(57)【要約】【課題】各種成分組成を迅速に計測するレーザ光による成分分析方法を提供することを課題とする。【解決手段】レーザ光による成分分析方法は、被測定物にレーザ光を照射してその組成成分をプラズマ化し、該プラズマから発生するプラズマ光を分光器に入射し、分光器にて分光したスペクトル光から成分を分析するレーザ光による成分分析方法において、組成成分から特定の一の基準元素を選定し、各組成のスペクトルから基準元素と各成分との相対比を計測する。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物にレーザ光を照射してその組成成分をプラズマ化し、該プラズマから発生するプラズマ光を分光器に入射し、分光器にて分光したスペクトル光から成分を分析するレーザ光による成分分析方法において、
組成成分から特定の一の基準元素を選定し、
基準元素と各成分との相対比を計測することを特徴とするレーザ光による成分分析方法。
【請求項２】
請求項１において、
各組成の比より各組成の濃度を求めることを特徴とするレーザ光による成分分析方法。
【請求項３】
請求項１において、
各組成に応じて計測時間を変化させることを特徴とするレーザ光による成分分析方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一において、
被測定物が気体、固体又は液体のいずれかであることを特徴とするレーザ光による成分分析方法。
【請求項５】
請求項４において、
気体が排ガスであることを特徴とするレーザ光による成分分析方法。
【請求項６】
請求項５において、
気体が排ガスである場合に、基準元素を窒素とし、排ガス中の重金属を求めることを特徴とするレーザ光による成分分析方法。
【請求項７】
請求項４において、
固体がフライアッシュ又はセメントであることを特徴とするレーザ光による成分分析方法。
【請求項８】
請求項７において、
固体がフライアッシュの場合には、基準元素がケイ素（Ｓｉ）であり、セメントの場合には、基準元素がカルシウム（Ｃａ）であることを特徴とするレーザ光による成分分析方法。
【請求項９】
請求項４において、
固体が灰である場合には、基準元素をＣとして灰中の未燃分を求めることを特徴とするレーザ光による成分分析方法。
【請求項１０】
請求項４において、
液体が排水であることを特徴とするレーザ光による成分分析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種成分組成を迅速に計測するレーザ光による成分分析方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来から、微粉炭，フライアッシュ（灰），セメント原料等の発熱量，未燃分，成分組成を計測する装置として、化学分析装置やＸ線分析装置が良く知られている。ところが、これらの分析装置は試料を採取してから分析結果が得られるまでに、かなりの時間（２０〜１２０分）を必要とするため、計測結果を用いてボイラー等（火力プラントの場合）の制御を行う場合には、このタイムラグが大きく、プラント制御上の大きな支障となっていた。
【０００３】
一方、Ｘ線分析装置やΓ線分析装置でリアルタイムで計測できるものがあるが、この場合のＸ線分析装置ではセメントプラントの場合、Ｃａしか計測出来ずその性能が低い。また、Γ線分析装置では、取扱いが面倒で且つ高価であるという不具合があった。
【０００４】
そこで、近年、セメントプラントにおいては、セメント品質の管理向上ニーズから、セメント成分のオンライン計測ニーズが高まっており、このニーズに応える定量可能な手法の開発が望まれる中、本発明者等は先に、レーザ誘起ブレークダウン法（Ｌａｓｅｒ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　：ＬＩＢＳ法）を採用し、装置化することを想起した（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
このＬＩＢＳ法は、例えば図６に示すように装置化される。
即ち、各種プラント等の配管１内には、測定対象物が存在（流通）している。測定対象物としては、微粉炭，フライアッシュ，セメント原料等がある。この配管１のうち測定場２の部分には、パージ空気通路３ａを備えた計測窓３が設置されている。
【０００６】
そして、ＬＩＢＳ装置４を構成するパルスレーザ装置５から出力されたレーザ光は、レンズ６及び計測窓３を介して測定場２に集光される。このため、測定場２に存在する微粒子がプラズマ化し、プラズマ化した成分物質からはプラズマ光が発生する。
【０００７】
発生したプラズマ光は、測定場２の計測窓３から外部に出力され、ミラー７で反射され、さらにレンズ８で集光されて分光器９に入射される。分光器９は、波長が１９０ｎｍ〜５００ｎｍ（或いはこの範囲内の一部の波長域）のプラズマ光を分光し、分光した光成分をＣＣＤカメラ１０に入力する。
【０００８】
高速ゲートが可能なＣＣＤカメラ１０は、分光器９にて分光された分光プラズマ光を検出し、この分光プラズマ光に応じた信号をコンピュータ１１に転送する。なお、ＣＣＤカメラ１０は、同期ライン１２を介してパルスレーザ装置５と接続されており、ＣＣＤカメラ１０のゲート制御と、パルスレーザ装置５の発振とを同期させている。
【０００９】
コンピュータ１１は、転送されてきた信号（各成分からの発光強度情報を有している）を情報処理演算することにより、測定場２に存在する微粉炭，フライアッシュ，セメント原料の発熱量，未燃分，成分組成等をリアルタイムで算出する。
【００１０】
このようにＬＩＢＳ装置４は、測定現場にてリアルタイムで測定対象物の組成成分の計測ができるので、計測結果に基づき、プラント等の運転制御を良好に実行することができるようになる。
【００１１】
しかしながら、上記装置により物質中の成分をプラズマ化させ組成を分析するものの、物質中の成分により、発光の開始や発光の持続時間が異なるため、一定のディレイ時間、ゲート時間では計測精度の向上が困難であるという問題がある。
特に、プラズマの生成の初期においては、不安定であり、各種の元素のプラズマ状態が異なっており、時間とともに複雑に変化するので、各組成の比率を適格に計測することが困難である。
【００１２】
そこで、本発明は、前述したＬＩＢＳ装置を用いてボイラにおける灰中の未燃分をリアルタイムで且つ精度よく計測することができるレーザ光による成分分析方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１０−１８５８１７号公報
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第１の発明は、被測定物にレーザ光を照射してその組成成分をプラズマ化し、該プラズマから発生するプラズマ光を分光器に入射し、分光器にて分光したスペクトル光から成分を分析するレーザ光による成分分析方法において、
組成成分から特定の一の基準元素を選定し、
基準元素と各成分との相対比を計測することを特徴とするレーザ光による成分分析方法にある。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明において、
各組成の比より各組成の濃度を求めることを特徴とするレーザ光による成分分析方法にある。
【００１６】
第３の発明は、第１の発明において、
各組成に応じて計測時間を変化させることを特徴とするレーザ光による成分分析方法にある。
【００１７】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一の発明において、
被測定物が気体、固体又は液体のいずれかであることを特徴とするレーザ光による成分分析方法にある。
【００１８】
第５の発明は、第４の発明において、
気体が排ガスであることを特徴とするレーザ光による成分分析方法にある。
【００１９】
第６の発明は、第５の発明において、
気体が排ガスである場合に、基準元素を窒素とし、排ガス中の重金属を求めることを特徴とするレーザ光による成分分析方法にある。
【００２０】
第７の発明は、第４の発明において、
固体がフライアッシュ又はセメントであることを特徴とするレーザ光による成分分析方法にある。
【００２１】
第８の発明は、第７の発明において、
固体がフライアッシュの場合には、基準元素がケイ素（Ｓｉ）であり、セメントの場合には、基準元素がカルシウム（Ｃａ）であることを特徴とするレーザ光による成分分析方法にある。
【００２２】
第９の発明は、第４の発明において、
固体が灰である場合には、基準元素をＣとして灰中の未燃分を求めることを特徴とするレーザ光による成分分析方法にある。
【００２３】
第１０の発明は、第４の発明において、
液体が排水であることを特徴とするレーザ光による成分分析方法にある。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るレーザ光による成分分析方法の内容を詳細に説明する。
【００２５】
なお、本方法に用いるレーザ誘起ブレークダウン（Ｌａｓｅｒ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　：ＬＩＢＳ）装置は、図６のものと同様であるので、詳細の説明は省略する。
【００２６】
本発明のレーザ光による成分分析方法は、被測定物にレーザ光を照射してその組成成分をプラズマ化し、該プラズマから発生するプラズマ光を分光器に入射し、分光器にて分光したスペクトル光から成分を分析するレーザ光による成分分析方法において、組成成分から特定の一の基準元素を選定し、各組成のスペクトルから基準元素と各成分との相対比を計測するものである。
【００２７】
そして、各組成の比より各組成の濃度を求めることができる。
【００２８】
また、各組成に応じて計測時間（ディレイ時間）を変化させることで、ディレイ時間に応じた各組成のスペクトルを得ることができる。
【００２９】
本発明は測定対象を特に限定するものではなく、気体、固体又は液体のいずれでも計測することができる。
【００３０】
測定対象として、気体とした場合、例えば燃焼設備等からの排ガス中の各成分を分析することができる。
【００３１】
測定対象として、固体とした場合、例えばフライアッシュ又はセメントの各成分を分析することができる。
【００３２】
ここで、固体がフライアッシュの場合には、基準元素をケイ素（Ｓｉ）と選定することができる。
また、セメントの場合には、基準元素をカルシウム（Ｃａ）と選定することができる。
【００３３】
測定対象として、液体とした場合、例えば各種設備等からの排水中の各成分を分析することができる。
【００３４】
［実施例］
図１及び図２はセメントのＬＩＢＳ装置を用いた測定チャートの一例である。図１はディレイ時間が５００ｎｍの場合、図２はディレイ時間が２０００ｎｍの場合である。
図３はディレイ時間又は計測時間とＬＩＢＳ計測結果を示す。
【００３５】
ここで、セメントの場合には、基準元素をＣａとするので、組成Ｃが基準元素となり、組成Ａ（例えばＦｅ）の場合には、組成Ａと組成Ｃとの信号強度比率をディレイ時間Ｄ１　のときに計測時間Ｍ１　で測定する。
また、組成Ｂ（例えばＭｇ）の場合には、組成Ｂと組成Ｃとの信号強度比率をディレイ時間Ｄ２　のときに計測時間Ｍ２　で測定する。
ここで、図３において、レーザ照射直後のプラズマの生成の初期においては、不安定であり、大きなノイズ光（黒い発光）の影響によりテーリング現象が起こっている。
【００３６】
図４はセメントを計測する場合のディレイ時間と各成分のＬＩＢＳ信号強度比率を示す。
成分比を測定する場合、基準組成の強度が小さくなると、誤差が増える傾向にある。
そのため、対象組成／基準組成が０．１〜０．５程度が望ましい値となる。
なお、この比率は計測条件に依存する。
【００３７】
ここで、本発明のように基準元素を用いないで測定する場合には、ディレイ時間５００ｎｍ〜２０００ｎｍの信号をすべて取込、組成比を計算することになる。この場合、信号強度比率が大きく変化する領域での積算となり、計測精度が低下するものとなる。
【００３８】
これに対し、本発明のように、一定の基準元素を特定し、この基準元素と各成分との比率を測定するので、計測精度が向上したものとなる。
【００３９】
ここで、セメントの場合のＣａを基準元素とした場合の各組成とディレイ時間を示す。
Ｓｉ／Ｃａ…ディレイ時間２０００ｎｍ
Ａｌ／Ｃａ…ディレイ時間２０００ｎｍ
Ｆｅ／Ｃａ…ディレイ時間　５００ｎｍ
Ｍｇ／Ｃａ…ディレイ時間２０００ｎｍ
【００４０】
図５はフライアッシュの場合のチャートであり、基準元素をＳｉとして各成分を測定することができる。
【００４１】
このように、ＬＩＢＳ装置における各成分の信号強度の絶対値は真の組成割合を示すものではなく、レーザにより生成されるプラズマ状態により、強度が大きく変化するものとなる。
よって、ＬＩＢＳ装置を用いて測定する場合には、測定場に高濃度で存在する組成を基準元素として選定し、各元素との組成比率を求めることができ、この結果より、各種濃度に換算することができる。
【００４２】
また、灰中の未燃分を計測する場合には、灰中の主な組成であるＳｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｆｅと未燃分であるＣ（カーボン）との比率を求め、未燃分値を求めることができる。
【００４３】
また、排ガス中の重金属成分を計測する場合には、排ガスの主な組成であるＮ（窒素）と重金属との比率を求め、重金属の値を求めることができる。
【００４４】
また、排水中の重金属成分を計測する場合には、排水の主な組成であるＯ（酸素）と重金属との比率を求め、重金属の値を求めることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被測定物にレーザ光を照射してその組成成分をプラズマ化し、該プラズマから発生するプラズマ光を分光器に入射し、分光器にて分光したスペクトル光から成分を分析するレーザ光による成分分析方法において、
組成成分から特定の一の基準元素を選定し、
基準元素と各成分との相対比を計測するので、各組成の比率を適格に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】セメントのＬＩＢＳ（ディレイ時間：５００ｎｓ）の計測図である。
【図２】セメントのＬＩＢＳ（ディレイ時間：２０００ｎｓ）の計測図である。
【図３】計測時間とＬＩＢＳ計測結果を示す特性図である。
【図４】セメントを計測する場合のディレイ時間と各成分のＬＩＢＳ信号強度比率図である。
【図５】フライアッシュのＬＩＢＳ（ディレイ時間：５００ｎｓ）の計測図である。
【図６】ＬＩＢＳ装置の説明図である。
【符号の説明】
２　測定場
３　計測窓
３ａ　パージ空気通路
４　ＬＩＢＳ装置
５　パルスレーザ装置
６　レンズ
７　ミラー
８　レンズ
９　分光器
１０　ＣＣＤカメラ
１１　コンピュータ
【図１】
2004132919.tif 000002
【図２】
2004132919.tif 000003
【図３】
2004132919.tif 000004
【図４】
2004132919.tif 000005
【図５】
2004132919.tif 000006
【図６】
2004132919.tif 000007