JP2000206041A - Detecting method for concentration of content in sample by using laser spectroscopy - Google Patents

Detecting method for concentration of content in sample by using laser spectroscopy

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JP2000206041A
JP2000206041A JP1115499A JP1115499A JP2000206041A JP 2000206041 A JP2000206041 A JP 2000206041A JP 1115499 A JP1115499 A JP 1115499A JP 1115499 A JP1115499 A JP 1115499A JP 2000206041 A JP2000206041 A JP 2000206041A
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light absorption
sample
concentration
temperature
energy levels
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Yoji Azuma
陽二 東
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Japan Radio Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detecting method in which the concentration of a content in a sample can be detected precisely even when a change in the temperature of the sample is large. SOLUTION: A light absorption spectrum is measured by laser spectroscopy (S100). A plurality of energy levels are selected on the basis of the light absorption spectrum (S20). Light absorption intensities at the energy levels are found respectively (S22). On the basis of the ratio of the obtained light absorption intensities, the temperature of an exhausts gas is found by referring to a reference table (S21). Then, an optical absorption coefficient is corrected by the temperature of the exhaust gas (S31). Light absorption intensities at the energy levels whose absorption coefficient is corrected are found (S32). By using the corrected optical absorption coefficient and the light absorption intensities, the concentration of carbon monoxide in the exhaust gas is found (S 33). In this manner, since the optical absorption coefficient is corrected by the temperature of the exhaust gas, the concentration can be detected precisely even when a change in the temperature of a sample is large.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ分光測定を
用いた試料の含有物濃度検出方法に関し、特に、ゴミ焼
却時に発生する排ガスに含まれる物質の濃度検出方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for detecting the concentration of a substance contained in a sample using laser spectroscopy, and more particularly, to a method for detecting the concentration of a substance contained in exhaust gas generated during incineration of dust.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ゴミ焼却時に発生する排ガスに
は、人体に有害な物質が含まれていることが報告されて
いる。このような有害物質の中で、ダイオキシン類は強
い毒性を持つので、このダイオキシン類の発生を抑制す
るのは急務である。近年、排ガス中の一酸化炭素濃度と
ダイオキシンとの間に、相関関係があることが明らかと
なった。ダイオキシンの発生を抑制するために、ゴミ焼
却時の排ガス中の一酸化炭素濃度をモニタし、一酸化炭
素濃度を一定値以下に抑制する必要が生じてきた。
2. Description of the Related Art It has been reported that exhaust gas generated during incineration of garbage contains substances harmful to the human body. Among such harmful substances, dioxins are highly toxic, so it is urgently necessary to suppress the generation of dioxins. In recent years, it has become clear that there is a correlation between the concentration of carbon monoxide in exhaust gas and dioxin. In order to suppress the generation of dioxins, it has become necessary to monitor the concentration of carbon monoxide in the exhaust gas at the time of incineration of garbage and to suppress the concentration of carbon monoxide to a certain value or less.

【0003】このようなゴミ焼却時の一酸化炭素濃度を
モニタする燃焼モニタとして、赤外線分光分析計が広く
使用されている。図8に、赤外線分光分析計の構成を示
す。
[0003] An infrared spectrometer is widely used as a combustion monitor for monitoring the concentration of carbon monoxide during incineration of refuse. FIG. 8 shows the configuration of the infrared spectrometer.

【0004】赤外線光源70から放射された赤外線は、
光路Aおよび光路Bの二つの光路に分けられる。二つの
光路に分けられた赤外線は、排ガス、即ち、試料が入っ
た試料セル71内と不活性ガスが封入された参照セル7
2内にそれぞれ入射される。試料セル71には、ガス入
口73から排ガスが取り入れられ、ガス出口74から排
出される。
The infrared light emitted from the infrared light source 70 is
Optical path A and optical path B are divided into two optical paths. The infrared rays divided into two optical paths are exhaust gas, that is, a sample cell 71 containing a sample and a reference cell 7 containing an inert gas.
2 respectively. Exhaust gas is taken into the sample cell 71 from the gas inlet 73 and discharged from the gas outlet 74.

【0005】試料セル71内に入射した赤外線は、試料
に含有される物質(以下、含有物という)により赤外線
が吸収されて、強度が減少し、検出部の一方の部屋75
内に入射される。また、参照セル内に入射した赤外線
は、吸収が起こらず、強度が変化しないまま、検出部の
もう一方の部屋76内に入射される。部屋75と76内
には、検出ガスが封入されており、部屋75と76との
間には特殊センサ77が設置されている。入射される赤
外線の強度の違いで、部屋75と76とには、圧力差が
生じる。特殊センサ77でこの圧力差が検知され、この
圧力差より、試料セル71内の試料に含有される物質の
濃度が求められる。
[0005] The infrared light that has entered the sample cell 71 is absorbed by a substance contained in the sample (hereinafter, referred to as a substance), the intensity thereof is reduced, and the intensity of the infrared light is reduced.
It is incident inside. In addition, the infrared light that has entered the reference cell enters the other room 76 of the detection unit without absorption and without changing its intensity. A detection gas is sealed in the rooms 75 and 76, and a special sensor 77 is provided between the rooms 75 and 76. Due to the difference in the intensity of the incident infrared rays, a pressure difference occurs between the rooms 75 and 76. This pressure difference is detected by the special sensor 77, and the concentration of the substance contained in the sample in the sample cell 71 is obtained from the pressure difference.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ゴミ燃
焼時には、排ガス温度が約摂氏0度から約摂氏1000
度と変化が非常に大きい。赤外線の強度は温度依存性が
あるため、排ガス温度、即ち、試料温度の変化によって
強度が変動し、濃度の検出誤差が生じる場合がある。
However, when the refuse is burned, the temperature of the exhaust gas is reduced from about 0 degrees Celsius to about 1000 degrees Celsius.
The degree and change are very large. Since the intensity of infrared rays has temperature dependence, the intensity may fluctuate due to a change in exhaust gas temperature, that is, a change in sample temperature, and a concentration detection error may occur.

【0007】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、試料温度変化が大きい場合で
も、正確に検出すべき試料の含有物濃度を検出する濃度
検出方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and provides a concentration detecting method for accurately detecting the concentration of a substance contained in a sample to be detected even when the sample temperature change is large. With the goal.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】第一の本発明は、レーザ
分光測定を用いた試料の含有物濃度検出方法であって、
レーザ分光測定で試料の光吸収スペクトルを測定する第
一の工程と、前記試料の含有物のエネルギー準位の中か
ら、少なくとも二箇所のエネルギー準位を選択し、前記
第一の工程で測定された光吸収スペクトルより、前記選
択されたエネルギー準位での光吸収強度をそれぞれ求
め、この光吸収強度の比から参照テーブルを用いて試料
温度を求める第二の工程と、前記試料温度で補正された
光吸収係数を用いて、前記含有物の濃度を求める第三の
工程と、を有することを特徴とする。
A first aspect of the present invention is a method for detecting the concentration of a substance contained in a sample using laser spectroscopy,
First step of measuring the light absorption spectrum of the sample by laser spectrometry, from among the energy levels of the contents of the sample, at least two energy levels are selected and measured in the first step From the obtained light absorption spectrum, light absorption intensity at the selected energy level is obtained, a second step of obtaining a sample temperature using a reference table from the ratio of the light absorption intensity, and corrected at the sample temperature. A third step of obtaining the concentration of the inclusion using the light absorption coefficient obtained.

【0009】従って、第一の発明に係るレーザ分光測定
を用いた試料の含有物濃度検出方法においては、レーザ
分光測定で測定された試料の光吸収スペクトルから得ら
れるある選択されたエネルギー準位(振動・回転スペク
トル)での光吸収強度と、そのエネルギー準位での光吸
収係数とを用いて、試料の含有物濃度が検出される。し
かしながら、光吸収係数は試料温度で変化する。そこ
で、第二の工程では、試料温度を選択されたエネルギー
準位での光吸収強度から求める。そして、第三の工程で
は、この試料温度で補正された光吸収係数から、含有物
の濃度を求める。試料温度は、第二の工程において、濃
度検出対象である試料の含有物の既知のエネルギー準位
の中から選択された少なくとも二箇所のエネルギー準位
での光吸収強度の比から、予め用意されている参照テー
ブルで求められる。このように、試料温度で光吸収係数
を補正し、補正された光吸収係数を用いて含有物濃度を
求めるため、試料温度の変化の範囲が大きくても、正確
な濃度検出が可能である。
Therefore, in the method of detecting the concentration of a substance contained in a sample using laser spectroscopy according to the first invention, a selected energy level (from an optical absorption spectrum of the sample measured by laser spectroscopy) is used. Using the light absorption intensity in the vibration / rotation spectrum) and the light absorption coefficient at the energy level, the concentration of the substance contained in the sample is detected. However, the light absorption coefficient changes with the sample temperature. Therefore, in the second step, the sample temperature is determined from the light absorption intensity at the selected energy level. Then, in the third step, the concentration of the inclusion is determined from the light absorption coefficient corrected at the sample temperature. The sample temperature is prepared in advance in the second step from the ratio of the light absorption intensity at at least two energy levels selected from among the known energy levels of the contents of the sample whose concentration is to be detected. Required by a lookup table. As described above, since the light absorption coefficient is corrected at the sample temperature, and the concentration of the contained substance is obtained using the corrected light absorption coefficient, accurate concentration detection is possible even when the range of the change in the sample temperature is large.

【0010】また、第二の本発明は、レーザ分光測定を
用いた試料の含有物濃度検出方法であって、レーザ分光
測定で試料の光吸収スペクトルを測定する第一の工程
と、前記試料の含有物のエネルギー準位の中から、少な
くとも二箇所のエネルギー準位を選択し、前記第一の工
程で測定された光吸収スペクトルより、前記選択された
エネルギー準位での光吸収強度をそれぞれ求め、この光
吸収強度の比から参照テーブルを用いて試料温度を求め
る第二の工程と、前記試料温度で補正された光吸収係数
を用いて、前記含有物の濃度測定値をそれぞれ求め、こ
の各濃度測定値の平均値を前記含有物の濃度とする第三
の工程と、を有することを特徴とする。
[0010] A second aspect of the present invention is a method for detecting the concentration of a substance contained in a sample using laser spectroscopy, comprising: a first step of measuring a light absorption spectrum of the sample by laser spectroscopy; From the energy levels of the inclusions, at least two energy levels are selected, and the light absorption intensity at the selected energy level is determined from the light absorption spectrum measured in the first step. A second step of obtaining the sample temperature from the ratio of the light absorption intensity using a reference table, and using the light absorption coefficient corrected at the sample temperature, to obtain the measured concentration of the content, respectively, A third step of setting an average value of the measured concentration values to the concentration of the content.

【0011】従って、第二の発明に係るレーザ分光測定
を用いた試料の含有物濃度検出方法において、第三の工
程では、第二の工程で求めた試料温度で光吸収係数を補
正する。この補正は少なくとも二箇所のエネルギー準位
で行われる。この補正された複数の光吸収係数で、複数
の濃度測定値を求める。そして、各濃度測定値の平均値
を含有物濃度とする。このように、複数の光吸収係数か
ら求められる濃度測定値の平均を含有物濃度することに
より、濃度検出誤差をさらに小さくすることができ、正
確な濃度検出が可能である。
Therefore, in the method for detecting the concentration of a substance contained in a sample using laser spectrometry according to the second invention, in the third step, the light absorption coefficient is corrected based on the sample temperature obtained in the second step. This correction is performed at at least two energy levels. A plurality of density measurement values are obtained from the corrected plurality of light absorption coefficients. Then, the average value of each measured concentration value is defined as the concentration of the contained substance. As described above, by using the average of the measured concentration values obtained from the plurality of light absorption coefficients as the substance concentration, the concentration detection error can be further reduced, and accurate concentration detection is possible.

【0012】また、第三の本発明は、第一の発明または
第二の発明に記載のレーザ分光測定を用いた試料の含有
物濃度検出方法において、前記第二の工程は、少なくと
も二箇所のエネルギー準位を、光吸収係数の温度依存性
が高く、且つ、温度に対する光吸収係数の変化率の符号
が逆であるエネルギー準位から選択することを特徴とす
る。
[0013] In a third aspect of the present invention, in the method for detecting the concentration of a substance contained in a sample using laser spectroscopy according to the first aspect or the second aspect, the second step comprises at least two steps. The energy level is selected from energy levels in which the temperature dependence of the light absorption coefficient is high and the sign of the rate of change of the light absorption coefficient with respect to temperature is opposite.

【0013】従って、第三の発明に係るレーザ分光測定
を用いた試料の含有物濃度検出方法において、第二の工
程では、光吸収係数の温度依存性が高く、且つ、温度に
対する光吸収係数の変化率の符号が逆であるエネルギー
準位から選択する。このようなエネルギー準位での光吸
収係数は、試料温度の変化に対して大きく変化するの
で、試料温度の検出誤差が小さくなる。
Therefore, in the method for detecting the concentration of a substance contained in a sample using laser spectroscopy according to the third invention, in the second step, the temperature dependence of the light absorption coefficient is high, and the light absorption coefficient of the light absorption coefficient with respect to temperature is high. Select from energy levels with opposite signs of rate of change. Since the light absorption coefficient at such an energy level changes greatly with a change in the sample temperature, the detection error of the sample temperature decreases.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態(以下
実施形態という)を、図面に従って説明する。
Embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described below with reference to the drawings.

【0015】図1に、本実施形態の試料の含有物濃度検
出方法、例えば、ゴミ焼却時に発生する排ガス中の一酸
化炭素の濃度を検出する燃焼モニタの濃度検出方法の各
工程が示されている。以下に、各工程別に濃度検出方法
の説明を詳述する。
FIG. 1 shows the steps of a method for detecting the concentration of a substance contained in a sample according to the present embodiment, for example, a method of detecting the concentration of carbon monoxide in exhaust gas generated during incineration of refuse by a combustion monitor. I have. Hereinafter, the description of the concentration detection method for each step will be described in detail.

【0016】本実施形態の燃焼モニタでは、まず、レー
ザ分光測定で排ガスの光吸収スペクトルを測定する(S
100)。
In the combustion monitor of this embodiment, first, the light absorption spectrum of the exhaust gas is measured by laser spectroscopy (S
100).

【0017】図2には、本実施形態の含有物濃度検出方
法で使用する既知の半導体レーザ分光計100の構成図
が示されている。半導体レーザ10から放射されたレー
ザ光14が試料セル12に入射され、試料セル12内を
透過したレーザ光14の光吸収強度が、光検出器16で
測定される。試料セル12内には、濃度検出対象である
試料、即ち、排ガスがガス入口11から注入され、ガス
出口13から排出されている。試料セル12内の排ガス
の含有物により、試料セル12内に入射されたレーザ光
14は吸収され、吸収され強度が減ったレーザ光14が
光検出器16に入射され、光強度が測定される。そし
て、半導体レーザ10の発振周波数を変化させること
で、排ガスの含有物の光吸収スペクトルが測定される。
図3には、測定された光吸収スペクトルの概念図が図示
されている。横軸はレーザの周波数であり、縦軸は光検
出器16で測定されたレーザ光の光強度である。排ガス
の含有物によるレーザ光の吸収により、各エネルギー準
位に相当する周波数の光強度が減少している。
FIG. 2 is a configuration diagram of a known semiconductor laser spectrometer 100 used in the method for detecting the concentration of a substance according to the present embodiment. Laser light 14 emitted from the semiconductor laser 10 is incident on the sample cell 12, and the light absorption intensity of the laser light 14 transmitted through the sample cell 12 is measured by the photodetector 16. In the sample cell 12, a sample whose concentration is to be detected, that is, exhaust gas is injected from a gas inlet 11 and discharged from a gas outlet 13. The laser light 14 incident on the sample cell 12 is absorbed by the contents of the exhaust gas in the sample cell 12, and the absorbed and reduced intensity laser light 14 is incident on the photodetector 16, and the light intensity is measured. . Then, by changing the oscillation frequency of the semiconductor laser 10, the light absorption spectrum of the substance contained in the exhaust gas is measured.
FIG. 3 shows a conceptual diagram of the measured light absorption spectrum. The horizontal axis is the frequency of the laser, and the vertical axis is the light intensity of the laser light measured by the photodetector 16. Due to the absorption of the laser beam by the contents of the exhaust gas, the light intensity at the frequency corresponding to each energy level decreases.

【0018】半導体レーザ分光計100において、温度
制御装置18と電流制御装置20は、半導体レーザ10
の動作温度及び駆動電流を変化させるので、半導体レー
ザ10は発振周波数が掃引される。広い範囲の周波数掃
引は、温度制御装置18で温度を変化させることで行わ
れ、狭い範囲の周波数掃引は、電流制御装置20で電流
を変化させることで行われる。
In the semiconductor laser spectrometer 100, the temperature controller 18 and the current controller 20
Since the operating temperature and the driving current of the semiconductor laser 10 are changed, the oscillation frequency of the semiconductor laser 10 is swept. The frequency sweep of a wide range is performed by changing the temperature by the temperature control device 18, and the frequency sweep of the narrow range is performed by changing the current by the current control device 20.

【0019】また、半導体レーザ10の駆動電流は、発
振器22で変調をかけられる。従って、レーザ光14
は、電流変調により周波数変調(FM)がかけられてい
る。また、光検出器16で検出された信号は、発振器2
2からの信号を参照信号とするロックイン増幅器24
で、変調周波数またはその二倍の周波数で同期検波さ
れ、雑音が低減されている。検出された信号はロックイ
ン増幅器24より、図示していないコンピュータ等に入
力される。
The driving current of the semiconductor laser 10 is modulated by the oscillator 22. Therefore, the laser light 14
Is frequency-modulated (FM) by current modulation. The signal detected by the photodetector 16 is
Lock-in amplifier 24 which uses the signal from 2 as a reference signal
Thus, synchronous detection is performed at the modulation frequency or a frequency twice the modulation frequency, and noise is reduced. The detected signal is input from the lock-in amplifier 24 to a computer or the like (not shown).

【0020】なお、半導体レーザ分光計100の構成
は、試料の含有物の光吸収スペクトルが測定できる構成
であれば良く、図2に示した構成の半導体レーザ分光計
に限定したものではない。
The structure of the semiconductor laser spectrometer 100 is not limited to the semiconductor laser spectrometer having the structure shown in FIG. 2 as long as it can measure the light absorption spectrum of the substance contained in the sample.

【0021】また、半導体レーザ10の材料は、InG
aAsP、AlGaAs等の、発振周波数等の特性に応
じて、適宜選択してよい。
The material of the semiconductor laser 10 is InG
It may be appropriately selected according to the characteristics such as the oscillation frequency such as aAsP and AlGaAs.

【0022】前述したように、ゴミ燃焼時に発生する排
ガスの温度は、通常約摂氏0度から約摂氏1000度と
大きく変化する。光吸収スペクトルより、一酸化炭素濃
度を求める場合、一酸化炭素の特定エネルギー準位での
光吸収係数を用いて、一酸化炭素濃度を求める。
As described above, the temperature of the exhaust gas generated during the combustion of dust usually varies greatly from about 0 degrees Celsius to about 1000 degrees Celsius. When the concentration of carbon monoxide is determined from the light absorption spectrum, the concentration of carbon monoxide is determined using the light absorption coefficient of carbon monoxide at a specific energy level.

【0023】一酸化炭素濃度の導出には、例えば、周知
のランバート・ベールの法則を用いてもよい。試料セル
12に入射された半導体レーザの入射光強度をI0、光
検出器16で測定された光強度をI、光吸収係数をα、
試料セル12中の含有物の濃度をn、試料セルの長さ即
ち光路長をLとすると、 I=I0・exp(−αnL) という関係が成立する。αnLが十分小さい場合、前述
した式は、 I=I0(1−αnL) と、表すことができる。従って、 (I0−I)/I0=αnL であり、この(I0−I)/I0が光吸収強度である。従
って、光吸収強度、光吸収係数、光路長より試料セル1
2中の含有物濃度を求めることができる。
For deriving the carbon monoxide concentration, for example, the well-known Lambert-Beer law may be used. The incident light intensity of the semiconductor laser incident on the sample cell 12 is I 0 , the light intensity measured by the photodetector 16 is I, the light absorption coefficient is α,
Assuming that the concentration of the substance contained in the sample cell 12 is n and the length of the sample cell, that is, the optical path length is L, a relationship of I = I 0 · exp (−αnL) is established. If αnL is sufficiently small, the above equation can be expressed as I = I 0 (1−αnL). Therefore, (I 0 -I) / I 0 = αnL, and (I 0 -I) / I 0 is the light absorption intensity. Therefore, based on the light absorption intensity, light absorption coefficient, and optical path length, the sample cell 1
2 can be determined.

【0024】しかし、光吸収係数には温度依存性があ
る。そのため、光吸収係数を温度補正しなければ、正し
い一酸化炭素濃度は求めることができない。本実施形態
においては、試料温度、つまり、排ガス温度を光吸収ス
ペクトルから求め、求められた排ガス温度で光吸収係数
を補正し、この補正値を用いて一酸化炭素濃度を求め
る。
However, the light absorption coefficient has temperature dependence. Therefore, a correct carbon monoxide concentration cannot be obtained unless the light absorption coefficient is corrected for the temperature. In the present embodiment, the sample temperature, that is, the exhaust gas temperature is obtained from the light absorption spectrum, the light absorption coefficient is corrected with the obtained exhaust gas temperature, and the carbon monoxide concentration is obtained using this correction value.

【0025】次に、図3に示された光吸収スペクトルよ
り、試料温度、つまり、排ガス温度を求める方法を説明
する(S200)。
Next, a method for obtaining the sample temperature, that is, the exhaust gas temperature from the light absorption spectrum shown in FIG. 3 will be described (S200).

【0026】排ガス中の一酸化炭素濃度を求める場合、
まず、既知の一酸化炭素のエネルギー準位の中から、少
なくとも二箇所のエネルギー準位を選択する(S2
1)。図4に1.57μm帯の一酸化炭素のエネルギー
準位中、比較的光吸収係数が高いエネルギー準位と、吸
収を起こす波数(cm-1)が示されている。本実施形態
では、このエネルギー準位から、二箇所のエネルギー準
位を選択するが、選択は一酸化炭素の任意のエネルギー
準位から行ってもよい。また、二箇所以上のエネルギー
準位を選択してもよい。本実施形態では、光吸収係数の
温度依存性が高く、且つ、温度に対する光吸収係数の変
化率の符号が異なったエネルギー準位から選択する。こ
のような、エネルギー準位の選択方法を、図5を用いて
説明する。
When obtaining the concentration of carbon monoxide in the exhaust gas,
First, at least two energy levels are selected from among known energy levels of carbon monoxide (S2).
1). FIG. 4 shows, among the energy levels of carbon monoxide in the 1.57 μm band, an energy level having a relatively high light absorption coefficient and a wave number (cm −1 ) causing absorption. In the present embodiment, two energy levels are selected from these energy levels, but the selection may be made from an arbitrary energy level of carbon monoxide. Further, two or more energy levels may be selected. In the present embodiment, the light absorption coefficient has a high temperature dependency, and the sign of the rate of change of the light absorption coefficient with respect to temperature is selected from different energy levels. Such an energy level selection method will be described with reference to FIG.

【0027】図5は、図4に示されたエネルギー準位に
おける光吸収係数の温度依存性が示されている概略図で
ある。図5の横軸は、エネルギー準位であり、縦軸は光
吸収係数である。図5より、光吸収係数の温度依存性が
高く、且つ、温度に対する光吸収係数の変化率の符号、
つまり、変化率の正負が異なったエネルギー準位を選択
する。例えば、エネルギー準位R4とR13は、前述し
た条件を満たし、選択に適したエネルギー準位である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the temperature dependence of the light absorption coefficient at the energy levels shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 5 is the energy level, and the vertical axis is the light absorption coefficient. From FIG. 5, the temperature dependence of the light absorption coefficient is high, and the sign of the rate of change of the light absorption coefficient with respect to temperature,
That is, energy levels with different rates of change are selected. For example, the energy levels R4 and R13 satisfy the conditions described above and are energy levels suitable for selection.

【0028】なお、通常、排ガスには水等の一酸化炭素
以外の含有物も含まれている。このような一酸化炭素以
外の含有物のエネルギー準位と重なる一酸化炭素におけ
るエネルギー準位においては、正確な光吸収強度が求め
られない。よって、このような含有物のエネルギー準位
と重ならないようなエネルギー準位を選択してもよい。
It should be noted that the exhaust gas usually contains substances other than carbon monoxide, such as water. With such an energy level of carbon monoxide overlapping with the energy level of the inclusions other than carbon monoxide, accurate light absorption intensity is not required. Therefore, an energy level that does not overlap with the energy level of such inclusions may be selected.

【0029】S21において二箇所のエネルギー準位を
選択した後、S100において測定された光吸収スペク
トルより、選択されたエネルギー準位での光吸収強度
を、それぞれのエネルギー準位で求める(S22)。
After two energy levels are selected in S21, the light absorption intensity at the selected energy level is determined for each energy level from the light absorption spectrum measured in S100 (S22).

【0030】図6には、図3におけるエネルギー準位R
4に相当する部分30の拡大図が示されている。前述し
たように、光吸収強度は、半導体レーザの入射光強度と
光検出器16で測定された光強度から求められる。光吸
収スペクトルは、ある広がりを持っているため、光吸収
強度の求め方には種々の方法がある。エネルギー準位R
4における光吸収強度は、エネルギー準位R4に相当す
る光強度のピーク値Ipeakと入射光強度から求めて
も良いし、別の種々のスペクトル解析手法を用いて求め
てもよい。
FIG. 6 shows the energy level R in FIG.
An enlarged view of a portion 30 corresponding to 4 is shown. As described above, the light absorption intensity is obtained from the incident light intensity of the semiconductor laser and the light intensity measured by the photodetector 16. Since the light absorption spectrum has a certain spread, there are various methods for obtaining the light absorption intensity. Energy level R
4 may be obtained from the peak value Ipeak of the light intensity corresponding to the energy level R4 and the incident light intensity, or may be obtained by using various other spectrum analysis methods.

【0031】次にS22で求められた光吸収強度の強度
比より、排ガス温度を求める(S23)。光吸収強度比
での排ガス温度は、予め、既知の計算方法により、参照
テーブルとして用意することが可能である。図7には、
排ガス温度と、R13とR4との光吸収強度比が示され
ている。例えば、R13とR4の光吸収強度の比は、排
ガス温度が摂氏900度で0.523、摂氏0度で1.
842である。このような参照テーブルを利用して、排
ガス温度を求める。
Next, the exhaust gas temperature is determined from the intensity ratio of the light absorption intensity determined in S22 (S23). The exhaust gas temperature at the light absorption intensity ratio can be prepared in advance as a reference table by a known calculation method. In FIG.
The exhaust gas temperature and the light absorption intensity ratio of R13 and R4 are shown. For example, the ratio between the light absorption intensities of R13 and R4 is 0.523 when the exhaust gas temperature is 900 degrees Celsius and 1.23 when the exhaust gas temperature is 0 degrees Celsius.
842. The exhaust gas temperature is determined using such a reference table.

【0032】次に、S200で求めた排ガス温度で光吸
収係数を補正し、補正された光吸収係数を用いて、排ガ
ス中の一酸化炭素濃度を求める(S300)。
Next, the light absorption coefficient is corrected based on the exhaust gas temperature determined in S200, and the concentration of carbon monoxide in the exhaust gas is determined using the corrected light absorption coefficient (S300).

【0033】まず、排ガス温度で光吸収係数を補正する
(S31)。光吸収係数を補正するエネルギー準位は、
S21で選択されたエネルギー準位であってもよいが、
全く任意の準位を選んでもよい。排ガス温度に対する光
吸収係数は、予め、実験によって求めておく。または、
計算で求めていても良い。
First, the light absorption coefficient is corrected based on the exhaust gas temperature (S31). The energy level for correcting the light absorption coefficient is
Although it may be the energy level selected in S21,
A completely arbitrary level may be selected. The light absorption coefficient with respect to the exhaust gas temperature is obtained in advance by an experiment. Or
It may be calculated.

【0034】そして、光吸収係数の補正を行ったエネル
ギー準位での光吸収強度を、S100で測定された光吸
収スペクトルから求める(S32)。光吸収強度は、S
21で光吸収強度を求めたときと同様に、種々のスペク
トル解析手法より求められる。
Then, the light absorption intensity at the energy level whose light absorption coefficient has been corrected is obtained from the light absorption spectrum measured in S100 (S32). The light absorption intensity is S
As in the case where the light absorption intensity is obtained in step 21, it can be obtained by various spectrum analysis methods.

【0035】そして、補正された光吸収係数と、光吸収
強度と、試料セルの長さを用いて、前述した方法で一酸
化炭素濃度を求める(S33)。
Then, using the corrected light absorption coefficient, light absorption intensity, and length of the sample cell, the concentration of carbon monoxide is determined by the method described above (S33).

【0036】このように、本実施形態では、排ガス温度
で補正した光吸収係数を用いて、一酸化炭素濃度を求め
るので、試料温度の変化が大きくても、正確な一酸化炭
素濃度検出が可能である。
As described above, in the present embodiment, the concentration of carbon monoxide is obtained by using the light absorption coefficient corrected with the temperature of the exhaust gas, so that accurate detection of the concentration of carbon monoxide is possible even when the change in the sample temperature is large. It is.

【0037】なお、光吸収係数の補正を数箇所のエネル
ギー準位で行い、各エネルギー準位での一酸化炭素濃度
の測定値を求め、この濃度測定値の平均値を真の一酸化
炭素濃度としてもよい。このように、複数のエネルギー
準位で濃度を求めることで、さらに精度の高い濃度検出
が可能である。
The correction of the light absorption coefficient is performed at several energy levels, the measured value of the concentration of carbon monoxide at each energy level is obtained, and the average of the measured values of the concentration is calculated as the true concentration of carbon monoxide. It may be. As described above, by obtaining the concentration at a plurality of energy levels, it is possible to detect the concentration with higher accuracy.

【0038】なお、本実施形態の濃度検出方法は、ゴミ
焼却時に発生する排ガス中の一酸化炭素濃度を検出する
燃焼モニタ以外の、様々な濃度検出装置に使用すること
が可能である。よって、本実施形態では、排ガスを試料
としたが、分光測定が可能な物質であればよく、排ガス
と限定したものではない。
The concentration detecting method according to the present embodiment can be used for various concentration detecting devices other than the combustion monitor for detecting the concentration of carbon monoxide in exhaust gas generated during incineration of refuse. Therefore, in the present embodiment, the exhaust gas is used as a sample. However, the material is not limited to the exhaust gas as long as it is a substance capable of spectroscopic measurement.

【0039】また、本実施形態では、試料に含まれる一
酸化炭素の濃度を検出したが、濃度を検出するのは、分
光測定が可能な物質であれば良く、一酸化炭素以外の物
質の濃度を測定してもよい。
In this embodiment, the concentration of carbon monoxide contained in the sample is detected. However, the concentration may be detected as long as it is a substance capable of spectroscopic measurement. May be measured.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る試料
の含有物濃度検出方法では、試料温度で光吸収係数を補
正するため、試料温度変化が大きい場合でも、正確に検
出すべき試料の含有物濃度を検出する濃度検出方法を提
供することが可能である。
As described above, in the method for detecting the concentration of a substance contained in a sample according to the present invention, since the light absorption coefficient is corrected with the sample temperature, even if the sample temperature change is large, the sample to be detected can be accurately detected. It is possible to provide a concentration detection method for detecting the concentration of a substance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本実施形態の試料の含有物濃度検出方法が示
されたフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for detecting a concentration of a substance contained in a sample according to an embodiment.

【図2】 本実施形態の含有物濃度検出方法で使用する
半導体レーザ分光計のブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram of a semiconductor laser spectrometer used in the method for detecting a concentration of a substance according to the present embodiment.

【図3】 本実施形態の分光測定で測定された光吸収ス
ペクトルの概略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram of a light absorption spectrum measured by spectrometry of the present embodiment.

【図4】 1.57μm帯の一酸化炭素のエネルギー準
位が示された表である。
FIG. 4 is a table showing the energy levels of carbon monoxide in the 1.57 μm band.

【図5】 1.57μm帯の一酸化炭素のエネルギー準
位での光吸収係数の温度依存性が示されたグラフであ
る。
FIG. 5 is a graph showing the temperature dependence of the light absorption coefficient at the energy level of carbon monoxide in the 1.57 μm band.

【図6】 図3に示されたエネルギー準位R4に相当す
る光吸収スペクトルの拡大図である。
6 is an enlarged view of a light absorption spectrum corresponding to the energy level R4 shown in FIG.

【図7】 排ガス温度と、R13とR4との光吸収強度
の比が示された表である。
FIG. 7 is a table showing the ratio between the exhaust gas temperature and the light absorption intensity of R13 and R4.

【図8】 従来使用されていた燃焼モニタのブロック図
である。
FIG. 8 is a block diagram of a combustion monitor conventionally used.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 半導体レーザ、12 試料セル、14 レーザ
光、16 光検出器、22 発振器、24 ロックイン
増幅器、100 半導体レーザ分光計。
Reference Signs List 10 semiconductor laser, 12 sample cell, 14 laser light, 16 photodetector, 22 oscillator, 24 lock-in amplifier, 100 semiconductor laser spectrometer.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ分光測定で試料の光吸収スペクト
ルを測定する第一の工程と、 前記試料の含有物のエネルギー準位の中から、少なくと
も二箇所のエネルギー準位を選択し、前記第一の工程で
測定された光吸収スペクトルより、前記選択されたエネ
ルギー準位での光吸収強度をそれぞれ求め、この光吸収
強度の比から参照テーブルを用いて試料温度を求める第
二の工程と、 前記試料温度で補正された光吸収係数を用いて、前記含
有物の濃度を求める第三の工程と、を有することを特徴
とするレーザ分光測定を用いた試料の含有物濃度検出方
法。
A first step of measuring a light absorption spectrum of a sample by laser spectroscopy; and selecting at least two energy levels from among energy levels of inclusions in the sample; From the light absorption spectrum measured in the step, the light absorption intensity at each of the selected energy levels is determined, a second step of obtaining a sample temperature using a reference table from the ratio of the light absorption intensity, A third step of obtaining the concentration of the inclusion using a light absorption coefficient corrected at the sample temperature. A method for detecting the concentration of an inclusion in a sample using laser spectroscopy.
【請求項2】 レーザ分光測定で試料の光吸収スペクト
ルを測定する第一の工程と、 前記試料の含有物のエネルギー準位の中から、少なくと
も二箇所のエネルギー準位を選択し、前記第一の工程で
測定された光吸収スペクトルより、前記選択されたエネ
ルギー準位での光吸収強度をそれぞれ求め、この光吸収
強度の比から参照テーブルを用いて試料温度を求める第
二の工程と、 前記試料温度で補正された光吸収係数を用いて、前記含
有物の濃度測定値をそれぞれ求め、この各濃度測定値の
平均値を前記含有物の濃度とする第三の工程と、を有す
ることを特徴とするレーザ分光測定を用いた試料の含有
物濃度検出方法。
2. A first step of measuring a light absorption spectrum of a sample by laser spectroscopy; and selecting at least two energy levels from among energy levels of inclusions of the sample, From the light absorption spectrum measured in the step, the light absorption intensity at each of the selected energy levels is determined, a second step of obtaining a sample temperature using a reference table from the ratio of the light absorption intensity, Using a light absorption coefficient corrected at the sample temperature, each of the measured concentration values of the inclusions, and a third step of setting the average value of the respective concentration measurement values to the concentration of the inclusions, A method for detecting the concentration of a substance contained in a sample using laser spectroscopy.
【請求項3】 請求項1または請求項2に記載のレーザ
分光測定を用いた試料の含有物濃度検出方法において、 前記第二の工程は、少なくとも二箇所のエネルギー準位
を、光吸収係数の温度依存性が高く、且つ、温度に対す
る光吸収係数の変化率の符号が逆であるエネルギー準位
から選択することを特徴とするレーザ分光測定を用いた
試料の含有物濃度検出方法。
3. The method for detecting the concentration of a substance contained in a sample using laser spectroscopy according to claim 1 or 2, wherein the second step includes: determining at least two energy levels of a light absorption coefficient; A method for detecting a concentration of a substance contained in a sample using laser spectroscopy, wherein the method is selected from energy levels having high temperature dependence and having the opposite sign of the rate of change of the light absorption coefficient with respect to temperature.
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