JP2009236891A - Gas detecting cell and gas detector with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、検査対象ガスに含まれる可燃性ガスを検出するためのガス検出用セル及びこれを備えたガス検出装置に関する。 The present invention relates to a gas detection cell for detecting a combustible gas contained in a gas to be inspected, and a gas detection apparatus including the same.
検査対象のガスに含まれるガス種の識別及び定量を目的とするガス検出器として、以下のものが知られている。(1)ガスの吸着により電気伝導度が変化する半導体素子を備えた検出器、(2)ガスの吸収により質量が変化するガス吸収膜を有する水晶振動子を備えた検出器、(3)ガスの吸収により弾性波の伝播特性が変化するガス吸収膜を有する弾性表面波素子を備えた検出器、(4)ガスの触媒酸化反応に伴って化学発光が生じる触媒化学発光素子を備えた検出器などである。 The following are known as gas detectors for the purpose of identifying and quantifying the gas species contained in the gas to be inspected. (1) A detector including a semiconductor element whose electrical conductivity changes due to gas adsorption, (2) a detector including a crystal resonator having a gas absorption film whose mass changes due to gas absorption, and (3) gas. Detector having a surface acoustic wave element having a gas absorption film whose acoustic wave propagation characteristics change due to absorption of gas, and (4) a detector having a catalytic chemiluminescence element that generates chemiluminescence in association with a catalytic oxidation reaction of gas Etc.
上記のガス検出器のうち、(4)触媒化学発光素子を備えた検出器は、ガス濃度に対するセンサ出力の直線性及び再現性、並びに、応答速度のすべてを高水準に達成し得るという特長を有している。 Among the gas detectors described above, (4) the detector equipped with the catalytic chemiluminescent element has the feature that the linearity and reproducibility of the sensor output with respect to the gas concentration and the response speed can be achieved at a high level. Have.
触媒化学発光素子を収容する暗箱をなすガス検出用セルについて、これまでに種々のタイプのものが提案されている。例えば、特許文献1には、耐熱基板上に設けられたガス検出体及び光検出器を収容する暗箱が記載されている。特許文献2には、複数の発光素子を収容する暗箱が記載されている。特許文献3,4には、検査対象ガスをセンサ触媒に吹き付けるべく、連通口を有する分離壁で内部の空間が仕切られたセンサ収容部が記載されている。
しかしながら、特許文献1,2に記載のガス検出装置は、暗箱内における検査対象ガスの流れについては特に考慮されておらず、暗箱内でガスの乱流及び滞留が生じる可能性があり、ガス検出の安定性、再現性及び応答速度の点で改善の余地があった。また、特許文献3,4に記載のガス検出器は、検査対象ガスが連通口を通じて吹き付けられるため、比較的安定した出力が得られるものの、センサ収容部内の空間にガスの滞留が生じやすく、応答速度の点で改善の余地があった。
However, the gas detection devices described in
また、特許文献1〜4に記載のガス検出装置に共通する改善すべき点として、暗箱の内壁面へのガスや反応生成物の吸着又は付着が挙げられる。例えば、反応生成物の付着によって暗箱の内面が汚染されれば、微弱な光を光検出器で十分に検出できなくなるおそれがある。
Further, as a point to be improved in common with the gas detection devices described in
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、応答速度及び検出感度の両方を高水準に達成できるガス検出用セル及びこれを備えたガス検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a gas detection cell capable of achieving both a response speed and a detection sensitivity at a high level and a gas detection device including the same. .
本発明に係るガス検出用セルは、検査対象ガスに含まれる可燃性ガスの触媒酸化反応によって発光する触媒化学発光素子と、この触媒化学発光素子が有する触媒層の表面と平行に形成され且つ上記触媒層が露出している流路と、上記触媒層を加熱するヒータとを備える。 A gas detection cell according to the present invention is formed in parallel with a catalytic chemiluminescent element that emits light by catalytic oxidation reaction of a combustible gas contained in a gas to be inspected, and a surface of a catalyst layer included in the catalytic chemiluminescent element, and A flow path in which the catalyst layer is exposed, and a heater for heating the catalyst layer.
本発明に係るガス検出用セルによれば、検査対象ガスの流量を調整することで、流路内に層流を生じさせることができる。これにより、流路内でのガスの滞留が抑制され、高い応答速度を達成できる。更に、このガス検出用セルによれば、流路を十分扁平なものとすることができる。このことにより、ガス検出用セルの薄型化が図れるのみならず、触媒化学発光素子(以下、単に「発光素子」という。)と光検出器とを互いに十分に近づけて配置することができるため、検出感度を向上させることができる。また、発光素子と光検出器とを近づけて配置することによって、発光素子の触媒層を加熱するためのヒータの熱が流路の内壁面や光検出用の開口部に十分に伝わりやすくなるため、当該領域に可燃性ガスやその反応生成物が付着することを十分に抑制でき、高い検出感度を十分に維持できる。 According to the gas detection cell according to the present invention, a laminar flow can be generated in the flow path by adjusting the flow rate of the inspection target gas. Thereby, the stay of gas in the flow path is suppressed, and a high response speed can be achieved. Furthermore, according to this gas detection cell, the flow path can be made sufficiently flat. As a result, the gas detection cell can be thinned, and the catalytic chemiluminescent device (hereinafter simply referred to as “light emitting device”) and the photodetector can be disposed sufficiently close to each other. Detection sensitivity can be improved. In addition, by arranging the light emitting element and the light detector close to each other, the heat of the heater for heating the catalyst layer of the light emitting element is easily transmitted to the inner wall surface of the flow path and the light detection opening. The flammable gas and its reaction product can be sufficiently prevented from adhering to the region, and the high detection sensitivity can be sufficiently maintained.
本発明に係るガス検出装置は、上記本発明のガス検出用セルと、このガス検出用セルの流路を通じて触媒層に検査対象ガスを供給するガス供給手段と、上記触媒層における可燃性ガスの触媒酸化反応によって発生する発光スペクトルを計測するスペクトル計測手段とを備える。 A gas detection device according to the present invention includes a gas detection cell according to the present invention, a gas supply means for supplying a test target gas to a catalyst layer through a flow path of the gas detection cell, and a combustible gas in the catalyst layer. Spectrum measuring means for measuring an emission spectrum generated by the catalytic oxidation reaction.
本発明に係るガス検出装置によれば、ガス検出用セルの流路内に層流を生じさせることにより、流路内でのガスの滞留が抑制され、高い応答速度を達成できる。更に、発光素子と光検出器とを互いに十分に近づけて配置することができるため、検出感度を向上させることができる。また、発光素子と光検出器とを近づけて配置することによって、発光素子の触媒層を加熱するためのヒータの熱が流路の内壁面や光検出用の開口部に十分に伝わりやすくなるため、当該領域に可燃性ガスやその反応生成物が付着することを十分に抑制でき、高い検出感度を十分に維持できる。 According to the gas detection device of the present invention, by causing a laminar flow in the flow path of the gas detection cell, gas retention in the flow path is suppressed, and a high response speed can be achieved. Furthermore, since the light emitting element and the photodetector can be arranged sufficiently close to each other, detection sensitivity can be improved. In addition, by arranging the light emitting element and the light detector close to each other, the heat of the heater for heating the catalyst layer of the light emitting element is easily transmitted to the inner wall surface of the flow path and the opening for light detection. The flammable gas and its reaction product can be sufficiently prevented from adhering to the region, and the high detection sensitivity can be sufficiently maintained.
本発明によれば、応答速度及び検出感度の両方を高水準に達成できる。 According to the present invention, both response speed and detection sensitivity can be achieved at a high level.
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<ガス検出装置>
図1は、本発明に係るガス検出用セルの第1実施形態を示す斜視図である。図2は、図1に図示したガス検出用セル1を備えたガス検出装置の概略断面図であり、図2におけるガス検出用セル1の断面図は、図1に示すII−II線断面を示すものである。
<Gas detection device>
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a gas detection cell according to the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a gas detection apparatus provided with the
本実施形態に係るガス検出装置10は、検査対象ガスに含まれる複数の種類の可燃性ガスを検出するためのものであり、図2に示すように、ガス検出用セル1と、ガス分離ユニット2と、光学フィルタユニット6と、光検出器7と、解析ユニット8とを備える。検査対象ガスは、ガス分離カラムなどを備えるガス分離ユニット2を介してガス検出用セル1内に導入される。ガス検出用セル1は、光検出器7が装着されると外部から光が入らないようになっている。
A
ガス検出用セル1内には1つの発光素子3が収容されており、発光素子3から発せられる光が開口部に装着された光学フィルタユニット6を経て光検出器7において計測される。光検出器7からの電気信号が解析ユニット8へと送られ、そこでガス種の同定及びその濃度などについての解析がなされる。本実施形態においては、光学フィルタユニット6、光検出器7及び解析ユニット8によってスペクトル計測手段が構成される。
One
本実施形態に係るガス検出用セル1は、図1,2に示すように、発光素子3が有する触媒層3aの表面と平行に形成され且つ触媒層3aが露出している検査対象ガスの流路4を有する。この流路4は、図2に示すように、その下面から上面までの高さを1.5mm程度と極めて扁平であるため、発光素子3と光検出器7と互いに十分に近づけて配置することができる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ガス検出用セル1は、その底面に設けられた2つの開口と流路4とをそれぞれ連通するガス導入路4a及びガス排出路4bを有する。ガス分離ユニット2を通じてガス導入路4aから導入される検査対象ガスは、流路4内を流れ、触媒層3aと接した後、ガス排出路4bを通じて排出される(図2に示した矢印を参照)。
The
ガス検出用セル1においては、発光素子が有するヒータ3bの熱によって加熱される領域に、500℃以上の耐熱性を有する材質からなる保護層5a,5bが設けられている。また、触媒層3aと光学フィルタユニット6との間には、計測すべき波長帯の光を透過し且つ500℃以上の耐熱性を有するガラス板5cを設けられている。このガラス板5cは、流路4側の面が流路4の内壁面の一部をなすものであり、流路4の他の内壁面と面一となるように配置されている。このことにより、流路4内のガスの流れが乱れることを十分に防止できる。
In the
上記の保護層5a,5bやガラス板5cとして使用する材質は、300Kにおける熱伝導率が5W/m/K以下のものが好ましく、具体的には、ガラス、石英ガラス、パイレックス(登録商標)ガラス及びセラミックスなどを例示できる。これらのなかでも石英ガラス及びパイレックスガラスは、高い耐熱性を有し且つ熱伝導度が低いことに加え、小熱容量であるとともに熱衝撃に強い点で特に好適である。
The materials used for the
ガス分離ユニット2は、ガス検出用セル1のガス導入路4aの上流側に配設されており、検査対象ガスに含まれる複数の可燃性ガスを分離した状態でガス検出用セル1内に導入するためのものである。ガス分離ユニット2は、ガス分離カラム、キャリアガス用流量コントローラ及び検査対象ガスと空気(酸素)とを混合する装置などによって構成することができる。
The gas separation unit 2 is disposed upstream of the
発光素子3は、検査対象ガスに含まれるガス種の同定及び濃度の測定を行うためのものである。この発光素子3は、複数の触媒成分からなる触媒層3aと、この触媒層3aを加熱するためのヒータ3bとを備える。ヒータ3bとしては、例えば、基板上に設けられたプリント配線などを採用できる。ガス検出を行う際、ヒータ3bによって触媒層3aの温度を一定に保ったり、所定の条件で昇温したりできるようになっている。
The light-emitting
触媒層3aは、第1の希土類元素及び電気絶縁性を有する第1の触媒担体を含む第1の触媒成分と、第2の希土類元素及び電気絶縁性を有する第2の触媒担体を含む第2の触媒成分とを少なくとも含有する。すなわち、触媒層3aは、希土類元素と電気絶縁性を有する触媒担体とを含む第1〜第nの触媒成分を含有する(nは2以上の整数を示す)。触媒を構成する触媒成分の数を多くすることにより、細かいスペクトル分布を測定でき、多種類のガスの同定が可能になる。
The
ここで、複数の触媒成分のうち、任意に選択した一の触媒成分を触媒成分Iと表記し、残りの触媒成分から任意に選択した一の触媒成分を触媒成分IIと表記する。これらの触媒成分に含まれる希土類元素及び触媒担体を希土類元素Ia,IIa及び触媒担体Ib,IIbとそれぞれ表記する。 Here, of the plurality of catalyst components, one arbitrarily selected catalyst component is denoted as catalyst component I, and one catalyst component arbitrarily selected from the remaining catalyst components is denoted as catalyst component II. The rare earth elements and catalyst carriers contained in these catalyst components are denoted as rare earth elements Ia and IIa and catalyst carriers Ib and IIb, respectively.
触媒層3aが触媒成分I,IIを含有する場合、これらの触媒成分からの発光によってガス種を効率的に識別する観点から、希土類元素Iaと希土類元素IIaとは互いに異なる元素であり且つ触媒担体Ibと触媒担体IIbとは互いに異なる物質であることが好ましい。なお、場合によっては、触媒担体Ibと触媒担体IIbとは同一であってもよい。
When the
触媒層3aを形成する触媒は、触媒担体をなす物質に希土類元素をドープして得られた触媒粉末をそれぞれ調製し、これらを混合することによって得ることができる。この混合粉をスラリー状にし、ヒータをなすプリント配線板上などに塗布して触媒層3aを形成してもよく、あるいは、上記混合粉を所定の形状に焼結して触媒層3aを形成してもよい。
The catalyst for forming the
本実施形態において使用可能な希土類元素は、La(ランタン)、Ce(セリウム)、Nd(ネオジム)、Pr(プラセオジム)、Sm(サマリウム)、Eu(ユウロピウム)、Gd(ガドリニウム)、Tb(テルビウム)、Dy(ジスプロシウム)、Ho(ホルミニウム)、Er(エルビウム)、Tm(ツリウム)、Yb(イッテルビウム)、Lu(ルテチウム)、Sc(スカンジウム)及びY(イットリウム)である。なお、Pm(プロメチウム)も希土類元素に分類されるが、Pmは放射性元素であり、実際上自然界に存在しないものである。本実施形態においては、一の触媒成分に上記希土類元素を単独で含有せしめてもよく、あるいは、2種以上を含有せしめてもよい。 The rare earth elements that can be used in the present embodiment are La (lanthanum), Ce (cerium), Nd (neodymium), Pr (praseodymium), Sm (samarium), Eu (europium), Gd (gadolinium), Tb (terbium). , Dy (dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium), Tm (thulium), Yb (ytterbium), Lu (lutetium), Sc (scandium) and Y (yttrium). Pm (promethium) is also classified as a rare earth element, but Pm is a radioactive element and is not actually present in nature. In the present embodiment, the rare earth element may be contained alone in one catalyst component, or two or more kinds may be contained.
触媒担体として使用可能な物質としては、Al2O3(酸化アルミニウム)、CaCO3(炭酸カルシウム)、ZrO2(酸化ジルコニウム)、BaSO4(硫酸バリウム)、Si3N4(窒化ケイ素)、SiC(炭化ケイ素)、BN(窒化ホウ素)、AlN(窒化アルミニウム)及びB4C(炭化ホウ素)などが挙げられる。一の触媒成分において上記物質を触媒担体として単独で使用してもよく、あるいは、2種以上を混合して使用してもよい。 Substances that can be used as the catalyst support include Al 2 O 3 (aluminum oxide), CaCO 3 (calcium carbonate), ZrO 2 (zirconium oxide), BaSO 4 (barium sulfate), Si 3 N 4 (silicon nitride), SiC (Silicon carbide), BN (boron nitride), AlN (aluminum nitride) and B 4 C (boron carbide). In one catalyst component, the above substance may be used alone as a catalyst carrier, or two or more kinds may be mixed and used.
触媒担体に対する希土類元素のドープ量は、発光素子3の用途又は要求性能等に応じて適宜設定すればよい。なお、3価の希土類元素を2価の陽イオンを含む触媒担体(例えば、BaSO4、CaCO3)にドープする場合、電荷補償のために希土類元素と同量の1価の陽イオン(例えば、Na)を触媒担体にドープすることが好ましい。
What is necessary is just to set suitably the doping amount of the rare earth element with respect to a catalyst support | carrier according to the use of the
触媒に含まれる各触媒成分は、検査対象ガスに含まれる可燃性ガスの酸化反応を促進する金属元素(燃焼触媒)を更に含有することが好ましい。可燃性ガスの酸化反応が促進されることにより、発光素子3の応答速度が一層向上するという効果が奏される。ここで、触媒成分Iが金属元素Icを含有し、触媒成分IIが金属元素IIcを含有するものであるとした場合、金属元素Ic及び金属元素IIcは必ずしも互いに異なる元素である必要はなく、両者は同一であってもよい。
Each catalyst component contained in the catalyst preferably further contains a metal element (combustion catalyst) that promotes the oxidation reaction of the combustible gas contained in the inspection target gas. By promoting the oxidation reaction of the combustible gas, there is an effect that the response speed of the
本実施形態において燃焼触媒として使用可能な金属種は、Pt(白金)、Pd(パラジウム)、Rh(ロジウム)、Ir(イリジウム)、Au(金)などの貴金属、Sn(スズ)、Fe(鉄)などである。触媒担体に対する上記金属元素の担持量は、発光素子3の用途又は要求性能等に応じて適宜設定すればよい。
The metal species that can be used as the combustion catalyst in the present embodiment are noble metals such as Pt (platinum), Pd (palladium), Rh (rhodium), Ir (iridium), Au (gold), Sn (tin), Fe (iron) ) Etc. What is necessary is just to set suitably the load of the said metal element with respect to a catalyst support | carrier according to the use of the
光学フィルタユニット6は、検出すべきピーク波長にそれぞれ相当する複数のバンドパスフィルタ(図示せず)を有しており、これらのバンドパルフィルタを適宜切り替えることで、1つの光検出器7で複数の希土類元素からそれぞれ発せられる固有の発光スペクトルを分離できる。
The
光検出器7は、発光素子3から発せられる光を検出するためのものである。光検出器7としては、光電子増倍管などを採用できる。光検出器7に光学フィルタユニット6を通じて光が入射すると、光検出器7から電気信号が出力される。光検出器7からの電気信号は、解析ユニット8に送られ、ガス種の同定及びその他の解析(ガス濃度等)が行われる。
The
<ガス検出方法>
次に、ガス検出装置10を用いたガス検出方法について説明する。本実施形態に係るガス検出方法は、可燃性ガスを含む検査対象ガスと、発光素子3の触媒層3aとを接触させることにより可燃性ガスの触媒酸化反応を生じさせ、この触媒酸化反応によって希土類元素から発生する発光スペクトルを光検出器7で計測する工程を備える。
<Gas detection method>
Next, a gas detection method using the
ガス検出用セル1内に検査対象ガスを導入するにあたっては、高い応答速度を達成する観点から、流路4に検査対象ガスの層流が生じさせることが好ましい。したがって、ガス検出用セル1のサイズにもよるが、検査対象ガスは100ml/分以下の流量とすることが好ましい。
In introducing the inspection target gas into the
希土類元素を含有する触媒層3aに可燃性ガス及び酸素が供給されると、これらの分子が触媒層3aの表面に吸着する。すると、吸着した可燃性ガスの分子及び酸素分子からそれぞれ生じた電子及びホールは触媒層3a内を移動し、これらが希土類金属を介して再結合する際、希土類元素固有の電子準位状態を反映した発光スペクトルが生じる。この発光機構に基づく発光スペクトルの強度は、触媒反応によって生じた反応生成物の量に比例し、他方、この反応生成物の生成される種類及び量は、検知対象ガスの種類と濃度に依存する。したがって、希土類元素固有の発光スペクトルの強度を計測すれば、検査対象ガスに含まれる可燃性ガスの濃度を知ることができる。
When a combustible gas and oxygen are supplied to the
上記の通り、本実施形態に係るガス検出方法は、可燃性ガスの酸化反応を伴うものであるため、ガス種を同定すべきガスが酸素を含有しない場合、当該ガスと酸素含有ガス(典型的には空気)とを混合して、予め検査対象ガスを調製する。 As described above, the gas detection method according to the present embodiment involves an oxidation reaction of a combustible gas. Therefore, when the gas to be identified does not contain oxygen, the gas and the oxygen-containing gas (typically Is mixed with air) to prepare a gas to be inspected in advance.
ガス検出装置10を用いて検査対象ガスに含まれる複数の可燃性ガスを検出するには、まず、ヒータ3bによって触媒層3aを約500℃にまで昇温する。ただし、この温度は検査対象ガスによって変化させてもよい。その後、検査対象ガスをガス分離ユニット2に導入し、ガス分離カラムによって複数の可燃性ガスを分離する。ガス分離ユニット2からキャリアガス(空気)とともに排出される複数の可燃性ガスをガス導入路4aを通じて流路4へと順次導入する。すると、発光素子3の触媒層3aにおいて可燃性ガスの酸化反応が順次生じ、可燃性ガスごとに互いに異なる発光スペクトルを有する発光が生じる。
In order to detect a plurality of combustible gases contained in the gas to be inspected using the
触媒層3aは、複数の触媒成分(希土類元素)を含有しているため、そこから放射される発光スペクトルを光検出器7で計測することで、可燃性ガスごとに異なる発光スペクトルのデータを取得できる。種々のガス種に対して予め計測された発光スペクトルのデータと比較することで、検査対象ガスに含まれる可燃性ガスの種類を識別できる。また、光検出器7によって計測された発光強度に基づいて可燃性ガスの濃度を求めることができる。
Since the
以上の通り、ガス検出装置10は、流路4を有するガス検出用セル1を備えたものであるため、流路4内の検査対象ガスの流れを層流とすることにより、流路4内でのガスの滞留が抑制され、高い応答速度を達成できる。更に、発光素子3と光検出器7とを互いに十分に近づけて配置することができるため、検出感度を向上させることができる。また、流路4を扁平にすることで、触媒層3aを加熱するためのヒータ3bの熱が流路4の内壁面や光検出用の開口部に十分に伝わりやすくなるため、当該領域に可燃性ガスや反応生成物が付着することを十分に抑制できる。したがって、高い検出感度を十分に維持することができ、分解して内部を洗浄する頻度を低くできる。また、ガス検出装置10は、流路4が極めて扁平であるとともに、ガス検出に要する発光素子及び光検出器がそれぞれ1つであるため、十分な薄型化及び小型化を達成できる。
As described above, since the
なお、光検出器7が発光素子3のヒータ3bによって過熱される場合は、ガス検出用セル1と光検出器7との間に、空気層を設けたり、断熱材を挿入したりして断熱性を高めればよい。ただし、ガス検出用セル1全体を高い温度にする必要がない場合(固体表面に吸着しにくいガスの検出に専ら使用する場合など)は、ヒータ3bからガス検出用セル1の本体部への熱伝導が小さくなるように、図2に示すように、ヒータ3bの下方に空洞部9を設けて両者の接触面積を小さくしたり、保護層5aの厚さを薄くしたりすればよい。
In addition, when the
ガス検出装置10の発光素子3は、互いに異なるガス感度特性を有する複数の触媒成分からなる触媒層3aを有する。触媒層3aを構成する触媒成分の種類及び数を適宜選択することにより、特定のガスに対して所望のスペクトルを生じる触媒化学センサを作製することができる。また、混合する各種触媒成分の割合を調整することにより、触媒発光ピークの強度比を自由に設計できるので、特定の可燃性ガス成分に対する感度の高低を自由に選択することもできる。しかも、ガス種に応じて異なるスペクトルが生じるように、触媒成分を適宜選択するという比較的容易な手法によって、発光素子3を作製することが可能である。
The
上述した通り、触媒化学発光素子は、元来、ガス濃度に対するセンサ出力の直線性及び再現性、並びに、応答速度のすべてを高水準に達成し得るものであり、ガス検出装置10もこのような特長を具備するものである。したがって、ガス検出装置10をガスクロマトグラフの検出器として利用することにより、GC/MSと同様のガスの分離及び定量分析が可能となる。また、ガス検出装置10は、多種の可燃性ガスを識別できるため、においセンサなどにも適用することができる。
As described above, the catalytic chemiluminescent element can originally achieve all of the linearity and reproducibility of the sensor output with respect to the gas concentration, and the response speed to a high level. It has features. Therefore, by using the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、互いに異なる希土類元素を含有する複数の触媒成分からなる触媒層3aを例示したが、ガス検出装置の用途や要求性能等によっては、触媒層3aの代わりに、希土類元素などの発光体を1種類のみ含有する触媒層を採用してもよく、このような触媒層を流路4内に複数並べて配置してもよい。複数の発光素子及び目的に合わせた各種光学フィルタをガス検出用セルに設置することで、ガス分離ユニット2で成分毎に分離しなくても定性及び定量分析が可能となる。
The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the
更に、上記実施形態においては、検査対象ガスに複数の可燃性ガスが含まれる場合を例示したが、単独の可燃性ガスの種類を識別するためにガス検出装置10を使用してもよい。この場合、ガス分離ユニット2を使用せず、検査対象ガスを直接ガス検出用セル1内へと導入すればよい。
Furthermore, in the said embodiment, although the case where several combustible gas was contained in the test object gas was illustrated, you may use the
上記実施形態のガス検出用セル1は、発光素子3の暗箱をなすものであるが、ガス検出用セル1を収容する暗箱を更に準備してもよい。この暗箱内にガス検出用セル1を収容することで、ガス検出を行う際、発光素子3の発光成分以外の迷光入射をより一層確実に防止できる。
Although the
上記実施形態では、ヒータ3bの熱によって加熱される領域に保護層5a,5bを設ける場合を例示したが、温度条件によっては、図3に図示したガス検出用セル21のように、保護層5bを設けることなく、発光素子3と当接する保護層5aのみであってもよい(第2実施形態)。また、図4に図示したガス検出用セル31のように、流路4、ガス導入路4a及びガス排出路4bの内壁面にガスが吸着することをより一層防止する観点から、これらの内壁面全体を保護層5a,5bで覆ってもよい(第3実施形態)。更には、図5に図示したガス検出用セル41のように、ガス検出用セルの本体部41a全体を高い耐熱性を有する材質で形成してもよい(第4実施形態)。
In the above embodiment, the case where the
図5に示すように、ガス検出用セル41の本体部41a全体を耐熱性材料で形成する場合、その材料は、加工性、価格、ガス耐久性、耐熱性、遮光性など、要求される項目を満足するのであれば、金属、樹脂、ゴム、セラミックス、ガラス等から適宜選択することができる。
As shown in FIG. 5, when the
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited to these Examples.
(実施例1)
図2に示すガス検出装置と同様の構成の装置を準備し、希土類元素を含有する触媒層を有する触媒化学発光素子をガス検出用セル内の流路に配置した。ただし、本実施例では空気にエタノールガスのみを添加したものを検査対象ガスとしたため、ガス分離ユニットを通さず、検査対象ガスを直接ガス検出用セルに導入した。
Example 1
An apparatus having the same configuration as that of the gas detection apparatus shown in FIG. 2 was prepared, and a catalytic chemiluminescent element having a catalyst layer containing a rare earth element was disposed in the flow path in the gas detection cell. However, in this example, since the inspection target gas was obtained by adding only ethanol gas to the air, the inspection target gas was directly introduced into the gas detection cell without passing through the gas separation unit.
触媒層の温度を450℃に設定した後、100ml/分の流量で検査対象ガスを触媒層へと供給した。ガス検出の応答速度を評価するため、本実施例においては、一定のエタノールガス濃度の検査対象ガスを所定時間供給した後、エタノール濃度を段階的に変化させた。具体的には、まず、エタノール濃度0ppmのガス(空気)の供給を開始し、その後、19ppm、38ppm、57ppm、76ppm、95ppm、19ppm、0ppmと順次異なるエタノール濃度の検査対象ガスを供給した。図7(a)は本実施例において計測された光検出強度を示すグラフである。 After setting the temperature of the catalyst layer to 450 ° C., the inspection target gas was supplied to the catalyst layer at a flow rate of 100 ml / min. In order to evaluate the response speed of gas detection, in this example, after supplying a gas to be inspected with a constant ethanol gas concentration for a predetermined time, the ethanol concentration was changed stepwise. Specifically, first, supply of a gas (air) having an ethanol concentration of 0 ppm was started, and thereafter, an inspection target gas having an ethanol concentration different from 19 ppm, 38 ppm, 57 ppm, 76 ppm, 95 ppm, 19 ppm, and 0 ppm was sequentially supplied. FIG. 7A is a graph showing the light detection intensity measured in this example.
(比較例1)
図6に示す構成の従来のガス検出装置を使用したことの他は、実施例1と同様にしてガス検出の応答速度の評価を行った。すなわち、本比較例では、検査対象ガスを触媒化学発光素子に吹き付けるための連通口を有する分離壁で内部の空間が仕切られたガス検査用セルを使用した。図7(b)は本比較例において計測された光検出強度を示すグラフである。
(Comparative Example 1)
The response speed of gas detection was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the conventional gas detection device having the configuration shown in FIG. 6 was used. That is, in this comparative example, a gas inspection cell in which an internal space is partitioned by a separation wall having a communication port for spraying a gas to be inspected onto the catalytic chemiluminescent element was used. FIG. 7B is a graph showing the light detection intensity measured in this comparative example.
図7に示すグラフから明らかなように、比較例1に係るガス検出装置と比較すると、実施例1に係るガス検出装置は、エタノール濃度の変更に伴い、光検出強度が階段状に変化しており、高い応答速度を達成できることが確認された。また、図7の2つのグラフの縦軸(光検出強度)のスケールを比較すると、グラフ(b)は最大値が30(kcps)であるのに対し、グラフ(a)は最大値が100(kcps)であり、実施例1に係るガス検出装置によれば、高い検出感度も達成できることが確認された。 As is clear from the graph shown in FIG. 7, when compared with the gas detection device according to Comparative Example 1, the gas detection device according to Example 1 has a light detection intensity that changes in a stepped manner as the ethanol concentration is changed. It was confirmed that a high response speed can be achieved. Further, comparing the scales of the vertical axes (light detection intensities) of the two graphs in FIG. 7, the maximum value of graph (b) is 30 (kcps), whereas graph (a) has a maximum value of 100 ( It was confirmed that the gas detection apparatus according to Example 1 can also achieve high detection sensitivity.
(実施例2)
検査対象ガスの流量を10ml/分としたことの他は、実施例1と同様にして光検出強度を計測し、センサ出力の直線性を評価した。実施例1,2の結果を図8に示す。
(Example 2)
The light detection intensity was measured in the same manner as in Example 1 except that the flow rate of the inspection target gas was 10 ml / min, and the linearity of the sensor output was evaluated. The results of Examples 1 and 2 are shown in FIG.
図8に示すグラフから明らかなように、実施例1(流量100ml/分)及び実施例2(流量10ml/分)の両方ともに、エタノールガス濃度と光検出強度とがほぼ比例関係であることが確認された。検査対象ガスの流量が10ml/分と少ない場合でも、このような比例関係が維持されることから、本発明に係るガス検出用セルは、分析ガスの導入機構及び排出機構を低流量に設定することができ、携帯型ガス検出装置などを小型化するのに極めて有効である。
As is apparent from the graph shown in FIG. 8, in both Example 1 (flow
1…ガス検出用セル、2…ガス分離ユニット(ガス供給手段)、3…発光素子(触媒化学発光素子)、3a…触媒層、3b…ヒータ、4…流路、4a…ガス導入路、4b…ガス排出路、5a,5b…保護層、5c…ガラス板、6…光学フィルタユニット、7…光検出器、8…解析ユニット、9…空洞部、10…ガス検出装置。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記触媒化学発光素子が有する触媒層の表面と平行に形成され且つ前記触媒層が露出している流路と、
前記触媒層を加熱するヒータと、
を備えることを特徴とするガス検出用セル。 A catalytic chemiluminescent device that emits light by a catalytic oxidation reaction of a combustible gas contained in a gas to be inspected;
A flow path formed in parallel to the surface of the catalyst layer of the catalytic chemiluminescent device and exposing the catalyst layer;
A heater for heating the catalyst layer;
A gas detection cell comprising:
前記流路を通じて前記触媒層に前記検査対象ガスを供給するガス供給手段と、
前記触媒層における前記可燃性ガスの触媒酸化反応によって発生する発光スペクトルを計測するスペクトル計測手段と、
を備えることを特徴とするガス検出装置。 A gas detection cell according to claim 1;
Gas supply means for supplying the inspection object gas to the catalyst layer through the flow path;
Spectrum measuring means for measuring an emission spectrum generated by a catalytic oxidation reaction of the combustible gas in the catalyst layer;
A gas detection device comprising:
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02208561A (en) * | 1989-02-09 | 1990-08-20 | Fuji Electric Co Ltd | Chemical luminescence reagent composition for detection of ozone |
JP2003247989A (en) * | 2001-12-17 | 2003-09-05 | Tomohiko Hashiba | Measuring method and measuring instrument for formaldehyde concentration in gas |
JP2005069943A (en) * | 2003-08-26 | 2005-03-17 | Shibata Kagaku Kk | Gas detector |
-
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02208561A (en) * | 1989-02-09 | 1990-08-20 | Fuji Electric Co Ltd | Chemical luminescence reagent composition for detection of ozone |
JP2003247989A (en) * | 2001-12-17 | 2003-09-05 | Tomohiko Hashiba | Measuring method and measuring instrument for formaldehyde concentration in gas |
JP2005069943A (en) * | 2003-08-26 | 2005-03-17 | Shibata Kagaku Kk | Gas detector |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JPN6012038896; T Okabayashi et al: 'High sensitive hydrocarbon gassensor utilizing cataluminescence of gamma-Al2O3 activated with Dy3+' Sensors and Actuators B: Chemical Volume 64,Issues 1-3, 20000610, 54-58 * |
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