JP2008224598A - 誤検知判定付きガス濃度測定方法、プログラム及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】試料ガスの中に含まれている測定対象ガスの濃度測定において、その測定値が干渉成分ガスによるものかどうかを確認する。
【解決手段】試料ガスの中に含まれている測定対象ガス、干渉成分ガスの種類と、測定対象ガス、干渉成分ガスの測定波数領域とを特定する。前記測定対象ガスの測定波数領域において、測定対象ガスの吸光度を求めてその濃度を算出し、前記測定対象ガスの濃度を測定対象ガスしきい値と比較する（Ｓ８）。前記測定対象ガスの濃度が測定対象ガスしきい値を超える場合には、前記干渉成分ガスの測定波数領域において、干渉成分ガスの吸光度を求めてその濃度を算出する（Ｓ９）。その干渉成分ガスの濃度を干渉成分ガスしきい値と比較し（Ｓ１０）、前記干渉成分ガスの濃度が干渉成分ガスしきい値以内である場合に、測定対象ガスの濃度が高いことを示す情報を発生する（Ｓ１１）。
【選択図】図３
【解決手段】試料ガスの中に含まれている測定対象ガス、干渉成分ガスの種類と、測定対象ガス、干渉成分ガスの測定波数領域とを特定する。前記測定対象ガスの測定波数領域において、測定対象ガスの吸光度を求めてその濃度を算出し、前記測定対象ガスの濃度を測定対象ガスしきい値と比較する（Ｓ８）。前記測定対象ガスの濃度が測定対象ガスしきい値を超える場合には、前記干渉成分ガスの測定波数領域において、干渉成分ガスの吸光度を求めてその濃度を算出する（Ｓ９）。その干渉成分ガスの濃度を干渉成分ガスしきい値と比較し（Ｓ１０）、前記干渉成分ガスの濃度が干渉成分ガスしきい値以内である場合に、測定対象ガスの濃度が高いことを示す情報を発生する（Ｓ１１）。
【選択図】図３
Description
本発明は、試料ガスの中に含まれている測定対象ガスの濃度測定に関するものである。本発明は、ガス製造ラインにおけるガス漏洩検知などに応用できる。
従来公知のガス濃度測定方法を簡単に説明する。まず、ある波数領域において吸収を持たないガス（バックグラウンドガスという）の透過光量のスペクトルを取得し、当該波数領域における光量の積分値Ｂを求めておく。次に測定対象とするガスの透過光量のスペクトルを取得し、当該波数領域における光量の積分値Ｓを求める。
前記バックグラウンドガスの透過光量Ｂ、測定対象ガスの透過光量Ｓを使って、測定対象ガスの吸光度Ａbs(S)を求める。吸光度Ａbs(S) は、
Ａbs(S) ＝−log（Ｓ／Ｂ）
で求められる。
前記バックグラウンドガスの透過光量Ｂ、測定対象ガスの透過光量Ｓを使って、測定対象ガスの吸光度Ａbs(S)を求める。吸光度Ａbs(S) は、
Ａbs(S) ＝−log（Ｓ／Ｂ）
で求められる。
このように、吸光度を算出するときに、バックグラウンド測定で得られた光量を用いて吸光度を算出しているので、測定装置の影響を相殺することができる。
測定対象ガスの濃度は、吸光度とガス濃度との関係を規定する検量線を使って求める。ここで検量線とは、濃度の分かっている試料ガスと、その吸光度とを用いて作成したデータであり、測定解析装置内の解析コンピュータに記憶されている。検量線を求めるには、試料ガスの濃度を変えてみて、測定対象ガスの吸光度を測定する。横軸を試料ガスの濃度にとり、縦軸を吸光度ピークの面積にとり、プロットし、最小自乗法を用いて曲線形を決定する。
測定対象ガスの濃度は、吸光度とガス濃度との関係を規定する検量線を使って求める。ここで検量線とは、濃度の分かっている試料ガスと、その吸光度とを用いて作成したデータであり、測定解析装置内の解析コンピュータに記憶されている。検量線を求めるには、試料ガスの濃度を変えてみて、測定対象ガスの吸光度を測定する。横軸を試料ガスの濃度にとり、縦軸を吸光度ピークの面積にとり、プロットし、最小自乗法を用いて曲線形を決定する。
測定対象ガスとともに、測定対象ガスと吸収波数領域の重なる他のガス（干渉成分ガスという）が混合された多成分混合ガス中で、測定対象ガスの濃度を正確に求めることが求められている。
特許文献１は、排ガス中のＳＯ3 ，ＮＨ3 を紫外線吸収分析するための濃度計において、ＳＯ3 ，ＮＨ3 の組成比を変えた吸光度スペクトルをとり、その吸光度スペクトルデータを基に多変量解析によりＳＯ3 ，ＮＨ3 の検量線を作成し、その検量線を基にガスセル１７に導入した排ガスを紫外線吸収分析して排ガス中のＳＯ3 ，ＮＨ3 濃度を同時に測定する方法を開示する。特許文献２，３も同様に多変量解析の方法を開示する。
特開2003-14625号公報
特開2005-291704号公報
特開2003-57178号公報
特許文献１は、排ガス中のＳＯ3 ，ＮＨ3 を紫外線吸収分析するための濃度計において、ＳＯ3 ，ＮＨ3 の組成比を変えた吸光度スペクトルをとり、その吸光度スペクトルデータを基に多変量解析によりＳＯ3 ，ＮＨ3 の検量線を作成し、その検量線を基にガスセル１７に導入した排ガスを紫外線吸収分析して排ガス中のＳＯ3 ，ＮＨ3 濃度を同時に測定する方法を開示する。特許文献２，３も同様に多変量解析の方法を開示する。
しかし、これらの多変量解析を行う方法では、計算方法が非常に複雑になるという問題がある。また、干渉成分ガスの濃度が高くなるほど、濃度測定誤差が起こりやすくなり、間違った判定、データの出力が発生する。
そこで、本発明は、試料ガスの中に含まれている測定対象ガスの濃度測定において、その測定値が干渉成分ガスによるものかどうかを確認することのできるガス濃度測定方法、プログラム及び装置を提供することを目的とする。
そこで、本発明は、試料ガスの中に含まれている測定対象ガスの濃度測定において、その測定値が干渉成分ガスによるものかどうかを確認することのできるガス濃度測定方法、プログラム及び装置を提供することを目的とする。
本発明のガス濃度測定方法は、試料ガスの中に含まれている測定対象ガス、干渉成分ガスの種類と、測定対象ガス、干渉成分ガスの測定波数領域とを特定する。前記測定対象ガスの測定波数領域において、測定対象ガスの吸光度を求めてその濃度を算出し、前記測定対象ガスの濃度を第一のしきい値と比較する。前記測定対象ガスの濃度が第一のしきい値を超える場合には、前記干渉成分ガスの測定波数領域において、干渉成分ガスの吸光度を求めてその濃度を算出する。その干渉成分ガスの濃度を第二のしきい値と比較し、前記干渉成分ガスの濃度が第二のしきい値以内である場合に、測定対象ガスの濃度が高いことを示す情報を発生することを特徴とする。
前記「第一のしきい値」は、実施例では測定対象ガスしきい値といわれ、測定対象ガスがこれ以上の濃度で存在すれば「測定対象ガスの濃度が高いことを示す情報」を発生するのがよいと判断される濃度とする。前記「第二のしきい値」は、実施例では干渉成分ガスがこれ以上の濃度で存在すれば、経験上測定対象ガスの濃度誤検知を起こさせると判断される濃度とする。
このガス濃度測定方法によれば、前記測定対象ガスの濃度が第一のしきい値を超える場合には、その原因が測定対象ガスなのか干渉成分ガスなのかを判断するために、干渉成分ガスの測定波数領域において、干渉成分ガスの吸光度を求めてその濃度を算出し、第二のしきい値と比較する。そして干渉成分ガスの濃度が第二のしきい値以内であれば、測定対象ガスの濃度が高いと判断して、そのことを示す情報を発生する。
これにより、測定対象ガスの濃度が第一のしきい値を超える場合に、測定対象ガスによるものか、干渉成分ガスによるものか、自動で確認を行うことができる。
干渉成分ガスの濃度が第二のしきい値を超えていれば、前記測定対象ガスの測定波数領域を変更して、測定対象ガスの濃度算出手順を再度行うことが望ましい。測定対象ガスの定量に用いることができる測定波数領域は複数通常あるので、測定波数領域を変えて再度濃度算出をすることにより、測定対象ガスの検知漏れを防止することができる。
干渉成分ガスの濃度が第二のしきい値を超えていれば、前記測定対象ガスの測定波数領域を変更して、測定対象ガスの濃度算出手順を再度行うことが望ましい。測定対象ガスの定量に用いることができる測定波数領域は複数通常あるので、測定波数領域を変えて再度濃度算出をすることにより、測定対象ガスの検知漏れを防止することができる。
また、前記［背景技術］で説明した多成分解析を用いて対象成分の定量を行う場合、未知の成分が発生した場合には、それを認識し判定することはできない。
そこで本発明のガス濃度測定方法は、さらに、前記測定対象ガスの測定波数領域を除いた測定波数領域において試料ガスの吸光度を求め、前記吸光度を第三のしきい値と比較し、第三のしきい値を超える場合に、未知である化合物の濃度が高いことを示す情報を発生する方法であってもよい。
そこで本発明のガス濃度測定方法は、さらに、前記測定対象ガスの測定波数領域を除いた測定波数領域において試料ガスの吸光度を求め、前記吸光度を第三のしきい値と比較し、第三のしきい値を超える場合に、未知である化合物の濃度が高いことを示す情報を発生する方法であってもよい。
この方法により、測定対象ガスの定量分析とは別に、未知化合物の認識を行うことができる。未知化合物の濃度が高い場合、運転中にそのことを示す情報を発生することができる。
また、本発明のガス濃度測定プログラム及び装置は、前記本発明のガス濃度測定方法と実質同一の発明にかかるものである。
また、本発明のガス濃度測定プログラム及び装置は、前記本発明のガス濃度測定方法と実質同一の発明にかかるものである。
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、測定対象ガスを測定するための測定系を示す図である。
同図において、試料ガスの入った試料ガスボンベ１１と、バックグラウンドガスの入ったガスボンベ１３は、ガスの流量を調節するマスフローコントローラ１２、開閉バルブ１４を通して、ガスセル１５のガス入口ＩＮにセットされる。試料ガスボンベ１１、ガスボンベ１３の切り替えはバルブで行う。
図１は、測定対象ガスを測定するための測定系を示す図である。
同図において、試料ガスの入った試料ガスボンベ１１と、バックグラウンドガスの入ったガスボンベ１３は、ガスの流量を調節するマスフローコントローラ１２、開閉バルブ１４を通して、ガスセル１５のガス入口ＩＮにセットされる。試料ガスボンベ１１、ガスボンベ１３の切り替えはバルブで行う。
一方、ガスセル１５のガス出口ＯＵＴには調整バルブ１６、負圧を作るバキュームジェネレータ１７（圧力エジェクタでもよい）がつながれている。バキュームジェネレータ１７には、空気又は窒素の高圧ガスボンベ２５が接続されている。
ガスセル１５は、図１に示すように、筒状の一定容積のセル室１５ａと、このセル室１５ａの両端面に設けられた光透過窓１５ｂ，１５ｃとを含んでいる。セル室１５ａには、前記ガス入口ＩＮ及びガス出口ＯＵＴが設けられ、さらにセル室１５ａ内の圧力を測定するための圧力トランスデューサ１８につながるポートが設けられている。
ガスセル１５は、図１に示すように、筒状の一定容積のセル室１５ａと、このセル室１５ａの両端面に設けられた光透過窓１５ｂ，１５ｃとを含んでいる。セル室１５ａには、前記ガス入口ＩＮ及びガス出口ＯＵＴが設けられ、さらにセル室１５ａ内の圧力を測定するための圧力トランスデューサ１８につながるポートが設けられている。
前記マスフローコントローラ１２、調整バルブ１６及び圧力トランスデューサ１８は、圧力制御部１９に接続されている。圧力制御部１９は、圧力トランスデューサ１８の圧力測定値に基づいて、試料ガス、バックグラウンドガスの流量と調整バルブ１６の開閉度を調整することにより、ガスセル１５内の圧力を所定の圧力に保つ。
前記光透過窓１５ｂ，１５ｃは、赤外線を透過させる材質であり、例えばジンクセレナイド（ＺｎＳｅ）、２フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、２フッ化バリウム（ＢａＦ２）の中から選ぶ。
前記光透過窓１５ｂ，１５ｃは、赤外線を透過させる材質であり、例えばジンクセレナイド（ＺｎＳｅ）、２フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、２フッ化バリウム（ＢａＦ２）の中から選ぶ。
前記ガスセル１５は、所定温度に保ちやすいように、発泡スチロール等の断熱材（図示せず）で包囲されている。またガスセル１５の全体は、赤外線光源Ｇ、分光器Ｓ、赤外線検出器Ｄとともに、保温容器（図示せず）に収納されている。保温容器内は、ヒータ又はペルチェ素子などにより一定温度に保たれる。
符号Ｇは、赤外線光源Ｇを示す。赤外線発生の方式は、任意のものでよく、例えばセラミックスヒータ（表面温度４５０℃）等が使用可能である。なお、赤外線光源Ｇで発生した光を一定周期でしゃ断して通過させる回転するチョッパ（図示せず）を付加してもよい。
符号Ｇは、赤外線光源Ｇを示す。赤外線発生の方式は、任意のものでよく、例えばセラミックスヒータ（表面温度４５０℃）等が使用可能である。なお、赤外線光源Ｇで発生した光を一定周期でしゃ断して通過させる回転するチョッパ（図示せず）を付加してもよい。
また、赤外線の波長を選択するための分光器Ｓが設けられている。分光器Ｓの構成は、凹面回折格子を用いた分光器など任意の構成を採用することができる。
赤外線光源Ｇから照射され、前記分光器Ｓを通り、光透過窓１５ｃを通してガスセル１５に入った光は、前記光透過窓１５ｂを通してガスセル１５から出射され、赤外線検出器Ｄによって検出される。前記赤外線検出器Ｄは、ＤｔＧｓ検出器（重水素トリグリシンサルフェイト検出器）、ＩｎＡｓ検出器又はＣＣＤ素子などからなる。
赤外線光源Ｇから照射され、前記分光器Ｓを通り、光透過窓１５ｃを通してガスセル１５に入った光は、前記光透過窓１５ｂを通してガスセル１５から出射され、赤外線検出器Ｄによって検出される。前記赤外線検出器Ｄは、ＤｔＧｓ検出器（重水素トリグリシンサルフェイト検出器）、ＩｎＡｓ検出器又はＣＣＤ素子などからなる。
赤外線検出器Ｄの検出信号は、吸光度／濃度測定部２０により解析される。この解析方法は後述する。
前記圧力制御部１９、吸光度／濃度測定部２０の処理機能は、ＣＤ−ＲＯＭやハードディスクなど所定の媒体に記録されたプログラムを、パーソナルコンピュータが実行することにより実現される。また、吸光度／濃度測定部２０に接続されるメモリ２０ａは、ハードディスクなどの記録媒体内に作られた、書き込み可能な設定ファイルにより実現される。
前記圧力制御部１９、吸光度／濃度測定部２０の処理機能は、ＣＤ−ＲＯＭやハードディスクなど所定の媒体に記録されたプログラムを、パーソナルコンピュータが実行することにより実現される。また、吸光度／濃度測定部２０に接続されるメモリ２０ａは、ハードディスクなどの記録媒体内に作られた、書き込み可能な設定ファイルにより実現される。
以上の測定系において、ガスボンベ１１，１３に蓄えられた試料ガスやバックグラウンドガスは、ガスセル１５の中に導かれる。
ガスセル１５の中は、圧力トランスデューサ１８により圧力測定されている。そしてこの圧力測定値が目標値になるように、前記圧力制御部１９により、前記マスフローコントローラ１２及び前記調整バルブ１６の制御が行われる。このフィードバック制御によって、ガスセル１５の中は、最終的に所望かつ一定の圧力に保たれる。
ガスセル１５の中は、圧力トランスデューサ１８により圧力測定されている。そしてこの圧力測定値が目標値になるように、前記圧力制御部１９により、前記マスフローコントローラ１２及び前記調整バルブ１６の制御が行われる。このフィードバック制御によって、ガスセル１５の中は、最終的に所望かつ一定の圧力に保たれる。
この状態で、前記赤外線光源Ｇから光を照射し、前記分光器Ｓをスペクトル走査させて、前記赤外線検出器Ｄによって、ガスセル１５を透過した光の強度を読み取る。このようにして、ガスセル１５に満たされた試料ガスやバックグラウンドガスのスペクトル光強度を測定することができる。
本発明のガス濃度測定方法では、吸光度／濃度測定部２０において、次の図３に示した手順に従ってデータ処理を行う。まず試料ガス中に含まれる、定量の対象とする成分ガス（測定対象ガスという）と、前記成分ガスとスペクトルの重複があるために誤検知の原因となるガス（干渉成分ガスという）とを特定する。なお、干渉成分ガスを特定しない場合の実施形態は後述する。
本発明のガス濃度測定方法では、吸光度／濃度測定部２０において、次の図３に示した手順に従ってデータ処理を行う。まず試料ガス中に含まれる、定量の対象とする成分ガス（測定対象ガスという）と、前記成分ガスとスペクトルの重複があるために誤検知の原因となるガス（干渉成分ガスという）とを特定する。なお、干渉成分ガスを特定しない場合の実施形態は後述する。
本発明の実施の形態では、測定対象ガスとしてC5F8 (Octafluorocyclopentene)ガスを選び、干渉成分ガスとしてガルデン（フロン系洗浄剤）を選ぶが、本発明の実施はこれらに限られるものではない。例えば、測定対象ガスとしてC5F8の他にCOF2 (Carbonyl Fluoride)，CH2F2 (Difluoromethane) ，C4F6 (Hexafluoro1,3-butadiene)，NF3(Nitrogen Trifluoride)，CH3F（いずれも毒ガス）があげられる。干渉成分ガスとしてGaldenの他にHT200，highfc40（いずれもフロン系洗浄剤）があげられる。これらのガスの定量に使用する波数領域は、次の表１のとおりである。波数の単位はcm-1である。
表１からわかるように、測定対象ガスと干渉成分ガスとは、スペクトルの重なりを持っている。したがって、測定対象ガスの濃度を測定しても、それが測定対象ガスによるものなのか干渉成分ガスによるものなのか、わからないことがある。
図２は、測定対象ガスとしてのC5F8ガスと、干渉成分ガスとしてガルデンの所定波数領域における吸光スペクトルを示すグラフであり、C5F8ガスのスペクトルがガルデンのスペクトルの中に埋もれていることを示している。
図２は、測定対象ガスとしてのC5F8ガスと、干渉成分ガスとしてガルデンの所定波数領域における吸光スペクトルを示すグラフであり、C5F8ガスのスペクトルがガルデンのスペクトルの中に埋もれていることを示している。
図３を参照して、まずユーザは、ガス濃度を定量するための解析メソッドを作成しメモリ２０ａに登録する（ステップＳ１）。この解析メソッドは、測定対象ガス、干渉成分ガスごとに作成する。測定対象ガスについて作成された解析メソッドをノーマル・メソッドといい、干渉成分ガスについて作成された解析メソッドをセカンダリ・メソッドという。
ノーマル・メソッドでは、測定対象ガスの種類、測定対象ガスの吸収のピークが存在する波数領域（例えば700 cm-1〜4,500cm-1の中から複数あれば複数選定し、登録する）、吸光度（ノーマル吸光度という）を測定してその濃度を求める方法を記述し、セカンダリ・メソッドでは、干渉成分ガスの種類、干渉成分ガスの波数領域、吸光度（セカンダリ吸光度という）を測定してその濃度を求める方法を記述しておく。各解析メソッドを登録するときには、濃度既知のガスの検量線データも設定し登録しておく。
ノーマル・メソッドでは、測定対象ガスの種類、測定対象ガスの吸収のピークが存在する波数領域（例えば700 cm-1〜4,500cm-1の中から複数あれば複数選定し、登録する）、吸光度（ノーマル吸光度という）を測定してその濃度を求める方法を記述し、セカンダリ・メソッドでは、干渉成分ガスの種類、干渉成分ガスの波数領域、吸光度（セカンダリ吸光度という）を測定してその濃度を求める方法を記述しておく。各解析メソッドを登録するときには、濃度既知のガスの検量線データも設定し登録しておく。
次に測定条件を設定する（ステップＳ２）。測定条件には、分解能、測定波数領域がある。分解能は、例えば0.5 cm-1〜 2cm-1の中から選定する。測定波数領域は、前記登録された波数領域の中から選定するが、測定感度の向上のために、高いピークが存在する領域から順に選定する。
次に、保存するスペクトルの設定する（ステップＳ３）。保存するスペクトルは、ノーマル吸光度、セカンダリ吸光度の中から選定する。
次に、保存するスペクトルの設定する（ステップＳ３）。保存するスペクトルは、ノーマル吸光度、セカンダリ吸光度の中から選定する。
次に、解析メソッドの選択をする（ステップＳ４）。例えば測定対象ガスとしてC5F8を選択し、干渉成分ガスとしてGaldenを選択する。これにより測定対象ガスとその解析メソッド、干渉成分ガスとその解析メソッドが特定される。
次に、干渉成分ガスのセカンダリ解析の条件を設定する（ステップＳ５）。この条件には、例えば干渉成分ガスの検量線、測定波数領域、干渉成分ガスしきい値がある。ここで、「干渉成分ガスしきい値」は、干渉成分ガスがこれ以上の濃度で存在すれば、経験上、測定対象ガスの誤検知（測定対象ガスの濃度が実際低いのに高いと誤検知すること）を起こさせると判断される濃度である。
次に、干渉成分ガスのセカンダリ解析の条件を設定する（ステップＳ５）。この条件には、例えば干渉成分ガスの検量線、測定波数領域、干渉成分ガスしきい値がある。ここで、「干渉成分ガスしきい値」は、干渉成分ガスがこれ以上の濃度で存在すれば、経験上、測定対象ガスの誤検知（測定対象ガスの濃度が実際低いのに高いと誤検知すること）を起こさせると判断される濃度である。
「干渉成分ガスしきい値」を低く設定するほど、測定対象ガスの濃度を誤検知する確率は減るが、再解析（ステップＳ１２）に行く確率は増えるので測定完了まで時間がかかる。「干渉成分ガスしきい値」を高く設定するほど、再解析に行く確率は減るが、干渉成分ガスによる誤検知の確率も増える。したがって、「干渉成分ガスしきい値」は、干渉成分ガスにより誤検知が発生する頻度と、測定対象ガス検知の作業効率とを双方考慮して決定することが望ましい。
次にノーマル・メソッドの測定手順に入る。ガスボンベ１３からガスセル１５に導入されたバックグラウンドガス（例えば窒素ガスとする）と、試料ガスボンベ１１に採集されガスセル１５に導入された測定対象ガスとを対象にして、選択された解析メソッドに従って、測定を行う（ステップＳ６）。この測定方法は、ほぼ［背景技術］で記載したとおりであり、まず、バックグラウンドガスをガスセル１５の中に満たし、測定対象ガスであるC5F8の測定波数領域において、バックグラウンドガスの透過光量のスペクトルを取得し、当該波数領域における光量の積分値Ｂを求める。次にガスセル１５の中のガスをバックグラウンドガスから試料ガスに入れ替え、測定対象ガスの透過光量のスペクトルを取得し、当該波数領域における光量の積分値Ｓを求める。
解析手順（ステップＳ７）では、前記バックグラウンドガスの透過光量Ｂ、測定対象ガスの透過光量Ｓを使って、測定対象ガスの吸光度Ａbs(S)を求める。吸光度Ａbs(S) は、
Ａbs(S) ＝−log（Ｓ／Ｂ）
で表される。そして、吸光度と濃度との関係を規定する検量線を使って、測定対象ガスの濃度を求める。
Ａbs(S) ＝−log（Ｓ／Ｂ）
で表される。そして、吸光度と濃度との関係を規定する検量線を使って、測定対象ガスの濃度を求める。
次に、求められた測定対象ガスの濃度を、測定対象ガスしきい値と比較し（ステップＳ８）、測定対象ガスしきい値を超えたかどうか判定する。ここで「測定対象ガスしきい値」とは、測定対象ガスがこれ以上存在すれば異常事態と判断される濃度のことである。測定対象ガスしきい値を超えない場合には、ステップＳ１３に進み、測定を継続する。測定対象ガスしきい値を超える場合には、測定対象ガスが通常検出される濃度を超えて検出されていることになり、ステップＳ９に進む。
ステップＳ９では、干渉成分ガスを対象にしたセカンダリ解析を行う。すなわち、干渉成分ガスの透過光量のスペクトルに基づいて、当該波数領域における光量の積分値Ｓと、前記バックグラウンドガスの透過光量Ｂとを使って、干渉成分ガスの吸光度を求め、吸光度と濃度との関係を規定する検量線を使って、干渉成分ガスの濃度を求める。
次に、求められた干渉成分ガスの濃度を、干渉成分ガスしきい値と比較し（ステップＳ１０）、干渉成分ガスの濃度が干渉成分ガスしきい値を超えたかどうか判定する。
次に、求められた干渉成分ガスの濃度を、干渉成分ガスしきい値と比較し（ステップＳ１０）、干渉成分ガスの濃度が干渉成分ガスしきい値を超えたかどうか判定する。
干渉成分ガスの濃度が干渉成分ガスしきい値を超えた場合、測定対象ガスの濃度異常の判断を保留し、再解析手順に入る（ステップＳ１２）。再解析手順では、測定対象ガスについて再度検証する。このとき、測定波数領域は、前記登録された波数領域の中から二番目に高いピークを含む領域に変更することが望ましい。前記ステップＳ６，Ｓ７と同様に、測定対象ガスの吸光度と濃度とを求め、この求めた濃度を測定対象ガスしきい値と比較する。このとき、測定対象ガスしきい値も、前回よりも低いものに変更して（測定感度を上げて）用いることが望ましい。このように測定感度を上げるとともに、通常使用している測定対象ガスの赤外スペクトルのピークを異なるピークに変更することにより、測定対象ガスの濃度異常を再検証することができる。
干渉成分ガスの濃度が干渉成分ガスしきい値未満の場合、大きな濃度値は測定対象ガスによるものなので、アラームを発生し、制御盤にアラーム信号を送信する（ステップＳ１１）。
このようにして、測定対象ガスの濃度異常が検知された場合に、測定対象ガスによるものか、干渉成分ガスによるものか、自動的に確認を行うことができる。
このようにして、測定対象ガスの濃度異常が検知された場合に、測定対象ガスによるものか、干渉成分ガスによるものか、自動的に確認を行うことができる。
次に、干渉成分ガスを特定しない場合の実施形態を説明する。この手順では、測定対象ガスの測定波数領域以外の測定波数領域にスペクトルが現れた場合に、未知の化合物が検出されたとみなしてアラームを出す。
図４は、未知化合物の解析処理手順を示すフローチャートである。
まず、ガス濃度を定量するための解析メソッドを作成し登録する（ステップＴ１）。この解析メソッドは、測定対象ガス、未知化合物ごとに作成する。すなわち、測定対象ガスの波数領域、ノーマル吸光度を測定してその濃度を求める方法を記述するとともに、未知化合物の波数領域（測定対象ガスの波数領域と重ならない領域とする）、及びその波数領域における吸光度（未知化合物吸光度という）のしきい値を「未知化合物しきい値」として登録する。
図４は、未知化合物の解析処理手順を示すフローチャートである。
まず、ガス濃度を定量するための解析メソッドを作成し登録する（ステップＴ１）。この解析メソッドは、測定対象ガス、未知化合物ごとに作成する。すなわち、測定対象ガスの波数領域、ノーマル吸光度を測定してその濃度を求める方法を記述するとともに、未知化合物の波数領域（測定対象ガスの波数領域と重ならない領域とする）、及びその波数領域における吸光度（未知化合物吸光度という）のしきい値を「未知化合物しきい値」として登録する。
測定対象ガスの解析メソッドを登録するときには、濃度既知のガスの検量線も設定し登録しておく。未知化合物の検量線は不明なので登録できない。
次に測定条件を設定する（ステップＴ２）。測定条件には、分解能、測定波数領域がある。分解能は、例えば0.5 cm-1〜 2cm-1の中から選定し、測定波数領域は、前記登録された波数領域の中から選定するが、測定感度の向上のために、高いピークが存在する領域から順に選定する。
次に測定条件を設定する（ステップＴ２）。測定条件には、分解能、測定波数領域がある。分解能は、例えば0.5 cm-1〜 2cm-1の中から選定し、測定波数領域は、前記登録された波数領域の中から選定するが、測定感度の向上のために、高いピークが存在する領域から順に選定する。
例えば測定対象ガスが３種類（それらのスペクトル存在範囲をａ，ｂ，ｃとする）あれば、図５に示したように、それらのガスのスペクトルの存在する波数領域ａ，ｂ，ｃのうち、ピークの高い順に選定する。それとともに、スペクトル存在範囲ａ，ｂ，ｃを除いた波数領域ｕも選定する。
次に、保存するスペクトルの設定する（ステップＴ３）。保存するスペクトルは、ノーマル吸光度、未知化合物吸光度の中から選定する。
次に、保存するスペクトルの設定する（ステップＴ３）。保存するスペクトルは、ノーマル吸光度、未知化合物吸光度の中から選定する。
次に、解析メソッドの選択をする（ステップＴ４）。例えば測定対象ガスとしてC5F8選定する。これにより測定対象ガスと測定波数領域が特定される。
次にノーマル・メソッドの測定手順に入り、採集された試料ガスを対象にして、選択された解析メソッドに従って、測定を行う（ステップＴ５）。この測定方法は、ほぼ［背景技術］で記載したとおりであり、C5F8の測定波数領域においてバックグラウンドガスとしての窒素ガスの透過光量のスペクトルを取得し、当該波数領域における光量の積分値Ｂを求める。次に測定対象ガスの透過光量のスペクトルを取得し、当該波数領域における光量の積分値Ｓを求める。
次にノーマル・メソッドの測定手順に入り、採集された試料ガスを対象にして、選択された解析メソッドに従って、測定を行う（ステップＴ５）。この測定方法は、ほぼ［背景技術］で記載したとおりであり、C5F8の測定波数領域においてバックグラウンドガスとしての窒素ガスの透過光量のスペクトルを取得し、当該波数領域における光量の積分値Ｂを求める。次に測定対象ガスの透過光量のスペクトルを取得し、当該波数領域における光量の積分値Ｓを求める。
解析手順（ステップＴ６）では、前記バックグラウンドガスの透過光量Ｂ、測定対象ガスの透過光量Ｓを使って、測定対象ガスの吸光度を求める。そして、吸光度と濃度との関係を規定する検量線を使って、測定対象ガスの濃度を求める。
そして、未知化合物を対象にした未知化合物解析を行う（ステップＴ７）。すなわち、未知化合物・メソッドに登録された波数領域ｕのスペクトルに基づいて、当該波数領域における光量の積分値を求め、前記バックグラウンドガスの透過光量を使って、未知化合物の吸光度を求める。未知化合物の吸光度が未知化合物しきい値を超えた場合、未知化合物ありと判定する（ステップＴ８）。
そして、未知化合物を対象にした未知化合物解析を行う（ステップＴ７）。すなわち、未知化合物・メソッドに登録された波数領域ｕのスペクトルに基づいて、当該波数領域における光量の積分値を求め、前記バックグラウンドガスの透過光量を使って、未知化合物の吸光度を求める。未知化合物の吸光度が未知化合物しきい値を超えた場合、未知化合物ありと判定する（ステップＴ８）。
未知化合物ありと判定された場合、アラームを発生し、制御盤にアラームを送信する（ステップＴ９）。未知化合物の濃度が未知化合物しきい値を超えていない場合、測定を継続する。
このようにして、未知化合物の濃度が高い場合、運転中にそのことを示す情報を発生し、管理者に知らせることができる。
このようにして、未知化合物の濃度が高い場合、運転中にそのことを示す情報を発生し、管理者に知らせることができる。
１１ 試料ボンベ
１２ マスフローコントローラ
１３ ボンベ
１４ 開閉バルブ
１５ ガスセル
１６ 調整バルブ
１７ バキュームジェネレータ
１８ 圧力トランスデューサ
１９ 圧力制御部
２０ 吸光度／濃度測定部
２０ａ メモリ
２５ 高圧ガスボンベ
Ｇ 赤外線光源
Ｓ 分光器
Ｄ 赤外線検出器
１２ マスフローコントローラ
１３ ボンベ
１４ 開閉バルブ
１５ ガスセル
１６ 調整バルブ
１７ バキュームジェネレータ
１８ 圧力トランスデューサ
１９ 圧力制御部
２０ 吸光度／濃度測定部
２０ａ メモリ
２５ 高圧ガスボンベ
Ｇ 赤外線光源
Ｓ 分光器
Ｄ 赤外線検出器
Claims (7)
- 試料ガスの中に含まれている測定対象ガスの濃度を測定する方法であって、
ａ．前記試料ガスの中に含まれている、測定対象ガスの種類と、測定対象ガスの測定波数領域と、前記測定対象ガスと波数領域が少なくとも一部重なる干渉成分ガスの種類と、干渉成分ガスの測定波数領域とを特定し、
ｂ．前記測定対象ガスの測定波数領域において、試料ガスの吸光度を求めて測定対象ガスの濃度を算出し、
ｃ．前記測定対象ガスの濃度を第一のしきい値と比較し、
ｄ．前記測定対象ガスの濃度が第一のしきい値を超える場合に、前記干渉成分ガスの測定波数領域において、試料ガスの吸光度を求めて干渉成分ガスの濃度を算出し、
ｅ．前記干渉成分ガスの濃度を第二のしきい値と比較し、
ｆ．前記干渉成分ガスの濃度が第二のしきい値以内である場合に、測定対象ガスの濃度が高いことを示す情報を発生することを特徴とするガス濃度測定方法。 - 前記「第一のしきい値」は、測定対象ガスがこれ以上の濃度で存在すれば「測定対象ガスの濃度が高いことを示す情報」を発生するのが適当と判断される濃度である請求項１記載のガス濃度測定方法。
- 前記「第二のしきい値」は、干渉成分ガスがこれ以上の濃度で存在すれば測定対象ガスの濃度誤検知を起こさせると判断される濃度である請求項１記載のガス濃度測定方法。
- 前記手順ｅ．において、前記干渉成分ガスの濃度が第二のしきい値を超える場合には、前記測定対象ガスの測定波数領域を変更して、測定対象ガスの濃度算出手順を再度行う請求項１記載のガス濃度測定方法。
- 前記測定対象ガスの測定波数領域を除いた測定波数領域において、試料ガスの吸光度を求め、
前記吸光度を第三のしきい値と比較し、第三のしきい値を超える場合に、未知である化合物が存在し、その濃度が高いことを示す情報を発生する請求項１記載のガス濃度測定方法。 - コンピュータにロードされ、試料ガスの中に含まれている測定対象ガスの濃度を測定するプログラムであって、
前記試料ガスの中に含まれている、測定対象ガスの種類と、測定対象ガスの測定波数領域と、前記測定対象ガスと波数領域が少なくとも一部重なる干渉成分ガスの種類と、干渉成分ガスの測定波数領域とを登録するステップと、
前記測定対象ガスの測定波数領域において、試料ガスの吸光度データに基づき測定対象ガスの濃度を算出するステップと、
前記測定対象ガスの濃度を第一のしきい値と比較し、前記測定対象ガスの濃度が第一のしきい値を超える場合に、前記干渉成分ガスの測定波数領域において、試料ガスの吸光度データに基づき干渉成分ガスの濃度を算出するステップと、
前記干渉成分ガスの濃度を第二のしきい値と比較し、前記干渉成分ガスの濃度が第二のしきい値以内である場合に、測定対象ガスの濃度が高いことを示す情報を発生するステップとを含むことを特徴とするガス濃度測定プログラム。 - コンピュータの機能を用いて、試料ガスの中に含まれている測定対象ガスの濃度を測定するガス濃度測定装置であって、
前記試料ガスの中に含まれている、測定対象ガスの種類と、測定対象ガスの測定波数領域と、前記測定対象ガスと波数領域が少なくとも一部重なる干渉成分ガスの種類と、干渉成分ガスの測定波数領域とを登録する手段と、
前記測定対象ガスの測定波数領域において、試料ガスの吸光度データに基づき測定対象ガスの濃度を算出する手段と、
前記測定対象ガスの濃度を第一のしきい値と比較し、前記測定対象ガスの濃度が第一のしきい値を超える場合に、前記干渉成分ガスの測定波数領域において、試料ガスの吸光度データに基づき干渉成分ガスの濃度を算出する手段と、
前記干渉成分ガスの濃度を第二のしきい値と比較し、前記干渉成分ガスの濃度が第二のしきい値以内である場合に、測定対象ガスの濃度が高いことを示す情報を発生する手段とを含むことを特徴とするガス濃度測定装置。
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