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※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
序章
生命への脅威[4][11][26]および火災による環境への影響[6]の評価におけるさまざまな用途には、火災廃液のサンプリングと分析が必要です。これらの分析の最終結果は、化学種のリストであり、流出物の生成期間中 (および場合によってはその後) の特定の時間または特定の場所での流出物中のそれらの濃度です。これらのデータの最終用途に応じて、要件は、非常に詳細で、時間分解され、定量化され、検証された化学種のリストから、単一の化合物または小さな範囲の化合物の単純な推定までさまざまです。
他の分野 (大気汚染など) で使用される方法を使用することもありますが、典型的な火災排水の複雑さ、反応性、および一般的に「敵対的」な性質、ならびに一般的に観察される急速な変化のために、関連データを取得するには、専門的なサンプリングおよび分析技術が必要になることがよくあります。火源からの時間と距離に応じた濃度。
消火排水の次の典型的な特性は、サンプリングと分析のより「伝統的な」方法を不適切なものにします。
- 1 000 °C 以上の高温。
- 吸着および吸収された化学種とともに、広範囲の粒子サイズと分布を持つエアロゾル (すなわち、固体および液体微粒子) の存在。
- 凝縮可能な有機および無機蒸気（水など）の存在;
- 空間的および時間的に変化する集中を伴う高い乱気流。
- 非常に広い範囲の種とその濃度。一般的に、火源 (または「ベンチトップ」の物理的火災モデルの場合は加熱ゾーン) に関して、時間と場所によって急速に変化します。
- 酸性/腐食性種の存在;
- 水溶性種および/または高反応性種の存在により、サンプリング損失が発生します。
これらの要因の特定は、火災や物理的な火災試験からの流出物中のガスと蒸気のサンプリングと分析のための新しい方法の開発または既存の方法の適応につながっています。
近年、一般的な方法が登場しており、一部のケースでは、選択されたガスと蒸気の基準が公開されています。この情報の多くは、毒物学的に重要な個々のガスのサンプリングと分析のためのさまざまな方法を提示する ISO 19701 で提供されています。火災ハザード分析の対象となるすべての種を決定するには、多くの場合、いくつかの方法が必要です。
フーリエ変換赤外 (FTIR) 分光法は、主に次のような改善された手順を提供します。
- 火災毒性学に関連するガスと蒸気の単一法測定。
- 比較的短期間の時間分解測定 (つまり、関心のある化学種の濃度)これにより、火災または物理的な火災試験を通じて、化学種の発生と崩壊を監視できます。他の
- 新しい毒物が後で重要であると特定された場合に備えて、保存された FTIR スペクトルに見られる毒物の存在に関する関連データ。
ISO 19701 が発行されたとき、燃焼ガス分析における FTIR の手法といくつかのアプリケーションが要約されていましたが、その後この方法はかなりの開発を経て、「ベスト プラクティス」手順を使用して信頼できる結果を得るための要件が確立されました。この国際規格は、追加情報を含む要件を提供するために ISO TC 92, SC 3 によって開発されました。
FTIR は、次の 2 つの方法を使用して消火排水を分析するために使用できます。
- a)赤外線ビームが火災試験装置の内部および/または外部の流出物を横切って導かれるオープンパス分析;
- b)抽出分析。火災試験装置からの流出物の一部が、加熱されたサンプリング システムを介して FTIR 機器のガス セルを介して連続的に引き出され、遠隔測定が可能になります (例: IMO Resolution MSC.307(88) [9] ) .
両方の手順 (および変形) がうまく適用されていますが、抽出分析手法は、消火排水分析ではるかに一般的です。
燃焼ガス分析の実用]なツールとしてのFTIRの開発に特に関連するのは、 SAFIR(フーリエ赤外線分光法による煙ガス分析) です[様々な場面で使用されるFTIR法。このプロジェクトの結果は、この国際規格の最初のバージョンの基礎を形成しました。この改訂版は、参考文献 [8], [15], [21], [25], [27] などの最新情報で更新されています。
いかなる化学分析も、決定された化学種ならびに定量的測定の精度および精度に関して選択的であることを理解すべきである。いくつかの化学分析法は、ある種の正確な決定には適しているかもしれませんが、他の種にはあまり適していないかもしれません。したがって、火災による生命の脅威の分野で対象となる化学種を幅広く測定できる FTIR の機能にもかかわらず、特定のアプリケーションで対象となるすべての種を特定するには、追加の方法が必要になる場合もあります。ただし、FTIR 分析だけを使用するだけでも、毒性の危険性評価で重要な多くの化学種の濃度を特定して計算するのに十分な品質のデータを提供できます。
Introduction
Sampling and analysis of fire effluents is required for a variety of applications in life threat[4][11][26] and environmental impact from fires[6] assessments. The end result of these analyses is a list of chemical species and their concentrations in the effluent at a specific time or over a time interval and at a specific location, during (and possibly after), the period of generation of the effluents. Depending on the end use of these data, the requirements may range from a highly detailed, time-resolved, quantified, and validated list of chemical species to a simple estimate of a single compound or small range of compounds.
Although occasionally employing methods used in other fields (e.g. atmospheric pollution), obtaining relevant data often requires specialized sampling and analysis techniques, due to the complexity, reactivity and generally “hostile” nature of typical fire effluents, as well as the commonly observed rapid changes in concentrations with time and distance from the fire source.
The following typical properties of fire effluents render more “traditional” methods of sampling and analysis inappropriate:
- high temperatures of 1 000 °C or higher;
- presence of aerosols (i.e. solid and liquid particulates) with a wide range of particle sizes and distribution, together with adsorbed and absorbed chemical species;
- presence of condensable organic and inorganic vapours (e.g. water);
- high turbulence, with spatially and temporally variable concentrations;
- a very wide range of species and their concentrations, typically varying rapidly with time and location with respect to the fire source (or heating zone in the case of a “bench-top” physical fire model);
- presence of acidic/corrosive species;
- presence of water soluble species and/or or highly reactive species resulting in sampling losses.
The identification of these factors has led to the development of new methods or the adaptation of existing methods for the sampling and analysis of the gases and vapours in the effluent from fires and physical fire tests.
Common methods have emerged in recent years, and in some cases, standards have been published for selected gases and vapours. Much of this information is provided in ISO 19701, which presents a variety of methods for the sampling and analysis of individual gases of toxicological importance. Several methods are often needed to determine all the species of interest for fire hazard analysis.
Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy offers an improved procedure, principally through:
- single-method measurements of gases and vapours relevant to fire toxicology;
- time-resolved measurements over relatively short periods (i.e. concentrations of chemical species of interest), enabling the monitoring of chemical species development and decay throughout the fire or physical fire test; and
- relevant data concerning the presence of a toxicant which may be found in the stored FTIR spectra, in case a new toxicant should later be identified as important.
Although when published, ISO 19701 summarized the technique and some applications of FTIR in fire gas analysis, the method has since undergone considerable development and the requirements for obtaining reliable results have been established, using “best practice” procedures. This International Standard is developed by ISO TC 92, SC 3 to provide the requirements, which will include additional information.
FTIR can be used to analyse fire effluents using these two methods:
- a) open path analysis, where the infrared beam is directed across the effluent within and/or outside the fire test apparatus;
- b) extractive analysis, where a fraction of the effluent from a fire test apparatus is drawn continuously through a heated sampling system through the gas cell of the FTIR instrument, enabling remote measurement (e.g. IMO Resolution MSC.307(88)[9]).
Both procedures (and variants) have been successfully applied although the extractive analysis technique is far more common in fire effluent analysis.
Of particular relevance in the development of FTIR as a practical tool in fire gas analysis is SAFIR (Smoke Gas Analysis by Fourier Infrared Spectroscopy), a European Union-funded project[18][19] which focused on the testing and validation of an extractive FTIR method when used in a variety of situations. The results of this project formed the basis for the first version of this International Standard. This revised version has been updated with more recent information, e.g. References [8], [15], [21], [25] and [27].
It should be appreciated that any chemical analysis is selective in terms of chemical species determined and the accuracy and precision of quantitative measurements. Some chemical analytical methods may be appropriate for accurate determination of some species but less appropriate for other species. Thus, despite the ability of FTIR to measure a wide range of chemical species of interest in the field of life threat from fire, additional methods may also be required to determine all the species of interest for a particular application. However the use of FTIR analysis alone can provide data of sufficient quality to identify and calculate the concentrations of many of the chemical species that are important in toxic hazard assessment.