特開 2025-24573 気体分析装置、気体分析方法

(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】P2025024573

(43)【公開日】2025-02-20

(54)【発明の名称】気体分析装置、気体分析方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/3504 20140101AFI20250213BHJP

【ＦＩ】

G01N21/3504

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023128776

(22)【出願日】2023-08-07

(71)【出願人】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(71)【出願人】

【識別番号】504136568

【氏名又は名称】国立大学法人広島大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】蔡 徳七

(72)【発明者】

【氏名】川俣 大志

(72)【発明者】

【氏名】井口 佳哉

【テーマコード（参考）】

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G059AA01

2G059BB01

2G059DD12

2G059DD20

2G059EE01

2G059EE11

2G059FF08

2G059GG01

2G059GG02

2G059GG08

2G059HH01

2G059KK08

2G059MM01

(57)【要約】

【課題】試料ガスの分析をより精度よく行う。
【解決手段】気体分析装置（１）は、試料ガスを含む試料セル（１１）と、参照ガスを含む参照セル（１２）と、試料セルに光（Ｌ）を照射する光源（１０）と、光を照射された試料セル内の気圧と、参照セル内の気圧と、の差を測定する差圧測定器（１３）と、を備える。気体分析方法は、光を照射された試料セル内の気圧と、参照セル内の気圧と、の差の測定を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料ガスを含む試料セルと、
参照ガスを含む参照セルと、
前記試料セルに光を照射する光源と、
前記光を照射された前記試料セル内の気圧と、前記参照セル内の気圧と、の差を測定する差圧測定器と、を備えた気体分析装置。

【請求項2】

前記差を解析して、前記試料ガスにおける特定成分の有無を特定する解析部を備えた請求項１に記載の気体分析装置。

【請求項3】

前記解析部は、前記差を解析して、前記試料ガスにおける特定成分の濃度を特定する請求項２に記載の気体分析装置。

【請求項4】

前記光源は赤外光源を含む請求項１から３の何れか１項に記載の気体分析装置。

【請求項5】

前記光源はパルスレーザ光源および半導体レーザ光源の少なくとも一方を含む請求項１から３の何れか１項に記載の気体分析装置。

【請求項6】

前記参照ガスは希ガスおよび窒素の少なくとも一方を含む請求項１から３の何れか１項に記載の気体分析装置。

【請求項7】

前記光源は前記参照セルに前記光を照射し、
前記差圧測定器は、前記光を照射された前記試料セル内の気圧と、前記光を照射された前記参照セル内の気圧と、の差を測定する請求項１から３の何れか１項に記載の気体分析装置。

【請求項8】

前記光源は第１波長を有する第１光と、前記第１波長よりも長い第２波長を有する第２光と、を出射し、
前記差圧測定器は、前記光源が前記試料セルに前記第１光を照射した場合と、前記光源が前記試料セルに前記第２光を照射した場合と、のそれぞれにおいて前記差を測定する請求項１から３の何れか１項に記載の気体分析装置。

【請求項9】

前記光を照射される前の前記試料セル内の気圧と前記参照セル内の気圧との差が１０Ｐａ以下である請求項１から３の何れか１項に記載の気体分析装置。

【請求項10】

前記差圧測定器による前記差の測定において、前記試料セルの内部と連通する前記差圧測定器の内部の空間は閉鎖され、かつ、前記参照セルの内部と連通する前記差圧測定器の内部の空間は閉鎖される請求項１から３の何れか１項に記載の気体分析装置。

【請求項11】

試料ガスを含む試料セルへの光の照射と、
前記光を照射された前記試料セル内の気圧と、参照ガスを含む参照セル内の気圧と、の差の測定と、を含む気体分析方法。

【請求項12】

測定された前記差の解析による、前記試料ガスにおける特定成分の有無の特定を含む請求項１１に記載の気体分析方法。

【請求項13】

前記試料ガスにおける前記特定成分の有無の特定は、前記試料ガスにおける前記特定成分の濃度の特定を含む請求項１２に記載の気体分析方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は気体分析装置、および気体分析方法に関する。

【背景技術】

【0002】

非特許文献１には、気体に赤外波長域の連続光を照射し、気体を透過した赤外光の干渉パターンから気体に含まれる成分を分析するＦＴ－ＩＲ法（フーリエ変換赤外分光法）について記載されている。ＦＴ－ＩＲ法は赤外光を照射された分子の振動に対し高い分解能にて測定が可能であり、気体中に含まれる化学物質の同定にも有利である。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】Arkajyoti Banerjee. Fourier Transform Infrared Spectroscopy - A Review” “ResearchGate”,DOI:10.13140/RG.2.2.16082.89282. 06 August 2021.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

非特許文献１に記載されるＦＴ－ＩＲ法においては、気体に照射する光の強度が制限されるために、気体に含まれる特定成分の検出感度が下がり、ひいては気体の分析の精度が低下する場合がある。このためＦＴ－ＩＲ法においては、特定成分の検出を行うために大量の試料が必要となる場合がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記の課題を解決するために、本開示の一態様に係る気体分析装置は、試料ガスを含む試料セルと、参照ガスを含む参照セルと、前記試料セルに光を照射する光源と、前記光を照射された前記試料セル内の気圧と、前記参照セル内の気圧と、の差を測定する差圧測定器と、を備える。

【0006】

また、本開示の一態様に係る気体分析方法は、試料ガスを含む試料セルへの光の照射と、前記光を照射された前記試料セル内の気圧と、参照ガスを含む参照セル内の気圧と、の差の測定と、を含む。

【発明の効果】

【0007】

本開示の一態様によれば、試料ガスの分析をより精度よく行える。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の実施形態１に係る気体分析装置の概略図である。

【図2】本開示の実施形態１に係る試料セルの概略断面図である。

【図3】本開示の各実施例における差圧の測定結果を示すグラフである。

【図4】本開示の実施形態１に係る気体分析装置の光の強度と信号強度との関係を示すグラフである。

【図5】本開示の実施形態２に係る気体分析装置の概略図である。

【図6】本開示の実施形態３に係る気体分析装置の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

〔実施形態１〕
＜気体分析装置の概要＞
以下、本開示の一実施形態について、詳細に説明する。なお、各図面において、同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

【0010】

図１は本実施形態に係る気体分析装置１の概略図である。図１においては、後述する光源１０から試料セル１１および参照セル１２に光を照射する様子を併せて示す。

【0011】

図１に示すように、気体分析装置１は、光源１０と、試料セル１１と、参照セル１２と、差圧測定器１３と、解析部１４と、を備える。気体分析装置１は、さらに、気体分析装置１による分析対象である試料ガスを含む試料ガス源１５、参照ガスを含む参照ガス源１６、ミラー１７、ハーフミラー１８、およびビームダンパ１９を備えてもよい。また、気体分析装置１は、例えば、図示しない通信手段によって、気体分析装置１の各部の動作を制御する制御部ＣＳを備える。後述する気体分析装置１の各部の動作は、何れも制御部ＣＳによる制御によって実現してもよい。なお、制御部ＣＳは、例えば、後述する差圧測定器１３による測定を補助するために、試料セル１１および参照セル１２の外部の気圧を測定する圧力計測器を含んでいてもよい。

【0012】

＜光源＞
光源１０は光Ｌを出射する。例えば、光源１０は光Ｌとしてパルス光を出射するパルスレーザ光源を含んでもよい。また、光源１０は赤外光を光Ｌとして出射する赤外光源を含んでもよい。赤外光は、例えば、７１０ｎｍ以上１００００ｎｍ以下の波長を有する光を指す。光源１０は、例えば発する光の波長の変更が可能な光源であり、例えば所定の回数光Ｌを出射するごとに波長を逐次変更可能であってもよい。例えば、光源１０は、第１波長を有する第１光と、第１波長よりも長い第２波長を有する第２光とを出射してもよい。例えば、光源１０はＯＰＯ（Optical Parametric Oscillation）レーザであってもよい。あるいは、光源１０は出射するレーザ光の波長の掃引が可能な半導体レーザ光源を含んでもよい。光源１０が半導体レーザ光源である場合、光源１０は光Ｌを連続して出射でき、より細かく光Ｌの波長を変更することが可能となる。なお、本明細書において、「所定波長を有する光」とは、当該所定波長を発光中心波長に有する光を指し、換言すれば、上記光は所定波長以外の波長成分を有してもよい。

【0013】

なお、本実施形態において、試料ガスは、特定波長を有する光Ｌを吸収して並進エネルギーが増大する分子等の特定成分を有する。このため、試料ガスは特定波長を有する光Ｌが照射されることにより気圧が上昇する。試料ガスは、例えば、人体の呼気を含んでもよい。また、試料ガスは、光Ｌを吸収する特定成分を含んでもよい。

【0014】

一方、参照ガスの分子は光Ｌが照射された場合においても、光Ｌの波長によらず、当該光Ｌを吸収することがない。あるいは、光源１０は、参照ガスによる吸収が存在しない波長範囲に含まれる波長を有する光Ｌを出射する。このため、参照ガスの気圧は光Ｌの照射によってはほぼ変化しない。例えば、参照ガスは赤外光を吸収しにくい希ガスまたは窒素の少なくとも一方を含んでもよい。例えば、参照ガスは希ガスまたは窒素の少なくとも一方を、５０％以上、好ましくは９０％以上、より好ましくは９９％以上含んでもよい。また、参照ガスは、上述した試料ガスが含む特定成分を含んでいなくともよい。さらに、参照ガスは、赤外光を吸収しやすい水分をほぼ含まない、換言すれば乾燥した気体であってもよい。なお、参照ガスは、試料ガスが含む光Ｌを吸収する特定成分以外の、光Ｌをほぼ吸収しない成分と同一の成分を含んでもよい。

【0015】

ミラー１７およびハーフミラー１８は、光源１０から出射した光Ｌが後述する試料セル１１および参照セル１２のそれぞれに照射されるように配置されてもよい。特に、ハーフミラー１８は、光源１０から出射した光Ｌのうち、おおよそ半分の強度の光Ｌが試料セル１１に、残る半分の強度の光Ｌが参照セル１２に照射されるように、光源１０からの光Ｌの光路を分割してもよい。ビームダンパ１９は、試料セル１１および参照セル１２のそれぞれを透過した光Ｌを吸収して散乱光を低減してもよい。

【0016】

＜試料セル＞
試料セル１１は、試料ガスを内部に導入可能な機構を有する。試料セル１１について、図２を参照してより詳細に説明する。

【0017】

図２は、本実施形態に係る試料セル１１の概略断面図である。図２は、特に、後述する空洞２２、光学窓２３、吸気路２４、および通気路２５を何れも通る試料セル１１の断面について示す。

【0018】

試料セル１１は、筐体２１と、空洞２２と、光学窓２３と、吸気路２４と、通気路２５と、を有する。

【0019】

試料セル１１は、例えば、熱伝導性の高いステンレスを含む筐体２１の内部に空洞２２を有する。

【0020】

筐体２１は、例えば、空洞２２の一端と、当該一端の反対の側の他端とに、少なくとも前述の光Ｌを透過する光学窓２３を有する。このため、試料セル１１は、一方の光学窓２３から空洞２２に照射した光Ｌが、空洞２２の内部を伝搬し、他方の光学窓２３から出射するように構成される。光学窓２３は光Ｌの透過率が高く、また、光Ｌに対する屈折率または分散率が低い材料を含んでよい。例えば、光学窓２３は、赤外線の波長範囲に高い透過率を有するとともに、低屈折率および低分散率を有するフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）を含んでもよい。

【0021】

なお、空洞２２は内部を伝搬する光Ｌの伝搬方向に沿う方向を軸方向とした略円筒形状を有してもよい。例えば、空洞２２の軸方向における寸法Ｄ１は２５ｍｍであり、空洞２２の軸方向と直交する方向における直径である寸法Ｄ２は１５ｍｍである。

【0022】

空洞２２は吸気路２４と連通し、吸気路２４は例えば不図示の弁を介して試料ガス源１５と連通する。このため、空洞２２の内部には、吸気路２４を介して試料ガス源１５からの試料ガスＳＧを導入可能である。一方、空洞２２は通気路２５を介して差圧測定器１３と連通する。なお、本実施形態において、試料セル１１内の気圧とは試料セル１１の空洞２２内の気圧を指す。また、試料セル１１へ光Ｌを照射することは、試料セル１１の空洞２２へ光Ｌを照射し、当該空洞２２に光Ｌを伝搬させることを指す。

【0023】

気体分析装置１は試料セル１１の空洞２２に試料ガスＳＧを導入し、空洞２２に光源１０からの光Ｌを伝搬させ、換言すれば、光源１０は試料ガスＳＧを含む試料セル１１に光Ｌを照射する。これにより、光源１０は、試料セル１１が含む試料ガスＳＧに光源１０からの光Ｌを照射する。

【0024】

＜参照セル＞
図１の参照に戻ると、参照セル１２は、吸気路２４が試料ガス源１５に代えて参照ガス源１６と連通する点を除き、試料セル１１と同一の構成を備える。したがって、気体分析装置１は参照セル１２の空洞２２に参照ガスを導入し、空洞２２に光源１０からの光Ｌを伝搬させ、換言すれば、光源１０は参照ガスを含む参照セル１２に光Ｌを照射する。これにより、光源１０は、参照セル１２が含む参照ガスに光源１０からの光Ｌを照射する。

【0025】

なお、試料ガス源１５および参照ガス源１６は、光Ｌが照射されていない状態において、試料セル１１の内部の気圧と参照セル１２の内部の気圧とが略同一となるように、各セルに気体を導入する。例えば、光Ｌを照射される前の試料セル１１内の気圧と参照セル１２内の気圧との差が１０Ｐａ以下であってもよい。これにより後述する解析部１４による解析の内容がより簡便となる。

【0026】

＜差圧測定器＞
差圧測定器１３は、試料セル１１からの試料ガスおよび参照セル１２からの参照ガスにより、試料セル１１内の気圧と参照セル１２内の気圧との差を測定する。特に、本実施形態に係る差圧測定器１３は、試料セル１１と参照セル１２とのそれぞれに光Ｌが照射されている間において、試料セル１１内の気圧と参照セル１２内の気圧との差を測定する。なお、本開示においては、試料セル１１内の気圧と参照セル１２内の気圧との差を、単に「差圧」と記載する場合がある。

【0027】

例えば、差圧測定器１３は、試料セル１１の内部と連通する空間と、参照セル１２の内部と連通する空間と、のそれぞれに、ステンレスの薄板電極と銅の薄板電極とを備えたダイアフラム素子を備えてもよい。この場合、差圧測定器１３は、上記薄板電極の撓みによる２電極間の静電容量の変化から差圧を測定してもよい。あるいは、差圧測定器１３は、試料セル１１の内部と連通する空間と、参照セル１２の内部と連通する空間と、の間にピエゾ抵抗素子を有する薄膜を備えてもよい。この場合、差圧測定器１３は、上記薄膜の撓みによるピエゾ抵抗素子の抵抗変化から差圧を測定してもよい。

【0028】

なお、差圧測定器１３による上記差の測定において、試料セル１１の内部と連通する差圧測定器１３の内部の空間は閉鎖される。また、差圧測定器１３による上記差の測定において、参照セル１２の内部と連通する差圧測定器１３の内部の空間は閉鎖される。この場合、試料セル１１、参照セル１２、および差圧測定器１３と、気体分析装置１の外部との間においては、気体等の物質のやり取りが発生しない。したがって、気体分析装置１は、気体分析装置１の外部の影響を低減し、差圧測定器１３により微小な差圧の変動の測定を可能とする。

【0029】

なお、参照セル１２が含む参照ガスに光Ｌをほぼ吸収しない気体を採用することにより、差圧測定器１３による差圧の測定の間、参照セル１２内の気圧は略一定に保たれてもよい。これにより、差圧測定器１３はより微小な差圧の測定を可能とする。ただし、これに限られず、光Ｌを参照セル１２に照射することによる参照セル１２内の気圧の変動が既知である場合、参照セル１２内の気圧は多少変動してもよい。この場合、差圧測定器１３は、測定する差圧に参照セル１２内の気圧の変動を加味してもよい。

【0030】

差圧測定器１３は、測定した試料セル１１内の気圧と参照セル１２内の気圧との差に相当する電圧を有するアナログ信号を生成する。差圧測定器１３からのアナログ信号は解析部１４に入力される。

【0031】

＜解析部＞
解析部１４は、ＡＤコンバータ３１と、演算部３２と、を備えてもよい。ＡＤコンバータ３１には、差圧測定器１３からのアナログ信号が入力される。ＡＤコンバータ３１は演算部３２による演算が可能となるように当該アナログ信号をデジタル信号に変換し、当該デジタル信号を演算部３２に入力する。演算部３２は例えば従来公知のコンピュータ等を含み、ＡＤコンバータ３１からのデジタル信号に基づいて演算を行う。解析部１４は、演算部３２による演算に必要なデータを保存するメモリまたは演算部３２による演算の結果を表示する表示部等を有してもよい。

【0032】

特に、気体分析装置１は、解析部１４の演算部３２による演算により、試料セル１１内の気圧と参照セル１２内の気圧との差を解析して、試料ガスＳＧにおける特定成分の有無を特定する。例えば、解析部１４は、試料セル１１内の気圧と参照セル１２内の気圧との差が大きくなった時点において試料セル１１および参照セル１２のそれぞれに照射されていた光Ｌの波長を特定する。一般に、ある特定の分子を含む気体が吸収する光の波長は一意に定まっている。したがって、気体分析装置１は、解析部１４における上述した光Ｌの波長の特定により、試料ガスに含まれる特定成分の有無の特定ができる。

【0033】

ここで、差圧測定器１３は、試料セル１１および参照セル１２のそれぞれに、第１波長を有する第１光が照射された場合と、第２波長を有する第２光が照射された場合と、のそれぞれにおいて差圧を測定してもよい。これにより、気体分析装置１は、互いに異なる波長を有する光Ｌを試料セル１１に照射した場合のそれぞれにおいて差圧の測定を実施でき、より詳細に解析部１４による解析を行うことができる。

【0034】

特に、光源１０は、光Ｌの波長を掃引しつつ光Ｌを試料セル１１および参照セル１２のそれぞれに照射してもよい。これにより、差圧測定器１３は、光Ｌのある所定範囲の波長に対する差圧の測定を行ってもよく、解析部１４は、当該測定結果から試料セル１１の内部の試料ガスＳＧの光吸収の波長スペクトルを特定してもよい。

【0035】

この場合、解析部１４は、得られた試料ガスＳＧの光吸収の波長スペクトルを、既知の物質の光吸収の波長スペクトルと比較することにより、試料ガスＳＧに含まれる特定成分の特定を行ってもよい。例えば、解析部１４は、得られた試料ガスＳＧの光吸収の波長スペクトルの各ピークを、既知の物質の光吸収の波長スペクトルの各ピークと比較してもよい。

【0036】

さらに、気体分析装置１は、解析部１４の演算部３２による演算により、試料セル１１内の気圧と参照セル１２内の気圧との差を解析して、試料ガスＳＧにおける特定成分の濃度を特定する。一般に、光が気体中を所定の光路長だけ伝搬する場合、当該気体中の分子が吸収する光の強度の割合は、気体における当該分子の濃度に比例する。したがって、気体分析装置１は、解析部１４において、上記にて特定した光Ｌの波長と、試料セル１１内の気圧と参照セル１２内の気圧との差の大きさと、を比較することにより、試料ガスに含まれる特定成分の濃度の特定ができる。

【0037】

例えば、解析部１４は、既知の複数の光吸収の波長スペクトルをどの比率にて組み合わせた場合に測定された試料ガスＳＧの光吸収の波長スペクトルが得られるのかを特定してもよい。これにより、解析部１４は、特定された各波長スペクトルの比率から試料ガスＳＧの各特定成分の比率を特定し、当該特定成分の濃度を特定してもよい。

【0038】

＜気体分析装置が奏する効果＞
本実施形態に係る気体分析装置１を用いた気体分析方法においては、差圧測定器１３により光Ｌが照射された試料セル１１内の気圧と参照セル１２内の気圧との差を測定する。このため、気体分析装置１を用いた気体分析方法においては、試料セル１１内の絶対気圧を測定する場合と比較して、大気圧の変動または大気の温度の変動等の外乱の影響を低減しつつ、光Ｌの照射による試料セル１１内の気圧の変動を測定できる。このため、気体分析装置１を用いた気体分析方法は、試料セル１１が含む試料ガスＳＧの分析の精度をより向上する。

【0039】

例えば、赤外分光法により試料ガスの分析を行う場合、試料ガスを透過した赤外光を測定し、光源からの赤外光の強度と試料ガスを透過した赤外光の強度とを比較する。ここで、試料ガスにおける特定成分の濃度が希薄である場合、赤外分光法において試料ガスにより吸収される赤外光の強度は微小である。このため、赤外光源の強度の安定性等も考慮すると、赤外分光法において試料ガスを透過した赤外光の強度の変化を測定することは困難である。

【0040】

本実施形態に係る気体分析装置１は、光Ｌの強度を測定することなく、差圧測定器１３による試料セル１１内の気圧と参照セル１２内の気圧との差の測定を行う。このため、気体分析装置１を用いた試料ガスＳＧの分析においては、試料ガスＳＧによって吸収される光Ｌの強度が微小であっても、より精度よく試料ガスＳＧを分析できる。

【0041】

本実施形態に係る気体分析装置１を用いた気体分析方法においては、試料セル１１内の気圧と参照セル１２内の気圧との差が生じる光Ｌの波長を分析することにより、試料ガスＳＧが含む特定成分の有無を特定できる。また、上記気体分析方法においては、光Ｌの波長ごとに試料セル１１内の気圧と参照セル１２内の気圧との差の大きさを分析することにより、試料ガスＳＧが含む特定成分の濃度を特定できる。したがって、上記気体分析方法は、試料セル１１が含む試料ガスＳＧの特定成分の有無あるいは濃度の特定を、より高精度に実行できる。

【0042】

本実施形態において、光Ｌは赤外光であるため、気体分析装置１は、光Ｌにより試料ガスＳＧ中の特定成分が分解される等、光Ｌが試料ガスＳＧの組成へ与える影響を低減しつつ試料ガスＳＧの分析を実行できる。ただし、光Ｌが試料ガスＳＧの組成に大きな影響を与えない限り、光Ｌは可視光または紫外光を用いてもよい。

【0043】

本実施形態において、参照セル１２は参照ガスとして希ガスおよび窒素の少なくとも一方を含む。希ガスおよび窒素は赤外線の吸収率が低いため、気体分析装置１は、試料セル１１内の気圧と参照セル１２内の気圧との差の測定を通じてより精度よく試料セル１１内の気圧の変動を測定できる。ただし、光Ｌとの反応性が低く、また、参照セル１２内の圧力を光Ｌが照射される前の試料セル１１内の圧力と略同一とできる限り、参照セル１２が含む参照ガスには他の気体を採用してもよい。

【0044】

本実施形態において、差圧測定器１３による測定は、試料セル１１のみならず参照セル１２にも光Ｌが照射された状態において実行される。上述の通り、参照ガスは、試料ガスＳＧが含む特定成分以外の、試料ガスＳＧに共通の成分を含む場合がある。このような場合、気体分析装置１は、当該成分による影響を低減しつつ、試料ガスＳＧの分析を実行することができる。

【0045】

＜実施例＞
以下、本実施形態に係る気体分析装置１を用いて実施例１および実施例２のそれぞれに係る試料ガスＳＧの分析を実行した。実施例１において、試料ガスＳＧはシクロヘキサンをアルゴンによって１００ｐｐｍに希釈した気体とした。実施例２において、試料ガスＳＧはアセトアルデヒドをアルゴンによって５００ｐｐｍに希釈した気体とした。実施例１および実施例２のそれぞれにおいて、参照ガスはアルゴンとした。

【0046】

実施例１および実施例２のそれぞれにおいて、試料ガスＳＧを試料セル１１に、参照ガスを参照セル１２に導入した。次いで、試料セル１１と参照セル１２とに光源１０からの光Ｌを照射しつつ、試料セル１１内の気圧と参照セル１２内の気圧との差を差圧測定器１３により測定した。

【0047】

実施例１においては、光Ｌの波数が２７５０ｃｍ^－１から３１５０ｃｍ^－１となるように、光源１０からの光Ｌの波長を掃引しつつ測定を行った。実施例２においては、光Ｌの波数が２７９０ｃｍ^－１から３１５０ｃｍ^－１となるように、光源１０からの光Ｌの波長を掃引しつつ測定を行った。実施例１および実施例２のそれぞれにおいて、光源１０は、１秒回に１０回のパルスレーザ光を、１回あたり１ナノ秒、光Ｌとして照射した。また、光源１０は、上記測定の間、光Ｌの波長を毎秒０．１ｎｍずつ変更した。

【0048】

図３は、実施例１および実施例２のそれぞれにおける差圧測定器１３による差圧の測定結果を示す。図３のグラフＧ１は実施例１における測定結果を示し、図３のグラフＧ２は実施例２における測定結果を示す。図３のグラフは何れも、横軸を光Ｌの波数（単位：ｃｍ^－１）にとり、縦軸を差圧（単位：Ｐａ）にとる。

【0049】

グラフＧ１に示すように、実施例１においては、光Ｌの波数が２９００ｃｍ^－１および２９８０ｃｍ^－１となった時点において差圧が大きくなった。このことは、当該波数を有する光Ｌを試料セル１１中の試料ガスＳＧのシクロヘキサンが吸収したことにより、試料セル１１内の気圧が上昇したことを表す。

【0050】

グラフＧ２に示すように、実施例２においては、光Ｌの波数が３０００ｃｍ^－１近傍となった時点において差圧が大きくなった。このことは、当該波数を有する光Ｌを試料セル１１中の試料ガスＳＧのアセトアルデヒドが吸収したことにより、試料セル１１内の気圧が上昇したことを表す。

【0051】

実施例１と実施例２とのそれぞれの測定結果の比較により明らかである通り、試料セル１１が含む試料ガスＳＧの成分の差異により、差圧測定器１３による差圧の測定結果にも差異が生じる。換言すれば、気体分析装置１は、差圧測定器１３による差圧の測定結果を解析部１４により解析することにより、試料ガスＳＧにおける特定分子の存在の特定、および濃度の特定が可能である。

【0052】

＜光の強度と測定感度との関係＞
光Ｌの強度と差圧測定器１３による差圧の測定感度との関係について図４を参照して説明する。図４は本実施形態に係る気体分析装置１における、光Ｌの強度と信号強度との関係を示すグラフである。図４においては、横軸を光Ｌの強度（単位ｍＪ）にとり、縦軸を信号強度（任意単位）にとる。

【0053】

ここで、図４における「信号強度」とは、気体分析装置１により２９００ｃｍ^－１周辺に波数を固定した光Ｌを用いてシクロヘキサンを含む試料ガスＳＧに対する分析を行った場合に、差圧測定器１３が出力する信号の強度を指す。差圧測定器１３が出力する信号の強度は、差圧の大きさに対応する。このため、本実施形態においては、信号強度が高いほど、差圧測定器１３による差圧の測定感度は高くなり、気体分析装置１による試料ガスＳＧの分析がより精度よく実行できる。

【0054】

図４に示すように、光Ｌの強度が高くなるほど信号強度は高くなり、特に、信号強度は光Ｌの強度に対しおおよそ比例する。このため、気体分析装置１においては、光源１０からの光Ｌの強度を高めるほど、より精度よく試料ガスＳＧの分析が実行できる。特に、気体分析装置１は試料ガスＳＧの分析に光Ｌの強度の測定を要しないため、光Ｌの強度を高めた場合においても光Ｌの強度の差異を測定しにくくなる等の問題が生じない。したがって、気体分析装置１はより精度のよい試料ガスＳＧの分析を、光源１０からの光の強度を高めることにより容易に実行できる。

【0055】

〔実施形態２〕
＜参照セルへの光の照射の省略＞
図２は本実施形態に係る気体分析装置２の概略図である。本実施形態に係る気体分析装置２は、前実施形態に係る気体分析装置１と比較して、光源１０からの光Ｌが試料セル１１に照射される一方、参照セル１２に照射されない点において構成が異なる。このため、気体分析装置２においては、光Ｌの参照セル１２への導入および参照セル１２を透過した光Ｌの処理が不要となるため、ハーフミラー１８およびビームダンパ１９等の光学部材を低減できる。以上を除き、本実施形態に係る気体分析装置２は、前実施形態に係る気体分析装置１と同一の構成を備える。

【0056】

本実施形態に係る気体分析装置２による試料ガスＳＧの分析は、前実施形態に係る気体分析装置１による試料ガスＳＧの分析と比較して、差圧測定器１３による差圧の測定時に参照セル１２に光Ｌを照射しない点を除き同一の方法により実現する。

【0057】

例えば上述した通り、参照セル１２が含む参照ガスが光Ｌをほぼ吸収しない場合、参照セル１２への光Ｌの照射の有無にかかわらず、参照セル１２内の気圧は略一定に保たれる。

【0058】

したがって、気体分析装置２による試料ガスＳＧの分析においては、参照セル１２に光Ｌを照射することなく試料セル１１のみに光Ｌを照射して差圧の測定を行った場合においても、十分に精度よく試料ガスＳＧの分析を実行できる。ゆえに、気体分析装置２は、より簡便な構成により試料ガスＳＧの分析を実行できる。

【0059】

〔実施形態３〕
＜試料セルと参照セルとの配置の他の例＞
図３は本実施形態に係る気体分析装置３の概略図である。本実施形態に係る気体分析装置３は、前述の気体分析装置１と比較して、光源１０からの光Ｌが試料セル１１に照射され、試料セル１１を透過した後、次いで参照セル１２に照射される点において構成が異なる。このため、気体分析装置３においては、光Ｌの分割が不要であり、また、試料セル１１を透過した光Ｌを参照セル１２への照射する光Ｌに流用でき、ミラー１７、ハーフミラー１８およびビームダンパ１９等の光学部材を低減できる。以上を除き、本実施形態に係る気体分析装置３は、前述の気体分析装置１と同一の構成を備える。

【0060】

本実施形態に係る気体分析装置３による試料ガスＳＧの分析は、前述の気体分析装置１による試料ガスＳＧの分析と比較して、差圧測定器１３による差圧の測定時に試料セル１１を透過した光Ｌが参照セル１２に照射される点を除き同一の方法により実現する。

【0061】

本実施形態に係る気体分析装置３の差圧測定器１３による差圧の測定は、試料セル１１および参照セル１２の双方に光Ｌを照射しつつ実行される。また、試料セル１１を透過する間における光Ｌの強度低下は小さいため、試料セル１１を透過した光Ｌを参照セル１２に照射して差圧の測定を行った場合においても、差圧の測定値には大きな影響が出にくい。

【0062】

したがって、気体分析装置３による試料ガスＳＧの分析においては、より簡素な構成により試料セル１１と参照セル１２との双方に光Ｌを照射して差圧の測定を行える。ゆえに、気体分析装置２は、構成の簡素化と試料ガスＳＧの分析の精度の向上とを両立する。

【0063】

＜まとめ＞
本開示の態様１に係る気体分析装置は、試料ガスを含む試料セルと、参照ガスを含む参照セルと、前記試料セルに光を照射する光源と、前記光を照射された前記試料セル内の気圧と、前記参照セル内の気圧と、の差を測定する差圧測定器と、を備える。

【0064】

本開示の態様２に係る気体分析装置は、上記の態様１において、前記差を解析して、前記試料ガスにおける特定成分の有無を特定する解析部を備える。

【0065】

本開示の態様３に係る気体分析装置は、上記の態様２において、前記解析部が、前記差を解析して、前記試料ガスにおける特定成分の濃度を特定する。

【0066】

本開示の態様４に係る気体分析装置は、上記の態様１から３の何れかにおいて、前記光源が赤外光源を含む。

【0067】

本開示の態様５に係る気体分析装置は、上記の態様１から４の何れかにおいて、前記光源がパルスレーザ光源および半導体レーザ光源の少なくとも一方を含む。

【0068】

本開示の態様６に係る気体分析装置は、上記の態様１から５の何れかにおいて、前記参照ガスが希ガスおよび窒素の少なくとも一方を含む。

【0069】

本開示の態様７に係る気体分析装置は、上記の態様１から６の何れかにおいて、前記光源が前記参照セルに前記光を照射し、前記差圧測定器が、前記光を照射された前記試料セル内の気圧と、前記光を照射された前記参照セル内の気圧と、の差を測定する。

【0070】

本開示の態様８に係る気体分析装置は、上記の態様１から７の何れかにおいて、前記光源が第１波長を有する第１光と、前記第１波長よりも長い第２波長を有する第２光と、を出射し、前記差圧測定器が、前記光源が前記試料セルに前記第１光を照射した場合と、前記光源が前記試料セルに前記第２光を照射した場合と、のそれぞれにおいて前記差を測定する。

【0071】

本開示の態様９に係る気体分析装置は、上記の態様１から８の何れかにおいて、前記光を照射される前の前記試料セル内の気圧と前記参照セル内の気圧との差が１０Ｐａ以下である。

【0072】

本開示の態様１０に係る気体分析装置は、上記の態様１から９の何れかにおいて、前記差圧測定器による前記差の測定において、前記試料セルの内部と連通する前記差圧測定器の内部の空間が閉鎖され、かつ、前記参照セルの内部と連通する前記差圧測定器の内部の空間が閉鎖される。

【0073】

本開示の態様１１に係る気体分析方法は、試料ガスを含む試料セルへの光の照射と、前記光を照射された前記試料セル内の気圧と、参照ガスを含む参照セル内の気圧と、の差の測定と、を含む。

【0074】

本開示の態様１２に係る気体分析方法は、上記の態様１１において、測定された前記差の解析による、前記試料ガスにおける特定成分の有無の特定を含む。

【0075】

本開示の態様１３に係る気体分析方法は、上記の態様１２において、前記試料ガスにおける前記特定成分の有無の特定が、前記試料ガスにおける前記特定成分の濃度の特定を含む。

【0076】

本開示は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0077】

１ 気体分析装置
１０ 光源
１１ 試料セル
１２ 参照セル
１３ 差圧測定器
１４ 解析部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】