JP2003021595A - ガス分光分析用微小フローセルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス分光分析の感度、成分分離能、定量精度
の向上を実現し、同時に装置全体の低消費電力化、およ
び小型軽量化を実現するガス分光分析用フローセルおよ
びその製造方法の提供。 【解決手段】 分析対象ガスが流れるガス流路、濃縮用
セル、および測定用セルを具え、分析対象ガスが流れる
ガス流路は、ガス導入流路を含む第１ガス流路と、ガス
排出流路を含む第２ガス流路と、第１ガス流路および第
２ガス流路を連通する連結ガス流路とからなり、濃縮用
セルは、第１ガス流路と、第１ガス流路の一部に設けら
れた分析対象ガスを吸脱着する物質と、分析対象ガスを
吸脱着する物質を加熱する加熱源とを具え、および測定
用セルは、第２ガス流路と、第２ガス流路に分光分析用
紫外光を入射する光ファイバと、第２ガス流路から分光
分析用紫外光を出射する光ファイバとを具えるガス分光
分析用微小フローセル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は気体中に存在する微
量物質を検出するセンサーに用いられるガス分光分析用
微小フローセルおよびその製造方法、ならびに該ガス分
光分析用微小フローセルに用いられるガス濃縮回収用セ
ルに関する。さらに、該ガス分光分析用微小フローセル
を具えるガス分光分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大気汚染の原因となる有機ガスの分析に
おいては、一般に分析対象ガスの濃度が希薄であるた
め、分析操作の前段階で、この低濃度分析対象ガスの濃
縮回収処理が必要となる。従来の濃縮分析装置において
は、吸着捕集管に充填された吸着剤に分析対象ガスを吸
着させ、その後に加熱脱着処理により分析対象ガスを高
濃度な濃縮ガスとして回収し、分析装置に導入する装置
が最も一般的である。

【０００３】この従来の濃縮分析装置の使用手順とその
問題について、紫外分光器等の分析手段を組み合わせた
ガス分析装置（特開２０００−２４１３１３号公報）、
およびガスクロマトグラフとコールドトラップ法とを組
み合わせた手法を例として、以下に簡単に説明する。

【０００４】分析したい場所において、分析対象の有機
ガスを含んだ大気を捕集管に導入し、有機ガスを吸着剤
に捕集する。その後、この捕集管を加熱することにより
吸着剤に吸着されている有機ガスを濃縮ガスとして脱着
させる。次いで、紫外分光器などを分析手段とする場合
は、この濃縮ガスを紫外分光器等の分析装置へ導入す
る。ガスクロマトグラフを分析手段として用いる場合
は、液体窒素を循環させた冷却回収装置にこの濃縮ガス
を再回収した後、一気に再加熱してガスクロマトグラフ
分析装置へ導入する。

【０００５】これらの手順において、次のような問題が
生じる。すなわち、加熱脱着によりガスを回収する際、
従来用いられている捕集管の大きさは太さ数ｍｍ×長さ
数十ｃｍと大きいため吸着部全体が均一に加熱されにく
く、脱着回収時間に幅が生じるため濃縮効果が減少して
分析感度が低下する。管壁の肉厚も１ｍｍ以上と厚いた
め、外壁をヒーターで加熱する際、管内に充填された吸
着剤とヒーターとに温度差が生じ、温調精度が低下す
る。また、吸着剤の加熱温度を複数種の吸着ガスの各々
に固有な脱着温度に制御して分析対象ガスの成分分離を
行う際、捕集管の体積が大きい場合は温度制御の精度が
悪くなるため成分分離能が悪くなる。また加熱部分が大
きいと、吸着剤全体をガスの脱着に必要な温度に加熱す
るために、加熱温度を高く、そして加熱時間を長く設定
する必要がある。従って、消費電力も高くなるなどの問
題も生じる。

【０００６】また、捕集管の内径も数ｍｍ程度に大きい
ため、妨害成分を除去処理した石英ウールを吸着剤の前
後に入れて吸着剤を固定する必要がある。粉末吸着剤を
使用する際は石英ウールの繊維間に吸着剤が混入して吸
着剤とガスの接触断面積が変化してしまい測定精度が低
下する原因となるという問題がある。

【０００７】さらに、濃縮ガスを紫外分光器等の分析装
置へ導入する際、測定セルの体積が光路長１０ｃｍに比
べて数十ｃｍ^３程度に大きい場合、セル内に濃縮ガスが
拡散してしまい濃縮効果が減少して分析感度が低下する
という問題が生じる。また測定セルが大きいと、セル壁
面と中央部でガスの濃度が変化し、定量誤差の原因とな
るという問題がある。

【０００８】また、この濃縮ガスを冷却回収装置に回収
する際、上記のように高温なガスを冷却回収するため、
液体窒素などの冷媒を循環して冷却回収装置を冷却する
必要が生じる。このため１０Ｌ程度の冷媒溜めおよび冷
媒循環装置が必要となり装置規模が大きくなるという問
題がある。この冷却回収装置ではガスを凝固して回収す
るため再加熱して取り出す必要があり、ここに別途加熱
機構を設ける必要がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】大気汚染有機ガスの分
析には、低濃度の分析対象ガスを分析の前段階で濃縮回
収し、この濃縮ガス試料を加熱により回収して分析装置
に導入する方法が一般的である。しかし、上述のように
捕集管や分析セルの体積が大きい場合は、ガス分光分析
の感度、成分分離能、定量精度の低下が生じるという問
題があった。

【００１０】本発明は、上述の事情に鑑みて、ガス分光
分析の感度、成分分離能、定量精度の向上を実現し、同
時に装置全体の低消費電力化、および小型軽量化を実現
するための、濃縮用セルおよび測定用セルから成るガス
分光分析用微小フローセルおよびその製造方法を提供す
る。また、特に濃縮用セルとして、ガス冷却回収流路を
含むガス濃縮回収用セルも提供する。さらには、ガス分
光分析用微小フローセルを具えるガス分析装置も提供す
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明のガス分光分析用微小フローセルは、分析対象
ガスが流れるガス流路、濃縮用セル、および測定用セル
を具え、前述の分析対象ガスが流れるガス流路は、ガス
導入流路を含む第１ガス流路と、ガス排出流路を含む第
２ガス流路と、第１ガス流路および第２ガス流路を連通
する連結ガス流路とからなり、前述の濃縮用セルは、第
１ガス流路と、該第１ガス流路の一部に設けられた分析
対象ガスを吸脱着する物質と、該分析対象ガスを吸脱着
する物質を加熱する加熱源とを具えること、および前述
の測定用セルは、第２ガス流路と、該第２ガス流路に分
光分析用紫外光を入射する光ファイバと、該第２ガス流
路から分光分析用紫外光を出射する光ファイバとを具え
る。

【００１２】ここで、前述の濃縮用セルが、分析対象ガ
スを吸脱着する物質を固定するための固定部を具えるこ
とが好ましい。

【００１３】また、前述の第１ガス流路が、加熱源の加
熱により脱着した分析対象ガスを冷却回収するガス流路
を具えることが好ましい。

【００１４】本発明では、前述の第１ガス流路および第
２ガス流路が、それぞれ別個の基板上に形成され、これ
らの基板が積層され、かつ連結ガス流路が貫通孔となっ
ている構造をしていてもよく、もしくは第１ガス流路、
第２ガス流路、および連結ガス流路が同一基板上に形成
されている構造をしていてもよい。

【００１５】前述の分析対象ガスを冷却回収するガス流
路は、ヒーターおよび断熱材を設けず、空冷によってガ
スを冷却する流路であってもよく、この分析対象ガスを
冷却回収するガス流路に対応した基板表面部分に、空冷
用溝および／または冷却用メタル薄膜を有するを有する
ことが好ましい。さらに、分析対象ガスを冷却回収する
ガス流路中に、多数の微細突起構造を有してもよい。

【００１６】本発明のガス分光分析用微小フローセル中
の入射用光ファイバーの先端は半球状であり、出射用光
ファイバーの先端は平坦であることが好ましい。

【００１７】また、分析対象ガスを吸脱着する物質とし
て、異なるガス吸脱着特性をもつ複数の物質を用いるが
でき、分析対象ガスを吸脱着する物質は、多孔質ガラ
ス、多孔質ポリマー、および多孔質カーボンよりなる群
から少なくとも１種選択することができる。

【００１８】さらに、本発明のガス濃縮回収用セルは、
ガス導入流路およびガス排出流路を有する分析対象ガス
が流れるガス流路と、ガス流路の一部に設けられた分光
対象ガスを吸脱着する物質と、分析対象ガスを吸脱着す
る物質を加熱する加熱源と、ガス流路の一部に設けられ
た吸脱着する物質から脱着した分析対象ガスを冷却回収
するガス流路と、を具える。

【００１９】このようなガス濃縮回収用セルは、第１の
基板の裏面に薄膜パターンよりなる薄膜ヒーターを形成
する工程と、第１の基板の表面にガス吸着剤固定部とし
ての段差を有するガス吸着剤充填部流路用の溝およびガ
ス冷却回収流路用の溝を形成する工程と、第２の基板の
ガス吸着剤充填部用の溝に対応する位置にガス導入流路
用の穴、およびガス冷却回収流路用の溝に対応する位置
にガス排出流路用の穴を形成する工程と、第１の基板の
表面に前記第２の基板を接合してガス導入流路に連通し
たガス吸着剤充填部流路およびガス排出流路に連通した
ガス冷却回収流路を形成する工程と、ガス吸着剤充填部
流路内にガス吸着剤を導入する工程と、を具える。

【００２０】ここで、ヒーターを設ける工程は、メタル
マスク法、リフトオフ法、メッキ法、およびイオンミリ
ング法よりなる群から選択される方法によって施すこと
ができる。また、連続したパターンを形成する工程は、
ダイシングソーを用いた方法、ウェットエッチング法、
ドライエッチング法、およびサンドブラスト法よりなる
群から選択される方法によって施されるができる。

【００２１】さらに、上述したような本発明のガス分光
分析用微小フローセルの製造方法は３通りあり、第１の
製造方法は、第１の基板の表面にガス吸着剤固定部とし
ての段差を含む連続したパターンの溝を形成する工程
と、溝の一部にガスを吸脱着する物質を充填する工程
と、溝に所定間隔離して分光分析用紫外光を入射する光
ファイバおよび分光分析用紫外光を出射する光ファイバ
を、ガラスよりなる封止材料を用いて接続する工程と、
第１の基板の表面に平坦な第２の基板を接合により貼り
合わせて溝部分にガス流路を形成する工程と、第１の基
板の裏面で、ガスを吸脱着する物質の充填部分に対応し
た位置にヒーターを設ける工程と、を具える。

【００２２】第２のガス分光分析用微小フローセルの製
造方法は、第１の基板の表面にガス吸着剤固定部として
の段差を含む連続したパターンの溝を形成する工程と、
溝の一部にガスを吸脱着する物質を充填する工程と、第
２の基板の表面に所定の連続したパターンの溝および溝
部分に貫通孔を形成する工程と、第２の基板の溝に所定
間隔離して分光分析用紫外光を入射する光ファイバおよ
び分光分析用紫外光を出射する光ファイバをガラスより
なる封止材料を用いて接続する工程と、第２の基板の表
面に平坦な第３の基板を接合によって貼り合わせて第２
の基板の溝部分にガス流路を形成する工程と、第１の基
板の表面に第２の基板の裏面を接合によって貼り合わせ
て第１の基板の溝部分にガス流路を形成する工程と、第
１の基板の裏面で、ガスを吸脱着する物質の充填部分に
対応した位置にヒーターを設ける工程と、を具える。

【００２３】第３の本発明のガス分光分析用微小フロー
セルの製造方法は、第１の基板の表面にガス吸着剤固定
部としての段差を含む連続したパターンの溝を形成する
工程と、溝の一部にガスを吸脱着する物質を充填する工
程と、第１の基板の表面に第１の基板の溝に対応した位
置に貫通孔を有する平坦な第２の基板を接合によって貼
り合わせて、第１の基板の溝部分にガス流路を形成する
工程と、第１の基板の裏面で、ガスを吸脱着する物質の
充填部分に対応した位置にヒーターを設ける工程と、第
３の基板の表面に所定の連続したパターンの溝および溝
部分に貫通孔を形成する工程と、第３の基板の溝に所定
間隔離して分光分析用紫外光を入射する光ファイバおよ
び分光分析用紫外光を出射する光ファイバをガラスから
なる封止材料を用いて接続する工程と、第３の基板の表
面に、第３の基板の溝に対応した位置に貫通孔を有する
平坦な第４の基板を接合によって貼り合わせて第３の基
板の溝部分にガス流路を形成する工程と、第２の基板と
第３の基板との間に介在し、第２の基板の貫通孔および
第３の基板の貫通孔に対応した位置に貫通孔を有するテ
フロン（登録商標）シールパッキングよりなる第５の基
板を積層する工程と、を具える。

【００２４】ここで、上述したガス流路が、ガス吸着剤
固定用段差を挟んでガス吸着剤充填部流路およびガス冷
却回収流路を含むことが好ましい。

【００２５】また、上述した各製造方法は、第２の基板
の第１の基板と接合する面と反対面上、または第１の基
板の裏面で、ガス冷却回収流路に対応した位置に、空冷
用溝を形成する工程をさらに具えてもよい。

【００２６】さらに、上述した各製造方法では、第１の
基板の裏面で、ガス冷却回収流路に対応した位置に、冷
却用メタル薄膜を形成する工程をさらに具えることもで
きる。

【００２７】そして、上述した各製造方法において、ヒ
ーターを設ける工程は、メタルマスク法、リフトオフ
法、メッキ法、およびイオンミリング法よりなる群より
選択される方法によって施されることができ、そして連
続したパターンを形成する工程は、ダイシングソーを用
いた方法、ウェットエッチング法、ドライエッチング
法、およびサンドブラスト法よりなる群から選択される
方法によって施すことができる。

【００２８】さらに、本発明のガス分光分析装置は、分
析対象ガスが流れるガス流路、濃縮用セル、および測定
用セルを有する上述した本発明のガス分光分析用微小フ
ローセルと、ヒーター用電源と、紫外線光源と、紫外分
光器と、分析対象ガスの成分と濃度を測定する測定手段
とを具える。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明のガス分光分析用微小フロ
ーセルは、ガス流路と、濃縮用セルと、測定用セルとか
らなる。

【００３０】「ガス流路」は、濃縮用セルに含まれるガ
ス導入流路を有する第１ガス流路と、測定用セルに含ま
れるガス排出流路を有する第２ガス流路と、第１ガス流
路および第２ガス流路を連通する連結ガス流路とからな
る。この連結ガス流路は、濃縮用セルおよび測定用セル
の間を接続する微量試料のフロー分析が可能なガス流路
である。

【００３１】「濃縮用セル」は、第１ガス流路と、この
第１ガス流路の一部に分析対象ガスを吸脱着する物質
（ガス吸着剤）を充填させたガス吸着剤充填部と、この
ガス吸着剤充填部全体を加熱する機能と、を有する。好
ましくは、濃縮用セル中のガス吸着剤充填部の下流部分
に、ガス吸着剤を固定するための固定部を設ける。

【００３２】「測定用セル」は、第２ガス流路と、この
第２ガス流路の両端に接続された光ファイバとを有し、
この光ファイバを通してガス流路内の紫外吸収スペクト
ルによって分析対象ガスを分光測定する。

【００３３】各部分は以下のような条件を満たす程度に
小型化を図るものとする。

【００３４】「濃縮用セル」の流路は、試料の濃縮に十
分な量のガス吸着剤が充填可能で、ガス吸着剤とガスと
の接触面積が大きく、かつ加熱時に温度が不均一になら
ないように、数１００μｍ径×数ｃｍ長さ程度とする。
固定部としては、ガス吸着剤充填部の下流部分に段差構
造を設けることができる。このガス吸着剤固定部用段差
は、ガス吸着剤充填部流路と同じ幅で、１０〜数１０μ
ｍ深さ×１ｍｍ程度である。加熱機能（ヒーター）はガ
ス吸着剤充填部流路全体を加熱できるように、ガス吸着
剤充填部流路と同程度の大きさの金属薄膜等をガス吸着
剤充填部流路に対応した位置の外面に取り付け、全体を
片側より加熱するものとする。このヒーターの外側をテ
フロン（登録商標）などの断熱材で覆い、加熱してもよ
い。低消費電力化をはかるため、ヒーターはガス吸着剤
充填部全体を効率よく温度制御可能なように、例えば蛇
行状などにパターニングされている。

【００３５】セルが微小であるためガス吸着剤充填部の
熱容量が小さく、１０〜数１０秒程度の高速な加熱脱着
が可能となり、加熱脱着効率が上昇する。

【００３６】「測定用セル」の流路は光ファイバによる
紫外吸収スペクトルが測定可能な大きさでかつ試料ガス
濃縮効果を維持できるよう、数１００μｍ径×数ｃｍ長
さ程度の大きさとする。

【００３７】本発明のガス分光分析用微小フローセルの
大きさは３ｃｍ×１ｃｍであり、厚さは張り合わせる基
板の数に応じるものである。

【００３８】本発明のガス分光分析用微小フローセル中
のガス流路は全て、連続していれば同一基板上に形成さ
れていても、異なる基板上に形成されていてもよい。つ
まり第１ガス流路、第２ガス流路、および連結ガス流路
が同一基板上に連続して形成されていてもよく、もしく
は第１ガス流路と第２ガス流路がそれぞれ異なる基板上
に形成され、それらの基板が積層されて第１ガス流路と
第２ガス流路が連通するように、連結ガス流路が、対応
する基板部分の貫通孔として形成されてもよい。

【００３９】ここで、上述した濃縮用セルとして、ガス
吸着剤に吸着した分析対象ガスを加熱脱着した後に、ガ
スを冷却回収するためのガス冷却回収流路をさらに有す
る、ガス濃縮回収用セルを用いることがさらに好まし
い。ガス濃縮回収用セルは、ガス導入流路と、ガス吸着
剤と、ガス吸着剤充填部流路と、ガス吸着剤充填部流路
の下流に設けられた、ガス吸着剤固定部と、ガス冷却回
収流路と、ガス排出流路と、ガス吸着剤充填部を加熱す
る機能を有するヒーターとを具える。このガス濃縮回収
用セルは、本発明のガス分光分析用微小フローセルの濃
縮用セルとして測定用セルと組み合わせて用いられるこ
とはもちろんだが、同様に、他の分析装置に接続して用
いることも可能である。

【００４０】このガス濃縮回収用セルのガス吸着剤充填
部流路は、分析対象ガスの濃縮に十分な量のガス充填剤
が充填可能で、ガス吸着剤とガスとの接触面積が十分大
きく、かつ加熱時に温度が不均一にならないよう数
（０．１〜９）ｍｍ幅×数１０〜数１００μｍ深さ×数
ｍｍ長さ程度の大きさとする。この流路の下流部分のガ
ス吸着剤固定部としての段差構造は、ガス吸着剤充填部
流路と同じ幅で１０〜数１０μｍ深さ×１ｍｍ長さ程度
である。セルを微小にすることで、ガス流量が従来の１
／１０〜１／１００となるため、この程度の段差構造で
ガス吸着剤を十分固定することができる。

【００４１】また、ガス吸着剤固定用段差の下流のガス
冷却回収流路は、数１００μｍ幅×数１００μｍ深さ×
数ｍｍ長さの流路である。このガス冷却回収流路に対応
する位置の外面にはヒーターおよび断熱材を設けず、空
冷によってガスを冷却する。上述したように、セルが微
小であるため、熱容量が小さく、冷却効率が良くなり、
液体窒素などの冷媒が不要となる。また、空冷回収のた
め、再加熱過程は不要となる。さらに、ガス冷却回収流
路中に、微細突起構造を設けると、加熱されたガスがガ
ス冷却回収流路中に滞留する時間が長くなり、より効率
的に冷却することが可能となる。また、ガス冷却回収流
路に対応する基板の表面部分に、空冷用の溝を形成した
り、メタル薄膜を形成しても、冷却効果を増すことがで
きて好ましい。

【００４２】このガス濃縮回収用セルの全体の大きさは
３ｃｍ×１ｃｍであり、厚さは張り合わせる基板の数に
応じる。

【００４３】上述したガス分光分析用微小フローセル、
およびガス濃縮回収用セルの製造方法の条件としては、
各セルの基板材料として、微細加工が可能な材料でかつ
加熱時においても分解したり妨害成分を発生したりする
ことの無い材料を用る。また光ファイバまたは基板等の
接続には、熱しても分解したり妨害成分を発生しない接
着材料または接着方式を用いることが必要である。また
ガス流路の形状はガス吸着剤充填または光ファイバ接続
に十分な大きさに加工できることが必要である。このた
め本発明では、各セルの基板にはパイレックス（登録商
標）やシリコン等を用いる。また光ファイバ等の接続に
は、一般的に用いられている紫外線硬化樹脂等の接着剤
と比較して、高温でも分解せずかつ妨害成分を発生しな
い低融点ガラスもしくはシクロテン等による封止方法を
採用する。

【００４４】また流路の形成法としては、ダイシングソ
ーを用いた簡便な方式やドライエッチング、ウェットエ
ッチング、サンドブラスト法等が適用できる。ヒーター
の形成法としては、メタルマスク法、リフトオフ法、メ
ッキ法、およびイオンミリング法などがあげられる。

【００４５】上述したような本発明のガス分光分析用微
小フローセルは、紫外光源、紫外分光器、ヒーター用電
源、および測定器と接続することによって、ガス分光分
析装置となる。

【００４６】以下、図面を参照して本発明の実施形態例
を詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態例の
みに限定されるものではない。

【００４７】（実施形態例１）本発明の実施形態例１と
して、パイレックス（登録商標）基板を用い、ガス流路
が全て同一基板上に形成されたガス分光分析用微小フロ
ーセルおよびその製造方法を図１および図２を用いて説
明する。図１は、本発明のガス分光分析用微小フローセ
ルの一例を示す斜視図である。図２は、図１のａ−ａ線
における断面図を示す。

【００４８】両面を鏡面研磨した直径４インチ（４×
２．５４ｃｍ）、厚さ０．７ｍｍのパイレックス（登録
商標）基板を、プラズマＣＶＤ装置（アネルバ（株））
を用いて、窒素ガス１４０ｓｃｃｍ、アルゴンベースの
５％シランガス２５ｓｃｃｍ、圧力２０Ｐａ、ＲＦ（高
周波）電力４０Ｗの条件下で、パイレックス（登録商
標）基板の片面に窒化シリコン膜を２００ｎｍ堆積し
た。

【００４９】この窒化シリコン膜付きのパイレックス
（登録商標）基板にダイシングソー装置（ディスコ）に
より、０．４ｍｍ厚のブレードを用いて、図１に示すよ
うな連続したパターンに幅および深さが０．４ｍｍの溝
パターンＡ〜Ｅを、複数個形成した。図１中のＡ〜Ｅの
部分はチョッパーカットで溝を形成した。溝を形成後、
各溝パターンごとにチップとして切り離し、複数のパイ
レックス（登録商標）基板２１を作製した。ここで、Ａ
はガス吸着剤充填部流路、Ｂは紫外線光路兼ガス流路、
Ｃはガス導入流路、Ｄはガス排出流路、およびＥは第１
ガス流路と第２ガス流路とを連通する連結ガス流路に対
応している。

【００５０】図２に示すように、溝のＡの部分には細孔
径を約４ｎｍに調整した多孔質ガラス（バイコールな
ど）の粉末をガス吸着剤１として配置した。チョッパー
カットで溝を形成してあり、両端の溝が浅くなって、ガ
ス吸着剤固定部Ｆを形成している。そのため、流路にガ
スを通じても、多孔質ガラスの粉末が移動しにくい構造
になっている。

【００５１】次に、第二の両面研磨したパイレックス
（登録商標）基板２２を窒化シリコン膜付きパイレック
ス（登録商標）基板２１と同じ大きさに切断した。

【００５２】次にこの溝を形成した基板２１と、溝を形
成していない平坦な基板２２を陽極接合装置（ユニオン
光学製、ＳＩＧ-Ｓ）内でアライメントした。引き続
き、−１．５ｋＶの電圧を印可し、ヒータ温度４５０℃
にて、１０分間の条件で基板２１の窒化シリコン膜と基
板２２の陽極接合を行って張合わせた。このようにし
て、それぞれの溝Ａ〜Ｅをガス流路とした。

【００５３】端面を鏡面研磨したＵＶ透過型マルチモー
ド光ファイバー２（コア径３６５マイクロメートル、ク
ラッド径４００マイクロメートル、加オズオプティクス
社製）を二本用意し、研磨面が向かいあわせになるよう
にガス流路Ｂに挿入した。次に、低熔融ガラス（旭テク
ノグラス７５９０）の粉末を１％のニトロセルローズを
含む酢酸イソアミル溶液で溶いたスラリーを、ガス流路
Ｂの光ファイバーが突き出している部分に塗布した。塗
布後、１１０℃で乾燥し有機溶媒を気化した。その後、
３５０℃に昇温してニトロセルローズを追い出した後、
４５０℃で焼成し光ファイバ２をパイレックス（登録商
標）セルに封着した。その後緩やかに常温に戻し、余分
なファイバをカッターで除去し、四側面を鏡面に研磨し
た。

【００５４】次に、第三のパイレックス（登録商標）基
板２３をスパッタ装置(日本シード社製)に導入し、放電
電力５００Ｗ、アルゴン雰囲気中０．００５Ｔｏｒｒで
白金のスパッタ蒸着を行い、ヒーター３を形成した。そ
の際、メタルマスクを用いて所定の薄膜パターンを得
た。このパイレックス（登録商標）基板２３を、ダイシ
ングソー装置で所定の大きさに切断した後、光ファイバ
ーを封入したセルの下に密着させて配置した。ここで、
白金のヒーター部３は多孔質ガラスの直下に配置し電流
を通じることで効率的に多孔質ガラスの温度を制御する
ことができる。

【００５５】以上の方法により、ガス分光分析用微小フ
ローセルを製造した。

【００５６】以下に測定の手順を図３を参照しながら説
明する。図３は、本発明のガス分光分析用微小フローセ
ルを具えるガス分光分析装置の一例を示す略図である。

【００５７】図１に示すようなガス分光分析系微小フロ
ーセル７をヒーター用電源１１、紫外光源１２、紫外分
光器１３、測定器１４に接続する。ポンプ１５により上
述したようにして製造されたガス分光分析用微小フロー
セル７のガス導入流路Ｃから汚染物質を含んだ空気を導
入し、ガス吸着剤充填部流路Ａ内に充填されたガス吸着
剤に汚染物質を吸着固定する。一定時間、分析対象ガス
を通気した後、ヒーター３をヒーター用電源１１を用い
て、通電により加熱し、ガス吸着剤１に吸着された汚染
物質の各成分の加熱脱着温度に昇温し、各成分を順次脱
着させた。この脱着分離された汚染物質成分を連結ガス
流路Ｅを経由して、紫外線光路兼ガス流路Ｂに導入す
る。紫外光源１２および紫外線分光器１３に接続された
光ファイバ２により、吸収分光による汚染物質の検出を
行う。測定後のガスはガス排出流路Ｄから排気される。

【００５８】このようなガス分光分析用微小フローセル
を用いてガスを分析したところ、感度は３０分間の濃縮
時間で５ｐｐｍであり、精度は２０％以内であった。

【００５９】（実施形態例２）本発明の実施形態例２と
して、両面研磨したパイレックス（登録商標）基板と酸
化膜付きシリコン基板を用い、第１ガス流路と第２ガス
流路が異なる基板上で形成され、貫通孔である連結ガス
流路によって接続されているガス分光分析用微小フロー
セルの構成と製造方法を図４を用いて説明する。図４
は、本発明のガス分光分析用微小フローセルの一例を示
す斜視図である。

【００６０】実施形態例１と同様に、両面を鏡面研磨し
た直径４インチ（４×２．５４ｃｍ）、厚さ０．７ｍｍ
のパイレックス（登録商標）基板にダイシングソー装置
により、０．４ｍｍ厚のブレードを用いて、図４の２４
に示すような形状に幅および深さが０．４ｍｍの溝パタ
ーンＡおよびＣを、チョッパーカットで複数個形成し
た。このＡはガス吸着剤充填部流路、Ｃはガス導入流路
に対応している。この後、各溝パターンごとにチップと
して切り離し、複数のパイレックス（登録商標）基板を
作製した。溝のＡの部分には多孔質ガラスの粉末をガス
吸着剤１として配置した。

【００６１】次に、両面鏡面研磨した直径４インチ（４
×２．５４ｃｍ）、厚さ０．７ｍｍの酸化膜付きシリコ
ン基板に、ダイシングソー装置により、０．４ｍｍ厚の
ブレードを用いて、図４の２５に示すような形状に幅お
よび深さが０．４ｍｍの溝パターンＢおよびＤを、チョ
ッパーカットで複数個形成した。このＢは紫外線光路兼
ガス流路、およびＤはガス排出流路に対応している。さ
らに、電着ダイヤモンドドリルを用いて図４の各ＢのＥ
の部分に０．４ｍｍ径の穴を作製した。このＥは、連結
ガス流路に対応している。各溝パターンごとにチップと
してこの酸化膜付きシリコン基板をパイレックス（登録
商標）基板２４と同じ大きさに切断して、複数の酸化膜
付きシリコン基板２５を形成した。

【００６２】次にこの溝を形成した２枚の基板２４およ
び２５をそれぞれ図４のように陽極接合装置（ユニオン
光学製、ＳＩＧ-Ｓ）内で貫通孔Ｅで溝Ａと溝Ｂが連通
するようにアライメントし、実施形態例１の条件で陽極
接合を行い張合わせた。さらに、この上層に溝の形成し
ていない平坦なパイレックス（登録商標）基板２６を同
様の条件で陽極接合を行うことにより張り合わせた。

【００６３】次に、実施形態例１と同様の条件でＵＶ透
過型マルチモード光ファイバー２を酸化膜付きシリコン
基板の紫外線光路兼ガス流路Ｂに挿入し、セルに固定し
た。

【００６４】次に、実施形態例１と同様の条件で、パイ
レックス（登録商標）基板２７に白金のスパッタ蒸着を
行い、図４に記載のようなヒーター３を形成した。そし
て、ダイシングソー装置で所定の大きさに切断した。こ
れを上述の光ファイバー２を封入したセルの下（基板２
４の下面）に密着させて配置した。このヒーター３は、
ガス吸着剤充填部に対応した位置にある。

【００６５】以上の方法により、ガス分光分析用微小フ
ローセルを製造した。このガス分光分析用微小フローセ
ルを図３に示すようなガス分光分析装置に用いて、測定
は実施形態例１と同様に行った。得られた結果は、実施
形態例１と同様に、感度は３０分間の濃縮で５ｐｐｍで
あり、精度は２０％以内であった。

【００６６】（実施形態例３）本発明の実施形態例３と
して、両面研磨したパイレックス（登録商標）基板と酸
化膜付きシリコン基板を用い、ガス流路が全て同一基板
上に形成されたガス分光分析用微小フローセルの構成お
よび製造方法を図５を用いて示す。図５は、本発明のガ
ス分光分析用微小フローセルの一例を示す斜視図であ
る。

【００６７】実施形態例１と同様に、両面を鏡面研磨し
た直径４インチ（４×２．５４ｃｍ）、厚さ０．７ｍｍ
の酸化膜付きシリコン基板にダイシングソー装置によ
り、０．４ｍｍ厚のブレードを用いて、図５に示すよう
な形状に幅および深さが０．４ｍｍの溝パターンＡ〜Ｅ
を複数個形成した後、各パターンごとにチップとして切
り離して、複数の酸化膜付きシリコン基板２８を作製し
た。このＡは、ガス吸着剤充填部流路、Ｂは紫外線光路
兼ガス流路、Ｃはガス導入流路、Ｄはガス排出流路、お
よびＥは連結ガス流路に対応している。溝のＡの部分に
は多孔質ガラスの粉末をガス吸着剤１として配置した。

【００６８】次に、第二の両面研磨したパイレックス
（登録商標）基板２９を基板２８と同じ大きさに切断し
た。

【００６９】次にこの溝を形成した基板２８と溝を形成
していない平坦な基板２９を陽極接合装置（ユニオン光
学製、ＳＩＧ-Ｓ）内でアライメントし、実施形態例１
の条件で陽極接合を行い張合わせた。

【００７０】次に、実施形態例１と同様の方法で、２本
のＵＶ透過型マルチモード光ファイバー２ａ、２ｂを酸
化膜付きシリコン基板の溝Ｂに挿入し、セルに固定し
た。ここで、光源側の光ファイバ２ａは予め先端を半球
型に加工してあるもの（協和電線株式会社などで入手可
能）を用いた。これによりセル内で光束が広がるのを防
ぎ光源のパワーを効率よく用いることができた。分光器
側の光ファイバ２ｂは先端が平坦になっており、セル内
に広がった光を効率よく拾うことができた。

【００７１】次に、実施形態例１と同様の条件で、第三
のパイレックス（登録商標）基板３０に白金のスパッタ
蒸着を行ってヒーター３を形成した。そして、ダイシン
グソー装置で所定の大きさに切断した。これを上述の光
ファイバー２ａ、２ｂを封入したセルの下（基板２８の
下面）に密着させて配置した。ヒーター３は、ガス吸着
剤充填部Ａに対応した位置にある。

【００７２】以上の方法により、ガス分光分析用微小フ
ローセルを作製した。このガス分光分析用微小フローセ
ルを例えば図３に示すガス分光分析装置に用い、実施形
態例１と同様に測定を行った。得られた結果は、実施形
態例１と同様に、感度は３０分間の濃縮で５ｐｐｍであ
り、精度は２０％以内であった。

【００７３】（実施形態例４）本発明の実施形態例４と
して、濃縮用セルと測定用セルが異なる基板に構成され
組み合わせて使用するガス分光分析用微小フローセルの
構成と製造方法を図６を用いて説明する。図６は、本発
明のガス分光分析用微小フローセルの一例を示す斜視図
である。

【００７４】まず、ガスの濃縮用セルの構成と製造方法
を図６を用いて説明する。

【００７５】実施形態例１と同様に、両面を鏡面研磨し
た直径４インチ（４×２．５４ｃｍ）、厚さ０．７ｍｍ
で窒化シリコン膜付きのパイレックス（登録商標）基板
にダイシングソー装置により、０．４ｍｍ厚のブレード
を用いて、図６に示すような形状に幅および深さが０．
４ｍｍの溝Ａを、チョッパーカットで複数個形成した
後、各溝パターンごとにチップとして切り離し、複数の
パイレックス（登録商標）基板３１を作製した。Ａはガ
ス吸着剤充填部流路に対応している。溝Ａの部分にはガ
ス吸着剤１として多孔質ガラスの粉末を配置した。さら
に、電着ダイヤモンドドリルを用いて図６のＣの部分に
０．４ｍｍ径の穴を作製した。このＣはガス導入流路に
対応する。

【００７６】次に、両面研磨したパイレックス（登録商
標）基板３２を基板３１と同じ大きさに切断し、電着ダ
イヤモンドドリルを用いて図６のＥ１の部分に０．４ｍ
ｍ径の穴を作製した。Ｅ１は連結ガス流路の一部に対応
している。

【００７７】次にこの溝を形成した基板３１と溝を形成
していない基板３２を陽極接合装置（ユニオン光学製、
ＳＩＧ-Ｓ）内でそれぞれ図６のようにアライメント
し、実施形態例１の条件で陽極接合を行い張合わせた。
穴Ｅ１は溝Ａに通じるように位置する。

【００７８】次に、実施形態例１と同様の条件で、パイ
レックス（登録商標）基板３３に白金のスパッタ蒸着を
図６のように行い、ヒーター３を形成した。そして、基
板３３をダイシングソー装置で所定の大きさに切断し
た。この基板３３を上述の基板３１の下面に密着させて
配置し、ガスの濃縮用セルを製造した。ヒーター３はガ
ス吸着剤充填部Ａに対応して位置する。

【００７９】次に、測定用セルの構成と製造方法を図６
を用いて説明する。両面を鏡面研磨した直径４インチ
（４×２．５４ｃｍ）、厚さ０．７ｍｍで窒化シリコン
膜付きのパイレックス（登録商標）基板に、ダイシング
ソー装置により、０．４ｍｍ厚のブレードを用いて、図
６に示すような形状に幅および深さが０．４ｍｍの溝Ｂ
を複数個形成した。さらに、電着ダイヤモンドドリルを
用いて図６の各溝ＢのＥ３の部分に０．４ｍｍ径の穴を
作製した。ここで、Ｂは紫外線光路兼ガス流路、Ｅ３は
連結ガス流路の一部に対応する。この窒化シリコン膜付
きのパイレックス（登録商標）基板を各溝パターンごと
にチップとして、基板３１と同じ大きさに切断して複数
個の基板３４を作製した。次に、両面研磨したパイレッ
クス（登録商標）基板３５を基板３４と同じ大きさに切
断し、電着ダイヤモンドドリルを用いて図６のＤの部分
に０．４ｍｍ径の穴を作製した。このＤは、ガス排出流
路に対応する。

【００８０】次にこの溝を形成した基板３４と溝を形成
していない基板３５を陽極接合装置（ユニオン光学製、
ＳＩＧ-Ｓ）内でそれぞれ図６のようにアライメント
し、実施形態例１の条件で陽極接合を行い張合わせた。
穴Ｄは、溝Ｂに通じるように位置する。

【００８１】次に、実施形態例１と同様の方法でＵＶ透
過型マルチモード光ファイバー２を基板３４の溝Ｂに挿
入し、固定して測定用セルとした。

【００８２】次に、シート状のフッ素樹脂を基板３２と
同じ大きさに切断したテフロン（登録商標）シールパッ
キングを基板３６とし、図６のＥ２の部分に０．４ｍｍ
径の穴を作製した。これを上述のガスの濃縮用セルと測
定用セルとの間に図６のようにはさみ両側から押さえつ
けることで基板３６はガスケットとして作用する。この
とき、穴Ｅ１、Ｅ２、およびＥ３は一致しており、一つ
の貫通孔となっており、連結ガス流路に対応する。そし
て、溝Ａと溝Ｂはこの連結ガス流路によって連通してお
り、溝Ａは貫通孔Ｃで開口し、溝Ｂは貫通孔Ｄで開口し
ている。

【００８３】以上の方法により、ガス分光分析用微小フ
ローセルを製造した。このようにして得られたガス分光
分析用微小フローセルを、例えば図３に示すガス分光分
析装置に用いて、実施形態例１と同様にして測定を行っ
た。得られた結果は、実施形態例１と同様に、感度は３
０分間の濃縮で５ｐｐｍであり、精度は２０％以内であ
った。

【００８４】（実施形態例５）本発明の実施形態例５と
して、３種類の多孔質ガラスを充填したガス分光分析用
微小フローセルの構成と製造方法を図７を用いて説明す
る。図７は、本発明のガス分光分析用微小フローセルの
一例を示す斜視図である。

【００８５】実施形態例１と同様に、両面を鏡面研磨し
た直径４インチ（４×２．５４ｃｍ）、厚さ０．７ｍｍ
のパイレックス（登録商標）基板に窒化膜を形成した。
ダイシングソー装置により、０．４ｍｍ厚のブレードを
用いて、図７に示すような形状に幅および深さが０．４
ｍｍ幅の溝パターンＡ〜Ｅを、チョッパーカットで複数
個形成した。このＡ１、Ａ２、およびＡ３はガス吸吸着
剤充填部流路、Ｂは紫外線光路兼ガス流路、Ｃはガス導
入流路、Ｄはガス排出流路、およびＥは連結ガス流路に
それぞれ対応する。その後、各溝パターンごとにチップ
として切り離し、複数個の基板３７を作製した。溝のＡ
１〜Ａ３の部分にはそれぞれ細孔径を１ｎｍ、４ｎｍ、
１０ｎｍに調整した多孔質ガラスの粉末をガス吸着剤１
として配置した。この細孔径の異なる多孔質ガラスはそ
れぞれ異なるガス吸着性を持つ。

【００８６】次に、第ニの両面研磨したパイレックス
（登録商標）基板３８を基板３７と同じ大きさに切断し
た。

【００８７】次にこの溝を形成した基板３７と溝を形成
しない平坦な基板３８を陽極接合装置（ユニオン光学
製、ＳＩＧ-Ｓ）内でアライメントし、実施形態例１の
条件で陽極接合を行い張合わせた。

【００８８】次に、実施形態例１と同様の条件で、２本
のＵＶ透過型マルチモード光ファイバー２をパイレック
ス（登録商標）基板３７の溝Ｂに挿入し、セルに固定し
た。

【００８９】次に、実施形態例１と同様の条件で、第三
のパイレックス（登録商標）基板３９に白金のスパッタ
蒸着を行い、図７のようなヒーター部３を形成した。そ
して、ダイシングソー装置で所定の大きさに切断した。
これを上述の光ファイバーを封入したセルの下（基板３
７の下面）に密着させて配置した。この３本の白金のパ
ターンはそれぞれ溝Ａ１〜Ａ３の多孔質ガラスの直下に
配置し電流を通じることで効率的に独立に多孔質ガラス
の温度を制御することができ、多孔質ガラスのガス脱着
特性に合わせて変えることができる。

【００９０】以上の方法により、ガス分光分析用微小フ
ローセルを作製した。このようにして得られたガス分光
分析用微小フローセルを、例えば図３に示すガス分光分
析装置に用いることによって、実施形態例１と同様に測
定を行う。

【００９１】測定は実施例１と同様に行った。得られた
結果は、実施形態例１と同様に、感度は３０分間の濃縮
で５ｐｐｍであり、精度は２０％以内で、３種類のガス
を分離して検出することができた。

【００９２】（実施形態例６）本発明の実施形態例６と
して、両面研磨したパイレックス（登録商標）基板と酸
化膜付きシリコン基板を用い、ガス流路が全て同一基板
上に形成されたガス分光分析用微小フローセルの構成と
製造方法を図８を用いて説明する。図８は、本発明のガ
ス分光分析用微小フローセルの一例を示す斜視図であ
る。

【００９３】実施形態例１と同様に、両面を鏡面研磨し
た直径４インチ（４×２．５４ｃｍ）、厚さ０．７ｍｍ
の酸化膜付きシリコン基板の裏面に実施形態例１と同様
の条件で図８に示したパターンのように白金のスパッタ
蒸着を行い、ヒーター部３を複数個形成した。次いで、
ヒーター形成面と反対の面をダイシングソー装置によ
り、０．４ｍｍ厚のブレードを用いて、図８に示すよう
な形状に幅および深さが０．４ｍｍの溝パターンＡ〜Ｅ
を複数個形成した後、各溝パターンごとにチップとして
切り離して、複数の基板４０を作製した。このＡはガス
吸着剤充填部流路、Ｂは紫外線光路兼ガス流路、Ｃはガ
ス導入流路、Ｄはガス排出流路、およびＥは連結ガス流
路に対応している。溝のＡの部分には多孔質ガラスの粉
末をガス吸着剤１として配置した。

【００９４】次に、第二の両面研磨したパイレックス
（登録商標）基板４１を基板４０と同じ大きさに切断し
た。

【００９５】次にこの溝を形成した基板４０と溝を形成
していない平坦な基板４１を陽極接合装置（ユニオン光
学製、ＳＩＧ-Ｓ）内でアライメントし、実施形態例１
の条件で陽極接合を行い張合わせた。

【００９６】次に、実施形態例１と同様の方法で、２本
のＵＶ透過型マルチモード光ファイバー２を酸化膜付き
シリコン基板４０の溝Ｂに挿入し、セルに固定した。以
上の方法により、ガス分光分析用微小フローセルを製造
した。このようにして得られたガス分光分析用微小フロ
ーセルを、例えば図３のようなガス分光分析装置に用い
て、実施形態例１と同様にして測定を行った。得られた
結果は、実施形態例１と同様に、感度は３０分間の濃度
で５ｐｐｍであり、精度は２０％以内だったが、吸着剤
とヒーターの距離が近いため、速い応答が得られた。

【００９７】実施形態例１〜６は、ガスの濃縮用セルに
冷却回収用流路を設けていないガス分光分析用微小フロ
ーセルを用いた実施形態例について記載した。本発明で
は、上述したように、濃縮用セルとしてガス冷却回収流
路を有するガス濃縮回収用セルを用いるとより好まし
い。以下、ガス濃縮回収用セルを用いた実施形態例を説
明する。

【００９８】（実施形態例７）本発明の実施形態例７と
して、パイレックス（登録商標）基板を用いたガス濃縮
回収用セルの構成と製造方法を図９を用いて説明する。
図９は、本発明のガス濃縮回収用セルの製造方法の一例
を示す図である。

【００９９】図９（ａ）に示すような両面を鏡面研磨し
た直径４インチ（４×２．５４ｃｍ）、厚さ０．５ｍｍ
のパイレックス（登録商標）基板４２を、プラズマＣＶ
Ｄ装置（アネルバ（株））を用いて、窒素ガス１４０ｓ
ｃｃｍ、アルゴンベースの５％シランガス２５ｓｃｃ
ｍ、圧力２０Ｐａ、ＲＦ電力４０Ｗの条件で、図９
（ｂ）に示すように、パイレックス（登録商標）基板４
２の片面に窒化シリコン膜１０１を２００ｎｍ堆積し
た。なお、図９（ａ）〜図９（ｄ）は、基板４２全体で
はなく、ガス濃縮回収用セル１個分のみを記載した。

【０１００】この窒化シリコン膜１０１付きのパイレッ
クス（登録商標）基板４２をスパッタ装置(日本シード
社製)に導入し、図９（ｃ）に示すように、放電パワー
５００Ｗ、アルゴン雰囲気中０．００５Ｔｏｒｒで、窒
化シリコン膜１０１を堆積していない面にチタン、白金
の順にスパッタ蒸着を行った。その際、メタルマスクを
用いて所定のヒーター形状の白金／チタン薄膜パターン
３を、複数個得た。ここで、薄膜ヒーター３はガス吸着
剤充填部Ａの直下に配置し電流を通じることで効率的に
温度を制御することができる。

【０１０１】その後、基板４２の窒化シリコン膜１０１
側にダイシングソー装置（ディスコ）により、０．２ｍ
ｍ厚のブレードを用いて、図９（ｄ）に示すような細長
形状に深さおよび幅が０．２ｍｍと２．４ｍｍでその中
途に深さ０．０３ｍｍの段差構造Ｆをもつ長さ約１６ｍ
ｍの溝Ａよりなるガス吸着剤充填部流路と、幅約０．８
ｍｍ、深さ０．２ｍｍ、長さ約８ｍｍの溝Ｇよりなるガ
ス冷却回収流路を複数個形成した。ここで、図９のガス
吸着剤充填部流路Ａの幅２．４ｍｍは０．２ｍｍ幅の溝
を１２本刻むことで形成した。溝形成はチョッパーカッ
トモードで行いブレードの高さ方向を制御することで、
溝の途中にガス吸着剤固定用段差Ｆを実現した。同様に
図面のガス冷却回収流路Ｇの幅０．８ｍｍは、０．２ｍ
ｍ幅の溝４本から成る。溝を形成後、各ガス冷却回収流
路ごとにチップとして切り離して、図９（ｄ）に示す構
造物を複数個得た。

【０１０２】次に、図９（ｅ）に示すように、第ニの両
面研磨したパイレックス（登録商標）基板４３に、電着
ダイヤモンドドリルを用いて図のガス導入流路Ｃおよび
ガス排出流路Ｄの部分に０．５ｍｍ径の穴を作製した。
この基板４３をパイレックス（登録商標）基板４２と同
じ大きさに切断した。

【０１０３】次に図９（ｆ）に示すように、この溝を形
成した基板４２と溝を形成していない基板４３を、ガス
導入流路Ｃとガス吸着剤充填部流路Ａ、ガス排出流路Ｄ
とガス冷却回収流路Ｇが連通するように、陽極接合装置
（ユニオン光学製、ＳＩＧ-Ｓ）内でアライメントし
た。そして−１．２ｋＶの電圧を印加し、ヒーター温度
５００℃、１０分の条件で基板４２の窒化シリコン膜１
０１と基板４３の陽極接合を行い、張合わせた。その
後、図９（ｇ）に示すように、ガス導入流路Ｃの穴より
ガス吸着剤１を、ガス吸着剤充填部流路Ａに導入した。

【０１０４】以上の方法により、図９（ｈ）、（ｉ）、
（ｊ）に示すように、ガス吸着剤充填部流路Ａと、分析
対象ガスを吸脱着する物質であるガス吸着剤１と、加熱
源の薄膜ヒーター３と、分析対象ガスを冷却回収する流
路Ｇが基板４２と基板４３が一体化した基板に集積化さ
れているガス濃縮回収用セルを作製した。

【０１０５】図９（ｈ）は、本実施形態例によって製造
されたガス濃縮回収用セルの上面図、図９（ｉ）は断面
図、および図９（ｊ）は裏面図である。

【０１０６】次にセル作製法および構造に起因する効果
について述べる。ガス吸着剤充填部流路Ａ、ガス冷却回
収流路Ｇおよびガス吸着剤固定用段差Ｆの形成にはダイ
シングソー装置による切削法を用いた。ダイシングソー
装置による溝形成法は、直線の溝しか形成できず溝のパ
ターンに大きな制約を受けるものの、エッチング法に比
べて、簡便に短時間で深い溝を形成することができる。
また、ブレードの高さ方向の位置を制御することによ
り、一本の溝の中で溝の深さを変えることが可能であ
る。本実施形態例において、溝中にブレードの高さを制
御することでガス吸着剤固定用段差Ｆを形成し、ガス吸
着剤１の流失を防ぐことが可能である。また、直線流路
を多数平行に配置した幅広溝のガス吸着剤充填部流路Ａ
は通気の際の抵抗を小さく保ったまま、ガス吸着剤１の
充填量を大きくできる。さらに、平行配置の溝数を少な
くしたガス冷却回収流路Ｇはガス吸着剤充填部流路Ａに
比べて断面積が１／３で、ガス吸着剤充填部流路Ａで脱
着したガスがガス冷却回収流路Ｇで効率的に集中する。
また、ガス冷却回収流路Ｇの下面には薄膜ヒーター３が
形成されておらず、ガス吸着剤充填部流路Ａで脱着した
ガスがガス冷却回収流路Ｇ通過中に効率的に冷却され
る。

【０１０７】以下に測定の手順の例を説明する。図９の
ガス導入流路Ｃから汚染物質を含んだ空気を通じ、ガス
吸着剤充填部流路Ａ内に充填されたガス吸着剤１に汚染
物質を吸着固定する。一定時間、分析対照ガスを通気し
た後、通気を停止し、ヒーター３を通電により加熱し、
ガス吸着剤１に吸着された汚染物質の各成分の加熱脱着
温度に昇温し、各成分を順次脱着させる。この脱着分離
された汚染物質成分をガス冷却回収流路Ｇで空冷により
回収する。十分回収が終わった後に再度通気を開始し、
ガス排出流路Ｄより分光器の実施形態１〜６のいずれか
に記載したような測定用セルに導入する。

【０１０８】また、分析対象ガスが単一成分の場合にお
いて、従来技術と本発明の実施形態例７における装置お
よび分析対象ガスの温度特性を図１０を用いて説明す
る。従来技術は前述したように、分析したい場所におい
て、分析対象の有機ガスを含んだ大気を捕集管に導入
し、有機ガスをガス吸着剤に捕集する。その後、捕集管
を加熱することによりガス吸着剤に吸着されている有機
ガスを濃縮ガスとして脱着させ、液体窒素を循環させた
冷却回収装置にこの濃縮ガスを再回収する。引き続き一
気に再加熱してガスクロマトグラフ分析装置へ導入す
る。このように、従来技術における脱着過程はヒーター
の温度をガスの脱着温度よりもかなり高めに設定し、か
つ時間を１０分程度必要とした。一方、本発明の実施形
態例７ではヒーターの温度は脱着温度より少し高い程度
に設定すればよく、かつ１分程度の短時間で終了する。
また引き続き行う冷却回収過程は、従来技術では液体窒
素温度に冷却し、凝固したガスを脱着温度付近まで再加
熱して分光装置へ導入するが、本発明の実施形態例７で
は室温にて冷却回収を行うので、そのまま分光装置に導
入できる。

【０１０９】また図１１に、実施形態例７のガス濃縮回
収用セルを用いた場合（Ｘ）と、実施形態例１のガス分
光分析用微小フローセルを用いた場合（Ｙ）との分析ガ
スのフロー特性を比較する。実施形態例１のガス分光分
析用微小フローセル（Ｙ）を用いた場合、ガス吸着剤を
充填したガス流路に吸着濃縮された分析対象ガスは、加
熱脱着により順次測定用流路に導入される。このとき分
析対象ガスが光測定用流路内で拡散してピーク幅が広が
りやすい。実施形態例７から得られるガス濃縮回収用セ
ル（Ｘ）では、加熱脱着したガスを再度冷却回収するこ
とにより、分析対象ガスが測定用流路内で拡散するのを
防ぐため、ピーク幅を狭くする効果がある。これによ
り、同量の試料の測定を行った場合のピーク値が高くな
り、ガス冷却回収流路を設けた方が、検出感度を高める
効果があり、より好ましいことがわかる。

【０１１０】（実施形態例８）本発明の実施形態例８と
して、パイレックス（登録商標）基板を用い、ガス冷却
回収流路を設けた、ガス分光分析用微小フローセルの構
成と製造方法を図１２を用いて説明する。図１２は、本
発明のガス分光分析用微小フローセルの構造および製造
方法の一例を示す図である。

【０１１１】両面を鏡面研磨した直径４インチ（４×
２．５４ｃｍ）、厚さ０.５ｍｍのパイレックス（登録
商標）基板をプラズマＣＶＤ装置（アネルバ（株））を
用いて、窒素ガス１４０ｓｃｃｍ、アルゴンベースの５
％シランガス２５ｓｃｃｍ、圧力２０Ｐａ、ＲＦ電力４
０Ｗの条件で、パイレックス（登録商標）基板の片面に
窒化シリコン膜を２００ｎｍ堆積した。この窒化シリコ
ン膜付きのパイレックス（登録商標）基板を、スパッタ
装置(日本シード社製)に導入し、放電パワー５００Ｗ、
アルゴン雰囲気中０.００５Ｔｏｒｒで窒化シリコン膜
を堆積した面と反対の面にチタン、白金の順にスパッタ
蒸着を行った。その際、メタルマスクを用いて所定のヒ
ーター形状の白金／チタン薄膜パターンよりなる薄膜ヒ
ーター３を得た。ここで、ヒーター３はガス吸着剤充填
部Ａの直下に配置し電流を通じることで効率的に温度を
制御することができる。

【０１１２】その後、基板４４の窒化シリコン膜面側に
ダイシングソー装置（ディスコ）により、０.２ｍｍ厚
のブレードを用いて、図１２に示すように、溝Ｃからな
るガス導入流路と、細長形状に深さおよび幅が０.２ｍ
ｍと２.４ｍｍでその中途に深さ０.０３ｍｍのガス吸着
剤固定用段差Ｆをもつ長さ約１６ｍｍの溝Ａからなるガ
ス吸着剤充填部流路と、幅約０.８ｍｍ、深さ０.２ｍ
ｍ、長さ約８ｍｍの溝Ｇからなるガス冷却回収流路を、
複数個形成した。ここで、図１２のガス吸着剤充填部流
路Ａの幅２.４ｍｍは０.２ｍｍ幅の溝を１２本刻むこと
により形成した。溝形成はチョッパーカットモードで行
いブレードの高さ方向を制御することで、溝の途中にガ
ス吸着剤固定用段差Ｆを形成した。同様に図面のガス冷
却回収流路Ｇの幅０.８ｍｍは０.２ｍｍ幅の溝４本から
成る。またガス導入流路Ｃは、ガス吸着剤充填部流路Ａ
につながっている。溝を形成後、各ガス冷却回収流路ご
とにチップとして切り離し、複数の基板４４を作製し
た。

【０１１３】次に、両面を鏡面研磨した直径４インチ厚
さ０.７ｍｍで窒化シリコン膜付きのパイレックス（登
録商標）基板に、ダイシングソー装置により、０.４ｍ
ｍ厚のブレードを用いて、図１２に示すような形状に幅
および深さが０.４ｍｍの溝ＢおよびＤを複数個形成し
た。さらに、電着ダイヤモンドドリルを用いて図１２の
各溝ＢのＥの部分に０.４ｍｍ径の穴を作製した。Ｂは
紫外線光路兼ガス流路、Ｄはガス排出流路、Ｅは連結ガ
ス流路に対応する。

【０１１４】この基板を各溝パターンごとにチップとし
て、上述の基板４４と同じ大きさに切断して、複数の基
板４５を作製した。次にこの溝を形成した２枚の基板４
４および４５をそれぞれ図１２のように陽極接合装置
（ユニオン光学製、ＳＩＧ-Ｓ）内でアライメントし、
−１.２ｋＶの電圧を印加し、ヒーター温度５００℃、
１０分の条件で陽極接合を行い張合わせた。さらに、こ
の基板４５の上に溝の形成されていない平坦なパイレッ
クス（登録商標）基板４６を同様の条件で陽極接合を行
うことにより張り合わせた。その後、ガス流路Ｃよりガ
ス吸着剤１を導入して、ガス吸着剤１をガス吸着剤充填
部流路Ａに充填した。

【０１１５】次に、端面を鏡面研磨したＵＶ透過型マル
チモード光ファイバー２（コア径３６５マイクロメート
ル、クラッド径４００マイクロメートル、加オズオプテ
ィクス社製）を二本用意し、研磨面が向かいあわせにな
るようにガス流路Ｂに挿入した。次に、低熔融ガラス
（旭テクノグラス７５９０）の粉末を１%のニトロセル
ローズを含む酢酸イソアミル溶液で溶いたスラリーを、
ガス流路Ｂの光ファイバーが突き出している部分に塗布
した。塗布後、１１０℃で乾燥し有機溶媒を気化した。
その後３５０℃に昇温してニトロセルローズを追い出し
た後、４５０℃で焼成し光ファイバをパイレックス（登
録商標）セルに封着した。その後緩やかに常温に戻し、
余分なファイバーをカッターで除去し、四側面を鏡面に
研磨した。

【０１１６】以上の方法により、ガス分光分析用微小フ
ローセルを作製した。

【０１１７】得られたガス分光分析用微小フローセル
を、例えば図３に示すガス分光分析装置に用いて、以下
の手順で測定を行った。図１２のガス導入流路Ｃから汚
染物質を含んだ空気を通じ、ガス吸着剤充填部流路Ａ内
に充填されたガス吸着剤１に汚染物質を吸着固定した。
一定時間通気後、通気を停止し、ヒーター３を通電によ
り加熱し、ガス吸着剤１に吸着された汚染物質の各成分
の加熱脱着温度に昇温し、各成分を順次脱着させた。こ
の脱着分離された汚染物質成分をガス冷却回収流路Ｇで
空冷により回収した。十分回収が終わった後に再度通気
を開始し、紫外線光源１２および紫外分光器１３に接続
された光ファイバ２により、吸収分光による汚染物質の
検出を行った。測定後のガスはガス排出流路Ｄから排気
された。得られた測定結果は、実施形態例１と同じ条件
の場合、実施形態例１よりもピークが一桁高くなり、ピ
ーク幅も狭くなった。よって感度は３０分間の濃縮で
０．５ｐｐｍであり、精度は２０％以内であった。

【０１１８】（実施形態例９）本発明の実施形態例９と
して、パイレックス（登録商標）基板を用いたガス濃縮
回収用セルの構成と製造方法を図１３を用いて説明す
る。図１３は、本発明のガス濃縮回収用セルの製造方法
を説明する図である。

【０１１９】実施形態例７と同様にして、図１３（ａ）
に示すような直径４インチ（４×２．５４ｃｍ）、厚さ
０．５ｍｍのパイレックス（登録商標）基板４７の片面
に、図１３（ｂ）に示すように、窒化シリコン膜１０１
を２００ｎｍ堆積した。なお、図１３（ａ）〜図１３
（ｇ）は、基板４７全体ではなく、ガス濃縮回収用セル
１個分のみを記載した。

【０１２０】その後、図１３（ｃ）に示すように、窒化
シリコン膜を堆積していない面にスピンコータにてレジ
ストＴＳＭＲ−Ｖ３(東京応化)１０２を１μｍの厚さで
塗布した。次に、図１３（ｄ）に示すように、アライナ
ーＰＬＡ-５０１ＦＡ (キャノン)でヒーター電極パター
ンを露光した。現像液ＮＭＤ−Ｗ(東京応化)で４０秒間
現像し、流水で６０秒間リンスしてレジスト１０２のパ
ターニングを行った。次に図１３（ｅ）に示すように、
この基板を実施実施例７と同様にしてレジスト面にチタ
ン、白金の順にスパッタ蒸着を行って白金／チタン薄膜
１０３を、形成した。次に図１３（ｆ）に示すように、
超音波洗浄機を用いてメチルエチルケトン中でこの基板
４７をリフトオフして、白金／チタンパターンよりある
薄膜ヒーター３を複数個得た。

【０１２１】その後、図１３（ｇ）に示すように、実施
形態例７と同様に窒化シリコン膜１０１側にダイシング
ソー装置で溝Ａよりなるガス吸着剤充填部流路、溝Ｇよ
りなるガス冷却回収流路、およびガス吸着剤固定用段差
Ｆを複数個形成した。溝を形成後、各チップを切り離
し、図１３（ｇ）に示す構造体を複数個得た。

【０１２２】さらに、図１３（ｈ）および図１３（ｉ）
に示すように、穴よりなるガス導入流路Ｃおよびガス排
出流路Ｄを形成したパイレックス（登録商標）基板４８
を陽極接合で張り合わせた。次に、図１３（ｊ）に示す
ように、パイレックス（登録商標）基板４８の外面にガ
ス冷却回収流路Ｇに沿って厚さ４０μｍのブレードで深
さ２００μｍの空冷用溝４を８０μｍ間隔で１０本形成
した。その後、図１３（ｋ）に示すように、ガス導入流
路Ｃからガス充填剤１を導入し、ガス吸着剤充填部流路
Ａにガス充填剤１を充填した。

【０１２３】以上の方法により、ガス濃縮回収用セルを
作製した。

【０１２４】この濃縮回収用セルを実施形態例８と同様
にして、測定用セルと組み合わせてガス分光分析用微小
フローセルとすることもできる。このとき、ガス導入流
路Ｃは、基板４８に形成するのではなく、基板４７にガ
ス吸着剤充填部流路Ａと連続して形成する。

【０１２５】本実施形態例９では薄膜ヒーター３の形成
にリフトオフ法を用いたが、メタルマスク法に比べて、
エッジ部分のぼけが小さく、正確な位置に薄膜ヒーター
３を形成することができる。また、ガス冷却回収流路Ｇ
の上面には多数の細い溝よりなる空冷用溝４を刻んでお
り表面積が大きくなるため、外気と熱交換が効率的にな
る。この結果、冷却効果が大きくなり、高感度検出に有
効である。

【０１２６】（実施形態例１０）本発明の実施形態例１
０として、パイレックス（登録商標）基板を用いたガス
濃縮回収用セルの構成と製造方法を図１４を用いて示
す。図１４は、本発明のガス濃縮回路用セルの製造方法
の一例を示す図である。

【０１２７】図１４（ａ）に示すような直径４インチ
（４×２．５４ｃｍ）、厚さ０.５ｍｍのパイレックス
（登録商標）基板４９の片面に図１４（ｂ）に示すよう
に、クロムを２００ｎｍスパッタ蒸着してクロム膜１０
４を形成した。なお、図１４（ａ）〜図１４（ｍ）は、
基板４９全体ではなく、ガス濃縮回収用セル１個分のみ
を記載した。

【０１２８】次に、図１４（ｃ）に示すように、クロム
膜１０４の面にネガ型の感光性全芳香族ポリイミド前駆
体溶液(フォトニース、東レ)１０５をスピンコートし
た。プリベーク後、図１４（ｄ）に示すように、アライ
ナーＰＬＡ-５０１ＦＡ(キャノン)で流路パターンを露
光した。現像液ＤＶ−１４０中で超音波現像を行い、イ
ソプロパノール中で超音波リンスを行い流路パターンを
得た。１８０℃でベークした後、図１４（ｅ）に示すよ
うに、流路パターンの形成された面と反対面にフォトニ
ース１０６をスピンコートした。その後所定のベーキン
グ行程を完了させた。次に、図１４（ｆ）に示すよう
に、クロムエッチング液(関東化学)でクロムのエッチン
グを行った。引き続いて、図１４（ｇ）に示すように、
緩衝フッ酸液でフォトニース/クロムをマスクにしてパ
イレックス（登録商標）基板４９を２０μｍエッチング
し、溝Ａよりなるガス吸着剤充填部流路、溝Ｇよりなる
ガス冷却回収流路、およびガス吸着剤固定用段差Ｆを、
複数個形成した。次に図１４（ｈ）に示すように、両面
のフォトニースを酸素ＲＩＥでのエッチングで剥離し、
図１４（ｉ）に示すように、クロムもクロムエッチング
液で剥離した。

【０１２９】次に図１４（ｊ）〜（ｍ）に示すように、
パイレックス（登録商標）基板４９の裏面には実施形態
例９と同様な方法で白金／チタン薄膜パターンよりなる
薄膜ヒーター３を複数個形成した。この後、各チップを
切り離して、複数個の図１４（ｍ）に示す構造物を得
た。

【０１３０】第二のパイレックス（登録商標）基板５０
を実施形態例７と同様に片面に窒化シリコン膜１０１を
２００ｎｍ堆積した。電着ダイヤモンドドリルを用いて
ガス通気用に０.５ｍｍ径の穴よりなるガス導入流路Ｃ
およびガス排出流路Ｄを２カ所開けた。基板５０を基板
４９と同じ大きさに切断した。

【０１３１】次に、図１４（ｏ）に示すように、基板４
９の上に基板５０をアライメントし、実施形態例１と同
じ条件で陽極接合を行った。さらに図１４（ｐ）に示す
ように、基板５０のガス冷却回収流路Ｇに対応する位置
にダイシングソー装置にて多数の空冷用溝４を形成し
た。

【０１３２】その後、図１４（ｑ）に示すように、ガス
導入流路Ｃからガス吸着剤１を導入した。

【０１３３】以上の方法により、ガス濃縮回収用セルを
作製した。この濃縮回収用セルを実施形態例８と同様に
して、測定用セルと組み合わせてガス分光分析用微小フ
ローセルとすることもできる。このとき、ガス導入流路
Ｃは、基板５０に形成するのではなく、基板４９にガス
吸着剤充填部流路と連続して形成する。

【０１３４】本実施形態例では、ガス吸着剤充填部流路
Ａ、ガス冷却回収流路Ｇの溝形成は緩衝フッ酸液による
ウエットエッチングにより２０μｍ行った。ウエットエ
ッチングは等方的であるために３０μｍ程度のサイドエ
ッチが起きる。フォトニース/クロムマスクのパターン
を一部配置しておくことにより、この部分でのサイドエ
ッチを利用してガス吸着剤固定用段差Ｆを形成すること
ができる。緩衝フッ酸液によるウエットエッチングでは
溝の深さを大きくすることが難しく、２０μｍ程度が現
実的である。このため、ガス吸着剤充填部流路Ａ、ガス
冷却回収流路Ｇの幅を広くすることで、通気の際の圧力
を低下させた。また、ガス流路が浅く、ガス吸着剤１が
幅広のガス吸着剤充填部流路Ａ中に薄く配置されるため
に、薄膜ヒーター３との熱交換の効率が飛躍的に向上す
る。また同様な理由により、空冷溝部分４での熱交換の
効率も向上する。このため、濃縮効果が大きくなり、高
感度検出に有効である。

【０１３５】（実施形態例１１）本発明の実施形態例１
１として、パイレックス（登録商標）基板を用いたガス
濃縮回収用セルの構成と製造方法を図１５を用いて示
す。図１５は、本発明のガス濃縮回収用セルの製造方法
の一例を示す図である。

【０１３６】図１５（ａ）に示すような直径４インチ
（４×２．５４ｃｍ）、厚さ０.５ｍｍのパイレックス
（登録商標）基板５１の片面に、図１５（ｂ）に示すよ
うに、スピンコータにてレジストＴＳＭＲ−Ｖ３（東京
応化）１０７を１μｍの厚さで塗布した。なお、図１５
（ａ）〜図１５（ｋ）は、基板５１全体ではなく、ガス
濃縮回収用セル１個分のみを記載した。

【０１３７】次に、図１５（ｃ）に示すように、アライ
ナーＰＬＡ-５０１ＦＡ（キャノン）で流路パターンを
露光した。現像液ＮＭＤ−Ｗ（東京応化）で４０秒間現
像し、流水で６０秒間リンスしてレジストのパターニン
グを行った。次に図１５（ｄ）に示すように、この基板
５１にクロムのスパッタ蒸着を行ってクロム膜１０８を
形成した。次に図１５（ｅ）に示すように、超音波洗浄
機を用いてメチルエチルケトン中でこの基板５１をリフ
トオフして、クロムの流路パターンを得た。次に、図１
５（ｆ）に示すように、この基板５１を高密度プラズマ
エッチング装置を用いてＣ_４Ｆ_８ガスでパイレックス
（登録商標）基板５１のエッチングを行い、深さ５０μ
ｍの溝Ａよりなるガス吸着剤充填部流路、溝Ｇよりなる
ガス冷却回収流路を、複数個得た。その後、図１５
（ｇ）に示すように、クロムエッチング液でクロムのエ
ッチングを行った。

【０１３８】次に図１５（ｈ）〜（ｋ）に示すように、
パイレックス（登録商標）基板５１の裏面には実施形態
例９と同様な方法で白金／チタン薄膜パターンよりなる
薄膜ヒーター３を、複数個形成した。この後、各チップ
を切り離して、図１５（ｋ）に示すような構造物を複数
個得た。

【０１３９】次に、図１５（ｌ）に示すように、第二の
パイレックス（登録商標）基板５２を実施形態例７と同
様に片面に窒化シリコン膜１０１を２００ｎｍ堆積し
た。電着ダイヤモンドドリルを用いてガス通気用に０.
５ｍｍ径の穴よりなるガス導入流路Ｃおよびガス排出流
路Ｄを２カ所開けた。そして、基板５２を基板５１と同
じ大きさに切断した。

【０１４０】次に、図１５（ｍ）に示すように、基板５
１の上に基板５２をアライメントし、実施形態例７と同
じ条件で陽極接合を行った。さらに図１５（ｎ）に示す
ように、基板５２のガス冷却回収流路Ｇに対応する位置
ににダイシングソー装置にて多数の空冷用溝４を形成し
た。その後、図１５（ｏ）に示すように、ガス導入流路
Ｃからガス吸着剤１を導入し、ガス吸着材充填部流路Ａ
にガス吸着剤１を充填した。

【０１４１】以上の方法により、ガス濃縮回収用セルを
作製した。図１５（ｐ）は、基板５１の上面図である。

【０１４２】以上の方法により、ガス濃縮回収用セルを
作製した。この濃縮回収用セルを実施形態例８と同様に
して、測定用セルと組み合わせてガス分光分析用微小フ
ローセルとすることもできる。このとき、ガス導入流路
Ｃは、基板５２に形成するのではなく、基板５１にガス
吸着剤充填部流路と連続して形成する。

【０１４３】本実施形態例１１では、溝Ａよりなるガス
吸着剤充填部流路、溝Ｇよりなるガス冷却回収流路の形
成にドライエッチング法を用いた。これは異方性エッチ
ングであるため、サイドエッチが小さく、マスクパター
ンの形状を保ったまま、５０μｍの溝を形成することが
可能である。そのため、複雑で微細な流路形状を形成す
ることが容易になる。本実施形態例１１ではガス吸着剤
１の流失防止に段差構造を用いるのではなく、フォトリ
ソグラフィーによるパターニングでガス吸着剤１のフィ
ルター構造Ｆ′を形成している。また、ガス冷却回収流
路Ｇ中に多数の微細突起構造６を形成することで、ガス
冷却回収流路Ｇ中での滞在時間を長くし、効率的に冷却
することが可能になるため、高感度検出に有効である。

【０１４４】なお、前述のガス濃縮回収用セルの製造方
法において、薄膜ヒーターの形成として、メタルマスク
法を用いることができる。

【０１４５】また、前述のガス濃縮回収用セルの製造方
法において、ガス吸着剤固定用段差を有するガス吸着剤
充填部流路用溝およびガス冷却回収流路用溝の形成とし
て、ダイシングソー装置を用いた方法を用いることもで
きる。

【０１４６】（実施形態例１２）本発明の実施形態例１
２として、パイレックス（登録商標）基板を用いたガス
濃縮回収用セルの構成と製造方法を図１６を用いて説明
する。図１６は、本発明のガス濃縮回収用セルの製造方
法の一例を示す図である。

【０１４７】実施形態例７と同様にして、パイレックス
（登録商標）基板４２の片面に窒化シリコン膜１０１を
２００ｎｍ堆積した。なお、図１６（ｄ）〜図１６
（ｄ）は、基板４２全体ではなく、ガス濃縮回収用セル
１個分のみを記載した。

【０１４８】この窒化シリコン膜１０１付きのパイレッ
クス（登録商標）基板４２をスパッタ装置(日本シード
社製)に導入し、図１６（Ｃ）に示すように、放電パワ
ー５００Ｗ、アルゴン雰囲気中０.００５Ｔｏｒｒで窒
化シリコン膜１０１を堆積していない面にチタン、白金
の順にスパッタ蒸着を行った。その際、メタルマスクを
用いて所定のヒーター形状および冷却用メタル形状の白
金/チタン薄膜パターンよりなる薄膜ヒーター３および
冷却用メタル５を、それぞれ複数個得た。

【０１４９】後は、図１６（ｄ）〜図１６（ｇ）に示す
ように、実施形態例７と同様にしてガス濃縮回収用セル
を製造した。

【０１５０】図１６（ｈ）は、本実施形態例によって製
造されたガス濃縮回収用セルの上面図であり、図１６
（ｉ）は断面図であり、そして図１６（ｊ）は裏面図で
ある。

【０１５１】次に、セル構造および構造に起因する効果
について述べる。本実施形態例で得られるガス濃縮回収
用セルは、ガス冷却回収流路Ｇに対応する位置の基板下
面には薄膜ヒーター３がパターンニングされておらず、
別途冷却用メタル５が設けられていることを除いて実施
形態例７と同じである。この冷却用メタルを設けること
によって、近接するヒーター部の昇温に伴ってガス冷却
回収流路部も僅かに温度上昇が起こるが、冷却用メタル
によりガス冷却回収流路部における放熱効率が高くな
り、空冷による冷却効果が高くなる。このため、ガス吸
着剤充填部流路Ａで脱着したガスがガス冷却回収流路Ｇ
通過中により効率的に冷却される。

【０１５２】以上の方法により、ガス濃縮回収用セルを
作製した。この濃縮回収用セルを実施形態例８と同様に
して、測定用セルと組み合わせてガス分光分析用微小フ
ローセルとすることもできる。このとき、ガス導入流路
Ｃは、基板４３に形成するのではなく、基板４２にガス
吸着剤充填部流路と連続して形成する。

【０１５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明により、ガ
ス分光分析の感度、成分分離能、定量精度の向上を可能
とし、同時に装置全体の低消費電力化を実現するガス分
光分析用微小フローセルの提供を可能とする。また、本
発明のガス分光分析用微小フローセルはでは、小型軽量
化が可能となり、狭い領域ごとのガスの分析、および時
間の経過によるガスの分析も可能となる。さらに、他の
測定装置とともに用いることもできるガス濃縮回収用セ
ルをこのガス分光分析用微小フローセルにも用いると、
より好ましい効果を示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１に示すガス分光分析用微小フロー
セルの斜視図である。

【図２】図１のａ−ａ線における断面略図である。

【図３】本発明のガス分光分析装置の一例を示す略図で
ある。

【図４】実施形態例２に示すガス分光分析用微小フロー
セルの斜視図である。

【図５】実施形態例３に示すガス分光分析用微小フロー
セルの斜視図である。

【図６】実施形態例４に示すガス分光分析用微小フロー
セルの斜視図である。

【図７】実施形態例５に示すガス分光分析用微小フロー
セルの斜視図である。

【図８】実施形態例６に示すガス分光分析用微小フロー
セルの斜視図である。

【図９】（ａ）〜（ｇ）は、実施形態例７に示すガス濃
縮回収用セルの製造方法を説明する図であり、（ｈ）
は、実施形態例７に示すガス濃縮回収用セルの上面図で
あり、（ｉ）は断面図であり、および（ｊ）は下面図で
ある。

【図１０】実施形態例７に示すガス濃縮回収用セルと従
来技術による動作時の装置および分析対象ガスの温度特
性を比較する図である。

【図１１】実施形態例７に示すのガス濃縮回収用セルを
用いた場合と実施形態例１に示す濃縮用セルを用いた場
合のガス検出ピーク特性を比較する図である。

【図１２】実施形態例８に示すガス分光分析用微小フロ
ーセルの斜視図である。

【図１３】（ａ）〜（ｋ）は、実施形態例９に示すガス
濃縮回収用セルの製造方法を説明する図である。

【図１４】（ａ）〜（ｑ）は、実施形態例１０に示すガ
ス濃縮回収用セルの製造方法を説明する図である。

【図１５】（ａ）〜（ｏ）は、実施形態例１１に示すガ
ス濃縮回収用セルの製造方法を説明する図であり、およ
び（ｐ）は、実施形態例１１のガス濃縮回収用セルを構
成する基板５１の上面図である。

【図１６】（ａ）〜（ｇ）は、実施形態例１２に示すガ
ス濃縮回収用セルの製造方法を説明する図であり、
（ｈ）は、実施形態例１２に示すガス濃縮回収用セルの
上面図であり、（ｉ）は断面図であり、および（ｊ）は
下面図である。

【符号の説明】

１ ガス吸着剤 ２ ファイバー ２ａ 先端半球型光ファイバー ２ｂ 先端平坦型光ファイバー ３ 加熱源（ヒーター） ４ 空冷用溝 ５ 冷却用メタル ６ 微小突起構造 ７ ガス分光分析用微小フローセル １１ ヒーター用電源 １２ 紫外線光源 １３ 紫外分光器 １４ 測定器 １５ ポンプ ２１〜５２ 基板 １０１ 窒化シリコン膜 １０２、１０７ レジスト １０３ 白金／チタン薄膜 １０４、１０８ クロム膜 １０５、１０６ フォトニース Ａ、Ａ１、Ａ２、Ａ３ ガス吸着剤充填部流路 Ｂ 紫外線光路兼ガス流路 Ｃ ガス導入流路 Ｄ ガス排出流路 Ｅ、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３ 第１ガス流路と第２ガス流路と
を連通する連結ガス流路 Ｆ、Ｆ′ ガス吸着剤固定部 Ｇ ガス冷却回収流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森本 孝 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 丹羽 修 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2G057 AA01 AB03 AB06 AC03 BA05 BB01 BB06 BD04 CB03 EA01 2G059 AA01 BB01 CC12 DD13 DD16 EE01 GG10 HH03 JJ17

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分析対象ガスが流れるガス流路、濃縮用
   セル、および測定用セルを具え、 前記分析対象ガスが流れるガス流路は、ガス導入流路を
   含む第１ガス流路と、ガス排出流路を含む第２ガス流路
   と、第１ガス流路および第２ガス流路を連通する連結ガ
   ス流路とからなり、 前記濃縮用セルは、第１ガス流路と、前記第１ガス流路
   の一部に設けられた分析対象ガスを吸脱着する物質と、
   前記分析対象ガスを吸脱着する物質を加熱する加熱源と
   を具えること、および前記測定用セルは、第２ガス流路
   と、前記第２ガス流路に分光分析用紫外光を入射する光
   ファイバと、前記第２ガス流路から分光分析用紫外光を
   出射する光ファイバとを具えること、 を特徴とするガス分光分析用微小フローセル。
2. 【請求項２】 前記濃縮用セルが、分析対象ガスを吸脱
   着する物質を固定するための固定部を具えることを特徴
   とする請求項１に記載のガス分光分析用微小フローセ
   ル。
3. 【請求項３】 前記第１ガス流路が、前記加熱源の加熱
   により脱着した分析対象ガスを冷却回収するガス流路を
   具えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   のガス分光分析用微小フローセル。
4. 【請求項４】 前記第１ガス流路および第２ガス流路
   が、それぞれ別個の基板上に形成され、これらの基板が
   積層され、かつ連結ガス流路が貫通孔となっていること
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の
   ガス分光分析用微小フローセル。
5. 【請求項５】 前記第１ガス流路、第２ガス流路、およ
   び連結ガス流路が同一基板上に形成されていることを特
   徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のガス
   分光分析用微小フローセル。
6. 【請求項６】 前記分析対象ガスを冷却回収するガス流
   路が、ヒーターおよび断熱材を設けず、空冷によってガ
   スを冷却する流路であることを特徴とする請求項３から
   請求項５のいずれかに記載のガス分光分析用微小フロー
   セル。
7. 【請求項７】 前記分析対象ガスを冷却回収するガス流
   路に対応した基板表面部分に、空冷用溝を有することを
   特徴とする請求項６に記載のガス分光分析用微小フロー
   セル。
8. 【請求項８】 前記分析対象ガスを冷却回収するガス流
   路中に、多数の微細突起構造を有することを特徴とする
   請求項６または請求項７に記載のガス分光分析用微小フ
   ローセル。
9. 【請求項９】 前記分析対象ガスを冷却回収するガス流
   路に対応した基板表面部分に、冷却用メタル薄膜を有す
   ることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに
   記載のガス分光分析用微小フローセル。
10. 【請求項１０】 前記入射用光ファイバーの先端が半球
    状であり、出射用光ファイバーの先端が平坦であること
    を特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の
    ガス分光分析用微小フローセル。
11. 【請求項１１】 分析対象ガスを吸脱着する物質とし
    て、異なるガス吸脱着特性をもつ複数の物質を用いるこ
    とを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記
    載のガス分光分析用微小フローセル。
12. 【請求項１２】 前記分析対象ガスを吸脱着する物質
    は、多孔質ガラス、多孔質ポリマー、および多孔質カー
    ボンよりなる群から少なくとも１種選択されることを特
    徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載のガ
    ス分光分析用微小フローセル。
13. 【請求項１３】 ガス導入流路およびガス排出流路を有
    する分析対象ガスが流れるガス流路と、前記ガス流路の
    一部に設けられた分光対象ガスを吸脱着する物質と、前
    記分析対象ガスを吸脱着する物質を加熱する加熱源と、
    前記ガス流路の一部に設けられた前記吸脱着する物質か
    ら脱着した分析対象ガスを冷却回収するガス流路と、を
    具えることを特徴とするガス濃縮回収用セル。
14. 【請求項１４】 第１の基板の裏面に薄膜パターンより
    なる薄膜ヒーターを形成する工程と、 前記第１の基板の表面にガス吸着剤固定部としての段差
    を有するガス吸着剤充填部流路用の溝およびガス冷却回
    収流路用の溝を形成する工程と、 第２の基板のガス吸着剤充填部用の溝に対応する位置に
    ガス導入流路用の穴、およびガス冷却回収流路用の溝に
    対応する位置にガス排出流路用の穴を形成する工程と、 前記第１の基板の表面に前記第２の基板を接合してガス
    導入流路に連通したガス吸着剤充填部流路およびガス排
    出流路に連通したガス冷却回収流路を形成する工程と、 前記ガス吸着剤充填部流路内にガス吸着剤を導入する工
    程と、 を有することを特徴とするガス濃縮回収用セルの製造方
    法。
15. 【請求項１５】 前記ヒーターを設ける工程が、メタル
    マスク法、リフトオフ法、メッキ法、およびイオンミリ
    ング法よりなる群から選択される方法によって施される
    ことを特徴とする請求項１４に記載のガス濃縮回収用セ
    ルの製造方法。
16. 【請求項１６】 前記連続したパターンを形成する工程
    が、ダイシングソーを用いた方法、ウェットエッチング
    法、ドライエッチング法、およびサンドブラスト法より
    なる群から選択される方法によって施されることを特徴
    とする請求項１４または請求項１５に記載のガス濃縮回
    収用セルの製造方法。
17. 【請求項１７】 第１の基板の表面にガス吸着剤固定部
    としての段差を含む連続したパターンの溝を形成する工
    程と、 前記溝の一部にガスを吸脱着する物質を充填する工程
    と、 前記溝に所定間隔離して分光分析用紫外光を入射する光
    ファイバおよび分光分析用紫外光を出射する光ファイバ
    を、ガラスよりなる封止材料を用いて接続する工程と、 前記第１の基板の表面に平坦な第２の基板を接合により
    貼り合わせて前記溝部分にガス流路を形成する工程と、 前記第１の基板の裏面で、ガスを吸脱着する物質の充填
    部分に対応した位置にヒーターを設ける工程と、を具え
    ることを特徴とするガス分光分析用微小フローセルの製
    造方法。
18. 【請求項１８】 第１の基板の表面にガス吸着剤固定部
    としての段差を含む連続したパターンの溝を形成する工
    程と、 前記溝の一部にガスを吸脱着する物質を充填する工程
    と、 第２の基板の表面に所定の連続したパターンの溝および
    溝部分に貫通孔を形成する工程と、 前記第２の基板の溝に所定間隔離して分光分析用紫外光
    を入射する光ファイバおよび分光分析用紫外光を出射す
    る光ファイバをガラスよりなる封止材料を用いて接続す
    る工程と、 前記第２の基板の表面に平坦な第３の基板を接合によっ
    て貼り合わせて前記第２の基板の溝部分にガス流路を形
    成する工程と、 前記第１の基板の表面に前記第２の基板の裏面を接合に
    よって貼り合わせて前記第１の基板の溝部分にガス流路
    を形成する工程と、 前記第１の基板の裏面で、ガスを吸脱着する物質の充填
    部分に対応した位置にヒーターを設ける工程と、を具え
    ることを特徴とするガス分光分析用微小フローセルの製
    造方法。
19. 【請求項１９】 第１の基板の表面にガス吸着剤固定部
    としての段差を含む連続したパターンの溝を形成する工
    程と、 前記溝の一部にガスを吸脱着する物質を充填する工程
    と、 前記第１の基板の表面に第１の基板の溝に対応した位置
    に貫通孔を有する平坦な第２の基板を接合によって貼り
    合わせて、前記第１の基板の溝部分にガス流路を形成す
    る工程と、 前記第１の基板の裏面で、ガスを吸脱着する物質の充填
    部分に対応した位置にヒーターを設ける工程と、 第３の基板の表面に所定の連続したパターンの溝および
    溝部分に貫通孔を形成する工程と、 前記第３の基板の溝に所定間隔離して分光分析用紫外光
    を入射する光ファイバおよび分光分析用紫外光を出射す
    る光ファイバをガラスからなる封止材料を用いて接続す
    る工程と、 前記第３の基板の表面に、第３の基板の溝に対応した位
    置に貫通孔を有する平坦な第４の基板を接合によって貼
    り合わせて前記第３の基板の溝部分にガス流路を形成す
    る工程と、 前記第２の基板と前記第３の基板との間に介在し、第２
    の基板の貫通孔および前記第３の基板の貫通孔に対応し
    た位置に貫通孔を有するテフロン（登録商標）シールパ
    ッキングよりなる第５の基板を積層する工程と、を具え
    ることを特徴とするガス分光分析用微小フローセルの製
    造方法。
20. 【請求項２０】 前記ガス流路が、ガス吸着剤固定用段
    差を挟んでガス吸着剤充填部流路およびガス冷却回収流
    路を含むことを特徴とする請求項１７から請求項１９の
    いずれかに記載のガス分光分析用微小フローセルの製造
    方法。
21. 【請求項２１】 前記第２の基板の第１の基板と接合す
    る面と反対面上で、ガス冷却回収流路に対応した位置
    に、空冷用溝を形成する工程をさらに具えることを特徴
    とする請求項２０に記載のガス分光分析用微小フローセ
    ルの製造方法。
22. 【請求項２２】 前記第１の基板の裏面で、ガス冷却回
    収流路に対応した位置に、空冷用溝を形成する工程をさ
    らに具えることを特徴とする請求項２０に記載のガス分
    光分析用微小フローセルの製造方法。
23. 【請求項２３】 前記第１の基板の裏面で、前記ガス冷
    却回収流路に対応した位置に、冷却用メタル薄膜を形成
    する工程をさらに具えることを特徴とする請求項２０ま
    たは請求項２１に記載のガス分光分析用微小フローセル
    の製造方法。
24. 【請求項２４】 前記ヒーターを設ける工程が、メタル
    マスク法、リフトオフ法、メッキ法、およびイオンミリ
    ング法よりなる群より選択される方法によって施される
    ことを特徴とする請求項１７から請求項２３のいずれか
    に記載のガス分光分析用微小フローセルの製造方法。
25. 【請求項２５】 前記連続したパターンを形成する工程
    が、ダイシングソーを用いた方法、ウェットエッチング
    法、ドライエッチング法、およびサンドブラスト法より
    なる群から選択される方法によって施されることを特徴
    とする請求項１７から請求項２４のいずれかに記載のガ
    ス分光分析用微小フローセルの製造方法。
26. 【請求項２６】 分析対象ガスが流れるガス流路、濃縮
    用セル、および測定用セルを有するガス分光分析用微小
    フローセルと、ヒーター用電源と、紫外線光源と、紫外
    分光器と、分析対象ガスの成分と濃度を測定する測定手
    段とを具え、前記ガス分光分析用微小フローセルが、請
    求項１から請求項１２のいずれかに記載のものであるこ
    とを特徴とするガス分光分析装置。