JP2003014642A - 化学物質検出方法及び装置 - Google Patents

化学物質検出方法及び装置

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JP2003014642A
JP2003014642A JP2001204257A JP2001204257A JP2003014642A JP 2003014642 A JP2003014642 A JP 2003014642A JP 2001204257 A JP2001204257 A JP 2001204257A JP 2001204257 A JP2001204257 A JP 2001204257A JP 2003014642 A JP2003014642 A JP 2003014642A
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Kazuyuki Maruo
和幸 丸尾
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の化学物質検出方法及び装置の検出感度
をさらに向上し、化学物質を高精度かつリアルタイムで
検出しうる化学物質検出方法及び装置を提供する。 【解決手段】 被測定対象気体を導入する基板封入容器
18と、基板封入容器18内の圧力が陽圧となるように
基板封入容器18内に被測定対象気体を導入するサンプ
リングポンプ20と、基板封入容器18内に載置され、
被測定対象気体中に含まれる化学物質を付着する赤外透
過基板10と、赤外透過基板10に赤外線を入射する入
射光学系30と、赤外透過基板10を透過した後に出射
された赤外線を分析することにより、被測定対象気体に
おける化学物質の種類を同定し及び/又は化学物質の濃
度を算出するFT−IR装置46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
化学物質を高速かつ高感度に検出しうる化学物質検出方
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、ゴミ焼却施設から排出され
るダイオキシン類などの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。
【0004】また、新築住宅、マンションの建材に含ま
れるVOC(Volatile Organic Compound ; 揮発性有機
物質)と称される化学物質が室内で気化して住人に健康
障害を与える事例が報告されており、シックハウス症候
群として大きな問題となっている。
【0005】環境中に存在する化学物質を測定する従来
の方法としては、例えば、TENAXなどの多孔質物質
に被測定対象気体を吸着させ、これを熱して吸着した化
学物質を放出し、質量分析計によって化学物質成分の同
定・定量化を行う方法(加熱脱離GC−MS:Gas Chro
matography-Mass Spectroscopy)が用いられている。
【0006】また、環境中に存在する化学物質を測定す
る他の方法として、被測定対象気体に赤外線を照射し、
その吸収スペクトルを分光分析する、いわゆるFT−I
R(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)があ
る。
【0007】しかしながら、加熱脱離GC−MSでは、
測定に長時間を要し、測定のリアルタイム性に欠けるた
め、環境をその場で測定することが困難であった。一
方、FT−IRでは、検出感度を上げるためには膨大な
赤外線の光路を確保しなければならず、実際には、環境
中の微量化学物質を高感度で検出することが困難であっ
た。
【0008】このように上記従来の方法では、環境中に
存在する化学物質を高感度かつリアルタイムに測定する
ことができなかった。
【0009】かかる観点から、本願発明者は、環境中に
存在する化学物質を高感度かつリアルタイムに検出しう
る化学物質検出方法及び装置をすでに提案している(例
えば、特願平2001−68863号公報を参照)。
【0010】図5は、本願発明者が提案している化学物
質検出装置の一例の構造を示す概略図である。図示する
ように、被測定対象気体中の化学物質を付着して測定に
供するための赤外透過基板100が支持台102に載置
されている。支持台102には、冷却装置104が設け
られており、赤外透過基板100を冷却できるようにな
っている。
【0011】赤外透過基板100は、被測定対象気体が
導入される吸気口106と被測定対象気体が排気される
排気口108とを有する基板封入容器110内に封入さ
れている。基板封入容器110の一の側面には、赤外線
に透過性のある材質からなる入射窓112が設けられて
いる。入射窓112が設けられた一の側面に対向する側
面には、入射窓112と同様に赤外線に透過性のある材
質からなる検出窓114が設けられている。
【0012】基板封入容器110には、加熱装置116
が設けられ、赤外透過基板100を含む基板封入容器1
10全体を加熱することができる。基板封入容器110
の排気口108には、基板封入容器110内で被測定対
象気体を流動させるサンプリングポンプ118が接続さ
れている。
【0013】基板封入容器110の一の側面に設けられ
た入射窓112の近傍には、入射光学系120が配置さ
れている。入射光学系120は、プローブ光となる赤外
線を出射する赤外光源122と、赤外光源122から出
射された赤外線を凹面鏡124に導く反射鏡126と、
反射鏡126より導かれた赤外線を集光して赤外透過基
板100端面から多重反射するようにその内部に導入す
る凹面鏡124とから構成されている。
【0014】基板封入容器110の他の側面に設けられ
た検出窓114の近傍には、赤外透過基板100内部で
多重反射した後に放出される透過性赤外線を検出して分
光分析するFT−IR(フーリエ変換赤外分光分析)装
置136が、検出光学系130を介して配置されてい
る。検出光学系130は、赤外透過基板100端面より
放出された赤外線を集光して反射鏡132に導く凹面鏡
134と、凹面鏡134により集光された赤外線を反射
してFT−IR装置136に導く反射鏡132とから構
成されている。
【0015】FT−IR装置136には、FT−IR装
置136による分析結果に基づき被測定対象気体中の化
学物質の種類の同定や濃度の算出を行う演算・表示装置
(図示せず)が接続されている。
【0016】本願発明者が提案している上述の化学物質
検出装置では、サンプリングポンプ118により基板封
入容器110内で被測定対象気体を流動させる。同時
に、冷却装置104により赤外透過基板100を冷却す
る。これにより、被測定対象気体中の化学物質の赤外透
過基板100表面への付着を促進する。
【0017】そして、赤外透過基板100表面に付着し
た化学物質を赤外多重内部反射FT−IR法によって検
出する。すなわち、入射光学系120により赤外線を基
板封入容器110内の赤外透過基板100の一端に基板
内部で多重反射するように入射する。赤外透過基板10
0内部に入射された赤外線は、基板表面で反射するとき
に滲み出る光の周波数成分が基板表面に付着した化学物
質の分子振動周波数と一致していると共鳴吸収される。
そして赤外透過基板100の他端から放出された赤外線
をFT−IR装置136により分光分析して、赤外透過
基板100に付着した化学物質の種類を同定し付着量を
算出する。この赤外透過基板100に付着した化学物質
の測定結果に基づき、被測定対象気体中の化学物質の種
類、濃度を推定する。こうして、被測定対象気体中の化
学物質を高感度でリアルタイムに検出することが可能と
なっている。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】図5に示す従来の化学
物質検出装置においては、上述のように、赤外透過基板
100への化学物質の付着を、赤外透過基板100付近
に被測定対象気体を流動し、赤外透過基板100を冷却
することによって促進していた。こうして赤外透過基板
100への化学物質の付着量を増大することにより、被
測定対象気体中の化学物質を検出する感度を向上してい
た。そして、実験結果によれば、図5に示す化学物質検
出装置により、およそ10ppb(parts per billio
n)のオーダーの検出感度を実現することができること
が確認されている。このレベルの感度であれば、検出対
象となる化学物質の種類等によっては充分実用に耐えう
るものであった。
【0019】しかし、厚生労働省や環境省は、ガイドラ
インとしてVOCの濃度について排出基準を設けてお
り、例えば、室内環境中のホルムアルデヒドの濃度につ
いては0.08ppm(parts per million)(80p
pb)以下という排出基準となっている。このような排
出基準の濃度程度で微量に環境中に存在する化学物質を
定量的に検出するためには、少なくとも0.01ppm
オーダー、望ましくは1ppbの検出感度が必要とな
る。すなわち、厚生労働省等が定める排出基準程度の微
量のVOCを高精度で検出するためには、図5に示す従
来の化学物質検出方法及び装置の検出感度をさらにおよ
そ1桁向上する必要がある。
【0020】本発明の目的は、従来の化学物質検出方法
及び装置の検出感度をさらに向上し、化学物質を高精度
かつリアルタイムで検出しうる化学物質検出方法及び装
置を提供することにある。
【0021】
【課題を解決するための手段】上記目的は、被測定対象
気体に曝露した基板に赤外線を入射し、前記基板から出
射される赤外線を分析することにより、前記被測定対象
気体中に含まれる化学物質を検出する化学物質検出方法
において、容器内に前記基板を収容し、前記被測定対象
気体を前記容器内に導入して前記容器内を陽圧にするこ
とにより、前記化学物質が前記基板に付着することを促
進することを特徴とする化学物質検出方法により達成さ
れる。
【0022】また、上記の化学物質検出方法において、
前記容器内に導入した前記被測定対象気体を前記容器内
から排気することにより、前記容器内の陽圧状態を調整
するようにしてもよい。
【0023】また、上記の化学物質検出方法において、
前記基板を冷却することにより、前記被測定対象気体中
の前記化学物質が前記基板に付着することをさらに促進
するようにしてもよい。
【0024】また、上記の化学物質検出方法において、
前記基板内部を多重反射した後に出射される赤外線を分
析することにより、前記被測定対象気体における前記化
学物質の種類を同定し及び/又は前記化学物質の濃度を
算出するようにしてもよい。
【0025】また、上記の化学物質検出方法において、
前記基板の一の面側から入射され、前記基板を透過して
前記基板の他の面側から出射される赤外線を分析するこ
とにより、前記被測定対象気体における前記化学物質の
種類を同定し及び/又は前記化学物質の濃度を算出する
ようにしてもよい。
【0026】上記の化学物質検出方法において、定期的
に前記基板に付着した前記化学物質を除去して前記基板
の表面状態を初期化するようにしてもよい。
【0027】また、上記目的は、被測定対象気体を導入
する容器と、前記容器内の圧力が陽圧となるように前記
容器内に前記被測定対象気体を導入する気体導入手段
と、前記容器内に載置され、前記被測定対象気体中に含
まれる化学物質を付着する基板と、前記基板に赤外線を
入射する赤外線入射手段と、前記基板を透過した後に出
射された赤外線を分析することにより、前記被測定対象
気体における前記化学物質の種類を同定し及び/又は前
記化学物質の濃度を算出する化学物質検出手段とを有す
ることを特徴とする化学物質検出装置により達成され
る。
【0028】また、上記の化学物質検出装置において、
前記容器内に導入された前記被測定対象気体の前記容器
内からの排気を制御する排気制御手段を更に有するよう
にしてもよい。
【0029】また、上記の化学物質検出装置において、
前記容器は、赤外線を透過する材質からなる第1及び第
2の窓を有し、前記赤外線入射手段は、前記第1の窓を
介して前記容器の外部から赤外線を入射し、前記化学物
質検出手段は、前記基板を透過した後に前記第2の窓を
介して前記容器の外部に出射された赤外線又は前記基板
の表面で反射され前記第2の窓を介して前記容器の外部
に出射された赤外線を分析するようにしてもよい。
【0030】また、上記の化学物質検出装置において、
前記化学物質検出手段は、前記基板内部を多重反射した
後に出射される赤外線を分析することにより、前記被測
定対象気体における前記化学物質の種類を同定し及び/
又は前記化学物質の濃度を算出するようにしてもよい。
【0031】また、上記の化学物質検出装置において、
前記化学物質検出手段は、前記基板の一の面側から入射
され、前記基板を透過して前記基板の他の面側から出射
される赤外線を分析することにより、前記被測定対象気
体における前記化学物質の種類を同定し及び/又は前記
化学物質の濃度を算出するようにしてもよい。
【0032】また、上記の化学物質検出装置において、
前記基板を冷却し、前記被測定対象気体中の前記化学物
質が前記基板へ付着することを促進する冷却装置を更に
有するようにしてもよい。
【0033】また、上記の化学物質検出装置において、
前記冷却装置は、前記基板に対して直接接触して前記基
板を冷却するものであり、前記赤外線入射手段は、前記
基板と前記冷却装置の接触部分が赤外線の光路上に位置
することがないように赤外線を入射するようにしてもよ
い。
【0034】また、上記の化学物質検出装置において、
前記基板表面に付着した前記化学物質を除去して前記基
板の表面状態を初期化する基板洗浄手段を更に有するよ
うにしてもよい。
【0035】また、上記の化学物質検出装置において、
前記基板洗浄手段は、前記基板を加熱することにより前
記基板に付着した前記化学物質を除去する加熱手段であ
るようにしてもよい。
【0036】また、上記の化学物質検出装置において、
前記基板洗浄手段は、前記基板表面に紫外線を照射する
ことにより前記基板に付着した前記化学物質を除去する
紫外線照射手段であるようにしてもよい。
【0037】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態による化学物
質検出方法及び装置について図1を用いて説明する。図
1は、本実施形態による化学物質検出装置の構造を示す
概略図である。
【0038】〔1〕化学物質検出装置 まず、本実施形態による化学物質検出装置について図1
を用いて説明する。
【0039】図1に示すように、本実施形態による化学
物質検出装置では、被測定対象気体中の化学物質を付着
して測定に供するための赤外透過基板10が支持台12
に載置されている。
【0040】赤外透過基板10は、被測定対象気体が導
入される導入口14と被測定対象気体が排気される排気
口16とを有する基板封入容器18内に封入されてい
る。
【0041】基板封入容器18の導入口14には、基板
封入容器18内で被測定対象気体を導入して基板封入容
器18内を陽圧にするサンプリングポンプ20が配管2
1を介して接続されている。
【0042】基板封入容器18の排気口16には、スト
ップバルブ22を有する配管24が接続されており、基
板封入容器18内からの排気を制御することができる。
【0043】基板封入容器18の一の側面には、赤外線
に透過性のある材質からなる入射窓26が設けられてい
る。入射窓26が設けられた一の側面に対向する側面に
は、入射窓26と同様に赤外線に透過性のある材質から
なる検出窓28が設けられている。
【0044】基板封入容器18の一の側面に設けられた
入射窓26の近傍には、入射光学系30が配置されてい
る。入射光学系30は、プローブ光となる赤外線を放出
する赤外光源32と、赤外光源32から放出された赤外
線を凹面鏡34に導く反射鏡36と、反射鏡36から導
かれた赤外線を集光して入射窓26を介して赤外透過基
板10端面からその内部で多重反射するように導入する
凹面鏡34とから構成されている。
【0045】基板封入容器18の他の側面に設けられた
検出窓28の近傍には、赤外透過基板10内部で多重反
射した後に放出される透過性赤外線をを分光分析するF
T−IR(フーリエ変換赤外分光分析)装置46が、検
出光学系40を介して配置されている。検出光学系40
は、赤外透過基板10から検出窓28を介して基板封入
容器18外に放出された赤外線を集光して反射鏡42に
導く凹面鏡44と、凹面鏡44から導かれた赤外線をF
T−IR装置46に導く反射鏡42とから構成されてい
る。
【0046】FT−IR装置46には、FT−IR装置
46による分析結果に基づき被測定対象気体中の化学物
質の種類の同定や濃度の算出を行う演算・表示装置(図
示せず)が接続されている。
【0047】本実施形態による化学物質検出装置は、被
測定対象気体を基板封入容器18内に導入して基板封入
容器18内を陽圧にするサンプリングポンプ20を有す
ることに主たる特徴がある。これより、被測定対象気体
中の化学物質の赤外透過基板10への付着率を向上する
ことができ、化学物質の検出感度を向上することが可能
となる。
【0048】以下に、本実施形態による化学物質検出装
置の各構成要素について個々に詳述する。
【0049】(a)赤外透過基板10 赤外透過基板10は、被測定対象気体中の化学物質を吸
着して測定に供するためのものである。従って、検出す
べき化学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。代表的な有機物質の基
本振動に対応する波数域は、500cm-1(波長20μ
m)〜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CH 3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透過基板
10として選択する。また、化学物質の検出に際して
は、赤外透過基板10を大気中に曝露することとなるの
で、その材料としては、潮解性がないものであることが
必要である。
【0050】従って、例えば、砒化ガリウム(GaA
s)は、透過波長域が約1.0〜18μm程度であり、
大気中において安定な物質であるので、赤外透過基板1
0を構成する一材料として選択することができる。ま
た、砒化ガリウムのほか、セレン化亜鉛(ZnSe:透
過波長域0.6〜13μm)、シリコン(Si:透過波
長域1.2μm〜6μm)、臭化カリウム(KBr:透
過波長域0.4〜22μm)、フッ化カルシウム(Ca
2:透過波長域0.2〜8μm)、ゲルマニウム(G
e:透過波長域2〜18μm)等を赤外透過基板10の
材料として選択することもできる。
【0051】赤外透過基板10の形状は、例えば、端面
の傾きを45度に研磨することが望ましい。こうするこ
とで、赤外透過基板10内部への赤外線の入射効率を高
めることができるとともに、赤外線を赤外透過基板10
内部で多重反射させることができる。また、赤外線が多
重内部反射する際に光が散乱されるのを防ぐために、赤
外透過基板10には、両面研磨された基板を用いる必要
がある。
【0052】(b)支持台12 支持台12には、赤外透過基板10が載置される。この
とき、赤外透過基板10の上側表面だけでなく、赤外透
過基板10の下側表面にも被測定対象気体中の化学物質
が付着するように、赤外透過基板10の下側表面と支持
台12と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の載置面上に複数の凸状構
造を設け、これらに赤外透過基板10を載置する。する
と、赤外透過基板10の下側表面が被測定対象気体に対
して曝露される状態にする。これにより、化学物質が付
着しうる赤外透過基板10の面積が大きくなり、信号対
雑音比(S/N比)の向上を図ることができる。
【0053】(c)基板封入容器18、サンプリングポ
ンプ20 基板封入容器18には、赤外透過基板10が収容されて
おり、サンプリングポンプ20によって導入口34から
被測定対象気体が導入される。このとき基板封入容器1
8内が陽圧になるように、基板封入容器18の構造は気
密性を保つことができる構造となっている。
【0054】基板封入容器18に排気口16に接続され
た配管24に設けられたストップバルブ22は、基板封
入容器18からの排気を制御するものである。被測定対
象気体をサンプリングポンプ20により基板封入容器1
8内に導入する際には、ストップバルブ22を閉じてお
き、基板封入容器18を密閉状態とする。これにより、
基板封入容器18内を陽圧にすることができる。
【0055】基板封入容器18側面に設けられた入射窓
26は、基板封入容器18内に収容された赤外透過基板
10端面に入射光学系30により赤外線を導入するため
のものである。
【0056】また、検出窓28は、基板封入容器18内
に収容された赤外透過基板10内部を多重反射した後に
端面から放出される赤外線を、検出光学系40を介して
FT−IR装置46によって検出するためのものであ
る。
【0057】このように、本実施形態による化学物質検
出装置では、基板封入容器18に入射窓26及び検出窓
28を設けることにより、入射光学系30、検出光学系
40、FT−IR装置46を基板封入容器18の外部に
設置している。これにより、基板封入容器18自体をコ
ンパクトなものとすることができ、基板封入容器18へ
の被測定対象気体の導入及び排気など測定に要する時間
の短縮化を図ることができる。
【0058】サンプリングポンプ20は、環境中から被
測定対象気体を吸入する吸気口48と、吸気した被測定
対象気体を陽圧にして排出する排気口50とを有してい
る。サンプリングポンプ22の排気口50は、基板封入
容器18の導入口14に配管21を介して接続されてい
る。サンプリングポンプ20は、吸気口48から吸入し
た被測定対象気体を基板封入容器18内に配管21を介
して導入し、基板封入容器18内を陽圧にする。以下
に、サンプリングポンプ20によって基板封入容器18
内を陽圧にすることにより得られる効果について詳述す
る。
【0059】一般に、固体表面に付着する気体の吸着量
は、気体分子の分圧が大きくなるほど多くなる。気体の
分圧と吸着量の関係を表すモデルは、その吸着条件によ
って複数のものがこれまで提案されている。その中で代
表的なモデルのひとつであるFreundlich の吸着式は、
気体の吸着量をwとし、その気体の分圧をpとすると、
次の式で表される。
【0060】w=kp1/n ここで、k及びnは、吸着媒である固体や吸着質である
気体の種類、吸着温度等に依存する定数である。
【0061】上記の式も明らかなように、サンプリング
ポンプ20によって基板封入容器18内を陽圧にして赤
外透過基板10付近の圧力を高くすると、被測定対象気
体中の化学物質の赤外透過基板10への吸着量を増大す
ることができる。これにより、化学物質検出装置の検出
感度を相対的に向上することが可能となる。
【0062】このように、本実施形態による化学物質検
出装置は、サンプリングポンプ20によって基板封入容
器18内を陽圧にし、赤外透過基板10に付着する被測
定対象気体中の化学物質の量を増大することにより、そ
の検出感度を増大することに主たる特徴がある。
【0063】(f)入射光学系30(赤外光源32、反
射鏡36、凹面鏡34) 赤外光源32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、かつ、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。
【0064】反射鏡36及び凹面鏡34は、赤外光源3
2から発せられた赤外線を赤外透過基板10内部で多重
反射するように、赤外透過基板10端面から導入するた
めのものである。
【0065】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
公報に詳述されている。
【0066】(d)検出光学系40(凹面鏡44、反射
鏡42)、FT−IR装置46 凹面鏡44及び反射鏡42は、赤外透過基板10内部で
多重反射した後に赤外透過基板10の端面より放出され
た赤外線をFT−IR装置46に導くものである。
【0067】FT−IR装置46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、反射鏡42により導かれた赤
外線を分光分析するするものである。或いは、FT−I
R装置46の代わりに、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。
【0068】(e)演算・表示装置 FT−IR装置46により得られたスペクトルの測定デ
ータは、演算・表示装置に送られ、被測定対象気体中に
存在する化学物質の同定や量の算出が行われる。
【0069】被測定対象気体中に存在する化学物質の種
類と検量線は別途データベースとして演算・表示装置の
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。
【0070】被測定対象気体中の化学物質を同定するた
めに、様々な物質の各種分子振動による赤外吸収の波数
がデータベースとして演算・表示装置に蓄えられてい
る。例えば、各化学物質について、CH3対称伸縮振動
や、CH3非対称伸縮振動、CH 2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。化学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。
【0071】〔2〕化学物質検出方法 次に、本実施形態による化学物質検出方法について図1
を用いて説明する。
【0072】まず、測定すべき環境中に本実施形態によ
る化学物質検出装置を設置する。
【0073】次いで、サンプリングポンプ20を稼働
し、被測定対象気体を導入口14から基板封入容器18
内に導入する。このとき、基板封入容器18の排気口1
6に接続する配管24のストップバルブ22を閉じる。
こうして密閉状態の基板封入容器18内へ被測定対象気
体を導入していくことによって、基板封入容器18内が
陽圧となる。なお、ストップバルブ22は、基板封入容
器18内が被測定対象気体に置換された後に閉めること
が望ましい。また、基板封入容器18内の圧力等に応じ
て、サンプリングポンプ20の運転を適宜制御すること
が望ましい。
【0074】被測定対象気体中の化学物質が赤外透過基
板10表面に付着するために必要な所定の時間経過後、
入射光学系30により赤外線を赤外透過基板10内部で
多重反射するように赤外透過基板10端面からその内部
に導入する。
【0075】赤外透過基板10内部に導入された赤外線
は、赤外透過基板10内部で多重反射しながら伝搬して
いく。
【0076】続いて、赤外透過基板10内部で多重反射
した後に端面より放出された赤外線を検出光学系40に
よりFT−IR装置46に導く。そして、導かれた赤外
線をFT−IR装置46によって分光分析することによ
り赤外透過スペクトルを得る。
【0077】続いて、上述のようにして得られた測定結
果に基づき、被測定対象気体中に存在する化学物質の解
析を行い、それらの種類を同定し及び/又は付着量を算
出する。なお、化学物質の種類の同定及びその付着量の
算出の方法については、例えば、特願2001−688
63号公報に詳述されている。
【0078】次いで、必要に応じて上記測定を繰り返し
行い、被測定対象気体中の化学物質の経時変化等を測定
する。
【0079】測定終了後、基板封入容器18の排気口1
6に接続する配管24のストップバルブ22を開放し、
基板封入容器18内の被測定対象気体を排出する。
【0080】このように、本実施形態によれば、密閉状
態の基板封入容器18内被測定対象気体を導入して基板
封入容器18を陽圧にすることにより、被測定対象気体
中の化学物質の赤外透過基板10への付着を促進するの
で、化学物質の検出感度を向上することができる。
【0081】[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。
【0082】例えば、図2に示すように、赤外透過基板
10を冷却して被測定対象気体中の化学物質の付着を促
進する冷却装置52を設けてもよい。冷却装置52とし
ては、例えばペルティエ素子によるものを用いることが
できる。サンプリングポンプ20による基板封入容器1
8内への被測定対象気体の導入と合わせて、冷却装置5
2により赤外透過基板10を冷却する。この冷却による
被測定対象気体中の化学物質の付着率向上の効果と上述
した基板封入容器18内を陽圧にすることによる付着率
向上の効果とが相乗的にはたらき、さらに化学物質の検
出感度を向上することができる。
【0083】なお、冷却装置52により赤外透過基板1
0を直接接着して冷却する場合、赤外透過基板10内部
を多重反射する赤外線の光路からはずれた表面に冷却装
置52を接着することが望ましい。このように赤外透過
基板10の赤外線光路となる領域を熱伝導により間接的
に冷却することにより、赤外吸収への接着面の影響を回
避することができる。
【0084】また、赤外透過基板10の冷却は、赤外透
過基板10を直接冷却するだけでなく、赤外透過基板1
0を支持する支持台12を冷却することにより行っても
よい。
【0085】また、図2に示すように、赤外透過基板1
0及び/又は基板封入容器18を加熱する加熱装置54
を設けてもよい。測定後或いは測定前に、加熱装置54
により赤外透過基板10及び/又は基板封入容器18を
加熱することにより、赤外透過基板10及び/又は基板
封入容器18に付着している化学物質を除去することが
できる。これにより、測定条件を初期化した状態で毎回
の測定を開始することができ、精度の高い測定結果を得
ることが可能となる。
【0086】また、赤外透過基板10表面に付着した化
学物質を除去するために、赤外透過基板10に赤外線を
照射する装置を設けてもよい。赤外透過基板10に紫外
線を照射することにより、紫外線を大気中に照射した際
に発生するオゾンの酸化力と紫外線自身のエネルギーと
によって、赤外透過基板10表面に付着した化学物質を
分解・除去することができる。
【0087】また、上記実施形態では、基板封入容器1
8に入射窓26、検出窓28を設け、入射光学系30、
検出光学系40、FT−IR装置46をそれぞれ基板封
入容器18の外に配置していたが、これらを基板封入容
器18内に配置して入射窓26、検出窓28を設けない
構成としてもよい。
【0088】また、上記実施形態では、被測定対象気体
中の化学物質を赤外透過基板10に付着させ、赤外透過
基板10に付着した化学物質を赤外多重内部反射法によ
り検出していたが、化学物質の検出方法はこれに限定さ
れるものではない。図3及び図4は、他の検出方法とし
た場合の化学物質検出装置の構成例を示す概略図であ
る。
【0089】例えば、図3に示すように、赤外透過基板
10表面に赤外線を照射し、赤外透過基板10を透過し
た赤外線を検出・分光分析する方法を用いてもよい。こ
の場合、図示するように、赤外線を赤外透過基板10表
面に照射する赤外光源56が、基板封入容器18に収容
された赤外透過基板10の一方の表面近傍に配置されて
いる。赤外透過基板10の赤外光源56が配置された表
面に対向する表面近傍には、赤外透過基板10を透過す
る赤外線を分光分析するする分光分析装置58が配置さ
れている。
【0090】また、図4に示すように、ATR(Attenu
ated Total Reflection)法によるものを用いることも
できる。この場合、図示するように、基板封入容器18
には、ほぼ平行に配置された一対の基板60a、60b
が収容されている。基板60a、60bの一方の端面近
傍には、プローブ光となる赤外線を基板60a、60b
間に入射する赤外光源62が配置されている。赤外光源
62からの赤外線は、対向する基板60a、60bの間
を多重反射するように入射される。基板60a、60b
の赤外光源62が配置された端面に対向する端面近傍に
は、対向する基板60a、60bの間を多重反射した後
に放出される赤外線を分光分析するFT−IR装置66
が接続されている。なお、図4に示す構成とした場合に
は、基板60a、60bが赤外線に対して透過性を有す
るものである必要はない。
【0091】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、被測定対
象気体に曝露した基板に赤外線を入射し、基板から出射
される赤外線を分析することにより、被測定対象気体中
に含まれる化学物質を検出する化学物質検出方法におい
て、容器内に基板を収容し、被測定対象気体を容器内に
導入して容器内を陽圧にすることにより、化学物質が基
板に付着することを促進するので、被測定対象気体中に
含まれる化学物質の検出感度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による化学物質検出装置の
構造を示す概略図である。
【図2】本発明の一実施形態による化学物質検出装置の
変形例の構造を示す概略図である。
【図3】本発明の一実施形態による化学物質検出装置の
変形例の構造を示す概略図である。
【図4】本発明の一実施形態による化学物質検出装置の
変形例の構造を示す概略図である。
【図5】従来の化学物質検出装置の構造を示す概略図で
ある。
【符号の説明】
10…赤外透過基板 12…支持台 14…導入口 16…排気口 18…基板封入容器 20…サンプリングポンプ 21…配管 22…ストップバルブ 24…配管 26…入射窓 28…検出窓 30…入射光学系 32…赤外光源 34…凹面鏡 36…反射鏡 40…検出光学系 42…反射鏡 44…凹面鏡 46…FT−IR装置 48…吸気口 50…排気口 52…冷却装置 54…加熱装置 56…赤外光源 58…分光分析装置 60a、60b…基板 62…赤外光源 66…FT−IR装置 100…赤外透過基板 102…支持台 104…冷却装置 106…吸気口 108…排気口 110…基板封入容器 112…入射窓 114…検出窓 116…加熱装置 118…サンプリングポンプ 120…入射光学系 122…赤外光源 124…凹面鏡 126…反射鏡 130…検出光学系 132…反射鏡 134…凹面鏡 136…FT−IR装置
フロントページの続き Fターム(参考) 2G052 AA01 AB12 AB22 CA02 CA12 DA05 DA13 EB11 EB13 FC01 FC09 GA11 HB07 2G059 AA01 BB10 DD12 DD18 EE01 EE02 EE10 EE12 GG00 HH01 HH03 HH06 JJ05 JJ14 KK01 MM01 MM12 PP04

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定対象気体に曝露した基板に赤外線
    を入射し、前記基板から出射される赤外線を分析するこ
    とにより、前記被測定対象気体中に含まれる化学物質を
    検出する化学物質検出方法において、 容器内に前記基板を収容し、前記被測定対象気体を前記
    容器内に導入して前記容器内を陽圧にすることにより、
    前記化学物質が前記基板に付着することを促進すること
    を特徴とする化学物質検出方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の化学物質検出方法におい
    て、 前記容器内に導入した前記被測定対象気体を前記容器内
    から排気することにより、前記容器内の陽圧状態を調整
    することを特徴とする化学物質検出方法。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の化学物質検出方法
    において、 前記基板を冷却することにより、前記被測定対象気体中
    の前記化学物質が前記基板に付着することをさらに促進
    することを特徴とする化学物質検出方法。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
    化学物質検出方法において、 前記基板内部を多重反射した後に出射される赤外線を分
    析することにより、前記被測定対象気体における前記化
    学物質の種類を同定し及び/又は前記化学物質の濃度を
    算出することを特徴とする化学物質検出方法。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
    化学物質検出方法において、 前記基板の一の面側から入射され、前記基板を透過して
    前記基板の他の面側から出射される赤外線を分析するこ
    とにより、前記被測定対象気体における前記化学物質の
    種類を同定し及び/又は前記化学物質の濃度を算出する
    ことを特徴とする化学物質検出方法。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の
    化学物質検出方法において、 定期的に前記基板に付着した前記化学物質を除去して前
    記基板の表面状態を初期化することを特徴とする化学物
    質検出方法。
  7. 【請求項7】 被測定対象気体を導入する容器と、 前記容器内の圧力が陽圧となるように前記容器内に前記
    被測定対象気体を導入する気体導入手段と、 前記容器内に載置され、前記被測定対象気体中に含まれ
    る化学物質を付着する基板と、 前記基板に赤外線を入射する赤外線入射手段と、 前記基板を透過した後に出射された赤外線を分析するこ
    とにより、前記被測定対象気体における前記化学物質の
    種類を同定し及び/又は前記化学物質の濃度を算出する
    化学物質検出手段とを有することを特徴とする化学物質
    検出装置。
  8. 【請求項8】 請求項7記載の化学物質検出装置におい
    て、 前記容器内に導入された前記被測定対象気体の前記容器
    内からの排気を制御する排気制御手段を更に有すること
    を特徴とする化学物質検出装置。
  9. 【請求項9】 請求項7又は8記載の化学物質検出装置
    において、 前記容器は、赤外線を透過する材質からなる第1及び第
    2の窓を有し、 前記赤外線入射手段は、前記第1の窓を介して前記容器
    の外部から赤外線を入射し、 前記化学物質検出手段は、前記基板を透過した後に前記
    第2の窓を介して前記容器の外部に出射された赤外線又
    は前記基板の表面で反射され前記第2の窓を介して前記
    容器の外部に出射された赤外線を分析することを特徴と
    する化学物質検出装置。
  10. 【請求項10】 請求項7乃至9のいずれか1項に記載
    の化学物質検出装置において、 前記化学物質検出手段は、前記基板内部を多重反射した
    後に出射される赤外線を分析することにより、前記被測
    定対象気体における前記化学物質の種類を同定し及び/
    又は前記化学物質の濃度を算出することを特徴とする化
    学物質検出装置。
  11. 【請求項11】 請求項7乃至9のいずれか1項に記載
    の化学物質検出装置において、 前記化学物質検出手段は、前記基板の一の面側から入射
    され、前記基板を透過して前記基板の他の面側から出射
    される赤外線を分析することにより、前記被測定対象気
    体における前記化学物質の種類を同定し及び/又は前記
    化学物質の濃度を算出することを特徴とする化学物質検
    出装置。
  12. 【請求項12】 請求項7乃至11のいずれか1項に記
    載の化学物質検出装置において、 前記基板を冷却し、前記被測定対象気体中の前記化学物
    質が前記基板へ付着することを促進する冷却装置を更に
    有することを特徴とする化学物質検出装置。
  13. 【請求項13】 請求項12記載の化学物質検出装置に
    おいて、 前記冷却装置は、前記基板に対して直接接触して前記基
    板を冷却するものであり、 前記赤外線入射手段は、前記基板と前記冷却装置の接触
    部分が赤外線の光路上に位置することがないように赤外
    線を入射することを特徴とする化学物質検出装置。
  14. 【請求項14】 請求項7乃至13のいずれか1項に記
    載の化学物質検出装置において、 前記基板表面に付着した前記化学物質を除去して前記基
    板の表面状態を初期化する基板洗浄手段を更に有するこ
    とを特徴とする化学物質検出装置。
  15. 【請求項15】 請求項15記載の化学物質検出装置に
    おいて、 前記基板洗浄手段は、前記基板を加熱することにより前
    記基板に付着した前記化学物質を除去する加熱手段であ
    ることを特徴とする化学物質検出装置。
  16. 【請求項16】 請求項15記載の化学物質検出装置に
    おいて、 前記基板洗浄手段は、前記基板表面に紫外線を照射する
    ことにより前記基板に付着した前記化学物質を除去する
    紫外線照射手段であることを特徴とする化学物質検出装
    置。
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