(57)【要約】【課題】  試料ガス中に有機物が含まれていても、高精度な測定を行うことができる水銀濃度測定装置、及び水銀濃度測定方法を提供する。【解決手段】  原子吸光分析法により試料ガス中の水銀濃度を測定する測定セルに対して、試料ガスを導入する試料ガス導入路と、前記試料ガスから水銀を除去した基準ガスを導入する基準ガス導入路を備え、前記基準ガス導入路は、水銀との直接の接触によりアマルガムを構成する金属を表面に有するハニカム構造体を備えた構成とする。  また、上記アマルガムを構成する金属として金を用いる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子吸光分析法により試料ガス中の水銀濃度を測定する水銀濃度測定装置において、
吸光分析を行う測定セルに前記試料ガスを導入する試料ガス導入路と、
前記試料ガスから水銀を除去した基準ガスを前記測定セルに導入する基準ガス導入路と、
前記基準ガス導入路に設けた、水銀との直接の接触によりアマルガムを構成する金属を担持したハニカム構造体と、
を備えたことを特徴とする水銀濃度測定装置。
【請求項２】
上記アマルガムを構成する金属が金である請求項１に記載の水銀濃度測定装置。
【請求項３】
原子吸光分析法により試料ガス中の水銀濃度を測定する水銀濃度測定方法において、
水銀との直接の接触によりアマルガムを構成する金属を担持したハニカム構造体に前記試料ガスを通過させて基準ガスを精製するステップと、
前記基準ガスの吸光分析を行うステップと、
前記試料ガスの吸光分析を行うステップと、
前記基準ガスの吸光分析結果と前記試料ガスの吸光分析結果との差を演算するステップと、
を有することを特徴とする水銀濃度測定方法。
【請求項４】
上記アマルガムを構成する金属が金である請求項３に記載の水銀濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子吸光分析法を用いた水銀濃度測定装置、及び水銀濃度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
乾電池等の水銀を含む物質が都市ごみに混入する等の理由により、ごみ焼却処理場等の焼却施設の排ガス中には水銀が含まれる恐れがある。また、焼却施設の排ガス以外にも、水銀が有害物質であることから、大気をはじめとする気体中に含まれる水銀の濃度や、液体又は固体試料に含まれる水銀量を検出することが求められることがある。
【０００３】
このような水銀濃度を測定する装置として、原子吸光分析法を用いた水銀濃度測定装置が利用されている。このような水銀濃度測定装置は、測定セルへ導入した試料ガス（試料が液体または固体の場合は、この試料を気化したガス）に光を照射して特定波長の光の吸収量を検出し、試料ガスに含まれる水銀の濃度を求めるものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
上記水銀濃度測定装置は、例えば、図６に示すように、水銀ランプ等の紫外線領域の光線を多く含む光源２から発光された光を測定セル１に入射して、その透過光を光電管等の受光器３で受光し、電気信号として演算手段１６に出力するようになっている。
【０００５】
また、測定セル１には、温度センサ、及び、圧力センサが設けられており、これらのセンサの出力は温度検出手段１４、及び、圧力検出手段１５に入力されて温度情報、圧力情報に変換され、演算手段１６に入力される。演算手段１６では、これらの情報に基づいて、測定した水銀濃度に対して補正を行うことが可能となっている。
【０００６】
一方、試料ガス１０は、上記測定セル１の排気側に備えた吸引ポンプ９により測定セル１内に導入されるが、測定セル１に導入される前に、還元手段４により塩化物等の化合物の状態で存在する水銀は原子状水銀に還元される。
【０００７】
この還元手段４と測定セル１との間において、試料ガス１０の輸送路は、一旦、二手に分岐した後、再度合流する構成となっており、合流点に備えた電磁弁８により、どちらか１つの経路を選択するようになっている。
【０００８】
上記２つの経路のうち、一方の経路は、還元処理後の試料ガス１０をそのまま測定セル１に輸送し（試料ガス導入路５）、他方の経路は、その経路中に備えた水銀除去手段７により、試料ガス１０中の水銀を除去して測定セル１に輸送する（基準ガス導入路６）。
【０００９】
上記水銀除去手段７は、図７に示すように、表面に貴金属が担持されたセラミックのペレットからなる触媒１２を充填したものであり、内部を通過する試料ガス１０に含まれている原子状水銀は、触媒１２の表面の貴金属とアマルガム化することにより吸収される。なお、以下では、この水銀除去手段７を通過した試料ガスを基準ガス１１と記述する。
【００１０】
上記構成において、水銀濃度測定装置は、以下の手順で試料ガス１０中の水銀濃度を求める。
【００１１】
まず、水銀除去手段７を通過した基準ガス１１を測定セル１に導入し、特定の波長、例えば、原子状水銀の吸収波長である２５４ｎｍの光強度を計測する。次に、電磁弁を切り替えて測定セル１に試料ガス１０を導入し、上記特定の波長の光強度を計測する。このとき、両光強度の差は、上記水銀除去手段７により試料ガス１０から除去された物質の吸光量となる。従って、この吸光量から、特定波長における吸光量と水銀濃度との既知の関係に基づいて、試料ガス１０中の水銀濃度を求めることができる。
【特許文献１】特願２００２−１６８７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、試料ガス１０中に有機物が含まれている場合、上記構成に使用した触媒１２は、水銀だけでなく有機物をも表面に付着させる。その結果、得られた基準ガス１１は、後で詳述するが、有機物の含有量が本来含まれている有機物の量より少なくなる。一般に、有機物は広範囲の波長領域に渡るブロードな吸光特性を有しており、原子状水銀の吸収波長をもつ光も吸収する。このため、上記従来の水銀濃度測定装置により求めた吸光量は、水銀の吸光量と減少した有機物の吸光量とが合算されたものとなる。従って、この吸光量から求めた水銀濃度には、触媒１２に吸着された有機物の吸光量に相当する誤差が含まれることになる。
【００１３】
本発明は、上記従来の事情に鑑みて提案されたものであって、試料ガス中に有機物が含まれていても、高精度な測定を行うことができる水銀濃度測定装置、及び水銀濃度測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の手段を採用している。
【００１５】
本発明の水銀濃度測定装置は、原子吸光分析法により試料ガス中の水銀濃度を測定する測定セルに対して、試料ガスを導入する試料ガス導入路と、前記試料ガスから水銀を除去した基準ガスを導入する基準ガス導入路を備えている。
【００１６】
また、上記基準ガス導入路は、基準ガス精製のために、水銀との直接の接触によりアマルガムを構成する金属を表面に有するハニカム構造体を設けている。
【００１７】
上記構成によれば、試料ガスから有機物を除去することなく水銀だけを除去した基準ガスの吸光量と試料ガスの吸光量を計測することが可能となる。
【００１８】
このため、両吸光量の差から試料ガス中に含まれる水銀の吸光量、すなわち、水銀濃度を高精度に検出することが可能となる。
【００１９】
上記の水銀とアマルガムを構成する金属は、金であることが好ましい。これにより、水銀を効率よく吸収させることができるからである。
【００２０】
また、他の観点では、本発明は、上述の手順からなる水銀濃度測定方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、試料ガスを水銀との直接の接触によりアマルガムを構成する金属を表面に有するハニカム構造体を備えることにより、試料ガス中の水銀だけを効率よく除去して基準ガスを精製することができる。このため、基準ガスの透過光量と試料ガスの透過光量との差から水銀の吸光量を高精度に求めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面にしたがって詳細に説明する。図１は、本発明を適用した水銀濃度測定装置の概略機能ブロック図である。
【００２３】
本実施の形態の水銀濃度測定装置は、上記従来の水銀除去手段７に代えて、ハニカム状水銀除去手段１３を備えた点以外は、上記従来の水銀濃度測定装置の構成と同様である。また、ハニカム状水銀除去手段１３により基準ガスの精製を行う点を除けば、測定手順も従来技術と同様である。
【００２４】
ハニカム状水銀除去手段１３は、図２に示すように、筐体２１の内部に、ハニカム構造体２２を収納している。このハニカム構造体２２は、軸方向の貫通孔が多数集合した構造を有しており、導入口２３から進入した試料ガス１０は、ハニカム構造体２２の内部を通過し、排出口２４から排出されるようになっている。
【００２５】
図３は、上記ハニカム構造体２２の断面図（図２における、Ａ−Ａ断面）である。図３に示す例では、ハニカム構造の基材を、板材２６の外表面に、波板２７を配置した部材を同心円上に複数層重ねて構成している。
【００２６】
上記板材２６、及び、波板２７の表面には、図４の断面図に示すように、ウォッシュコート処理（ゲル体に浸漬して表面をコーティングした後に焼成を行うことで表面に固着させる処理）により固体酸化物や炭素繊維等のウォッシュコート層２８が形成され、さらに、このウォッシュコート層２８の表面には、ウォッシュコート処理と同様の処理により、多数の金粒子２９を分散担持させている。
【００２７】
なお、ハニカム構造体２２の基材である板材２６、波板２７の材質は、上述のウォッシュコート処理で行う焼成に耐えうるものであれば良く、例えば、ステンレス等の金属やセラミックス等を使用することができる。
【００２８】
また、上記筐体２１には、任意の材質を使用することができるが、原子状水銀とアマルガムを構成することのない、例えば、ポリプロピレン等の樹脂であることが好ましい。このようにすれば、長期間の使用によりハニカム状水銀除去手段１３の水銀除去能力が低下した場合であっても、筐体２１はアマルガム化により材質が変化しないため、その内部にあるハニカム構造体２２を交換するだけで、水銀除去能力を回復させることができる。
【００２９】
上記のようなハニカム構造体２２に試料ガス１０を通過させた場合、試料ガス１０に含まれる原子状水銀は、ハニカム構造体２２の表面に分散担持されている金粒子２９との接触して合金化しアマルガムを構成する。このため、試料ガス１０から原子状水銀は除去される。
【００３０】
一方、試料ガス１０に含まれる有機物は、試料ガス１０から除去されない。
【００３１】
この有機物が除去されないことを示す具体例として、図５（Ａ）に、本発明のハニカム状水銀除去手段１３に、有機物のみを混入した試料ガス（水銀は含んでいない）を通過させた場合の透過光量を示す。また、比較例として、従来の水銀除去手段７の透過光量を図５（Ｂ）に示す。
【００３２】
図５では、測定セル１に対して、時間の経過とともに、有機物を含まないガス、有機物を含むガス、及び、ハニカム状水銀除去手段１３（あるいは、水銀除去手段７）を通過させた有機物を含むガスを順に導入している。
【００３３】
ハニカム状水銀除去手段１３には、直径３０ｍｍ×長さ５０ｍｍ、セル密度が６００セル／平方インチの円柱状ハニカム構造体２２を使用している。このハニカム構造体２２の表面は、アルミナのウォッシュコート層２８が形成されており、このウォッシュコート層２８上に金粒子を分散担持させている。
【００３４】
一方、従来の水銀除去手段７には、ガラス管内に、直径３ｍｍ×長さ３．５ｍｍの円柱状のアルミナからなるペレットの表面に貴金属が担持された触媒１２を充填したものを使用している。
【００３５】
上記両水銀除去手段の表面には、定量的な数値は特定できていないが、上記基準ガス１１を精製する（試料ガスから原子状水銀を除去する）のに十分な金（貴金属）が存在している。
【００３６】
なお、試料ガスのガス流量は３００ｍｌ／ｍｉｎとし、有機物としてパラジクロロベンゼンを混入した。
【００３７】
図５（Ａ）及び（Ｂ）から、有機物を含まないガスを導入した時間領域３１、及び、有機物を含むガスを導入した時間領域３２では、両者に差異は無く、共に有機物を含むガスを導入したときに、有機物の吸光により透過光量が低下していることが確認できる。
【００３８】
これに対し、本発明のハニカム状水銀除去手段１３と従来の水銀除去手段７を通過させたガスを導入した時間領域３３では、両者で異なる結果を示している。すなわち、従来の水銀除去手段７を通過した試料ガスは、試料ガス中の有機物が除去されたため、時間領域３１の有機物を含まない試料ガスを導入したときと同じ光透過量を示しているが、本発明のハニカム状水銀除去手段１３を通過した試料ガスは、一旦、有機物を含まない試料ガスと同じ光透過量を示した後、直ぐに時間領域３２の有機物を含むガスを導入したときと同じ光透過量となっている。
【００３９】
この時間領域３３における光透過量の低下Ａから、ハニカム状水銀除去手段１３を使用した場合には、有機物が除去されていないことが理解できる。
【００４０】
以上説明したように、上記ハニカム状水銀除去手段１３に試料ガス１０を通過させることにより、試料ガス１０中の有機物を除去することなく、原子状水銀だけを除去した基準ガス１１を精製することが可能となる。
【００４１】
したがって、測定セル１に導入した試料ガス１０の透過光量と基準ガス１１の透過光量とを上記電磁弁８を切り替えて個別に計測し、この差より、試料ガス１０の吸光量を求めることで、試料ガス１０に含まれる原子状水銀の量を高精度に求めることが可能となる。このとき、電磁弁８の切替周期を短く（数秒〜数十秒）することで、よりリアルタイムに近い水銀濃度の測定が可能になる。
【００４２】
なお、上記実施の形態で示した、ハニカム状水銀除去手段の構成は具体例を示すものであり、本発明の技術的範囲を制限するものではない。例えば、金に代えて、銀、銅、錫、亜鉛、鉛、ナトリウム、カリウム、カドミウム等の水銀とアマルガムを構成する金属を担持させてもよい。また、その形状も、ハニカム構造を有し、その表面にアマルガムを構成する金属が存在すればどのような形状であってもよく、本発明の効果を有する範囲において、適宜変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明を適用した水銀濃度測定装置の概略機能ブロック図。
【図２】本発明のハニカム状水銀除去手段の断面図。
【図３】本発明のハニカム構造体の断面図。
【図４】本発明のハニカム構造体の断面図。
【図５】本発明のハニカム状水銀除去手段と従来の水銀除去手段における有機物の吸着力の差を示す説明図。
【図６】従来の水銀濃度測定装置の概略機能ブロック図。
【図７】従来の水銀除去手段の断面図。
【符号の説明】
【００４４】
１  測定セル
２  光源
３  受光器
５  試料ガス導入路
６  基準ガス導入路
７  水銀除去手段
８  電磁弁
１０  試料ガス
１１  基準ガス
１３  ハニカム状水銀除去手段
２２  ハニカム構造体
【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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