特開 2022-130208 オゾン濃度およびトルエン濃度の測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022130208

(43)【公開日】2022-09-06

(54)【発明の名称】オゾン濃度およびトルエン濃度の測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/33 20060101AFI20220830BHJP

【ＦＩ】

G01N21/33

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021029262

(22)【出願日】2021-02-25

(71)【出願人】

【識別番号】319015625

【氏名又は名称】光テック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104570

【弁理士】

【氏名又は名称】大関 光弘

(72)【発明者】

【氏名】菅野 裕靖

【テーマコード（参考）】

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G059AA01

2G059CC08

2G059CC12

2G059DD12

2G059EE01

2G059HH03

2G059HH06

2G059JJ03

2G059KK01

(57)【要約】

【課題】深紫外発光素子を用いてオゾン濃度およびトルエン濃度を測定する。
【解決手段】測定セル１０にオゾンのＨａｒｔｌｅｙ帯およびトルエンの紫外線吸収帯に属する第１の単一波長の紫外線を照射し、測定セル１０を透過した紫外線の放射強度を測定する作業を測定セル１０にゼロガスおよびサンプルガスが導入された場合各々で実施し、オゾンおよびトルエン濃度Ｃｏｔを算出する。また、測定セル１０にＨａｒｔｌｅｙ帯に属し、トルエンの紫外線吸収帯には属さない第２の単一波長の紫外線を照射し、測定セル１０を透過した紫外線の放射強度を測定する作業を測定セル１０にゼロガスおよびサンプルガスが導入された場合各々で実施し、オゾン濃度Ｃｏを算出する。そして、算出した濃度Ｃｏｔ、Ｃｏを用いてトルエン濃度Ｃｔを算出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

オゾン濃度およびトルエン濃度の測定方法であって、
深紫外発光素子を用いて、ガスが導入された測定セル内に、オゾンのＨａｒｔｌｅｙ帯およびトルエンの紫外線吸収帯の両方に属する第１の単一波長の紫外線を照射し、受光センサを用いて、当該測定セルを透過した前記第１の単一波長の紫外線の放射強度を測定する作業を、当該測定セルに、オゾンおよびトルエンが除去されたゼロガスが導入された場合と、サンプルガスが導入された場合とのそれぞれについて実施して、前記ゼロガスおよび前記サンプルガスのそれぞれについて得られた測定値から、当該測定セル内に導入された前記サンプルガスのオゾンおよびトルエン濃度を算出し、
深紫外発光素子を用いて、ガスが導入された測定セル内に、Ｈａｒｔｌｅｙ帯に属し、トルエンの紫外線吸収帯には属さない第２の単一波長の紫外線を照射し、受光センサを用いて、当該測定セルを透過した前記第２の単一波長の紫外線の放射強度を測定する作業を、当該測定セルに、オゾンおよびトルエンが除去されたゼロガスが導入された場合と、前記サンプルガスが導入された場合とのそれぞれについて実施して、前記ゼロガスおよび前記サンプルガスのそれぞれについて得られた測定値から、当該測定セル内に導入された前記サンプルガスのオゾン濃度を算出し、
算出したオゾンおよびトルエン濃度とオゾン濃度とを用いて、前記サンプルガスのトルエン濃度を算出する
ことを特徴とするオゾン濃度およびトルエン濃度の測定方法。

【請求項2】

請求項１に記載のオゾン濃度およびトルエン濃度の測定方法であって、
前記第１の単一波長の紫外線および前記第２の単一波長の紫外線は、オゾンに対して同じ光化学反応物を生じさせる波長の紫外線である
ことを特徴とするオゾン濃度およびトルエン濃度の測定方法。

【請求項3】

請求項２に記載のオゾン濃度およびトルエン濃度の測定方法であって、
前記第１の単一波長の紫外線は、Ｈａｒｔｌｅｙ帯において、２６５ｎｍ波長の紫外線であり、
前記第２の単一波長の紫外線は、２７５ｎｍ波長の紫外線であり、
前記測定セルの光路長を３０ｃｍとした場合、
前記第１の単一波長の紫外線の出力は、０．１～０．２ｍＷ／ｃｍ^２に設定され、
前記第２の単一波長の紫外線の出力は、１．８～３．９ｍＷ／ｃｍ^２に設定される
ことを特徴とするオゾン濃度およびトルエン濃度の測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、オゾン濃度およびトルエン濃度の測定技術に関し、特に大気中のオゾン濃度およびトルエン濃度を測定するのに好適な測定技術に関する。

【背景技術】

【0002】

オゾンは、殺菌、脱臭等に有効であり、様々な作業において利用されている。しかし、日本産業衛生学会は、オゾンに関する作業環境（１日８時間、１週間４０時間程度の労働強度における作業環境）での許容濃度を０．１ｐｐｍ以下と定めている。このような作業環境では、オゾン濃度を適切に管理する必要がある。

【0003】

特許文献１には、窒化物系深紫外半導体発光素子等の深紫外発光素子を用いた紫外線吸収式オゾン濃度測定装置が開示されている。この紫外線吸収式オゾン濃度測定装置は、深紫外発光素子により、オゾンの紫外線吸収帯であるＨａｒｔｌｅｙ帯（３２０～２００ｎｍ）に属する単一波長の紫外線を、ガスが導入された測定セル内に照射し、この測定セルを透過した単一波長の紫外線の放射強度を受光センサにより測定する。このような測定を、オゾンが除去されたゼロガスが測定セルに導入された場合と、サンプルガスが測定セルに導入された場合とのそれぞれについて実施し、ゼロガスが導入された測定セルについて得られたオゾンゼロ測定値を入射光束の強度とし、サンブルガスが導入された測定セルについて得られた測定値を透過光束の強度として用いて、ランベルト・ベールの法則に基づき、測定セル内に導入されたサンプルガスのオゾン濃度を算出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５２３９０００号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、オゾンを取り扱う工場、事業場等において、オゾンに加えてトルエンも大気中に排出されることがあり、トルエン濃度も適切に管理することが好ましい。しかしながら、特許文献１に記載の紫外線吸収式オゾン濃度測定装置では、トルエン濃度を測定することについて考慮されていない。なお、日本工業規格協会発行「大気中のオゾン及びオキシダントの自動計測器 ＪＩＳ Ｂ ７９５７：２００６」（平成１８年３月２５日改正）は、紫外線吸収式のオゾン自動計測器の性能として、干渉成分であるトルエンの影響を０．００４ｐｐｍ以下にすることを要求している（表１）。しかしながら、紫外線吸収式のオゾン自動計測器において、オゾンおよびトルエンを含む大気中からトルエンの影響を受けることなくオゾン濃度を測定する方法については記述されていない。

【0006】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、深紫外発光素子を用いてオゾン濃度およびトルエン濃度の両方を測定する技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明では、深紫外発光素子を用いて、ガスが導入された測定セル内に、Ｈａｒｔｌｅｙ帯（３２０ｎｍ以下２００ｎｍ以上）およびトルエンの紫外線吸収帯（２７５ｎｍ未満２３０ｎｍ以上）の両方に属する第１の単一波長の紫外線（２６６ｎｍ未満２３７ｎｍ以上）を照射し、受光センサを用いて、この測定セルを透過した第１の単一波長の紫外線の放射強度を測定する作業を、測定セルにオゾンおよびトルエンが除去されたゼロガスが導入された場合と、サンプルガスが導入された場合とのそれぞれについて実施し、ゼロガスおよびサンプルガスのそれぞれについて得られた測定値から、測定セル内に導入されたサンプルガスのオゾンおよびトルエン濃度を算出する。

【0008】

また、深紫外発光素子を用いて、Ｈａｒｔｌｅｙ帯に属し、トルエンの紫外線吸収帯には属さない第２の単一波長の紫外線（３２０ｎｍ以下２７５ｎｍ以上）を、ガスが導入された測定セル内に照射し、受光センサを用いて、この測定セルを透過した第２の単一波長の紫外線の放射強度を測定する作業を、オゾンおよびトルエンが除去されたゼロガスが測定セルに導入された場合と、サンプルガスが測定セルに導入された場合とのそれぞれについて実施し、ゼロガスおよびサンプルガスのそれぞれについて得られた測定値から、測定セル内に導入されたサンプルガスのオゾン濃度を算出する。

【0009】

そして、以上のようにして算出したサンプルガスのオゾンおよびトルエン濃度とオゾン濃度とを用いて、サンプルガスのトルエン濃度を算出する。

【0010】

なお、Ｈａｒｔｌｅｙ帯に属する波長の紫外線をオゾンに照射した場合、紫外線の波長に応じて異なる光化学反応を示す。すなわち、照射される紫外線の波長に応じて、エネルギー順位の異なる三種類の活性酸素Ｏ（Ｐ）、Ｏ（Ｄ）、Ｏ（Ｓ）が発生する（エネルギー順位：Ｏ（Ｐ）＜Ｏ（Ｄ）＜Ｏ（Ｓ））。したがって、同じオゾン濃度のサンプルガスでも、光化学反応が異なると、発生する活性酸素が異なるため、異なる測定値を示す。このため、第１の単一波長の紫外線および第２の単一波長の紫外線には、オゾンが同じ光化学反応を示すものを用いることが好ましい。Ｈａｒｔｌｅｙ帯において、紫外線の波長と反応性との関係を表１に示す。

【0011】

【表1】

【0012】

本発明者は、オゾンのＨａｒｔｌｅｙ帯において、トルエンの紫外線吸収率の谷部の最低ピーク付近を示す低濃度のトルエンを吸収可能な２６５ｎｍ波長の紫外線を第１の単一波長の紫外線とし、第１の単一波長と同じオゾンの光化学反応物（Ｏ（Ｄ）、Ｏ_２）を生成することができ、トルエンには吸収されない２７５ｎｍ波長の紫外線を第２の単一波長の紫外線として用いた。なお、表１に示すように、２６６ｎｍ未満２３７ｎｍ以上の波長の紫外線における反応生成物は、Ｏ（Ｓ）、Ｏ（Ｄ）、Ｏ_２であるが、閾値波長である２６５ｎｍ波長においては、エネルギー準位の高いＯ（Ｓ）の生成率が限りなくゼロになる。このため、２６５ｎｍ波長の紫外線における反応生成物は、２７５ｎｍ波長の紫外線における反応生成物と同様に、Ｏ（Ｄ）、Ｏ_２の二種類となる。そして、光路長３０ｃｍの測定セルを用いて、第１の単一波長の紫外線の出力を０．１～０．２μＷ／ｃｍ^２に設定して、オゾンおよびトルエン濃度を算出するとともに、第２の単一波長の紫外線の出力を１．８～３．９ｍＷ／ｃｍ^２に設定して、オゾン濃度を算出した。その結果、第１の単一波長の紫外線を用いて、低濃度のトルエンを含むオゾンおよびトルエン濃度を算出することができるとともに、第２の単一波長の紫外線を用いて、上述の日本工業規格協会発行「大気中のオゾン及びオキシダントの自動計測器 ＪＩＳ Ｂ ７９５７：２００６」（平成１８年３月２５日改正）において、紫外線吸収式のオゾン自動計測器の性能を満たすトルエンの影響が０．００４ｐｐｍ以下のオゾン濃度を算出することができた。それから、上述のようにして算出したオゾンおよびトルエン濃度から上述のようにして算出したオゾン濃度を差し引くことにより、１ｐｐｍ以下の低濃度のトルエン濃度を良好に算出できることを見出した。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、深紫外発光素子を用いてオゾン濃度およびトルエン濃度の両方を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の一実施の形態に係るオゾン濃度およびトルエン濃度の測定方法に用いる紫外線吸収式濃度測定装置の概略機能構成図である。

【図2】図２は、本発明の一実施の形態に係るオゾン濃度およびトルエン濃度の測定方法を説明するためのフロー図である。

【図3】図３は、図２に示す［オゾン・トルエン濃度Ｃｏｔの算出］Ｓ１を説明するためのフロー図である。

【図4】図４は、図２に示す［オゾン濃度Ｃｏの算出］Ｓ２を説明するためのフロー図である。

【図5】図５は、トルエンの紫外線吸収帯を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

【0016】

図１は、本実施の形態に係るオゾン濃度およびトルエン濃度の測定方法に用いる紫外線吸収式濃度測定装置１の概略機能構成図である。

【0017】

図示するように、紫外線吸収式濃度測定装置１は、測定セル１０と、紫外線照射部１１と、測光部１２と、注入ポンプ１３と、ゼロガス生成装置１４と、切替弁１５と、演算部１６と、を備えている。

【0018】

測定セル１０は、測定対象のガスを収容するための、紫外線が透過可能な筒状あるいは箱状の容器である。

【0019】

紫外線照射部１１は、窒化物系深紫外半導体発光素子等の深紫外発光素子１１０を有し、この深紫外発光素子１１０から測定セル１０内に紫外線を照射する。

【0020】

測光部１２は、受光センサ１２０を有しており、紫外線照射部１１の深紫外発光素子１１０から照射され、測定セル１０を透過した紫外線を受光センサ１２０により検出し、その放射強度を測定する。

【0021】

注入ポンプ１３は、例えば大気中からサンプルガスを吸引する。

【0022】

セロガス生成装置１４は、注入ポンプ１３によって大気中から吸引されたサンプルガスに含まれているオゾンおよびトルエンを分解してゼロガスを生成する。

【0023】

切替弁１５は、注入ポンプ１３によって大気中から吸引されたサンプルガスの供給先をゼロガス生成装置１４および測定セル１０間で切り替える。

【0024】

演算部１６は、注入ポンプ１３によって大気中から吸引されたサンプルガスが測定セル１０内に導入された場合およびゼロガス生成装置１４により生成されたゼロガスが測定セル１０内に導入された場合のそれぞれについての測光部１２での測定結果に基づいて、以下のように、測定セル１０内に導入されたサンプルガスのオゾン濃度Ｃｏ、あるいはオゾンおよびトルエン濃度Ｃｏｔ（以下単に濃度Ｃとも呼ぶ）を算出する。

【0025】

測定セル１０内にゼロガスが導入された場合において、測光部１２により測定された紫外線の放射強度Ｉを入射光拘束の強度とし、測定セル１０内にサンプルガスが導入された場合において、測光部１２により測定された紫外線の放射強度Ｏを透過光束の強度とし、紫外線が通過する測定セル１０の長さＬを光路長として用いて、ランベルト・ベールの法則にしたがい、濃度Ｃは、数１により算出される。

【0026】

【数1】

【0027】

なお、演算部１６は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの集積ロジックＩＣによりハード的に実現されるものでもよいし、あるいはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などの計算機によりソフトウエア的に実現されるものでもよい。または、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、メモリと、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｉｖｅ）等の補助記憶装置、および、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）、ＲＳ－２３２Ｃ等の測光部１２とのインターフェースを備えたＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の汎用コンピュータにおいて、ＣＰＵが所定のプログラムを補助記憶装置からメモリ上にロードして実行することで実現されるものでもよい。

【0028】

図２は、本実施の形態に係るオゾン濃度およびトルエン濃度の測定方法を説明するためのフロー図である。

【0029】

本実施の形態に係るオゾン濃度およびトルエン濃度の測定方法では、第１の単一波長の紫外線を出力する深紫外発光素子１１０を紫外線照射部１１に有する紫外線吸収式濃度測定装置１（以下、オゾン・トルエン濃度測定用装置と呼ぶ）、および、第２の単一波長の紫外線を出力する深紫外発光素子１１０を紫外線照射部１１に有する紫外線吸収式濃度測定装置１（以下、オゾン濃度測定用装置と呼ぶ）の２台の紫外線吸収式濃度測定装置１を用いる。

【0030】

［オゾン・トルエン濃度Ｃｏｔの算出]Ｓ１
オゾン・トルエン濃度測定用装置を用いて、測定セル１０内に導入されたサンプルガスのオゾンおよびトルエン濃度Ｃｏｔを算出する。ここで、紫外線照射部１１の深紫外発光素子１１０から出力する第１の単一波長の紫外線には、オゾンのＨａｒｔｌｅｙ帯およびトルエンの紫外線吸収帯の両方に属する波長の紫外線を用いる。

【0031】

［オゾン濃度Ｃｏの算出]Ｓ２
オゾン濃度測定用装置を用いて、測定セル１０内に導入されたサンプルガスのオゾン濃度Ｃｏを算出する。ここで、紫外線照射部１１の深紫外発光素子１１０から出力する第２の単一波長の紫外線には、オゾンのＨａｒｔｌｅｙ帯に属し、トルエンの紫外線吸収帯には属さない波長の紫外線を用いる。

【0032】

ただし、上記の表１に示したように、Ｈａｒｔｌｅｙ帯に属する波長の紫外線をオゾンに照射した場合、紫外線の波長に応じて異なる光化学反応を示し、同じオゾン濃度のサンプルガスでも、光化学反応が異なると、異なる測定値を示すため、測定値の補正が必要となって処理が複雑化する。このため、第２の単一波長の紫外線には、オゾンに対して第１の単一波長の紫外線と同じ光化学反応物を生じさせるものを用いることが好ましい。

【0033】

［トルエン濃度Ｃｔの算出]Ｓ３
以上のようにして算出したオゾンおよびトルエン濃度Ｃｏｔとオゾン濃度Ｃｏとを用いて、測定セル１０内に導入されたサンプルガスのトルエン濃度Ｃｔ（＝Ｃｏｔ－Ｃｏ）を算出する。

【0034】

なお、図２では、［オゾン・トルエン濃度Ｃｏｔの算出]、［オゾン濃度Ｃｏの算出］の順番で実施しているが、［オゾン濃度Ｃｏの算出］、［オゾン・トルエン濃度Ｃｏｔの算出］の順番で実施してもよい。あるいは、［オゾン・トルエン濃度Ｃｏｔの算出］と［オゾン濃度Ｃｏの算出］とを、同時に平行して実施してもよい。

【0035】

図３は、図２に示す［オゾン・トルエン濃度Ｃｏｔの算出］Ｓ１を説明するためのフロー図である。

【0036】

［ゼロガス導入］Ｓ１０
オゾン・トルエン濃度測定用装置において、切替弁１５をゼロガス生成装置１４側に切り替えて、注入ポンプ１３を駆動する。これにより、注入ポンプ１３によって大気中から吸引されたサンプルガスが切替弁１５を介してゼロガス生成装置１４に送られる。ゼロガス生成装置１４は、供給されたガスに含まれているオゾンおよびトルエンを分解してゼロガスを生成し、このゼロガスを測定セル１０に送る。これにより、ゼロガスを測定セル１０内に導入する。なお、測定セル１０へのゼロガス導入に際しては、例えば測定セル１０内を予め真空にしておき、測定セル１０内にゼロガス以外のガスが混入しないようにする。

【0037】

［第１の単一波長の紫外線出力］Ｓ１１
紫外線照射部１１を駆動して深紫外発光素子１１０から第１の単一波長の紫外線を出力して、ゼロガスが導入された測定セル１０内に照射する。

【0038】

［紫外線の放射強度Ｉ測定］Ｓ１２
紫外線照射部１１の深紫外発光素子１１０から測定セル１０内に照射され、ゼロガスが導入された測定セル１０を透過した第１の単一波長の紫外線を、測光部１２において、受光センサ１２０で検出して、その放射強度Ｉを測定する。

【0039】

［サンプルガス導入］Ｓ１３
切替弁１５を測定セル１０側に切り替えて、注入ポンプ１３を駆動する。これにより、注入ポンプ１３によって大気中から吸引されたサンプルガスが切替弁１５を介して測定セル１０に送られる。これにより、サンプルガスを測定セル１０内に導入する。なお、測定セル１０へのサンプルガス導入に際しては、例えば測定セル１０内を予め真空にして、測定セル１０内にサンプルガス以外のガスが混入しないようにする。

【0040】

［第１の単一波長の紫外線出力］Ｓ１４
紫外線照射部１１を駆動して深紫外発光素子１１０から第１の単一波長の紫外線を出力して、サンプルガスが導入された測定セル１０内に照射する。

【0041】

［紫外線の放射強度Ｏ測定］Ｓ１５
紫外線照射部１１の深紫外発光素子１１０から測定セル１０内に照射され、サンプルガスが導入された測定セル１０を透過した第１の単一波長の紫外線を、測光部１２において、受光センサ１２０で検出して、その放射強度Ｏを測定する。

【0042】

［オゾンおよびトルエン濃度Ｃｏｔ算出］Ｓ１６
ゼロガスが導入された測定セル１０を透過した第１の単一波長の紫外線の放射強度Ｉを入射光拘束の強度とし、サンプルガスが導入された測定セル１０を透過した第１の単一波長の紫外線の放射強度Ｏを透過光束の強度とし、紫外線が通過する測定セル１０の長さＬを光路長として用いて、ランベルト・ベールの法則にしたがい、上記の数１により、測定セル１０内に導入されたサンプルガスのオゾンおよびトルエン濃度Ｃｏｔを算出する。

【0043】

なお、図３では、まず、ゼロガスが導入された測定セル１０を透過した第１の単一波長の紫外線の放射強度Ｉの測定を行い（Ｓ１０～Ｓ１２）、それから、サンプルガスが導入された測定セル１０を透過した第１の単一波長の紫外線の放射強度Ｏの測定を行っている（Ｓ１３～Ｓ１５）。しかし、サンプルガスが導入された測定セル１０を透過した第１の単一波長の紫外線の放射強度Ｏの測定を行ってから、ゼロガスが導入された測定セル１０を透過した第１の単一波長の紫外線の放射強度Ｉの測定を行うようにしてもよい。

【0044】

図４は、図２に示す［オゾン濃度Ｃｏの算出］Ｓ２を説明するためのフロー図である。

【0045】

［ゼロガス導入］Ｓ２０
オゾン濃度測定用装置において、切替弁１５をゼロガス生成装置１４側に切り替えて、注入ポンプ１３を駆動する。これにより、注入ポンプ１３によって大気中から吸引されたサンプルガスが切替弁１５を介してゼロガス生成装置１４に送られる。ゼロガス生成装置１４は、供給されたガスに含まれているオゾンおよびトルエンを分解してゼロガスを生成し、このゼロガスを測定セル１０に送る。これにより、ゼロガスを測定セル１０内に導入する。なお、測定セル１０へのゼロガス導入に際しては、例えば測定セル１０内を予め真空にして、測定セル１０内にゼロガス以外のガスが混入しないようにする。

【0046】

［第２の単一波長の紫外線出力］Ｓ２１
紫外線照射部１１を駆動して深紫外発光素子１１０から第２の単一波長の紫外線を出力して、ゼロガスが導入された測定セル１０内に照射する。

【0047】

［紫外線の放射強度Ｉ測定］Ｓ２２
紫外線照射部１１の深紫外発光素子１１０から測定セル１０内に照射され、ゼロガスが導入された測定セル１０を透過した第２の単一波長の紫外線を、測光部１２において、受光センサ１２０で検出して、その放射強度Ｉを測定する。

【0048】

［サンプルガス導入］Ｓ２３
切替弁１５を測定セル１０側に切り替えて、注入ポンプ１３を駆動する。これにより、注入ポンプ１３によって大気中から吸引されたサンプルガスが切替弁１５を介して測定セル１０に送られる。これにより、サンプルガスを測定セル１０内に導入する。なお、測定セル１０へのサンプルガス導入に際しては、例えば測定セル１０内を予め真空にして、測定セル１０内にサンプルガス以外のガスが混入しないようにする。

【0049】

［第２の単一波長の紫外線出力］Ｓ２４
紫外線照射部１１を駆動して深紫外発光素子１１０から第２の単一波長の紫外線を出力して、サンプルガスが導入された測定セル１０内に照射する。

【0050】

［紫外線の放射強度Ｏ測定］Ｓ２５
紫外線照射部１１の深紫外発光素子１１０から測定セル１０内に照射され、サンプルガスが導入された測定セル１０を透過した第２の単一波長の紫外線を、測光部１２において、受光センサ１２０で検出して、その放射強度Ｏを測定する。

【0051】

［オゾン濃度Ｃｏ算出］Ｓ２６
ゼロガスが導入された測定セル１０を透過した第２の単一波長の紫外線の放射強度Ｉを入射光拘束の強度とし、サンプルガスが導入された測定セル１０を透過した第２の単一波長の紫外線の放射強度Ｏを透過光束の強度とし、紫外線が通過する測定セル１０の長さＬを光路長として用いて、ランベルト・ベールの法則にしたがい、上記の数１により、測定セル１０内に導入されたサンプルガスのオゾン濃度Ｃｏを算出する。

【0052】

なお、図４では、まず、ゼロガスが導入された測定セル１０を透過した第２の単一波長の紫外線の放射強度Ｉの測定を行い（Ｓ２０～Ｓ２２）、それから、サンプルガスが導入された測定セル１０を透過した第２の単一波長の紫外線の放射強度Ｏの測定を行っている（Ｓ２３～Ｓ２５）。しかし、サンプルガスが導入された測定セル１０を透過した第２の単一波長の紫外線の放射強度Ｏの測定を行ってから、ゼロガスが導入された測定セル１０を透過した第２の単一波長の紫外線の放射強度Ｉの測定を行うようにしてもよい。

【0053】

以上、本発明の一実施の形態について説明した。

【0054】

本実施の形態では、深紫外発光素子１１０を用いて、ガスが導入された測定セル１０内に、オゾンのＨａｒｔｌｅｙ帯（３２０ｎｍ以下２００ｎｍ以上）およびトルエンの紫外線吸収帯（２７５ｎｍ未満２３０ｎｍ以上）の両方に属する第１の単一波長の紫外線（２６６ｎｍ未満２３７ｎｍ以上）を照射し、受光センサ１２０を用いて、この測定セル１０を透過した第１の単一波長の紫外線の放射強度を測定する作業を、オゾンおよびトルエンが除去されたゼロガスが測定セル１０に導入された場合と、サンプルガスが測定セル１０に導入された場合とのそれぞれについて実施する。これにより、ゼロガスが導入された測定セル１０を透過した第１の単一波長の紫外線の放射強度Ｉを基準として用いて、サンプルガスが導入された測定セル１０を透過した第１の単一波長の紫外線の放射強度Ｏから、測定セル１０内に導入されたサンプルガスのオゾンおよびトルエン濃度Ｃｏｔを算出することができる。

【0055】

また、深紫外発光素子１１０を用いて、ガスが導入された測定セル１０内に、オゾンのＨａｒｔｌｅｙ帯に属し、トルエンの紫外線吸収帯には属さない第２の単一波長の紫外線（３２０ｎｍ以下２７５ｎｍ以上）を照射し、受光センサ１２０を用いて、この測定セル１０を透過した第２の単一波長の紫外線の放射強度を測定する作業を、オゾンおよびトルエンが除去されたゼロガスが測定セル１０に導入された場合と、サンプルガスが測定セル１０に導入された場合とのそれぞれについて実施する。これにより、ゼロガスが導入された測定セル１０を透過した第２の単一波長の紫外線の放射強度Ｉを基準として用いて、サンプルガスが導入された測定セル１０を透過した第２の単一波長の紫外線の放射強度Ｏから、測定セル１０内に導入されたサンプルガスのオゾン濃度Ｃｏを算出することができる。

【0056】

また、以上のようにして算出した、測定セル１０内に導入されたサンプルガスのオゾンおよびトルエン濃度Ｃｏｔとオゾン濃度Ｃｏとを用いて、測定セル１０内に導入されたサンプルガスのトルエン濃度Ｃｔを算出することができる。

【0057】

したがって、本実施の形態によれば、深紫外発光素子１１０を用いて、測定セル１０内に導入されたサンプルガスのオゾン濃度Ｃｏおよびトルエン濃度Ｃｔの両方を測定することができる。

【0058】

なお、上記の表１に示したように、オゾンのＨａｒｔｌｅｙ帯に属する波長の紫外線をオゾンに照射した場合、紫外線の波長に応じて異なる光化学反応を示し、同じオゾン濃度のサンプルガスでも、光化学反応が異なると、異なる測定値を示すが、本実施の形態においては、第１の単一波長の紫外線および第２の単一波長の紫外線として、オゾンに対して同じ反応性を示す波長を用いるため、測定値の補正が不要となり、演算部１６での演算処理に要する負荷を低減することができる。

【0059】

図５は、トルエンの紫外線吸収帯を示す図であり、縦軸は紫外線吸収率、横軸は波長を示している。

【0060】

図示するように、トルエンの紫外線吸収帯２０は、２７５ｎｍ未満２３０ｎｍ以上であり、波長域Ａ２６６ｎｍ未満２３７ｎｍ以上において山部２１および谷部２２を有する。

【0061】

本発明者は、波長域Ａにおいて、紫外線吸収率の谷部２２の最低ピーク付近を示す低濃度のトルエンを吸収可能な２６５ｎｍ波長の紫外線を第１の単一波長の紫外線として用い、第１の単一波長と同じオゾンの光化学反応物（Ｏ（Ｄ）、Ｏ_２）を生成することができ、トルエンには吸収されない２７５ｎｍ波長の紫外線を第２の単一波長の紫外線として用いた。上述の表１に示すように、波長域Ａの紫外線における反応生成物は、Ｏ（Ｓ）、Ｏ（Ｄ）、Ｏ_２であるが、波長域Ａの閾値波長である２６５ｎｍ波長においては、エネルギー準位の高いＯ（Ｓ）の生成率が限りなくゼロになる。このため、２６５ｎｍ波長の紫外線における反応生成物は、２７５ｎｍ波長の紫外線における反応生成物と同様に、Ｏ（Ｄ）、Ｏ_２の二種類となる。そして、光路長３０ｃｍの測定セルを用いて、第１の単一波長の紫外線の出力を０．１～０．２μＷ／ｃｍ^２に設定して、オゾンおよびトルエン濃度Ｃｏｔを算出するとともに、第２の単一波長の紫外線の出力を１．８～３．９ｍＷ／ｃｍ^２に設定して、オゾン濃度Ｃｏを算出した。その結果、第１の単一波長の紫外線を用いて、低濃度のトルエンを含むオゾンおよびトルエン濃度Ｃｏｔを算出することができるとともに、第２の単一波長の紫外線を用いて、上述の日本工業規格協会発行「大気中のオゾン及びオキシダントの自動計測器 ＪＩＳ Ｂ ７９５７：２００６」（平成１８年３月２５日改正）において、紫外線吸収式のオゾン自動計測器の性能を満たすトルエンの影響が０．００４ｐｐｍ以下のオゾン濃度Ｃｏを算出することができた。それから、上述のようにして算出したオゾンおよびトルエン濃度Ｃｏｔから上述のようにして算出したオゾン濃度Ｃｏを差し引くことにより、１ｐｐｍ以下の低濃度のトルエン濃度Ｃｔを良好に算出できることを見出した。また、高濃度のトルエン濃度Ｃｔは、波長域Ａにおいて、例えば、紫外線吸収率の山部２１の最高ピーク付近を示す２６０ｎｍ波長の紫外線を第１の単一波長の紫外線として用い、その他については上述の場合と同様とすることにより、良好に算出できることを見出した。

【0062】

なお、上記の実施の形態において、オゾン濃度測定用装置は、サンプルガスのオゾン濃度Ｃｏの算出処理（Ｓ２）において、ゼロガス生成装置１４によりサンプルガスからオゾンおよびトルエンを分解・除去してゼロガスを生成しているが（Ｓ２０）、必ずしも、この通りにする必要はない。例えば、オゾン濃度測定用装置のゼロガス生成装置１４は、サンプルガスからオゾンのみを分解・除去してゼロガスを生成するものでもよい。この場合、ゼロガスおよびサンプルガスの両方に同じ濃度のトルエンが含まれることになるので、ゼロガスが導入された測定セル１０を透過した第２の単一波長の紫外線の放射強度Ｉとサンプルガスが導入された測定セル１０を通過した第２の単一波長の紫外線の放射強度Ｏとを用いることにより、トルエンによる紫外線吸収に起因する干渉（出力変動）を相殺することができ、測定セル１０内に導入されたサンプルガスのオゾン濃度Ｃｏをより正確に算出することができる。また、この場合、第２の単一波長の紫外線として、第１の単一波長の紫外線と同じ波長の紫外線を用いることができる。ここで、オゾンおよびトルエンが除去されたゼロガスおよびオゾンのみが除去されたゼロガスを生成可能なゼロガス生成装置１４を設けることによって、オゾンおよびトルエン濃度Ｃｏｔとオゾン濃度Ｃｏとを１台の紫外線吸収式濃度測定装置１で測定するようにしてもよい。

【0063】

また、２台の紫外線吸収式濃度測定装置１を備える測定システムにタイマーを設け、上記実施の形態に係るオゾン濃度およびトルエン濃度の測定方法（図２参照）にしたがう測定処理が、所定のタイミング（例えば、指定した日時、定期的等）に実行されるようにしてもよい。

【0064】

また、上記の実施の形態においては、注入ポンプ１３により大気中からサンプルガスを吸引してゼロガス生成装置１４または測定セル１０に供給しているが、採取したサンプルガスが封入されたサンプル容器からゼロガス生成装置１４または測定セル１０にサンプルガスが供給されるようにしてもよい。

【0065】

また、第１の単一波長の紫外線を出力する深紫外発光素子および第２の単一波長の紫外線を出力する深紫外発光素子を紫外線照射部１１に設けることによって、あるいは、深紫外発光素子から出力された光をフィルタリングして、測定セル１０への入射光を第１の単一波長の紫外線および第２の単一波長の紫外線のいずれかに切り替えるフィルタを備えた紫外線照射部１１に設けることによって、１台の紫外線吸収式濃度測定装置１で、オゾンおよびトルエン濃度Ｃｏｔと、オゾン濃度Ｃｏとを測定するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0066】

１：紫外線吸収式濃度測定装置 １０：測定セル
１１：紫外線照射部 １１０：紫外線発光素子
１２：測光部１２０：受光センサ １３：注入ポンプ
１４：ゼロガス生成装置 １５：切替部 １６：演算部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】