、サンプル内の元素水銀の蛍光に及ぼされる蛍光消失効果を低減し、ガスサンプル内の元素水銀の濃度の実質的に正確な測定を提供する。
2009503437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水銀監視システムであって、
流体源から流体サンプルを取り出すように構成されたプローブと、
前記プローブに流体連通する酸化水銀変換器であって、
ハウジングであって、ハウジングによって画定されるチャンバ内に流体サンプルを導入する入口および出口を有する、ハウジングと、
前記ハウジングによって画定される前記チャンバ内に導入される前記流体サンプルを加熱して、前記流体サンプル内に存在する酸化水銀を元素水銀成分と酸化成分に変換するように動作するヒータと、
前記流体サンプルの圧力を減少させるように動作する圧力減少装置とを備える、酸化水銀変換器と、
前記酸化水銀変換器の前記出口に流体連通する水銀分析器であって、前記酸化水銀変換器から前記流体サンプルを受け取るように構成され、かつ、前記流体サンプル内の元素水銀の濃度を検出するように動作する、水銀分析器とを備える水銀監視システム。
【請求項２】
前記圧力減少装置が、前記流体サンプルの圧力を、約０．１〜０．３気圧まで減少させるように動作する請求項１に記載の水銀監視システム。
【請求項３】
化学スクラバを備え、前記化学スクラバは、前記変換器を通過する前記流体サンプルが、前記化学スクラバを通って、または、前記化学スクラバに近接して流れるように、前記酸化水銀変換器に流体連通するように配置される請求項１に記載の水銀監視システム。
【請求項４】
前記ハウジングが、実質的に水銀の無い希釈流体を受け取る第２入口を有する請求項１に記載の水銀監視システム。
【請求項５】
前記ヒータが、流体サンプルを、約６５０℃〜８００℃の温度に加熱するように構成される請求項１に記載の水銀監視システム。
【請求項６】
前記圧力減少装置が、前記ハウジングによって画定される前記チャンバに流体連通するように配置された流量制限器を備える請求項１に記載の水銀監視システム。
【請求項７】
前記プローブに流体連通する流れバイパス要素を備え、前記流れバイパス要素が、前記酸化水銀変換器をバイパスする前記流体サンプルを前記水銀分析器に誘導するように構成される請求項１に記載の水銀監視システム。
【請求項８】
前記酸化水銀変換器に流体連通する較正器を備え、前記較正器は、
反応器と、
前記反応器に流体連通する元素水銀源であって、第１の濃度の元素水銀を前記反応器に送出するように構成される、元素水銀源と、
前記反応器に流体連通する酸化成分源であって、酸化成分を前記反応器に送出するように構成される、酸化成分源とを有し、前記反応器が、前記酸化成分を前記元素水銀の少なくとも一部分と結合させて、（ｉ）第２の濃度の元素水銀と、（ｉｉ）前記第１の濃度の元素水銀と前記第２の濃度の元素水銀との差として決まる濃度の酸化水銀を有する出力を形成するように動作する請求項１に記載の水銀監視システム。
【請求項９】
水銀監視システムであって、
流体源から流体サンプルを取り出すように構成されたプローブと、
前記プローブに流体連通する酸化水銀変換器であって、前記流体サンプル内に存在する酸化水銀を元素水銀成分と酸化成分に変換するように動作する、酸化水銀変換器と、
前記酸化水銀変換器に流体連通する水銀分析器であって、
前記変換器から流体サンプルを受け取る入口および前記流体サンプルを放出する出口を有し、前記流体サンプルを収容するチャンバを画定するハウジングと、
前記チャンバに光学的につながる蛍光アセンブリであって、前記流体サンプル内に存在する元素水銀の蛍光を誘発させ、前記元素水銀の少なくとも一部分の蛍光に基づく前記流体サンプルの蛍光信号を検出するように構成される、蛍光アセンブリと、
前記チャンバに流体連通する蛍光消失低減機構であって、前記流体サンプルの蛍光消失を制限するように構成される、蛍光消失低減機構とを有する水銀監視システム。
【請求項１０】
前記蛍光消失低減機構が、前記流体源の圧力に対して、前記チャンバ内で流体サンプルの減少した圧力を提供する圧力減少装置を備える請求項９に記載の水銀監視システム。
【請求項１１】
前記圧力減少装置が、前記入口を介して流体サンプルを前記チャンバ内に引き入れるように動作するポンプと、前記流体サンプルが前記チャンバ内に入る前に、前記流体サンプルの流量を制限する流量制限器とを備える請求項１０に記載の水銀監視システム。
【請求項１２】
前記蛍光消失低減機構が、前記チャンバに流体連通する、酸素が枯渇したガス源を備える請求項９に記載の水銀監視システム。
【請求項１３】
前記蛍光アセンブリが、前記流体サンプル内に存在する元素水銀の蛍光を誘発させるように構成された光源アセンブリと、前記元素水銀の少なくとも一部分の蛍光に基づく前記流体サンプルの蛍光信号を検出するように構成された検出器アセンブリとを備える請求項９に記載の水銀監視システム。
【請求項１４】
前記光源アセンブリが、前記光源アセンブリに光学的につながるように配置される入力偏光要素を備える請求項１３に記載の水銀監視システム。
【請求項１５】
前記検出器アセンブリが、前記検出器アセンブリに光学的につながるように配置される検出器偏光要素を備える請求項１４に記載の水銀監視システム。
【請求項１６】
前記プローブに流体連通する流れバイパス要素であって、前記酸化水銀変換器をバイパスする前記流体サンプルを前記水銀分析器に誘導するように構成される、バイパス要素を備える請求項９に記載の水銀監視システム。
【請求項１７】
水銀監視システムであって、
流体源から流体サンプルを取り出すように構成されたプローブと、
前記プローブに流体連通する酸化水銀変換器であって、
変換器ハウジングであって、変換器ハウジングによって画定される変換器チャンバ内に流体サンプルを導入する入口および出口を有する、変換器ハウジングと、
前記変換器ハウジングによって画定される前記変換器チャンバ内に導入される前記流体サンプルを加熱して、前記流体サンプル内に存在する酸化水銀を元素水銀成分と酸化成分に変換するように動作するヒータと、
前記流体サンプルの圧力を減少させるように動作する圧力減少装置とを備える、酸化水銀変換器と、
前記酸化水銀変換器の前記出口に流体連通する水銀分析器であって、
前記酸化水銀変換器から圧力が減少した流体サンプルを受け取る入口および前記圧力が減少した流体サンプルを放出する出口を有し、前記流体サンプルを収容する分析器チャンバを画定する分析器ハウジングと、
前記分析器チャンバに光学的につながる蛍光アセンブリであって、前記流体サンプル内に存在する元素水銀の蛍光を誘発させ、前記元素水銀の少なくとも一部分の蛍光に基づく前
記流体サンプルの蛍光信号を検出するように構成される、蛍光アセンブリとを有する、水銀分析器とを備える水銀監視システム。
【請求項１８】
前記圧力減少装置が、前記流体サンプルの圧力を、約０．１〜０．３気圧まで減少させるように動作する請求項１７に記載の水銀監視システム。
【請求項１９】
化学スクラバを備え、前記化学スクラバは、前記変換器を通過する前記流体サンプルが、前記化学スクラバを通って、または、前記化学スクラバに近接して流れるように、前記酸化水銀変換器に流体連通するように配置される請求項１７に記載の水銀監視システム。
【請求項２０】
前記分析器ハウジングが、実質的に水銀の無い希釈流体を受け取る第２入口を有する請求項１７に記載の水銀監視システム。
【請求項２１】
前記酸化水銀変換器に流体連通する較正器を備え、前記較正器は、
反応器と、
前記反応器に流体連通する元素水銀源であって、第１の濃度の元素水銀を前記反応器に送出するように構成される、元素水銀源と、
前記反応器に流体連通する酸化成分源であって、酸化成分を前記反応器に送出するように構成される、酸化成分源とを有し、前記反応器が、前記酸化成分を前記元素水銀の少なくとも一部分と結合させて、（ｉ）第２の濃度の元素水銀と、（ｉｉ）前記第１の濃度の元素水銀と前記第２の濃度の元素水銀との差として決まる濃度の酸化水銀を有する出力を形成するように動作する請求項１７に記載の水銀監視システム。
【請求項２２】
前記水銀分析器が、前記分析器チャンバに流体連通する蛍光消失低減機構を備え、前記蛍光消失低減機構が、前記流体サンプルの蛍光消失を制限するように構成される請求項１７に記載の水銀監視システム。
【請求項２３】
前記蛍光消失低減機構が、前記分析器チャンバに流体連通する、酸素が枯渇したガス源を備える請求項２２に記載の水銀監視システム。
【請求項２４】
前記蛍光アセンブリが、前記流体サンプル内に存在する元素水銀の蛍光を誘発させるように構成された光源アセンブリと、前記元素水銀の少なくとも一部分の蛍光に基づく前記流体サンプルの蛍光信号を検出するように構成された検出器アセンブリとを備える請求項１７に記載の水銀監視システム。
【請求項２５】
較正器を備え、前記較正器が、
酸化成分源を収容し、入口および出口を有する反応器であって、前記出口が、前記酸化水銀変換器に流体連通して、出力を前記酸化水銀変換器に誘導する、反応器と、
第１の濃度の元素水銀を前記反応器の入口に送出するように動作する元素水銀源とを含み、
前記反応器が、酸化成分を生成し、また、前記酸化成分を前記元素水銀の少なくとも一部分と結合させて、（ｉ）第２の濃度の元素水銀と、（ｉｉ）前記第１の濃度の元素水銀と前記第２の濃度の元素水銀との差として決まる濃度の酸化水銀を有する出力を形成するように動作する請求項１に記載の水銀監視システム。
【請求項２６】
ガスサンプル内の水銀の存在を監視する方法であって、
酸化水銀を有する流体サンプルを加熱することであって、それにより、前記流体サンプル内に存在する酸化水銀を元素水銀成分と酸化成分に変換する、加熱すること、
前記加熱されたガスサンプルの圧力を減少させることであって、それにより、前記元素水銀成分と前記酸化成分の再結合を制限する、減少させること、
前記圧力が減少した流体サンプル内に存在する元素水銀の蛍光を誘発させること、および、
前記流体サンプル内の前記元素水銀の蛍光に基づく前記流体サンプルの蛍光信号を検出することであって、前記蛍光信号が、前記流体サンプル内の元素水銀の濃度に比例する、検出することを含む方法。
【請求項２７】
水銀監視システムであって、
流体源から流体サンプルを取り出すように構成されたプローブと、
前記プローブに流体連通する酸化水銀変換器であって、
ハウジングであって、ハウジングによって画定されるチャンバ内に流体サンプルを導入する入口および出口を有する、ハウジングと、
前記ハウジングによって画定される前記チャンバ内に導入される前記流体サンプルを加熱して、前記流体サンプル内に存在する酸化水銀を元素水銀成分と酸化成分に変換するように動作するヒータとを備える、酸化水銀変換器と、
前記酸化水銀変換器の前記出口に流体連通する水銀分析器であって、前記酸化水銀変換器から前記流体サンプルを受け取るように構成され、かつ、前記流体サンプル内の元素水銀の濃度を検出するように動作する、水銀分析器と、
前記酸化水銀変換器と前記水銀分析器の少なくとも一方に対して、前記流体サンプルの圧力を減少させるように動作する圧力減少装置とを備える水銀監視システム。
を備える
【請求項２８】
前記圧力減少装置は、前記流体源の圧力に対して、流体サンプルの圧力を減少させて、前記流体サンプル内でのレーリ散乱の影響を減らすように動作する請求項１０に記載の水銀監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水銀含有化合物の監視に関し、より詳細には、ガス排出内の水銀の存在を監視するための、水銀含有化合物内の水銀を元素水銀に変換し、かつ、水銀含有化合物内での蛍光消失を低減させる機構と共同して蛍光検出を使用することによる水銀監視に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭火力施設および都市固形廃棄物焼却炉の煙道ガスなどの、化石燃料燃焼施設からの排出は、水銀を含む。排出は、元素水銀Ｈｇ０として、または、水銀含有化合物（たとえば、酸化水銀）の一部として気化水銀を含む。酸化水銀は、通常、塩化水銀または硝酸水銀などの、水銀（Ｈｇ＋２）の形態として発生する。
【０００３】
水銀排出によって環境破壊の可能性が生じるため、多くの国が、排ガス内の水銀の排出を規制しているか、または、排出の規制を考えている。そのため、水銀を含む可能性があるガス排出を生成する施設は、通常、規制に従うために、排出内の総水銀濃度を監視することになる。施設によって生成される排出内に存在する水銀の総量を検出するために、水銀監視システムは、ガスサンプル内の酸化水銀を元素水銀に変換し、ガスサンプル内の元素水銀の総量を測定することができる。
【０００４】
変換を実施する１つの技法は、ガスサンプルの酸化水銀を元素水銀に変換するために、ＳｎＣｌ２を含有するウェットな化学溶液の使用（すなわち、ウェットケミストリ法) を必要とする。技法は、ウェットな化学溶液を通してガス排出サンプルをバブリングさせて、Ｈｇ＋２をＨｇ０に変換する。結果得られる元素濃度は、水銀の酸化形態と元素形態の両方の和である。
【０００５】
別の変換技法は、排出サンプルを約７５０℃まで加熱することを必要とする。サンプル内のＨｇ＋２の加熱は、酸化水銀を元素成分Ｈｇ０と酸化成分へ分離する、または、「分解する」。ある状況では、排出サンプル内のＨｇ＋２が、比較的高い温度を使用して、Ｈｇ０に変換された後、Ｈ２が導入されて、排出サンプル内に存在するＯ２と反応させられる。Ｈ２とＯ２の結合は、水蒸気を形成し、水蒸気は、凝縮ユニットを介した即座の収集によって、元素Ｈｇが再酸化される機会を持つ前に、ＨＣｌおよび反応副産物などの、分離された酸化成分または化合物を除去する。
【０００６】
従来のシステムは、排出サンプル内の酸化水銀を元素水銀に変換すると、原子蛍光分光法などの分析技法を使用して、元素水銀を検出することができる。原子蛍光分光法では、分光計は、種を特徴付ける波長の光を、特定の種の原子が吸着する程度を測定することによって、サンプル内の特定の化学種（たとえば、化学元素または分子）の濃度を検出する。
【０００７】
たとえば、ガス排出サンプル内の水銀を検出するために、２５３．７ｎｍの光を放出する光源を使用して、サンプル内の水銀原子を励起する。ガスサンプル内の元素水銀が、光源からの光を吸収するため、元素水銀は励起状態に入る。励起された元素水銀は、励起状態から元の非励起状態まで減衰するため、元素水銀は、光を蛍光することによってエネルギーを放出する。検出器は、サンプルによって生成される蛍光を測定する。蛍光は、ガスサンプル中の元素水銀の濃度の尺度を表す。
【０００８】
いくつかの従来の元素水銀検出器は、検出技法として、冷蒸気原子吸光分析（ＣＶＡＡ
Ｓ）または冷蒸気原子蛍光分析（ＣＶＡＦＳ）を利用する。しかし、ＣＶＡＡＳおよびＣＶＡＦＳ検出技法は、サンプル内に存在する、干渉ガス（たとえば、ＮＯＸ、ＳＯ２、ＨＣｌ、およびＣｌ２）または消失ガス、たとえば、Ｎ２、Ｏ２によって引き起こされるような、測定干渉を受け易い。ＣＶＡＡＳまたはＣＶＡＦＳ検出技法を利用する元素水銀検出器は、これらの干渉ガスの除去によって利益を得る。
【０００９】
ＣＶＡＡＳ技法では、ガス（たとえば、ＮＯＸ、ＳＯ２、ＨＣｌ、およびＣｌ２）は、関連する元素水銀検出器によって行われる測定に関して干渉を生じる場合がある。ガスは、ＣＶＡＡＳ測定技法の使用中に光を吸収する。そのため、ＣＶＡＡＳ測定技法を使用する従来の元素水銀検出器は、誤った読みを提供する可能性がある。ＣＶＡＡＳ技法を使用する検出器について、干渉ガスを最小にする、または、干渉ガスを除去するために、たとえば、元素水銀検出器は、金トラップを利用して、ガスサンプル内のＳ０２効果を最小にする、または、Ｓ０２効果を除去する。ガスサンプルは、金トラップを通して、所定期間にわたって流れ、金材料は、ガスサンプル内に存在する元素水銀をトラップする。金トラップは、所定期間にわたって元素水銀を収集した後加熱され、ＳＯ２無しのキャリアガスが、金トラップ上を流されて、金トラップ上に収集された元素水銀が検出器に送出される。したがって、金トラップは、元素水銀の吸着に及ぼされるＳＯ２の作用を制限し、ＣＶＡＡＳ検出器の測定感度を改善する。
【００１０】
ＣＶＡＦＳ技法を使用する元素水銀検出器の場合、ガス（たとえば、Ｎ２、Ｏ２）による蛍光消失は、検出器の性能に影響を及ぼす可能性がある。ＣＶＡＦＳ技法では、金トラップなどの凝縮デバイスを使用して、検出器によって行われる測定に及ぼされる蛍光消失の作用を最小にする、または、蛍光消失の作用を除去する。トラップは、所定期間にわたって元素水銀を収集し、関連する検出器の検出感度を最大にする。トラップされた水銀は、その後、窒素か酸素のいずれよりも効率のずっと低い消失器であるアルゴンのガス流内に熱脱着される。そのため、ガスサンプルは、蛍光消失ガス（たとえば、Ｎ２、Ｏ２）の存在およびＣＶＡＦＳ技法を使用する検出器によって行われる測定に及ぼされる影響を最小にするように調節されることができる。
【００１１】
排出内に存在する水銀の総量を検出する従来のシステムは、種々の欠点を有する。
先に示したように、ウェットな化学溶液は、酸化水銀の元素水銀への変化を可能にする。しかし、ウェットケミストリ法は、熟練オペレータの絶え間のない注意を必要とし、比較的人手がかかり、元素水銀の正確な検出に干渉する可能性がある成分を有する組成物をもたらす場合がある。さらに、ウェットケミストリ法で使用されるウェットな化学溶液または試薬は、通常、腐食性を含み、徐々に枯渇し、ユーザによる監視および補給を必要とする。
【００１２】
同様に先に示したように、約７５０℃以上の温度での熱分解は、Ｈｇ＋２をＨｇ０に変換するのに使用することができる。しかし、ガスサンプルが冷える場合、Ｈｇ０は、ガスサンプル内に存在する酸化成分か、熱分解反応の副産物（たとえば、酸化成分）のいずれかと再結合する場合がある。そのため、Ｈｇ０の何分の１かは、分析の前に元のＨｇ＋２に変換される場合があり、ガスサンプル内の水銀の濃度の過小評価をもたらす。
【００１３】
Ｈ２ガスの添加は、こうした再結合を防止する可能性があるが、高温ゾーンでのＨ２ガスの使用は、Ｈ２源を補給するか、または、交換する必要性と共に、この変換を、全てのＨｇ監視用途について実用的であるようにはさせない。
【００１４】
先に示したように、原子蛍光分光法では、（たとえば、分光計の光源が、元素水銀の原子吸着に相当する比較的狭い波長の光を放出する場合）ガスサンプル内の元素水銀が、光源からの光を吸収するにつれて、元素水銀は、励起状態に入る。励起された元素水銀は、
励起状態から元の非励起状態に移動するにつれて、元素水銀は、蛍光の形態でエネルギーを放出する。しかし、「蛍光消失」として知られるプロセスは、元素水銀の検出可能な蛍光を減少させる。
【００１５】
蛍光消失を引き起こすメカニズムは、衝突不活性化である。衝突不活性化では、励起された水銀原子は、ガス排出サンプル内の別の原子／分子または分光計の壁に衝突し、衝突オブジェクトにエネルギーを伝達する。そのとき、励起された元素水銀原子は、非蛍光メカニズム（すなわち、光を放出しない状態）を通してそのエネルギーを引き渡す。衝突不活性化は、ガスサンプル内に存在する元素水銀の全体の蛍光強度を減少させる。そのため、蛍光消失は、ガスサンプル内の元素水銀の濃度を正確に測定する原子蛍光分光計の能力を低下させる可能性がある。
【００１６】
電子的に励起された水銀の衝突不活性化は、一般的な現象であるが、非蛍光不活性化をもたらすときに、特定の分子は他の分子に比べて効率がよい。酸素は、特に効率がよい消失作用物質である。酸素が枯渇したキャリアガスでサンプル流を希釈すること、または、燃焼または何らかの他の手段によって酸素を除去することによって、酸素消失効果が最小になり、同じ容積のキャリアガス内に酸素が万一存在する場合に観察されることになるものに比べて、信号が増大する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述したように、検出技法として冷蒸気原子吸光分析（ＣＶＡＡＳ）または冷蒸気原子蛍光分析（ＣＶＡＦＳ）を利用するシステムなどの、いくつかの元素水銀検出システムは、特定の期間にわたって、金材料上に元素水銀をトラップすることによって、ガス排出サンプル内の元素水銀を収集する。期間の終了時に、元素水銀検出器は、収集され濃縮された水銀をトラップから脱着し、ガス排出サンプル内の水銀の濃度が、分光計を使用して検出される。こうしたシステムは、ガスサンプル内の水銀濃度の検出を可能にするが、検出は、「バッチプロセス」の一部であり、連続的ではない。そのため、述べた元素水銀検出システムは、バッチプロセスのタイミングに依存して、特定の瞬間におけるサンプルガス内の水銀濃度の不規則性または変化（たとえば、特定の時間における、または、特定の期間にわたる、水銀濃度の「スパイク」）を検出する可能性が低い。上記の元素水銀検出システムは、代わりに、ガスサンプルについて時間平均された水銀濃度を検出する。
【００１８】
本水銀監視システムは、実質的に連続した方式で、ガスサンプル内の総水銀を監視する連続排出監視システム（ＣＥＭＳ）である。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
システム内で使用される変換器は、プローブから気化水銀を含有するガスサンプルを受け取るように構成される。変換器は、熱分解を使用して、ガスサンプル内に存在する酸化水銀を元素水銀成分と酸化成分に分解する。変換器はまた、元素水銀成分と酸化成分との再結合を最小にするために、ガスサンプルの圧力を減少させるように動作する。システムの元素水銀分析器は、変換器からガスサンプルを受け取り、サンプル内の元素水銀の蛍光を測定することによって元素水銀を検出する。元素水銀分析器は、サンプル内の元素水銀の蛍光に及ぼされる蛍光消失の影響を低減するために、大気圧に対して減少した圧力でガスサンプルを収容する。蛍光消失の影響を低減することによって、分析器は、ガスサンプル内の元素水銀の濃度の実質的に正確な測定を可能にする。
【００２０】
本発明の、先の、また、他の目的、特徴、および利点は、添付図面に示すように、本発明の特定の実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。図面では、同じ参照文字は、異なる図全体を通して同じ部品を指す。図面は、必ずしも一定比例尺に従わず、代わり
に、本発明の原理を示すことに重点が置かれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
システムは、実質的に連続した方式で、ガスサンプル内の総水銀を監視する。システム内で使用される変換器は、プローブからの気化水銀を含有するガスサンプルを受け取るように構成される。変換器は、熱分解を使用して、ガスサンプル内に存在する酸化水銀を元素水銀成分と酸化成分に変換する。変換器はまた、元素水銀成分と酸化成分との再結合を最小にするために、ガスサンプルの圧力を減少させるように動作する。システムの元素水銀分析器は、変換器からガスサンプルを受け取り、サンプル内の元素水銀の蛍光を検出する。元素水銀分析器は、サンプル内の元素水銀の蛍光に及ぼされる蛍光消失の影響を低減するために、減少した圧力でガスサンプルを収容する。蛍光消失の影響を低減することによって、分析器は、ガスサンプル内の元素水銀の濃度の実質的に正確な測定を可能にする。
【００２２】
図１は、石炭火力電力プラントからの流出ガスなどの、流体サンプル内の総水銀を、実質的に連続した方式で監視する水銀監視システム２０を示す。水銀監視システム２０は、連続排出監視システム（ＣＥＭＳ）を定義する。水銀監視システム２０は、プローブ２２、変換器２４、分析器２６、および、好ましくは同様に、較正器２８およびガス供給部３０を含む。
【００２３】
プローブ（たとえば、抽出プローブ）２２は、サンプル源からガスサンプル３２を受け取り、ガスサンプル３２を変換器２４に送出するように構成される。たとえば、プローブ２２は、石炭燃焼施設の煙突または煙道３４内に延びるか、または、そこに近接して取り付けられ、煙突３４を通って流れる流体またはガス（たとえば、流出）３６の一部分をガスサンプル３２として収集する。プローブ２２は、ガスサンプル３２から粒状性物質（たとえば、煙道灰) を分離する慣性フィルタを含むことができる。ガスサンプル３２に接触するプローブ２２の表面は、通常、プローブとガスサンプル３２内に存在する水銀との間の化学反応を最小にする、または、防止する皮膜（たとえば、ガラス）を有する。一配置構成では、プローブ２２の慣性フィルタは、ヒータ要素（図示せず）を含む。ヒータ要素は、慣性フィルタ内のガスサンプル３２を加熱することができる。
【００２４】
プローブ２２は、ある温度、たとえば、１５０℃に維持された加熱された導管３８によって変換器２４に接続される。加熱された導管３８は、ガスサンプル３２の凝縮および導管３３８に対する気化水銀の「付着」を制限し、変換器に対するガスサンプル３２の十分な輸送を提供する。プローブ２２は、導管４７を介して、ガス供給部３０に結合する。一配置構成では、ガス供給部３０は、空気などの希釈ガスをプローブ２２に提供して、ガスサンプル３２を変換器２４に送出する前に、ガスサンプル内の水銀濃度を希釈する。加熱された導管３８は、電気抵抗ヒータなどの熱源から熱を受け取る。
【００２５】
変換器２４は、プローブ２２からガスサンプル３２を受け取り、また、分析器２６が、ガスサンプル内に存在する水銀の総量を検出するために、ガスサンプル３２内に存在する水銀の気相種（たとえば、酸化水銀）を元素水銀に変換し、水銀を元素の形態で維持するように動作する。ガスサンプル３２に比較的高い温度を適用し、次に、減少した圧力を利用して、サンプル内の変換された元素水銀が、ガスサンプル３２内に存在する酸化化合物または酸化成分と結合することを最小にすることによって、変換器２４は、水銀Ｈｇ＋２の酸化形態（たとえば、ＨｇＣｌ２、Ｈｇ( ＮＯ３) ２）を元素水銀Ｈｇ０に変換する。変換器２４のより詳細な説明が、以下に示される。
【００２６】
分析器２６は、（たとえば、約１００℃〜２００℃の温度に）加熱された導管４０によって変換器２４に接続され、また、ポンプまたはエダクタ( 図示せず) に結合して、加熱
され、かつ、圧力が減少したガスサンプル３２を、変換器２４内に、そして、変換器２４を通して引き入れる。一配置構成では、分析器２６は、ガスサンプル３２内に存在する元素水銀の量または濃度を測定または検出する原子蛍光分析器である。検出プロセスの終了によって、分析器２６は、排気ポート４２を介して流体またはガスサンプル３２を大気に排出する。分析器２６のより詳細な説明が、以下に示される。
【００２７】
較正が較正器２８によって行われ、較正器２８は、一配置構成では、ラインまたは導管４５を通して分析器２６に流体連通し、ペルチエクーラ／蒸気圧制御および質量流量コントローラなどを使用することによって、特定の濃度で気化元素水銀を分析器２６に提供する。分析器２６は、較正器２８から受け取った元素水銀の量を、導管４４を介してガス供給部３０から受け取った乾燥した実質的に水銀の無いガス（たとえば、ゼロ空気）の元素水銀の量と比較する。こうした比較の結果は、分析器２６の直接の較正を可能にする。較正器２８のより詳細な説明は、以下に示される。
【００２８】
システム２０は、実質的に連続する方式でガスサンプル３２内の総水銀を監視する。システム内で使用される変換器２４は、プローブから、気化水銀を含有するガスサンプル３２などのガスサンプル３２を受け取り、ガスサンプル３２内に存在する酸化水銀を元素水銀成分と酸化成分に分離するように構成される。変換器２４はまた、元素水銀成分と酸化成分との再結合を最小にするために、ガスサンプル３２の圧力を減少させるように動作する。システム２０内で使用される元素水銀分析器２６は、変換器２４からガスサンプル３２を受け取り、サンプル内の元素水銀の蛍光を測定するように構成される。元素水銀分析器２６はまた、サンプル３２内の元素水銀の蛍光に及ぼされる蛍光消失の影響を低減する機構を利用する。蛍光消失の影響を低減することによって、分析器２６は、ガスサンプル３２内の元素水銀の濃度の実質的に正確な測定を可能にする。
【００２９】
図２は、酸化水銀変換器２４の配置構成を示す。変換器２４は、入口５２、出口５４を有し、第１チャンバ５６と第２チャンバ５８を画定するハウジング５０を含む。変換器２４はまた、圧力減少装置６０およびハウジング５０に熱的につながるヒータ６２を含む。
【００３０】
ハウジング５０は、一配置構成では、アルミナ、石英、またはガラス材料（たとえば、高温石英）から全体が円筒の形状に形成された熱分解装置である。ハウジング５０の入口５２は、流体源から変換器２４の第１チャンバ５６にガスサンプル３２を送出するための流体またはガス源に接続される。たとえば、一配置構成では、入口５２は、プローブ２２に接続され、石炭燃焼施設の煙突または煙道３４からガスサンプル３２を受け取る。ハウジング５０の出口５４は、図１に示す分析器２６に接続される。
【００３１】
図２に示すように、一配置構成では、出口５４は、真空ポンプ６４につながり、真空ポンプ６４は、次に、入口導管４０または分析器２６の出口４２に接続されてもよい（たとえば、ポンプは、分析器ポンプであってよい）。動作中、一配置構成では、ポンプ６４は、ガスサンプル３２を、プローブ２２内に、そして、プローブ２２を通して、そして、変換器２４および分析器２６を通して引き入れる。別の配置構成では、変換器２４は、プローブ２２に連結したガスエダクタからガスサンプル３２を受け取る。ポンプ６４は、こうした配置構成では、変換器２４および分析器２６を通してガスサンプル３２を引き入れる。
【００３２】
変換器２４の第１チャンバ５６は、ガスサンプル３２を受け取り、実質的に第１圧力でガスサンプル３２を収容するように構成される。たとえば、動作中に、ポンプ６４は、プローブ２２から第１チャンバ５６内にガスサンプル３２を引き入れ、それにより、第１チャンバ５６は、ガスサンプル３２を、約１気圧の圧力で保持する。第２チャンバ５８は、第１チャンバ５６からガスサンプル３２を受け取り、ガスサンプル３２を、実質的に第２
圧力で収容するように構成され、第２圧力は、第１圧力より低い。以下に述べるように、第２チャンバ５８は、第２の減少した圧力でガスサンプル３２を収容するために、ポンプ６４および圧力減少装置６０と共に動作する。
【００３３】
圧力減少装置６０は、ポンプ６４と共に、第２チャンバ５８内で、第１チャンバ５６の圧力に対してガスサンプル３２の減少した圧力を確立し維持する。これを容易にするために、圧力減少装置６０は、ハウジング５０の第１チャンバ５６と第２チャンバ５８との間で配置された臨界オリフィスなどの、流路または開口７０を画定する流量制限器６８であるか、または、それを含む。流量制限器６８は、ノズルまたはオリフィスを画定する構造として形成されることができる。一配置構成では、流量制限器６８は、第１チャンバ５６と第２チャンバ５８に共通である、すなわち、互いにチャンバ５６、５８を分離するハウジング５０の壁６６内に形成される。ポンプ６４が、流量制限器６８を通して第１チャンバ５６から第２チャンバ５８へガスサンプル３２を引き入れるときに、流量制限器６８は、ガスサンプル３２の圧力低下を生じる、たとえば、約０．１気圧〜０．３気圧を生じる。
【００３４】
たとえば、動作中、ポンプ６４は、入口５２から第１チャンバ５６内にガスサンプル３２を引き入れる。第１チャンバ５６は、１気圧の圧力（たとえば、大気圧）などの、第１流体圧でガスサンプル３２を保持または収容する。ポンプ６４は、さらに、第１チャンバ５６から流量制限器６８を通して第２チャンバ５８へガスサンプル３２を引き入れる。流量制限器６８は、第１チャンバ５６から第２チャンバ５８へのガスサンプル３２の流れを可能にするが、第１チャンバ５６から第２チャンバ５８へのガスサンプル３２の流量を制限する。流量制限器６８の流路７０のサイズは、ポンプ６４が、第２チャンバ５８内で、たとえば、約０．１〜０．３気圧の、低い流体圧を生成し維持することを可能にする。
【００３５】
一配置構成では、約０．１〜０．３気圧への、ガスサンプルの圧力減少を達成するために、ユーザは、流量制限器６８の流路７０の直径７２およびポンプ６４の流体流量を調整することができる。たとえば、変換器２４が、５００ミリリットル／分の臨界オリフィス（たとえば、約０．００１インチ（０．０２５４ミリ）の直径）を有する流量制限器６８を有し、また、５００ミリリットル／分の真空流量を提供するポンプ６４に結合する場合を考える。ポンプ６４の動作中に、流量制限器６８は、ガスサンプルの圧力を約０．１〜０．３気圧まで減少させる。
【００３６】
ヒータ６２は、ハウジング５０内のガスサンプル３２を加熱して、ガスサンプル３２内に存在する酸化水銀８２を元素水銀成分８０と酸化成分８４に変換または分解する。たとえば、ヒータ６２は、第１チャンバ５６内でガスサンプル３２の温度を約７５０℃に（たとえば、または、約６５０℃から８００℃の範囲内に）増加させることができる。こうした温度は、ガスサンプル３２内に存在する酸化水銀８２を元素水銀成分８０と酸化成分８４に分解する。一配置構成では、ヒータ６２は、ハウジング５０内のガスサンプル３２に放射熱を提供する電気抵抗ヒータである。
【００３７】
動作中、変換器２４は、酸化水銀を有する流体サンプル３２を受け取る。たとえば、動作中、プローブ２２は、石炭燃焼施設の煙突または煙道３４から煙道ガスサンプル３２を受け取る。ガスサンプル３２は、元素の形態（Ｈｇ０）と酸化形態（Ｈｇ＋２）の両方の形態の気化水銀を含む。変換器２４の出口５４に結合されたポンプ６４（ポンプ６４は、好ましくは、分析器２６の下流にある）は、ハウジング５０内で真空を生成し、ガスサンプル３２が、プローブ２２から変換器２４へ、そして、変換器２６を通って流れるようにする。変換器２４の第１チャンバ５６は、ガスサンプル３２を受け取り、ガスサンプル３２を、約１気圧などの圧力に保持する。
【００３８】
変換器２４は、酸化水銀を有する流体サンプル３２を加熱して、流体サンプル３２内に存在する酸化水銀８２を元素水銀成分８０と酸化成分８４に変換する。たとえば、熱分解として知られるプロセスにおいて、ヒータ６２は、ハウジング５０の第１チャンバ５６に熱エネルギーを加えて、第１チャンバ５６内のガスサンプル３２の温度を約７５０℃の温度まで増加させる。ガスサンプル３２内の酸化水銀が、約７５０℃の温度に達するにつれて、酸化水銀８２は、元素水銀成分８０と酸化成分８４（塩素など）に変換される。
【００３９】
加熱された流体サンプルが、流量制限器を通過するとき、変換器２４は、元素水銀成分と酸化成分の再結合を制限する。たとえば、真空ポンプおよび流量制限器６８は、加熱されたガスサンプル３２の圧力が、（たとえば、第１チャンバ５６内に収容される場合）約１気圧から（たとえば、第２チャンバ５８内に収容される場合）約０．１〜０．３気圧まで減少するようにさせることができる。第１チャンバ５６内の圧力に対して、加熱されたガスサンプル３２の圧力を減少させることによって、変換器２４は、第２チャンバ５８内において、元素水銀成分８０と酸化成分８４の数を減少させる。加熱されたガスサンプル３２が真空下に保持された（たとえば、第１チャンバ５６内のガスサンプル３２の圧力に対して低い圧力に保持される）状態で、減少した圧力または真空は、第１チャンバ５６内で熱変換された変換済の元素水銀８０と酸化成分８４との間の再結合反応を制限する。さらに、減少した圧力または真空は、ガスサンプル３２内の元素水銀８０と、ガスサンプル３２内に存在する場合がある塩酸（ＨＣｌ）などの他の成分との結合を制限する。
【００４０】
加熱されたガスサンプル３２が、第１チャンバ５６から第２チャンバ５８に入るため、また、変換器２４から分析器２６の方へ流れるため、加熱されたガスサンプル３２の温度は、減少する可能性があり、それにより、ガスサンプル３２内に存在する元素水銀８０と酸化成分８４が、再結合する確率が減少する。ガスサンプル３２の圧力を減少させることは、ガスサンプル３２内の元素水銀成分８０と酸化成分８４の数を減少させる。ガスサンプル３２内の元素水銀成分８０と酸化成分８４の数のこうした減少は、元素水銀成分８０と酸化成分８４との化学的再結合を減少させる。そのため、変換器２４が、ガスサンプル３２を第２チャンバ５８から分析器２６まで送出するときに、分析器２６は、比較的正確にガスサンプル３２内の元素水銀（たとえば、気化元素水銀）８０の総量を検出することができる。
【００４１】
先に示したように、一配置構成では、加熱されたガスサンプル３２が、第１チャンバ５６から第２チャンバ５８に入るため、加熱されたガスサンプル３２の温度は減少し、それにより、ガスサンプル３２内に存在する元素水銀８０と酸化成分８４が、再結合する確率が減少する。第２チャンバ５８内での元素水銀８０と酸化成分８４の再結合をさらに最小にするために、変換器２４は、第２チャンバ５８に熱的につながるヒータを含むことができる。図２に戻ると、一配置構成では、ヒータ６２は、第１ヒータ部分６２−１と第２ヒータ部分６２−２を含む。第１ヒータ部分６２−１は第１チャンバ５６に熱的につながり、第２ヒータ部分６２−２は第２チャンバ５８に熱的につながる。
【００４２】
動作中、第１ヒータ部分６２−１は、第１チャンバ５６内のガスサンプル３２を約７５０℃の温度まで加熱して、ガスサンプル３２内の酸化水銀８２を元素水銀成分８０と酸化成分８４に分解する。ガスサンプルが、第２チャンバ５８内に流れるにつれて、圧力減少装置６０（たとえば、流量制限器６８）は、ポンプ６４と共に、ガスサンプル３２の圧力を減少させ、それにより、ガスサンプル３２は、第２チャンバ５８内で減少した圧力で保持される。第２ヒータ部分６２−２は、その後、第２チャンバ５８に熱を加えて、第２チャンバ５８内でガスサンプル３２の温度を維持するのに役立つ。たとえば、第２ヒータ部分６２−２はまた、第２チャンバ５８内のガスサンプル３２を約７５０℃の温度まで加熱する。こうした加熱によって、第２ヒータ部分６２−２は、元素水銀成分８０の酸化成分８４からの分離を維持するのに役立つ。
【００４３】
ある場合には、ガスサンプル３２は、分析の前に、ガスサンプル３２内での元素水銀８０の酸化を制限するために、さらなる処理（たとえば、水銀反応性成分の除去）を必要とする可能性がある。一配置構成では、分解した元素水銀成分８０と酸化成分８４の再結合を最小にするために、変換器２４は、図２に示すように、化学スクラバ９０を含む。
【００４４】
化学スクラバ９０は、ガスサンプル３２内のいくつかの水銀反応性成分の存在を除去または減少させるように働く。化学スクラバ９０は、流量制限器６８の下流でかつ変換器２４の出口５４の上流で、ハウジング５０内に取り付けることができる。こうした配置によって、動作中、ガスサンプル３２が、ハウジング５０の入口５２からハウジング５０の出口５４へ移動するときに、化学スクラバ９０を通ってまたは化学スクラバ９０に近接して流れ、それにより、化学スクラバ９０が、ガスサンプル３２内のいくつかの水銀反応性成分の存在を除去または減少させることが可能になることが確保される。一配置構成では、化学スクラバ９０は、酸性ガススクラビング材料９２、たとえば、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）を含む。化学スクラバ９０は、ガスサンプル３２のいくつかの成分（たとえば、塩酸（ＨＣｌ）などの酸性ガスおよび塩素フリーラジカル) をトラップして、ガスサンプル３２内での酸性ガス成分と元素水銀８０との結合を最小にする。すなわち、化学スクラバ９０は、元素水銀（Ｈｇ０）８０が分析器まで通過することを可能にするが、普通なら元素水銀８０と再結合する可能性がある酸性ガス成分を除去する。
【００４５】
図２に示す配置構成に対する代替構成として、化学スクラバは、ハウジング５０の下流の別個のハウジング内に設けることができる（たとえば、図７に関して示し述べられるように）。こうした配置構成は、化学スクラバの酸性スクラビング材料９２（たとえば、水酸化カルシウム）の交換を容易にする場合がある。
【００４６】
変換器２４の第２チャンバ５８内において、または、変換器２４から分析器２６までのガスサンプルの通過中においても同様に、元素水銀の水銀含有化合物内への再結合の可能性をさらに減らし、または、最小にするために、ガス供給部３０は、乾燥した水銀の無い非酸化ガス（たとえば、窒素）などの希釈ガスを、導管３１を介してサンプル流内に提供することができる。
【００４７】
たとえば、図２に示すように、希釈ガス供給部３０は、水銀の無い希釈ガスを変換器２４に提供する。一配置構成では、導管３１は、変換器２４の入口５２付近の変換器２４の上流でシステム２０のガスラインに接続する。別の配置構成では、導管３１は、ハウジング５０の第２入口３３に接続する。希釈ガスは、ガスサンプル３２と結合して、変換器２４によって受け取られる、ガスサンプル３２内の酸化水銀８２、元素水銀８０（たとえば、気化水銀）、および酸化成分８４の濃度を希釈する。たとえば、希釈ガス供給部３０は、ガスサンプル３２内の酸化水銀８２、元素水銀８０、および酸化成分８４の濃度を、約１０：１〜２５０：１の希釈比に希釈する。ガスサンプル３２内に存在する酸化水銀８２、元素水銀８０、および酸化成分８４の量を希釈することによって、希釈ガス供給部３０は、ガスサンプル３２内の、反応性種（たとえば、元素水銀成分８０および酸化成分８４）の相対的濃度を減少させる。
【００４８】
システム２０が、ガスサンプル３２内に存在する酸化水銀を非酸化水銀（たとえば、元素水銀）に変換することを必要とされることなく、システム２０は、ガスサンプル３２の元素水銀の濃度を検出するように動作することもできる。これを可能にするために、システム２０は、図２に示すように、変換器２４の上流の、または、変換器２４の入口５２に接続された流れバイパス要素９４（たとえば、弁）を含む。起動すると、流れバイパス要素９４は、入口５２によって受け取られたガスサンプル３２を、導管９５を通してハウジング５０の出口５４まで送り、それにより、ハウジング５０の第１チャンバ５６および第
２チャンバ５８をバイパスさせる。こうしたバイパスは、ガスサンプル３２が、チャンバ５６内で提供される比較的高い熱にさらされることを防止し、したがって、ガスサンプル３２内に存在する酸化水銀８２を分解しない。これは、分析器２６が、ガスサンプル３２内に元々存在する元素水銀だけを検出することを可能にする。
【００４９】
図２に関して先に示したように、圧力減少装置６０（たとえば、ポンプ６４を組合わせた流量制限器６８）は、入口５２によって受け取られるガスサンプル３２の圧力に対して。ハウジング５０内のガスサンプル３２の圧力を減少させるのに役立つ。図３および図４は、圧力減少装置６０についての代替構成を示す。
【００５０】
図３は、変換器２４の第１チャンバ５６と第２チャンバ５８との間のノズル８６として構成された流量制限器６８を示す。ノズル８６は、第１チャンバ５６から第２チャンバ５８へのガスサンプル３２の流量を制限する直径８８を有する流路またはオリフィス８７を画定する。別々に取り付け可能な流量制限器６８（たとえば、ノズル８６）の使用は、異なる所望の流量を達成するために種々の直径を有する、異なる流量制限器６８の設置を可能にする。
【００５１】
図４は、変換器２４についての流量制限器６８の別の配置構成を示す。図示するように、流量制限器６８は、ハウジング５０と一体に形成され、かつ、第１チャンバ５６を第２チャンバ５８に接続するネック部分９６である。ネック部分９６は、第２チャンバ５８から第１チャンバ５６を距離９９だけ分離する。ネック部分９６は、第１チャンバ５６から第２チャンバ５８へのガスサンプル３２の流れを可能にし、かつ、第１チャンバ５６から第２チャンバ５８へのガスサンプル３２の流量を制限する、直径９８を有する流路またはオリフィス９７を画定する。たとえば、一配置構成では、ネック部分９６のオリフィス９７は、約５００ミリリットル／分の最大流量を可能にする。図４に示す一体配置構成は、第１チャンバ５６、第２チャンバ５８、およびネック部分９６の、単一材料（たとえば、高温石英）からの単一製造プロシジャによる製造を可能にし、ハウジング５０内に別個の圧力低減装置を設置するのに必要とされる工程をなくす。
【００５２】
図５は、変換器２４の代替の配置構成を示し、変換器２４は、単一チャンバ１２０を画定し、変換器２４の上流に（たとえば、入口５２に）位置する流量制限器１２２を含む。流量制限器１２２は、（たとえば、分析器２６の出口４２（図示せず）に接続された）ポンプ６４と共同して、ガスサンプル３２がチャンバ１２０に入るときに、ガスサンプル３２の圧力を減少させる。動作中、流量制限器１２２は、ポンプ６４と共同して、ガスサンプル３２の圧力を大気圧から約０．１〜０．３気圧へ減少させる。変換器２４が、圧力が減少したガスサンプル３２を受け取るにつれて、ヒータ６２は、ガスサンプル３２に熱を加えて、圧力が減少したガスサンプル３２内で酸化水銀を熱分解する。単一チャンバ１２０は、ガスサンプル３２を減少した圧力に維持する。流量制限器１２２が変換器２４の上流に位置することによって、変換器２４は、ガスサンプル３２を減少した圧力に維持して、元素水銀成分８０と酸化成分８４の再結合を減少させるまたは制限する。
【００５３】
図６は、変換器２４の代替の配置構成を示し、変換器２４は、単一チャンバ１２０を画定し、変換器２４の下流端に（たとえば、出口５４に、または、出口５４の一部として）位置する流量制限器１２４を含む。流量制限器１２４は、ポンプ６４と共同して、ガスサンプル３２がチャンバ１２０を出るときに、ガスサンプル３２の圧力を減少させる。動作中、変換器２４は、単一チャンバ１２０内にガスサンプル３２を受け取り、ヒータ６２は、熱を加えて、ガスサンプル３２内で酸化水銀を熱分解する。ガスサンプル３２が単一チャンバ１２０を出るときに、流量制限器１２４は、ポンプ６４と共同して、ガスサンプル３２の圧力を大気圧から約０．１〜０．３気圧へ減少させる。流量制限器１２４が変換器２４の下流端に位置することによって（流量制限器１２４は、あるいは、変換器２４から
分離した構造であり、変換器２４と分析器２６との間に位置決めされることができる）、変換器２４は、圧力が減少したガスサンプル３２をシステム２０内の分析器２６に送出する。熱分解されたガスサンプル３２の圧力を減少させることによって、ガスサンプル３２が分析器２６に移動するときに、変換器２４は、ガスサンプル内での元素水銀成分８０と酸化成分８４の再結合を減少させる、または、制限する。
【００５４】
同様に、先に示し、また、図２に示すように、希釈ガス供給部３０は、変換器２４の上流の流れラインに希釈ガスを提供する。図７に示す代替の配置構成では、希釈ガス供給部３０は、ハウジング５０に連結する第２入口９５によって、変換器２４のハウジング５０の第２チャンバ５８内に希釈ガスを導入してもよい。第２チャンバ５８内のガスサンプル３２内に存在する、酸化水銀８２、元素水銀８０、および酸化成分８４を希釈することによって、希釈ガス供給部３０は、ガスサンプル３２内（すなわち、第２チャンバ５８内）の反応性種（たとえば、元素水銀成分８０および酸化成分８４）の相対濃度を減少させる。
【００５５】
図２に示すように、化学スクラバ９０は、変換器２４のハウジング５０内に位置する。図７に示す別の配置構成では、化学スクラバ９０は、変換器２４のハウジング５０の外部に位置する。こうした配置構成は、ユーザが、スクラバ９０の粒子収集部分９２（たとえば、水酸化カルシウム）を容易に変更または置換することを可能にする。外部スクラバ９０は、出口５４から下流に位置しているものとして示されるが、外部スクラバ９０は、入口５２に近接した、上流ロケーションに位置することもできる。
【００５６】
先に示したように、システム２０は、実質的に連続した方式で、ガスサンプル３２内の総水銀を監視する。変換器２４が、ガスサンプル３２内に存在する酸化水銀を、元素水銀に変換し、ガスサンプルの圧力を減少させて、元素水銀とガスサンプル３２内に存在する酸化成分との再結合を最小にした後、ガスサンプル３２は、分析器２６に流れる。分析器２６は、その後、ガスサンプル３２内に存在する水銀の総量を検出する。
【００５７】
図８は、元素水銀分析器２６の配置構成を示す。分析器２６は、ハウジング２５０および蛍光アセンブリ２５２を含む。
ハウジング２５０は、入口２５６、出口２５８を有し、チャンバ２６０を画定する。入口２５６は、導管４０を介して変換器２４から圧力が減少したガスサンプル３２（たとえば、ガスサンプル３２は、０．１〜０．３気圧の圧力を有する）を受け取るように構成される。出口２５８は、排気ポート２４２を介して流体またはガスサンプル３２を大気に放出または排出するように構成される。チャンバ２６０は、サンプルの分析中に、ガス排出サンプルなどのガスサンプル３２を収容するように構成される。一配置構成では、光バッフリング材料２５１が、チャンバ２６０内での光の散乱を最小にするためにチャンバ２６０内に含まれる。
【００５８】
蛍光アセンブリ２５２は、チャンバ２６０と、したがって、ハウジング２５０によって収容されるガスサンプル３２に光学的につながる、光源アセンブリ２６１および検出器アセンブリ２６２を含む。蛍光アセンブリ２５２は、ガスサンプル３２内に存在する元素水銀２５５の蛍光を誘発させ、元素水銀の蛍光に基づいてガスサンプル３２の蛍光信号を検出する。
【００５９】
光源アセンブリ２６１は、一配置構成では、光源２６４およびレンズ２６６を含む。光源２６４は、一配置構成では、約２５３．７ｎｍの波長の光を生成し、かつ、その光をレンズ２６６に送出する高強度水銀ランプである。レンズ２６６は、次に、光源２６４からチャンバ２６０へ光を誘導する。レンズ２６６が、光源２６４からチャンバ２６０へ光を誘導するため、（たとえば、約２５３．７ｎｍの波長を有する）光は、チャンバ２６０内
に位置する元素水銀２５５を励起する。励起の結果として、元素水銀２５５は、蛍光などによってエネルギーを放出する。
【００６０】
検出器アセンブリ２６２は、一配置構成では、コントローラ２６８に電気結合する光電子増倍管２７４を含む。光電子増倍管２７４は、ハウジング２５０のチャンバ２６０に光学的につながり、チャンバ２６０内の元素水銀２５５による蛍光された光を検出するように動作する。光電子増倍管２７４は、流体サンプルからの蛍光（たとえば、元素水銀２５５からの蛍光による光）を受け取るときに、蛍光信号に比例する（たとえば、ガスサンプル３２内での元素水銀２５５の蛍光の強度に比例する）信号を生成し、その信号をコントローラ２６８に送信する。コントローラ２６８（たとえば、そのメモリおよびプロセッサ）は、光電子増倍管２７４から受け取った信号に基づいて、ガスサンプル３２内での元素水銀２５５の濃度を計算または検出する。
【００６１】
一配置構成では、分析器２６は、光源アセンブリ２６１および検出器アセンブリ２６２と共に偏光要素を利用して、元素水銀２５５からの蛍光による光の信号の検出、最終的に、検出器アセンブリ２６２の信号対雑音比を改善する。
【００６２】
たとえば、光源アセンブリ２６１は、レンズ２６６とハウジング２５０のチャンバ２６０との間に位置決めされる偏光要素またはフィルタ２８２を含む。偏光フィルタ２８２は、レンズ２６６からの入射光を偏光して、検出器によって観察される散乱光の量を減少させる。偏光フィルタ２８２は、光散乱によって伝達される光平面に直交する光平面だけを通過させるように配置され、それにより、チャンバ２６０内での散乱光の量を減少させる。
【００６３】
動作中、偏光フィルタ２８２は、チャンバ２６０に入る入射光を偏光して、光散乱によって伝達される光平面を除去する。偏光された入射光は、チャンバ２６０を通って進むにつれて、散乱する可能性がある（たとえば、偏光された光と、ハウジング２５０の壁またはハウジング２５０によって収容されるガスサンプル３２内の粒子状物質との間の相互作用によって生じる) 。粒子相互作用によって生じる光散乱は、偏光要素２８２と検出器２６２の配置に依存して、２つの直交平面の一方に有利になる。蛍光チャンバ２６０内で、好ましくない光平面（たとえば、光散乱によって伝達される光平面に直交する光平面）だけを伝達することによって、散乱光の量が、チャンバ２６０内で減少する。散乱光の減少は、水銀を監視する検出器２６２の能力を向上させる。元素水銀２５５は、偏光されない光として光を蛍光させる。したがって、偏光された光の使用は、元素水銀２５５のからの蛍光による光の信号の検出を改善し、検出器アセンブリ２６２に蛍光検出限界の向上または改善を提供する。
【００６４】
先に示したように、偏光された入射光が、チャンバ２６０を通って進むとき、偏光された光が、散乱する可能性がある。通常、偏光された入射光の伝播方向に対して直角に観察される散乱光は、平面偏光される。
【００６５】
一配置構成では、光源アセンブリ２６１の偏光フィルタ２８２は、チャンバ２６０内の第１の軸または光学方向２７２に沿って偏光された入射光を誘導する。たとえば、第１光学方向２７２は、偏光フィルタ２８２の面に実質的に垂直（たとえば、実質的に９０°の角度）であり、一方、散乱光は、偏光フィルタ２８２の面に実質的に平行である。
【００６６】
動作中、第１光学方向２７２に沿って進む偏光された入射光は、第１光学ゾーン２７０内に存在する元素水銀２５５が蛍光を発するようにさせる。偏光された光は、第１光学方向２７２に沿ってチャンバ２６０内を進むまたは伝播するときに、チャンバ２６０内で散乱する可能性がある。先に述べたように、偏光された入射光の伝播方向に対して直角に検
出される散乱光は、直線偏光を有する。したがって、検出器２６２は、チャンバ２６０の第２光学ゾーン２７８内で蛍光による光を検出し、第２光学ゾーン２７８は、第１光学ゾーン２７０に対して実質的に９０°の角度で配置される。散乱光の平面に対する検出器２６２の方向は、ガスサンプルからの蛍光信号の検出を最適にする。さらに、普通なら、光源からの光の好ましい散乱平面になるものを除去することは、粒子相互作用によって生じる散乱光を減少させる。
【００６７】
衝突不活性化は、流体またはガスサンプル内での元素水銀の蛍光消失を引き起こす可能性がある。衝突不活性化のプロセスにおいて、励起された水銀原子は、ガスサンプル内の別の原子／分子と、または、分析器２６の壁と衝突し、光を放出することなく、衝突オブジェクトにエネルギーを伝達する。すなわち、励起された元素水銀原子は、非蛍光メカニズムを通してそのエネルギーを引き渡す。しかし、本水銀監視システムの分析器２６は、比較的低い圧力、たとえば、約０．１気圧〜０．３気圧を有するガスサンプル３２を、変換器２４から受け取り、ガスサンプル３２を比較的低い圧力に維持する。ガスサンプル３２を受け取り、ガスサンプル３２を比較的低い圧力に維持することによって（たとえば、チャンバ６０内で原子（水銀原子）の数が減少することによって）、分析器２６は、チャンバ２６０内で励起された水銀原子の原子／分子の相互作用の回数を減少させる。したがって、分析器２６は、衝突不活性化、したがって、元素水銀２５５の蛍光に関する蛍光消失の効果を減少させる。
【００６８】
水銀蛍光の消失は、水銀濃度が十分に低いとき、スターン−ボルマーの式(Stern-Volmer equation) に従う。この条件は、水銀のトレースレベルを検出する本分析器２６において満たされる。別のガス内で希釈された一定の分率または混合比の水銀を含有するガスサンプル３２の場合、蛍光強度は、以下の式、すなわち、
Ｆ（Ｍ，ｐ）＝Ｃ＊（ｐ／（１＋ΦＭ＊ｐ））
に従って圧力に伴って変化する。ここで、
Ｆ（Ｍ，ｐ）＝圧力ｐの混合ガスＭにおける水銀の蛍光強度
Ｃ＝混合比に応じる定数
ｐ＝サンプル圧
ΦＭ＝混合ガスＭについての消失係数
である。
【００６９】
１気圧の絶対圧におけるガスサンプルと比較した、ガスサンプル内の水銀の相対蛍光強度は、
Ｆ（Ｍ，ｐ）／Ｆ（ＭＲｅｆ，１気圧）＝（ｐ＊（１＋ΦＭＲｅｆ））／（１＋ΦＭ＊ｐ）
から計算される。ここで、
ＭＲｅｆ＝基準混合ガス
である。
【００７０】
基準混合ガスが空気である場合、空気についての消失係数は、ΦＡｉｒ＝１４０／気圧である。基準混合ガスが窒素である場合、窒素についての消失係数は、ΦNitrogen＝１８／気圧である。
【００７１】
図９は、空気中水銀の混合物と窒素中水銀の混合物についての、相対蛍光強度とサンプルチャンバ圧（たとえば、1 気圧の空気の基準に対するサンプルチャンバ圧）との関係（たとえば、スターン−ボルマーの関係）を示すグラフ３００である。第１曲線３０２は、空気中水銀の混合物を有するガスサンプル３２について、相対蛍光強度とサンプルチャンバ圧との関係を示す。第２曲線３０４は、窒素中水銀の混合物を有するガスサンプル３２について、相対蛍光強度とサンプルチャンバ圧との関係を示す。
【００７２】
図９は、（第１曲線３０２で示される）空気中水銀の場合、約０．１気圧で、最高または上方圧力限界値に達することを示す。この圧力を超えると、圧力増加に伴う吸収性の水銀原子数の増加の効果は、生成される増加した数の励起状態の水銀原子についての消失レートの匹敵する増加によって相殺される。結果として、０．１気圧を超えて空気サンプル圧を増加させることによって、蛍光信号の増大はほとんど得られない。逆に、分析器サンプルチャンバ２６０を不完全真空下で動作させ、サンプル圧を大気圧から０．１気圧の絶対圧に減少させることによって、蛍光信号はほとんど失われない。
【００７３】
グラフ３００は、蛍光強度の大幅な減少なしで、空気中の混合物についてのサンプル圧を０．１気圧に減少することができることを示す。グラフ３００はまた、空気／窒素分子による光の散乱によって生じる相対背景信号とサンプルチャンバ圧との関係を示す第３曲線３０６を含む。図示するように、空気／窒素分子による励起エネルギーの散乱（たとえば、レイリー散乱）は、圧力の減少に関して比例して減少する。たとえば、０．１気圧の圧力において、相対背景信号は、１気圧の圧力の値の約１／１０に減少する。すなわち、チャンバ２６０内の圧力の減少は、サンプルガス内に水銀がたとえ存在しないときでも存在する背景信号を、大幅に減少させる効果がある。背景信号または背景光の強度の減少は、比較的低いレベルの水銀蒸気の検出を可能にし、それにより、水銀監視システム２０の下方検出可能限界値（ＬＤＬ）を向上させる。
【００７４】
図９はまた、第２曲線３０４によって示すように、空気ではなく窒素によってサンプルを希釈する効果を示す。たとえば、０．１気圧の作動圧で、蛍光強度は約５倍増加する。この増加は、散乱光強度の変化がほとんど無い状態で起こる。そのため、背景強度は、蛍光信号と比較して５分の１に減少し、水銀についてのＬＤＬのさらなる改善をもたらす。
【００７５】
動作中、分析器２６は、圧力が減少したガスサンプル３２を変換器２４から受け取る。たとえば、一配置構成では、変換器２４は、石炭燃焼施設の煙突または煙道３４から受け取るような、ガスサンプル３２の圧力を減少させる。分析器２６は、その後、圧力が減少したガスサンプル３２内に存在する元素水銀の蛍光を誘発させる。たとえば、分析器２６の光源アセンブリ６１は、約２５３．７ｎｍの波長の光を生成して、ガスサンプル３２内で元素水銀の蛍光を誘発させる。
【００７６】
分析器２６は、ガスサンプル３２内の元素水銀２５５の蛍光に基づくガスサンプル３２の蛍光信号を検出し、蛍光信号は、ガスサンプル３２内の元素水銀２５５の濃度に比例する。たとえば、分析器２６の検出器アセンブリ２６２は、ガスサンプル内の元素水銀２５５の蛍光によって生成された蛍光信号を、ガスサンプル３２から受け取る。蛍光信号に基づいて、検出器アセンブリ２６２は、流体サンプルについて濃度レベルを計算し、ユーザまたはオペレータなどへ出力を提供する。
【００７７】
分析器２６は、実質的に連続する方式でリアルタイムに方法を実施する。たとえば、分析器は、特定のレートで（たとえば、１秒ごとに１回）ガスサンプルの元素水銀濃度を検出し、特定のレートで、分析器からの出力として濃度結果を提供する。ガスサンプル３２が、実質的に連続したレートで分析器２６内に流れるため、分析器２６は、ガスサンプル３２の水銀濃度のリアルタイム分析を実施する。そのため、分析器２６は、流体サンプル内に存在する元素水銀２５５の濃度の「スパイク」または所定期間にわたるサンプル内の水銀濃度に関連する傾向（たとえば、増加または減少）を検出することができる。
【００７８】
先に示したように、分析器２６が、（たとえば、圧力減少装置を介して）変換器２４からのガスサンプル３２を、比較的低い圧力（たとえば、０．１〜０．３気圧）で受け取り、収容することによって、分析器２６は、元素水銀２５５の分子衝突の回数を減少させる
。しかし、蛍光を発するのに利用可能な、励起された元素水銀原子の数は、圧力に比例する。したがって、ガスサンプル３２の圧力減少は、蛍光を発するのに利用可能な、励起された元素水銀原子の数も減少させる。ガスサンプル３２を、真空または負ゲージ圧下で収容することによって、分析器２６は、励起された元素水銀２５５の蛍光中に、流体サンプル３２内での励起された元素水銀２５５によって生成される蛍光強度または蛍光信号を減少させる。しかし、ガスサンプル３２に及ぼされる減少した圧力の影響は、検出感度に対してより大きな要求をもたらすが、本発明による蛍光検出は、流体サンプル内の元素水銀の濃度を検出するための、実質的に感度が高くかつ正確な方法を提供する。
【００７９】
先に示したように、分析器２６は、比較的低い圧力、約０．１気圧〜０．３気圧を有するガスサンプル３２を、変換器２４から受け取り、ガスサンプル３２を比較的低い圧力に維持する。分析器２６は、衝突不活性化、したがって、元素水銀２５５の蛍光に関する蛍光消失の効果を減少させる。しかし、場合によっては、分析器２６は、約０．３気圧より大きい圧力で変換器２４からガスサンプル３２を受け取る。チャンバ２６０内の励起された水銀原子の原子／分子相互作用の回数を減らして、元素水銀２５５の蛍光に関する衝突不活性化蛍光消失の効果を減少させるために、分析器２６は、蛍光消失低減機構を含む。蛍光消失低減機構は、サンプル３２内で、元素水銀２５５の蛍光に関する蛍光消失の効果を低減するように構成される。
【００８０】
図８に戻ると、一配置構成では、（たとえば、分析器２６が、約０．３気圧より大きい圧力で変換器２４からガスサンプル３２を受け取る場合）蛍光消失低減機構は、ハウジング２５０に結合される圧力減少装置２５４を含む。圧力減少装置２５４は、石炭燃焼施設の煙突または煙道３４などの流体源または図１に示す変換器２４の圧力に対してガスサンプル３２の圧力を減少させて、ガスサンプル３２内の元素水銀２５５の蛍光消失を最小にする、または、減少させる。
【００８１】
図８に関して、一配置構成では、圧力減少装置２５４は、ハウジング２５０の流量制限器２３９と共に動作する真空ポンプ６４を含む。示すように、ハウジング２５０の出口２５８は、真空ポンプ６４に流体連通する。ハウジングの入口２５６は、加熱された導管４０の幅または直径に対して、比較的狭い幅または直径２９４を画定する流量制限器２３９（たとえば、ノズル）として構成される、または、流量制限器２３９を含む。動作中、たとえば、真空ポンプ６４は、変換器２４から、ハウジング２５０の流量制限器２３９を通して分析器２６のハウジング２５０内に流体サンプル３２を引き入れる。ガスサンプル３２が、流量制限器２３９（たとえば、入口２５６の流量制限器）を通って流れるにつれて、ガスサンプル３２の圧力は、変換器２４内に収容された約１気圧の圧力などの第１圧力から、（たとえば、分析器２６内に収容された）約０．１〜０．３気圧の第２圧力に減少する。
【００８２】
図１０は、分析器２６の別の配置構成を示す。示すように、分析器２６の蛍光消失低減機構２５４は、純粋な窒素ガスなどの、酸素が枯渇したガスを含有するガス供給部３０（たとえば、酸素が枯渇したガス源）として構成される。一配置構成では、酸素が枯渇したガス源３０は、導管４４を介して分析器２６のチャンバ２６０に酸素が枯渇したガスを送出する。別の配置構成では、酸素が枯渇したガス源３０は、（たとえば、図１に示す）導管４７を介してプローブに酸素が枯渇したガスを送出する。純粋な窒素ガスなどの、酸素が枯渇したガスは、酸素に比べて元素水銀の蛍光を消失させる程度が実質的に低い。チャンバ２６０内への酸素が枯渇したガスの導入は、流体サンプル３２を希釈し、ガスサンプル３２内での元素水銀の蛍光消失を低減する。同様に、プローブ２２内への酸素が枯渇したガスの導入は、流体サンプル３２を希釈し、ガスサンプル３２内での元素水銀の蛍光消失を低減する。
【００８３】
一配置構成では、弁アセンブリ３３２は、酸素が枯渇したガス源３０とハウジング２５０との間に位置決めされて、供給源から送出される、酸素が枯渇したガスの量が調節され、また、弁アセンブリ３３２は、コントローラ２６８に電気結合される。コントローラ２６８は、弁アセンブリ３３２の開閉を調節して、チャンバ２６０またはプローブ２２へ送出される酸素が枯渇したガスの量を制御する。
【００８４】
図１１に示す一配置構成では、分析器２６は、第１偏光フィルタ２８２および第２偏光フィルタ２８４を含み、偏光フィルタ２８２および２８４は、互いに対して、また、好ましい散乱平面に対して交差する。先に示したように、単一偏光フィルタ２８２の使用は、チャンバ２６０内での光とガスの相互作用によって生じるチャンバ２６０内での光散乱の効果を減少させる。交差した偏光フィルタ２８２、２８４の使用は、分析器２６内で形成される他のタイプの光学干渉の効果を最小にする。たとえば、交差した偏光フィルタ２８２、２８４は、検出器アセンブリ２６２によって検出される出力信号（たとえば、蛍光）に及ぼされる、チャンバの壁から反射された光の効果を最小にする。
【００８５】
先に示したように、分析器２６は、ガスサンプル３２内の元素水銀の存在を正確に検出または測定するために、定期的な較正を必要とする。図１で示すように、較正は、較正器２８によって行われ、較正器２８は、一配置構成では、ラインまたは導管４５を通して分析器２６に流体連通し、ペルチエクーラ／蒸気圧制御および質量流量コントローラなどを使用することによって、特定の濃度で気化元素水銀を分析器２６に提供する。分析器２６は、較正器２８から受け取った元素水銀の量を、導管４４を介してガス供給部３０から受け取った乾燥した実質的に水銀の無いガスの元素水銀の量と比較する。こうした比較の結果は、分析器２６の直接の較正を可能にする。
【００８６】
場合によっては、分析器２６は、ガスサンプル３２内の元素水銀と酸化水銀の両方の存在を正確に検出または測定するために、定期的な較正を必要とする。較正器２８は、変換器２４に接続され、水銀含有蒸気の形態などの既知の濃度の酸化水銀を変換器２４に提供する。既知の濃度を有する酸化水銀を提供することによって、較正器２８は、水銀監視システム２０内での分析器２６の較正を可能にする。
【００８７】
図１２は、較正器２８の配置構成を示す。較正器２８は、元素水銀源５５０、酸化成分源５５２、および元素水銀源５５０と酸化成分源５５２に結合する反応器５５４を含む。
元素水銀源５５０は、導管５５８によって反応器に接続され、既知の濃度を有する酸化水銀ストリーム５５６を反応器５５４に提供する。たとえば、一配置構成では、元素水銀源５５０は、液体元素水銀を有する蒸気発生器を含む。液体元素水銀は、特定の圧力と温度を加えることによって気化する。蒸気発生器は、さらに、気化元素水銀を通してガス流または空気流（たとえば、実質的に水銀の無いガス）を流し、蒸気ストリーム内で既知の（たとえば、オペレータが決定した）濃度の気化水銀を有する蒸気ストリーム５６６として、気化水銀を反応器５５４に送出する。別の配置構成では、元素水銀源５５０は、浸透デバイスを含む。浸透デバイスは、２相状態（液体とガス）で元素水銀を含有する。実質的に一定の温度で、浸透デバイスは、浸透性要素（たとえば、テフロン（登録商標）ハウジング）を通して実質的に一定のレートでガス状元素水銀を放出し、元素水銀ガス５６６は、導管５５８を介して反応器５５４に送出される。
【００８８】
酸化成分源５５２は、導管５５９によって反応器５５４に接続され、水銀酸化成分５６８を反応器５５４に提供する。たとえば、酸化成分源５５２は、塩素（たとえば、Ｃｌ２）を反応器５５４に提供して、反応器５５４によって受け取られる元素水銀を酸化させる。一配置構成では、酸化成分源５５２は、加熱によってガス相の塩素を発生する塩素発生化学物質を保持する容器として構成される。
【００８９】
一配置構成では、酸化成分源５５２は、ヒータ５６２、および、固体形態の、塩化パラジウム（たとえば、ＰｄＣｌ２）または塩化タングステンなどの水銀酸化成分５６８を含む。こうした場合、ヒータ５６２は、酸化成分源５５２内で塩化パラジウムの温度を上昇させて、塩素成分からのパラジウム成分の熱分離を引き起こす。分離された塩素は、その後、酸化成分源５５２から反応器５５４へ塩素ガス５６８として誘導される。
【００９０】
反応器５５４は、元素水銀源５５０から元素水銀５６６を、酸化成分源５５２から水銀酸化成分（たとえば、塩素）５６８を受け取り、元素水銀ガス（元素水銀源５５０からの水銀が全て酸化されるわけでないと考える）と塩化水銀（ＨｇＣｌ２）ガスを含む出力または出力ストリームを形成するために、酸化成分５６８を元素水銀５６６に結合させるように構成される。反応器５５４は、一配置構成では、元素水銀ガス５６６と塩素ガス５６８の混合のためのチャンバを画定し、チャンバに熱的につながる加熱コイルなどのヒータ５６０を含む。ヒータ５６０は、熱エネルギー（たとえば、熱）をチャンバに送出して、塩化水銀（ＨｇＣｌ２）を形成するように、元素水銀ガス５６６と塩素ガス５６８の結合を促進する。
【００９１】
先に示したように、較正器２８は、元素水銀と酸化水銀の両方に対する正確な応答を必要とする連続排出監視システムを較正するために、測定可能な濃度の酸化水源を発生する。以下は、較正器２８の動作の例を述べる。
【００９２】
図１２に関連して得られる図１３は、（たとえば、反応器５５４によって保持された元素水銀ガス５６６に対する水銀酸化成分５６８の添加の前と後における）較正器２８の動作中の出力４６内の元素水銀の濃度を示す。
【００９３】
較正器２８では、元素水銀源５５０は、第１濃度の元素水銀５６６を反応器５５４に送出する。たとえば、較正器２８の元素水銀源５５０は、既知のまたは第１の元素水銀濃度値［Ｈｇ０］１を有する元素水銀ストリーム５６６を発生する。図１３に示すように、第１時間Ｔ１にて、（導管５５８を介して元素水銀源５５０から反応器５５４へ流れる）元素水銀ストリーム５６６は、１０マイクログラム／単位容積の第１の既知の濃度値５８２を有する場合がある。
【００９４】
較正器２８の酸化成分源５５２は、ほぼ室温（たとえば、２２℃）で動作することができる反応器５５４に酸化成分５６８を送出する。反応器５５４は、酸化成分５６８を元素水銀５６６に結合させる。たとえば、図１３に示すように、第２時間Ｔ２にて、酸化成分源５５２は、塩素ガス（たとえば、Ｃｌ２）を、導管５５９によって搬送される流体流として反応器５５４に提供して、反応器５５４によって受け取られる元素水銀５６６を酸化させる。先に示したように、反応器５５４は、塩化水銀（ＨｇＣｌ２）ガスを形成するように元素水銀（たとえば、ガス）５６６と塩素ガス５６８の混合を可能にするチャンバを画定する。一配置構成では、反応器は、ヒータ５６０から熱入力（たとえば、熱）を受け取って、塩化水銀（ＨｇＣｌ２）ガスを形成するように塩素ガス５６８と元素水銀５６６との迅速な結合を促進させる。
【００９５】
図１３に示すように、第２時間Ｔ２と第３時間Ｔ３との間の間隔で、塩素ガス５６８が、反応器内に存在する元素水銀５６６の一部分（たとえば、あるパーセンテージ）と結合して、酸化水銀を形成するため、反応器５５４内の元素水銀の濃度は、元素水銀源５５０から反応器５５４へ送出された濃度から減少する。たとえば、元素水銀の濃度は、１０マイクログラム／単位容積の第１濃度５８２から７マイクログラム／単位容積の第２濃度５９０へ減少する。
【００９６】
較正器２８は、酸化成分５６８と元素水銀５６６の結合に基づく第２濃度の元素水銀を
有する出力４６、および、第１濃度の元素水銀と第２濃度の元素水銀との差に基づく既知の濃度の元素水銀を有する出力を発生する。図１３に示すように、第２時間Ｔ２と第３時間Ｔ３との間の間隔で、塩素ガス５６８が、反応器内に存在する元素水銀５６６の一部分（たとえば、あるパーセンテージ）と結合して、酸化水銀を形成するため、反応器５５４内の元素水銀の濃度は、元素水銀源５５０から反応器５５４へ送出された濃度から減少する。たとえば、元素水銀の濃度は、１０マイクログラム／単位容積の第１濃度５８２から７マイクログラム／単位容積の第２濃度５９０へ減少する。第１濃度の元素水銀と第２濃度の元素水銀との差によって、ユーザは、出力４６内の酸化水銀の濃度を求めることが可能になる。較正器２８は、第２の濃度を有する出力４６（たとえば、出力ストリーム）を変換器２４へ放出する。
【００９７】
図１２に戻ると。一配置構成では、較正器２８は検出器５５６を含む。検出器５５６は、導管５７２を介して反応器５５４に接続され、反応器５５４から出力ストリーム４６を受け取るように構成される。検出器５５６は、プロセッサ６１４およびメモリ６１６などのコントローラ５６４を含む。原子蛍光分光計などの検出器５５６は、コントローラ５６４と共に、出力４６内の元素水銀の濃度を検出するように構成される。たとえば、検出器５５６は、原子蛍光分光法を利用して、反応器出力４６内に存在する元素水銀の濃度を測定する。検出器５５６（たとえば、検出器５５６のコントローラ５６４）はまた、反応器出力４６内に存在する元素水銀の第２濃度５９０（再び図１３を参照されたい）を、元素水銀源５５０によって生成される元素水銀５６６の既知の濃度と比較する。検出された元素濃度の差は、以下に述べるように、出力４６内の酸化水銀の濃度の計算を可能にする。
【００９８】
たとえば、検出器５５６は、元素水銀の第１濃度５８２と、出力４６内の元素水銀の第２濃度５９０との差を計算して、出力４６内の酸化水銀の濃度を検出する。すなわち、コントローラ５６４は、検出器５５６から出力４６内の元素水銀の第２濃度値を受け取り、その第２の減少した元素水銀濃度［Ｈｇ０］２を第１の既知の元素水銀濃度［Ｈｇ０］１から減算する。元素水銀濃度の変化５９２として図１３に示す［Ｈｇ０］１と［Ｈｇ０］２との差は、較正器２８によって生成される酸化水銀（たとえば、ＨｇＣｌ２）の濃度に実質的に等しい。測定可能な濃度の酸化水銀を提供することによって、較正器２８は、元素水銀と酸化水銀の両方に対して正確に応答するように連続排出監視システム２０をユーザが較正することを可能にする。
【００９９】
図１２に戻ると、一配置構成では、コントローラ５６４は、電気ライン５７４を通して反応器５５４のヒータ５６０の熱出力を制御する。コントローラ５６４は、反応器５５４に連結するヒータ５６０を起動して、反応器５５４内の元素水銀５６６と酸化成分５６８に熱を提供し、酸化水銀の形成を促進させる。コントローラ５６４はまた、ヒータ５６０の熱出力（たとえば、ヒータ５６０によって提供される熱レベル）を調整して、元素水銀５６６と酸化成分５６８の結合の程度、したがって、出力４６内に存在する酸化水銀の濃度を調整する。
【０１００】
動作中、コントローラ５６４は、（検出器５５６の出力４６でもある）反応器５５４の出力４６内の酸化水銀の濃度を計算する。たとえば、特定の適用形態によって、較正器２８が、特定のプリセットされた濃度の酸化水銀を提供することを要求される場合、コントローラ５６４は、プリセットされた酸化水銀濃度値（たとえば、閾値）を計算された酸化水銀値と比較する。プリセットされた酸化水銀濃度値が、計算された酸化水銀値に等しくない場合、コントローラ５６４は、ヒータ５６０の熱出力を調整して、反応器５５４の温度を上昇させるか、または、下降させ（たとえば、反応器５５４内の元素水銀５６６と酸化成分５６８の温度を上昇させるか、または、下降させ）、元素水銀５６６と酸化成分５６８との反応の程度を変化させ、それにより、出力４６内に存在する酸化水銀の濃度を調整する。
【０１０１】
一配置構成では、コントローラ５６４は、電気ライン５７６を通して、酸化成分源５５２に連結するヒータ５６２に電気接続され、ヒータ５６２を制御する。先に示したように、一配置構成では、酸化成分源５５２によって収容される酸化成分５６８は、塩化パラジウム（たとえば、ＰｄＣｌ２）または塩化タングステンなどの酸化金属である。動作中、コントローラ５６４は、ヒータ５６２を起動して（たとえば、ヒータは、約３００℃の温度で動作する）、酸化金属に熱を提供し、酸化成分源５５２から反応器５５４へ流れる塩素ガスを放出させる。
【０１０２】
コントローラ５６４は、一配置構成では、ヒータ５６２の熱出力（ヒータ５６２によって提供される熱レベル）を調整して、金属成分および酸化成分５６８への酸化金属の分解の程度を調整するようにも構成される。分解の程度を調整することによって、コントローラ５６４は、反応器５５４に対して酸化成分源５５２によって送出される酸化成分５６８の量を調整する、したがって、出力４６内に存在する酸化水銀の濃度を調整することができる。
【０１０３】
動作中、コントローラ５６４は、出力４６内の酸化水銀の濃度を計算する。たとえば、特定の適用形態によって、較正器２８が、特定のプリセットされた濃度の酸化水銀を提供することを要求される場合、コントローラ５６４は、プリセットされた酸化水銀濃度値（たとえば、閾値）を計算された酸化水銀値と比較する。プリセットされた酸化水銀濃度値が、計算された酸化水銀値に等しくない場合、コントローラ５６４は、ヒータ５６２の熱出力を調整して、金属成分および酸化成分５６８への酸化金属の分離レートを上げるか、または、下げる。酸化金属の分解の程度を変えることによって、コントローラ５６４は、反応器５５４内で元素水銀５６６と化学的に結合するための、反応器５５４内で利用可能な酸化成分５６８（たとえば、塩素ガス）の量を増加させるか、または、減少させる。結果として、コントローラ５６４は、反応器５５４内で生成され、反応器５５４からの出力４６内に提供される酸化水銀の濃度を調整する。
【０１０４】
一配置構成では、コントローラ５６４は、動作中に、元素水銀源５５０によって反応器５５４に提供される元素水銀５６６の量を調整する。たとえば、一配置構成では、コントローラ５６４は、元素水銀源５５０に連結し、かつ、導管５５８に流体連通する弁５７８に電気ライン５７８を通して電気接続される。反応器５５４への元素水銀５６６の流量を増加させる、または、減少させることによって、コントローラ５６４は、存在する酸化成分と化学的に結合するために利用可能な反応器５５４内の元素水銀５６６の量を調整する。結果として、コントローラ５６４は、反応器５５４内で生成され、反応器５５４からの出力４６内に提供される酸化水銀の濃度を調整する。
【０１０５】
たとえば、動作中、コントローラ５６４は、出力４６内の酸化水銀の濃度を計算する。コントローラ５６４は、プリセットされた酸化水銀濃度値（たとえば、閾値）を、計算された酸化水銀値と比較する。プリセットされた酸化水銀濃度値が、計算された酸化水銀値に等しくない場合、コントローラ５６４は、元素水銀源５５０の弁５７９などを調整することによって、反応器５５４に送出される元素水銀５６６の量を調整する（増加させるか、または、減少させる）。反応器５５４に提供される元素水銀５６６の量を調整することによって、コントローラ５６４は、反応器５５４内で生成され、かつ、反応器５５４からの出力４６内に提供される酸化水銀の濃度を調整する。
【０１０６】
一配置構成では、コントローラ５６４は、動作中に、酸化成分源５５２によって反応器５５４に提供される酸化成分５６８の量を調整する。たとえば、一配置構成では、コントローラ５６４は、酸化成分源５５２に連結し、かつ、導管５５９に流体連通する弁５８０に電気ライン５８０を通して電気接続される。反応器５５４への酸化成分５６８の流量を
増加させる、または、減少させることによって、コントローラ５６４は、存在する元素水銀５６６と化学的に結合するために利用可能な反応器５５４内の酸化成分５６８の量を調整する。結果として、反応器５５４に提供される酸化成分５６８の量を調整することによって、コントローラ５６４は、反応器５５４内で生成され、かつ、反応器５５４からの出力４６内に提供される酸化水銀の濃度を調整する。
【０１０７】
たとえば、動作中、コントローラ５６４は、出力４６内の酸化水銀の濃度を計算する。コントローラ５６４は、プリセットされた酸化水銀濃度値（たとえば、閾値）を計算された酸化水銀値と比較する。プリセットされた酸化水銀濃度値が、計算された酸化水銀値に等しくない場合、コントローラ５６４は、元素水銀源５５０の弁５８４などを調整することによって、反応器５５４に送出される酸化成分５６８の量を調整する（増加させるか、または、減少させる）。反応器５５４に提供される酸化成分５６８の量を調整することによって、コントローラ５６４は、反応器５５４内で生成され、かつ、反応器５５４からの出力４６内に提供される酸化水銀の濃度を調整する。
【０１０８】
図１４は、反応器および酸化成分源（図１２の要素５５４および５５２）が、単一の一体化変換ユニット５９６を形成する較正器２８の配置構成を示す。こうした配置構成は、既知の濃度の酸化水銀を発生するために、較正器２８によって要求されるコンポーネントの数を最小にする。
【０１０９】
変換ユニット５９６は、第１端５９４と第２端５９５を有する。第１端５９４は、元素水銀源５５０に接続され、変換ユニット５９６を通して第２端５９５の方へ元素水銀５６６を誘導するように動作する。第２端５９５は、検出器５５６に接続され、検出器５５６の方へ出力４６（たとえば、ガス相における元素水銀と酸化水銀の結合物）を誘導するように動作する。変換ユニット５９６は、フィルタ５９７およびヒータ５９８を含み（すなわち、変換ユニット５９６の第２端５９５がフィルタ５９７に接続され）、塩化パラジウム（たとえば、ＰｄＣｌ２）などの酸化金属５９９を収容する。
【０１１０】
ヒータ５９８は、変換ユニット５９６内の材料を加熱するように動作し、また、２重の目的を果たす。第１に、ヒータ５９８は、変換ユニット５９６内で酸化金属５９９の温度を増加させて、酸化成分からの金属成分の分離を引き起こすように構成される。第２に、ヒータ５９８は、熱エネルギーまたは熱を変換ユニット５９６へ送出して、変換ユニット５９６内に存在する元素水銀ガス５６６および酸化成分（たとえば、塩素ガス）５６８の温度を増加させるように構成される。こうした温度の増加は、塩化水銀（ＨｇＣｌ２）を形成するための元素水銀ガス５６６と塩素ガス５６８の結合を促進する。
【０１１１】
図１２に戻ると、較正器２８は、一配置構成では、コンピュータ化デバイス６１０として構成される。コンピュータプログラム製品６１２は、較正器２８として働くようにデバイス６１０を構成するための、コンピュータ化デバイス６１０にロードされるアプリケーションまたは論理命令を含む。
【０１１２】
コンピュータ化デバイス６１０はコントローラ５６４を含み、コントローラ５６４は、一配置構成では、メモリ６１４およびプロセッサ６１６を含む。メモリ６１４は、たとえば、コンピュータメモリ（たとえば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、または別のタイプのメモリ）、ディスクメモリ（ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、光ディスクなど）などの任意のタイプの揮発性または不揮発性メモリまたは記憶システムであることができる。メモリ６１４は、コンピュータ化デバイス６１０の一実施形態において、較正器２８の実施形態に従って構成された較正アプリケーションを形成する論理命令および／またはデータをエンコードされる。換言すれば、較正アプリケーションは、メモリまたは記憶部６１４内、または、コンピュータデバ
イス６１０にアクセス可能な任意のコンピュータ読み取り可能媒体内に存在するソフトウェアコーディング命令および／またはデータを表す。
【０１１３】
プロセッサ６１６は、中央処理ユニット、コントローラ、特定用途向け集積回路、プログラム可能なゲートアレイ、または、較正アプリケーション論理命令を、ランさせる、実行する、解釈する、動作させる、またはその他の方法で実施するために、メモリ６１４内にエンコードされた較正アプリケーションにアクセスすることができる他の回路などの、任意のタイプの回路または処理デバイスであってよい。換言すれば、コンピュータデバイス６１０の別の実施形態では、較正器プロセスは、較正器アプリケーションの論理命令の１つまたは複数の部分を表し、そして一方、コンピュータ化デバイス６１０内で、プロセッサ６１６に関して、プロセッサ６１６によって、または、プロセッサ６１６内で実行される、または、その他の方法で実施される。
【０１１４】
本発明は、本発明の好ましい実施形態を参照して、特に示し述べられたが、添付特許請求の範囲によって規定される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細における種々の変更を行ってもよいことが当業者によって理解されるであろう。
【０１１５】
たとえば、図１に示すように、プローブ２２は、煙突３４からガスサンプル３２を取り出し、加熱された導管３８によって、ガスサンプル３２を変換器２４に送出する。加熱された導管３８は、ガスサンプル３２の凝縮および導管３８に対する気化水銀（たとえば、Ｈｇ＋２種）の「付着」を制限する。こうした図示は例に過ぎない。一配置構成では、変換器２４は、ガスサンプル源（たとえば、煙突）に密に近接して配置される。たとえば、変換器２４は、ユーティリティ煙突３４からのサンプル３２の抽出点の近くに（たとえば、プローブ２２に比較的密に近接して）位置するか、または、抽出プローブ２２に内臓される（プローブ２２の一部として一体に形成される）ことができる。こうした構成は、プローブ２２と変換器２４との間の加熱された導管３８についての必要性を最小にする、または、なくす。
【０１１６】
同様に、図２に関して述べた一配置構成では、ヒータ６２は、変換器２４の第１チャンバ５６に熱的につながるように配置された第１ヒータ部分６２−１と、変換器２４の第２チャンバ５８に熱的につながるように配置された第２ヒータ部分６２−２を有するものとして構成される。述べたように、第１ヒータ部分６２−１は、ガスサンプル３２を約７５０℃の温度まで加熱して、酸化成分８４から元素水銀成分８０を熱分解してもよい。同様に、述べたように、第２ヒータ部分６２−２はまた、第２チャンバ５８内のガスサンプル３２を加熱して、酸化成分８４から元素水銀成分８０の分離を維持する。こうした説明は例に過ぎない。一配置構成では、第２ヒータ６２−２は、第１ヒータ６２−１と独立に動作し、第１チャンバ５６の温度と異なる、たとえば、第１チャンバ５６内のガスサンプルの温度より高いか、低いか、または、等しい温度に第２チャンバ５８を維持する。
【０１１７】
先に示したように、図８および図１１に関して、分析器２６は、圧力減少装置および／または酸素が枯渇したガス源３２８として構成された蛍光消失低減機構２５４を含む。一配置構成では、蛍光消失低減機構２５４は、圧力減少装置（たとえば、流量制限器またはノズル２３９と共同して動作するポンプ６４）と酸素が枯渇したガス源３２８（図１０を参照されたい）の組合せとして形成されて、ガスサンプル３２内での元素水銀２５５の蛍光に及ぼされる消失の効果をさらに低減する。
【０１１８】
同様に、先に示したように、図８を参照すると、圧力減少装置２５４は、流量制限器２３９（たとえば、ノズル）と共同して動作する真空ポンプ６４を含み、ハウジング２５０の入口２５６が流量制限器２３９を含む。一配置構成では、流量制限器２３９は、分析器２６の入口２５６の上流に位置する。
【０１１９】
図１２に関して、一例では、検出器５５６は、較正器２８の一部を形成する。こうした図示および説明は例に過ぎない。代替の配置構成では、較正器２８は、外部検出器（たとえば、較正器の外部の検出器）を利用する。たとえば、較正器２８は、システム２０の分析器２６を利用して、上述した検出器５５６の機能を実施する。
【０１２０】
図１２は、較正器２８の複数のコンポーネント（たとえば、元素水銀源５５０、反応器５６０、酸化成分源５５２、および酸化成分源ヒータ５６２）を動作させるように構成された単一コントローラ５６４を有するものとして検出器５５６を示す。こうした図示は、例に過ぎずない。別の配置構成では、較正器２８は、それぞれが上述した単一コントローラ５６４の１つまたは複数の機能を実施する別個のコントローラを含む。
【０１２１】
先に示したように、同様に図１２に関して、動作中、元素水銀５６６は、導管５５８を介して元素水銀源５５０から反応器５５４へ流れる。同様に動作中、塩素ガスなどの酸化成分５６８は、導管５５９を介して酸化成分源５５２から反応器５５４へ流れる。別の配置構成では、導管５５８は、酸化成分源５５２を通過して反応器５５４へ元素水銀５６６を流す。酸化成分源５５２は、受動的拡散によって酸化成分５６８を反応器５５４へ送出する。酸化成分５６８の受動的拡散は、酸化成分５６８を、酸化成分源５５２から反応器５５４内に強制的に入れる、または、引き入れるポンプについての必要性を制限する、または、なくす。
【０１２２】
図１２は、元素水銀源５５０、酸化成分源５５２、および反応器を、単一「ユニット」として含むものとして較正器２８の配置構成を示す。一配置構成では、元素水銀源５５０および酸化成分源５５２は、２つの別個のロケーションに位置する。たとえば、元素水銀源５５０は、機器ラック内に位置し、一方、酸化成分源５５２は、プローブ２２内に、または、プローブ２２の近傍内に位置する。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】水銀監視システムを示すブロック図。
【図２】本発明の一実施形態による、また、図１の水銀監視システムと共に使用することができる、酸化水銀変換器の配置構成を示すブロック図。
【図３】図２の酸化水銀変換器の配置構成を示すブロック図。
【図４】図２の酸化水銀変換器の別の配置構成を示すブロック図。
【図５】本発明の一実施形態による、また、図１の水銀監視システムと共に使用することができる、酸化水銀変換器の別の配置構成を示すブロック図。
【図６】図５の酸化水銀変換器の配置構成を示すブロック図。
【図７】図２の酸化水銀変換器の配置構成を示すブロック図。
【図８】図１の水銀監視システム内で使用される、水銀分析器の配置構成を示すブロック図。
【図９】相対的蛍光強度とサンプルチャンバ圧との関係を示すグラフ。
【図１０】図１の水銀監視システム内で使用される、水銀分析器の配置構成を示すブロック図。
【図１１】図１の水銀監視システム内で使用される、水銀分析器の別の配置構成を示すブロック図。
【図１２】図１の水銀監視システム内で使用される、水銀システム較正器の配置構成を示すブロック図。
【図１３】水銀システム較正器によって発生する酸化水銀の検出を示すグラフ。
【図１４】図１の水銀監視システム内で使用される、水銀システム較正器の配置構成を示すブロック図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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