JP2002350344A

JP2002350344A - 環境測定方法及び装置

Info

Publication number: JP2002350344A
Application number: JP2001152995A
Authority: JP
Inventors: 史一 ▲高▼柳; Fumikazu Takayanagi
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2002-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】赤外線の透過波数帯域が比較的狭い赤外透過
基板を用いても、多重内部反射フーリエ赤外分光法によ
って環境中に存在する化学物質を的確に同定することが
できる環境測定方法及び装置を提供する。【解決手段】被測定環境中の汚染物質を付着させる赤
外結晶１０と、赤外結晶１０内部に赤外線を入射する赤
外光源１４と、赤外結晶１０内部を多重反射した後に赤
外結晶１０より出射される赤外線を分光分析することに
より赤外吸収スペクトルを求める分光分析器１８と、赤
外吸収スペクトルにおいて特定の分子結合による赤外吸
収ピークが観察される位置に基づいて赤外結晶１０に付
着している汚染物質の種類を同定し、赤外結晶１０に付
着している汚染物質の種類に基づき被測定環境中の汚染
物質の種類を決定する演算・表示手段１８とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、環境中に存在する
化学物質等の汚染物質を同定し或いはその濃度を測定す
る環境測定方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】環境中に存在する化学物質のモニタリン
グは、我々の実生活を取り巻く環境において、急速にそ
の重要性を増している。

【０００３】例えば、近年、微量な化学物質に起因する
環境汚染が関心を集めている。ダイオキシンや、ノニル
フェノール、ビスフェノールＡ等、環境中に広く存在
し、生物の生活活動とともに体内に取り込まれ、生殖、
発生、行動等を含む生理的な内分泌の諸現象に悪影響を
及ぼしうる化合物が報告されている。それらの化合物は
は、内分泌攪乱化学物質、或いは環境ホルモンと総称さ
れ、人体への影響が懸念されている。

【０００４】従って、これらのような環境中に存在する
微量の化学物質を高感度且つ的確にモニタし、それら化
学物質の発生源の特定、環境への排出量の制御・管理等
を行う必要に迫られている。

【０００５】微量の化学物質を検出する分析方法として
は、例えばガスクロマトグラフィーが知られている。ガ
スクロマトグラフィーは、ｐｐｍレベル、検出条件によ
ってはｐｐｂレベルの検出感度を有しており、微量の化
学物質を高感度で分離検出することが可能である。ま
た、ガスクロマトグラフィーと質量分析法を組み合わせ
たＧＣ−ＭＳ（Gas Chromatography-Mass Spectroscop
y）により、微量の化学物質の成分分離・構造分析を一
連の測定として行うことが可能となっている。しかし、
ガスクロマトグラフィーによる環境汚染物質の検出に
は、多くの煩雑な測定試料の前処理を必要とし、また時
には数十時間にわたる長い測定時間を必要としていた。

【０００６】かかる観点から、本願出願者等は、多重内
部反射フーリエ赤外分光法に基づく環境モニタ方法及び
装置を提案している（例えば、特願平１１−２３１４９
５号参照）。

【０００７】多重内部反射フーリエ赤外分光法による環
境モニタ方法では、赤外透過基板を被測定環境中に暴露
することにより被測定環境中の汚染物質を赤外透過基板
表面に付着する。続いて、赤外透過基板内部で多重反射
するように赤外線を入射する。赤外線が赤外透過基板内
部で多重反射を繰り返す間、赤外線が赤外透過基板表面
で反射するときに滲み出す光（エヴァネッセント光）の
周波数成分が表面に付着している汚染物質の分子振動周
波数と等しいと赤外線の吸収が起きる。このような赤外
線の吸収は分子の構造に固有な性質である。従って、赤
外透過基板内部で多重反射した後に出射される赤外線を
分光分析することにより、被測定環境より赤外透過基板
表面に付着した汚染物質の種類及び／又は存在量を測定
することが可能となる。従って、被測定環境中の汚染物
質の種類及び／又は濃度を測定することが可能となる。
この方法では、煩雑な試料の前処理が必要のないこと
や、測定にリアルタイム性があること、測定に時間を要
しないこと等の利点がある。また、多重反射を繰り返し
た赤外線を分光分析するため、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ
比）が向上され、高感度で汚染物質の測定することがで
きる。

【０００８】ここで、上記の多重内部反射フーリエ赤外
分光法による環境モニタ方法における汚染物質の同定手
順について、ＤＯＰ（ジオクチルフタレート）の同定を
例に図５及び図６を用いて説明する。

【０００９】汚染物質の同定は、被測定環境について得
られた赤外吸収スペクトルと、あらかじめ用意された参
照スペクトルとを比較することにより行われる。

【００１０】図５は、被測定環境について得られた赤外
吸収スペクトルを示すグラフである。図６は、あらかじ
め用意されている参照スペクトルを示すグラフであり、
図６（ａ）はＤＯＰの赤外吸収スペクトル、図６（ｂ）
はジメチルホルムアミドの赤外吸収スペクトルを示して
いる。

【００１１】図５及び図６の全ての赤外吸収スペクトル
において２８００ｃｍ^-1付近のＣ−Ｈ結合に起因する赤
外吸収ピークが観察される。一方、図５及び図６（ａ）
の両赤外吸収スペクトルにおいては１２７０ｃｍ^-1付近
にフタール酸エステル結合による赤外吸収ピークが観察
されるが、図６（ｂ）の赤外吸収スペクトルにおいては
そのような赤外吸収ピークは観察されない。従って、図
５の被測定環境について得られた赤外吸収スペクトル
は、図６の参照スペクトルのうち、図６（ａ）のＤＯＰ
の赤外吸収スペクトルと一致しており、被測定環境中に
存在する汚染物質がＤＯＰであると同定される。

【００１２】上述のように、従来の赤外多重内部反射法
を用いた環境モニタ方法は、広範囲の波数帯域の赤外吸
収スペクトルを取得し、その赤外吸収スペクトルにどの
様な種類の分子振動に起因する赤外吸収ピークが含まれ
ているかを分析することによって、被測定環境中に存在
する汚染物質の同定を行うものである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】図７は、有機物質の主
な赤外吸収帯域を示すグラフである。図７に示すよう
に、有機物質の主な赤外吸収は７００ｃｍ^-1から３５０
０ｃｍ^-1の範囲の波数帯域に存在している。従来の方法
において、環境中の汚染物質の同定を精度よく行うため
には、なるべく多くの種類の分子振動を観測する必要が
ある。従って、有機物質の主な赤外吸収帯域のなるべく
広範囲の波数帯域の赤外吸収スペクトルを測定する必要
があった。このため、内部で赤外線が多重反射を繰り返
す赤外透過基板は、有機物質の主な赤外吸収帯域のなる
べく広範囲の赤外線を透過する必要があった。

【００１４】しかし、赤外透過基板としての上記の条件
を満足する物質は限定されており、条件を満足する物質
であっても、潮解性を有する、容易に酸化される、高価
である等の難点があった。

【００１５】本発明の目的は、赤外線の透過波数帯域が
比較的狭い赤外透過基板を用いても、多重内部反射フー
リエ赤外分光法によって環境中に存在する化学物質を的
確に同定することができる環境測定方法及び装置を提供
することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、被測定環境
中に置かれた赤外透過基板に赤外線を入射し、前記赤外
透過基板の内部を多重反射した後に前記赤外透過基板よ
り出射される赤外線を検出し、検出した赤外線を分光分
析することにより赤外吸収スペクトルを求め、前記赤外
吸収スペクトルにおいて特定の分子結合による赤外吸収
ピークが観察される位置に基づいて、前記赤外透過基板
に付着している前記汚染物質を同定し、前記赤外透過基
板に付着している前記汚染物質の種類に基づき前記被測
定環境中の汚染物質の種類を決定することを特徴とする
環境測定方法により達成される。

【００１７】また、上記の環境測定方法において、汚染
物質として推定される複数の物質について、前記特定の
分子結合による赤外吸収ピークが観察される位置を予め
測定しておき、実測定により得られた前記赤外吸収ピー
クの位置と、前記複数の物質による前記赤外吸収ピーク
の位置とを比較することにより、前記被測定環境中に存
在する前記汚染物質の種類を同定するようにしてもよ
い。

【００１８】また、上記の環境測定方法において、汚染
物質として推定される複数の物質について、前記特定の
分子結合による赤外吸収ピークが観察される位置を予め
理論計算により求めておき、実測定により得られた前記
赤外吸収ピークの位置と、前記複数の物質による前記赤
外吸収ピークの位置とを比較することにより、前記被測
定環境中に存在する前記汚染物質の種類を同定するよう
にしてもよい。

【００１９】また、上記の環境測定方法において、前記
赤外吸収スペクトルに観察された前記特定の分子結合に
よる赤外吸収ピークの強度に基づき前記赤外透過基板に
付着した前記汚染物質の付着量を算出し、前記赤外透過
基板に付着した汚染物質の付着量に基づき前記被測定環
境中の前記汚染物質の濃度を算出するようにしてもよ
い。

【００２０】また、上記目的は、被測定環境中の汚染物
質を付着させる赤外透過基板と、前記赤外透過基板内部
に赤外線を入射する赤外線入射手段と、前記赤外透過基
板内部を多重反射した後に前記赤外透過基板より出射さ
れる赤外線を分光分析することにより赤外吸収スペクト
ルを求める赤外線分光手段と、前記赤外吸収スペクトル
において特定の分子結合による赤外吸収ピークが観察さ
れる位置に基づいて前記赤外透過基板に付着している前
記汚染物質の種類を同定し、前記赤外透過基板に付着し
ている前記汚染物質の種類に基づき前記被測定環境中の
前記汚染物質の種類を決定する汚染物質同定手段とを有
することを特徴とする環境測定装置により達成される。

【００２１】また、上記の環境測定装置において、汚染
物質として推定される複数の物質について、前記特定の
分子結合による赤外吸収ピークが観察される位置のデー
タを格納した記憶手段を更に有し、前記汚染物質同定手
段は、前記赤外吸収スペクトルにおいて前記赤外吸収ピ
ークが観察される位置と、前記記憶手段の前記複数の物
質による前記赤外吸収ピークの位置のデータとを比較す
ることにより、前記被測定環境中に存在する前記汚染物
質の種類を同定するようにしてもよい。

【００２２】また、上記の環境測定装置において、前記
赤外透過基板は、有機物質の赤外吸収帯域のうちの一部
の帯域の赤外線を透過する物質であって、前記特定の分
子結合による吸収が観察される帯域の赤外線を透過する
ようにしてもよい。

【００２３】また、上記の環境測定装置において、前記
赤外吸収スペクトルにおける前記特定の分子結合による
赤外吸収ピークの強度に基づき前記赤外透過基板に付着
した前記汚染物質の付着量を算出し、前記赤外透過基板
に付着した前記汚染物質の付着量に基づき前記被測定環
境中の前記汚染物質の濃度を算出する汚染物質定量化手
段を更に有するようにしてもよい。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態による環境測
定方法及び装置について図１乃至図４を用いて説明す
る。図１は、本実施形態による環境測定装置の構成を示
す概略図、図２は、２４時間放置による化学汚染物質の
空気中濃度と赤外結晶への付着量との関係を示すグラ
フ、図３は、本実施形態による環境測定装置によって測
定された赤外吸収スペクトルの一例を示すグラフ、図４
は、環境測定方法の手順を示すフローチャートである。

【００２５】まず、本実施形態による環境測定装置の構
成について図１を用いて説明する。

【００２６】本実施形態による環境測定装置では、被測
定環境中の汚染物質を吸着して測定に供するための赤外
透過基板として赤外結晶１０が支持台１２に載置されて
いる。赤外結晶１０端面近傍には、赤外結晶１０内部で
多重反射するように赤外線を入射する赤外光源１４が配
置されている。赤外光源１４が配置されている側とは反
対側の赤外結晶１０端面には、赤外結晶１０内部で多重
反射した後に出射される透過赤外線を検出する検出光学
系１６を介して分光分析器１８が配置されている。分光
分析器１８には、分光分析器１８による分析結果に基づ
き被測定環境中の汚染物質の種類の同定や濃度の算出を
行う演算・表示手段２０が接続されている。

【００２７】次に、本実施形態による環境測定装置の各
構成部分について詳述する。

【００２８】（ａ）赤外結晶１０赤外結晶１０は、多重内部反射フーリエ赤外分光法にお
ける赤外透過基板として、被測定環境中の汚染物質を吸
着して測定に供するためのものである。従って、被測定
対象物質の分子振動に対応する波長域の光を透過する材
料であることが必要である。代表的な被測定対象物質で
ある有機物質の基本振動に対応する波数域は、５００ｃ
ｍ^-1（波長２０μｍ）〜５０００ｃｍ^-1（波長２μｍ）
程度の赤外・近赤外域である。この有機物質の赤外吸収
の波数域内の、物質が共通にもっている特定の種類の分
子振動に起因する赤外吸収の波数帯域、例えばＣＨ₃非
対称伸縮振動に対応する波数域を少なくとも透過する物
質を赤外結晶１０として選択する。

【００２９】本実施形態による環境測定装置は、物質の
特定の種類の分子振動に起因する赤外吸収に着目し、特
定の種類の分子振動に起因する赤外吸収の波数が各物質
ごとに異なることを利用して被測定環境中の汚染物質の
同定を行うことに特徴がある。従って、従来の多重内部
反射フーリエ赤外分光法による環境測定装置のように、
有機分子の赤外吸収帯域の広い範囲の帯域の赤外吸収ス
ペクトルを測定する必要がなく、汚染物質の同定を行う
ために着目する特定の種類の分子振動による赤外吸収の
ピークが少なくとも観察できればよい。このため、赤外
結晶１０は、汚染物質の同定を行うために着目する特定
の種類の分子振動による赤外吸収が観察される帯域の赤
外線を透過することができればよい。

【００３０】例えば、シリコン（Ｓｉ）は、透過波長域
が約１．２〜６μｍ程度であり、また、大気中において
安定な物質であり、赤外結晶１０を構成する一材料とし
て選択することができる。また、シリコンのほか、セレ
ン化亜鉛（ＺｎＳｅ：透過波長域０．６〜１３μｍ）、
ガリウムヒ素（ＧａＡｓ：透過波長域１．０〜１８μ
ｍ）、臭化カリウム（ＫＢｒ：透過波長域０．４〜２２
μｍ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ₂：透過波長域０．
２〜８μｍ）、ゲルマニウム（Ｇｅ：透過波長域２〜１
８μｍ）等を赤外結晶１０として適用することもでき
る。また、赤外結晶１０の形状は、各物質の特性に応じ
て適宜調整することが望ましい。

【００３１】本発明による環境測定装置は、赤外結晶１
０の表面に吸着された汚染物質の同定と定量化を行うこ
とで被測定環境中の汚染物質を測定するものである。し
かし、赤外結晶１０の表面に吸着される汚染物質の量は
時間の経過によって飽和する。このため、大気中の汚染
物質濃度の変化を長い時間にわたって調査する必要があ
る場合等には、赤外結晶１０の表面に付着した汚染物質
を定期的に除去する洗浄手段を設けることが望ましい。
赤外結晶１０の表面の洗浄手段に関しては、同一出願人
による特願平１１−２３１４９５号明細書に詳述されて
いる。

【００３２】（ｂ）支持台１２支持台１２には、上記の赤外結晶１０が載置される。こ
のとき、赤外結晶１０の上面だけでなく、赤外結晶１０
の下面にも被測定環境より汚染物質が付着するように、
赤外結晶１０の下面と支持台１２が完全に密着すること
がないような工夫をしてもよい。例えば、支持台１２の
平面上に凸状構造を設け、これらに赤外結晶１０を載置
することにより赤外結晶１０の下面が測定環境に対して
露出している状態にする。これにより、汚染物質の検出
回数が増加することになり、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）
が向上する。

【００３３】（ｃ）赤外光源１４赤外光源１４としては、有機分子の分子振動に対応する
２〜２５μｍ帯域の赤外線を発する光源を適用すること
ができる。例えば、フィラメントとしてのシリコンカー
バイド（ＳｉＣ）やニクロム線に電流を印加して発する
熱線を光源として用いることができる。ＳｉＣグローバ
灯などのＳｉＣを用いた光源は、１．１〜２５μｍ帯域
の赤外線を発し、且つ、空気中でむき出しで使用しても
焼損がないという特徴がある。

【００３４】また、光源の効率を高め、赤外光の強度を
大きくするために適当な形状の反射板を設けてもよい。
例えば、同一出願人による特願平１１−９５８５３号明
細書に記載の種々の赤外光源を適用することができる。

【００３５】本実施形態による環境測定装置では、赤外
結晶１０内部で赤外線を多重反射し、反射の際に赤外結
晶１０表面に滲み出る光によって被測定物質の分子振動
を検出し、赤外結晶１０表面に付着する汚染物質を測定
するものである。したがって、赤外結晶１０に入射する
赤外線が赤外結晶１０内部で多重反射するように、赤外
光源１４を配置する必要がある。

【００３６】赤外線が赤外結晶１０内部で完全反射する
条件はスネルの法則とエネルギー反射率の計算から求ま
る。例えば、赤外結晶１０がシリコンからなる場合、結
晶平面と赤外線とのなす角度が０〜７２度の範囲で完全
反射する。この範囲の反射角度をもつ赤外線の軌跡を逆
にたどり、赤外結晶１０の端面と交わる点を赤外線の入
射点とすればよい。

【００３７】なお、赤外線の入射角度の設定に関して
は、例えば同一出願人による特願平１１−９５８５３号
明細書に詳述されている。

【００３８】（ｄ）検出光学系１６、分光分析器１８赤外結晶１０を出射した赤外線は、検出光学系１６を介
して分光分析器１８に導入される。分光分析器１８は、
例えば、二光束干渉計（マイケルソン光干渉計）を基に
したフーリエ変換分光のメカニズムにより赤外線を分光
するＦＴ−ＩＲ装置の分光器である。或いは、分光分析
器１８として、回折格子（グレーティング）による赤外
分光計を用いてもよい。

【００３９】赤外結晶１０内部に入射した赤外線が多重
内部反射するとき、表面で光線が反射するときに滲み出
る光（エヴァネッセント光）の周波数成分が赤外結晶１
０表面に付着した物質の分子振動周波数と一致している
と共鳴吸収される。したがって、入射赤外線を赤外結晶
１０の内部で多重反射させることで、その赤外線には赤
外結晶１０の表面状態の情報が反映される。赤外結晶１
０から出射した赤外線の赤外吸収スペクトルを分析する
ことにより、被測定環境から赤外結晶１０表面に付着し
た汚染物質の種類と量を特定することができる（ｅ）演算・表示手段２０分光分析器１８により得られたスペクトルの測定データ
は、演算・表示手段２０に送られ、被測定環境中に存在
する汚染物質の同定や量の算出が行われる。

【００４０】被測定環境中に存在する汚染物質の種類と
検量線は別途データベースとして演算・表示手段２０の
記憶部に蓄えられており、測定データはそれらのデータ
ベースを参照して定量化される。

【００４１】被測定環境中の汚染物質を同定するため
に、様々な物質の各種分子結合による赤外吸収の波数が
データベースとして演算・表示手段２０に蓄えられてい
る。例えば、各物質について、ＣＨ₃対称伸縮振動や、
ＣＨ₃非対称伸縮振動、ＣＨ₂対称伸縮振動、ＣＨ₂非対
称伸縮振動等による吸収波数のデータが蓄えられてい
る。物質の同定の際には、各種分子振動による吸収波数
のデータベースの中から、ある特定の分子振動による吸
収波数のデータが参照される。吸収波数のデータは、既
知の物質について実際に測定されたものであってもよい
し、理論計算により得られたものであってもよい。

【００４２】本実施形態による環境測定装置は、ある特
定の分子振動による赤外吸収の波数が物質間で異なるこ
とを利用して、被測定環境中の物質の同定を行うことに
特徴がある。従って、有機分子の赤外吸収帯域の広い範
囲の帯域の赤外吸収スペクトルを測定する必要がなく、
このため、赤外結晶１０は、汚染物質を同定するために
着目する特定の分子振動による赤外吸収が観察される帯
域の赤外線を透過することができればよい。

【００４３】また、演算・表示手段２０には、赤外結晶
１０の表面に吸着した物質の量と被測定環境中の物質の
量との関係がデータベースとして蓄えられており、検出
された赤外結晶１０表面の物質の量から被測定環境中に
存在する物質の濃度を算出することができる。

【００４４】図２は、２４時間放置による化学汚染物質
の空気中濃度と結晶への付着量との関係を示すグラフで
ある。ＤＯＰ（ジオクチルフタレート）の場合、例えば
１ｎｇ／ｍ³のＤＯＰ濃度の大気中にウェーハを２４時
間放置すると、結晶表面への付着量が１０¹²ＣＨ₂ｕｎ
ｉｔ／ｃｍ²になることを示している。逆に言えば、２
４時間放置後の結晶表面の付着量が１０¹²ＣＨ₂ｕｎｉ
ｔ／ｃｍ²であれば、大気中のＤＯＰ濃度が１ｎｇ／ｍ³
であることが判る。

【００４５】但し、ＴＢＰ（リン酸トリブチル：難燃
剤）やシロキサン（シリコンコーキング剤からの揮発物
質）の場合に示されるように、被測定環境中の濃度と付
着量との関係は、物質、放置時間等の条件によって異な
る。したがって、測定対象とする物質毎に気体中濃度と
付着量の関係を予め求めておくことが必要である。

【００４６】図２に示すような検量線を予め作成して演
算・表示手段２０に蓄えておくことで、赤外結晶１０上
に付着した物質量から被測定対象気体中に存在する物質
の濃度を算出することができる。

【００４７】このようにして解析された結果は、必要に
応じて表示装置に表示することができる。

【００４８】次に、本実施形態による環境測定方法につ
いて図１乃至図４を用いて説明する。本実施形態による
環境測定方法は、図４に示すように、被測定環境中での
赤外吸収スペクトルの測定（ステップＳ１０）と、測定
結果に基づく汚染物質の同定（ステップＳ２０）とから
なる。ステップＳ２０の汚染物質の同定は、測定された
赤外吸収スペクトルにおける吸収ピークの指定（ステッ
プＳ２１）と、指定した吸収ピークと参照データとの比
較・判別（ステップＳ２２）とからなる。本実施形態に
おける環境測定方法は、測定された特定の分子振動によ
る赤外吸収に着目し、その赤外吸収ピークが観察される
波数が物質毎によって異なることを利用し被測定環境中
の汚染物質の同定を行うことに特徴がある。

【００４９】まず、ステップＳ１０の被測定環境中での
赤外吸収スペクトルの測定について詳述する。

【００５０】予め、本実施形態による環境測定装置を測
定すべき環境に設置し、赤外結晶１０を被測定環境中に
曝露する。これにより、環境中の汚染物質は、赤外結晶
１０表面に付着する。

【００５１】次いで、赤外光源１４より発せられた赤外
線を、赤外結晶１０内部で多重反射するように入射す
る。赤外結晶１０内部に入射した赤外線は赤外結晶１０
内部で多重反射する。赤外結晶１０内部で多重反射する
間、赤外線は赤外結晶１０表面に付着している汚染物質
の情報を累積してプロービングする。

【００５２】上述のように赤外結晶１０内部で多重反射
した赤外線は、その後赤外結晶１０端面から外部へと出
射される。

【００５３】続いて、赤外結晶１０の外部に出射された
赤外線を検出光学系１６により検出した後に分光分析器
１８で分析し、赤外吸収スペクトルを得る。このとき測
定可能な赤外吸収スペクトルの波数帯域は、赤外結晶１
０の赤外線の透過帯域に依存する。例えば、赤外結晶１
０としてシリコンを用いた場合、得られる赤外分光スペ
クトルは約１７００ｃｍ^-1以上の波数域のものとなる。
このため、汚染物質の同定を行うために着目する分子振
動による赤外吸収が観察できるように、あらかじめ透過
帯域を考慮して赤外結晶１０の材質を選択しておく。

【００５４】次いで、演算・表示手段２０によって、分
光分析器１８で得られた赤外吸収スペクトルから汚染物
質の同定、定量を行う（ステップＳ２０）。

【００５５】ここで、本実施形態による環境測定方法に
おける汚染物質の同定手順について、測定対象物質がＤ
ＯＰであり、赤外結晶１０としてシリコンを用いた場合
を例に説明する。図３は、この場合に測定された赤外吸
収スペクトルを示している。

【００５６】図４に示すように、汚染物質の同定手順
は、測定された赤外吸収スペクトルのピーク指定（ステ
ップＳ２１）と、指定した吸収ピークと参照データとの
比較・判別（ステップＳ２２）とからなる。

【００５７】まず、ステップＳ２１のピーク指定では、
被測定環境について得られた赤外吸収スペクトルの着目
する吸収ピークを指定する。図３に示す赤外吸収スペク
トルの場合、測定波数域は２６００ｃｍ^-1から３２００
ｃｍ^-1であり、Ｃ−Ｈ伸縮振動に起因する赤外吸収に着
目する。図３に示された赤外吸収スペクトルには、２９
６０ｃｍ^-1付近にＣＨ₃非対称伸縮振動による吸収が、
２９３０ｃｍ^-1付近にＣＨ₂非対称伸縮振動による吸収
が、２８８０ｃｍ^-1付近にＣＨ₃非対称伸縮振動による
吸収が、更に２８６０ｃｍ^-1付近にＣＨ₃非対称伸縮振
動による吸収がそれぞれ観察される。この中の２９６０
ｃｍ^-1付近のＣＨ₃非対称伸縮振動による吸収ピークを
着目する吸収ピークとして指定する。

【００５８】なお、ここでは、ほぼ全ての有機物が有す
るＣ−Ｈ結合による吸収ピークを着目する吸収ピークと
して指定しているが、指定する吸収ピークはこれに限定
されるものではない。例えば、同定すべき汚染物質群が
ある特定の官能基を有することが分かっている場合、そ
の官能基に起因する吸収ピークを指定してもよい。例え
ば、同定すべき汚染物質群が全てＣ＝Ｏ結合を有するこ
とが分かっている場合、これによる１７５０ｃｍ^-1付近
の吸収ピークは大きくて鋭く、物質毎の波数シフトが大
きいので、着目する吸収ピークとして指定することがで
きる。

【００５９】次に、ステップＳ２２の参照データとの比
較・判別では、指定した測定データの吸収ピークの波数
とあらかじめ用意された参照データの波数を比較し、汚
染物質の判別を行う。

【００６０】ステップＳ２１で指定された測定データの
ＣＨ₃非対称伸縮振動による吸収ピークの波数は２９６
０ｃｍ^-1である。この波数の値を参照データと比較する
ことにより、汚染物質の同定を行う。

【００６１】一方、参照物質のＣＨ₃非対称伸縮振動に
よる吸収ピークの波数Ｆ_CH3は、参照データとしてあら
かじめ演算・表示手段２０に蓄えられている。以下の表
１は、ＣＨ₃非対称伸縮振動による吸収ピークの波数の
参照データの一例を示すものである。

【００６２】

【表１】上記の表１から、ＤＯＰ、プロピレングリコール、アセ
トン、メタノールのＣＨ₃非対称伸縮振動による吸収ピ
ークの波数は、それぞれ２９６０ｃｍ^-1、２９７２ｃｍ
^-1、３００２ｃｍ^-1、２９４６ｃｍ^-1であることが分か
る。

【００６３】測定データと参照データとのＣＨ₃非対称
伸縮振動による吸収ピークを比較し、参照データの中か
ら、最も測定データに近い吸収波数を示す物質を判別す
る。判別された最も測定データに近い吸収波数を示す物
質を被測定環境中の汚染物質であると判断する。この場
合、参照データにおけるＤＯＰのＣＨ₃非対称伸縮振動
の波数の値が測定データの値に最も近いため、図３に示
す赤外吸収スペクトルが得られた被測定環境中の汚染物
質はＤＯＰであると判断する。こうして、被測定環境中
の汚染物質の同定を終了する。

【００６４】なお、上記の参照データとの比較・判別で
は、参照データとして４種類の物質の吸収波数の値が測
定データの値と比較されている。しかし、参照する物質
の種類の数はこれに限られるものでなく、演算・表示手
段２０によって種々の物質の吸収波数を参照データとし
て測定データと比較することができる。

【００６５】また、汚染物質の同定するために着目した
吸収ピークの強度から、汚染物質の赤外結晶１０への付
着量を算出し、汚染物質の付着量から被測定環境中の汚
染物質の濃度を算出することもできる。被測定環境中の
汚染物質の濃度の算出については、例えば本願出願人等
による特願平１１−２３１４９５号明細書に詳述されて
いる。

【００６６】以上のようにして、環境の測定を終了す
る。

【００６７】このように本実施形態によれば、比較的高
い周波数の赤外線しか透過しないシリコンのような物質
を赤外結晶１０として用いても、特定の分子振動による
赤外吸収を分析することにより被測定環境中の汚染物質
を同定することができる。従って、有機物質の主な赤外
吸収帯域の広い波数帯域の赤外線を透過する赤外結晶を
用いることなく、被測定環境中の汚染物質を同定するこ
とができる。

【００６８】［変形実施形態］本発明の上記実施形態に
限らず種々の変形が可能である。

【００６９】例えば、上記実施形態では、一種類の分子
振動による赤外吸収を分析し、被測定環境中の汚染物質
の同定を行っているが、赤外吸収の分析は、一種類の分
子振動によるものだけに限定されるものではない。ある
透過帯域の赤外結晶１０を用いて測定することが可能な
幾つかの分子振動による赤外吸収のそれぞれについて、
上記実施形態と同様に分析することにより、被測定環境
中の汚染物質の種類を同定してもよい。或いは、異なる
透過帯域を有する赤外結晶１０を用いて幾つかの種類の
分子振動による赤外吸収を測定し、それぞれの赤外吸収
について上記実施形態と同様に分析することにより、被
測定環境中の汚染物質の種類を同定してもよい。分析す
る赤外吸収の種類を多くすることにより汚染物質の種類
の同定の精度を向上することが可能となる。

【００７０】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、赤外透過
基板内部を多重反射した後に赤外透過基板より出射され
る赤外線を分光分析することにより赤外吸収スペクトル
を求め、得られた赤外吸収スペクトルにおいて特定の分
子結合による赤外吸収ピークが観察される位置に基づい
て赤外透過基板に付着している汚染物質を同定し、赤外
透過基板に付着している汚染物質の種類に基づき被測定
環境中の汚染物質の種類を決定するので、赤外線の透過
波数帯域が比較的狭い赤外透過基板を用いても、多重内
部反射フーリエ赤外分光法によって環境中に存在する化
学物質を的確に同定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による環境測定装置の構造
を示す概略図である。

【図２】２４時間放置による化学汚染物質の空気中濃度
と赤外結晶への付着量との関係を示すグラフである。

【図３】本発明の一実施形態による環境測定装置によっ
て測定された赤外吸収スペクトルの一例を示すグラフで
ある。

【図４】本発明の一実施形態による環境測定方法の手順
を示すフローチャートである。

【図５】従来の環境測定装置によって測定された赤外吸
収スペクトルを示すグラフである。

【図６】従来の環境測定装置における参照スペクトルを
示すグラフであり、（ａ）はＤＯＰの赤外吸収スペクト
ル、（ｂ）はジメチルホルムアミドの赤外吸収スペクト
ルである。

【図７】有機物質の主な赤外吸収の波数帯域を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１０…赤外結晶１２…支持台１４…赤外光源１６…検出光学系１８…分光分析器２０…演算・表示手段Ｓ１０、Ｓ２０、Ｓ２１、Ｓ２２…ステップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定環境中に置かれた赤外透過基板に
赤外線を入射し、前記赤外透過基板の内部を多重反射した後に前記赤外透
過基板より出射される赤外線を検出し、検出した赤外線を分光分析することにより赤外吸収スペ
クトルを求め、前記赤外吸収スペクトルにおいて特定の分子結合による
赤外吸収ピークが観察される位置に基づいて、前記赤外
透過基板に付着している前記汚染物質を同定し、前記赤外透過基板に付着している前記汚染物質の種類に
基づき前記被測定環境中の汚染物質の種類を決定するこ
とを特徴とする環境測定方法。
【請求項２】請求項１記載の環境測定方法において、汚染物質として推定される複数の物質について、前記特
定の分子結合による赤外吸収ピークが観察される位置を
予め測定しておき、実測定により得られた前記赤外吸収ピークの位置と、前
記複数の物質による前記赤外吸収ピークの位置とを比較
することにより、前記被測定環境中に存在する前記汚染
物質の種類を同定することを特徴とする環境測定方法。
【請求項３】請求項１記載の環境測定方法において、汚染物質として推定される複数の物質について、前記特
定の分子結合による赤外吸収ピークが観察される位置を
予め理論計算により求めておき、実測定により得られた前記赤外吸収ピークの位置と、前
記複数の物質による前記赤外吸収ピークの位置とを比較
することにより、前記被測定環境中に存在する前記汚染
物質の種類を同定することを特徴とする環境測定方法。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
環境測定方法において、前記赤外吸収スペクトルに観察された前記特定の分子結
合による赤外吸収ピークの強度に基づき前記赤外透過基
板に付着した前記汚染物質の付着量を算出し、前記赤外
透過基板に付着した汚染物質の付着量に基づき前記被測
定環境中の前記汚染物質の濃度を算出することを特徴と
する環境測定方法。
【請求項５】被測定環境中の汚染物質を付着させる赤
外透過基板と、前記赤外透過基板内部に赤外線を入射する赤外線入射手
段と、前記赤外透過基板内部を多重反射した後に前記赤外透過
基板より出射される赤外線を分光分析することにより赤
外吸収スペクトルを求める赤外線分光手段と、前記赤外吸収スペクトルにおいて特定の分子結合による
赤外吸収ピークが観察される位置に基づいて前記赤外透
過基板に付着している前記汚染物質の種類を同定し、前
記赤外透過基板に付着している前記汚染物質の種類に基
づき前記被測定環境中の前記汚染物質の種類を決定する
汚染物質同定手段とを有することを特徴とする環境測定
装置。
【請求項６】請求項５記載の環境測定装置において、汚染物質として推定される複数の物質について、前記特
定の分子結合による赤外吸収ピークが観察される位置の
データを格納した記憶手段を更に有し、前記汚染物質同定手段は、前記赤外吸収スペクトルにお
いて前記赤外吸収ピークが観察される位置と、前記記憶
手段の前記複数の物質による前記赤外吸収ピークの位置
のデータとを比較することにより、前記被測定環境中に
存在する前記汚染物質の種類を同定することを特徴とす
る環境測定装置。
【請求項７】請求項５又は６記載の環境測定装置にお
いて、前記赤外透過基板は、有機物質の赤外吸収帯域のうちの
一部の帯域の赤外線を透過する物質であって、前記特定
の分子結合による吸収が観察される帯域の赤外線を透過
することを特徴とする環境測定装置。
【請求項８】請求項５乃至７のいずれか１項に記載の
環境測定装置において、前記赤外吸収スペクトルにおける前記特定の分子結合に
よる赤外吸収ピークの強度に基づき前記赤外透過基板に
付着した前記汚染物質の付着量を算出し、前記赤外透過
基板に付着した前記汚染物質の付着量に基づき前記被測
定環境中の前記汚染物質の濃度を算出する汚染物質定量
化手段を更に有することを特徴とする環境測定装置。