JP2021096130A

JP2021096130A - ガス分析システム

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Publication number: JP2021096130A
Application number: JP2019226945A
Authority: JP
Inventors: 伴三都築; Hanzo Tsuzuki; 拓也佐伯; Takuya Saeki
Original assignee: Tokai Denshi Inc
Current assignee: Tokai Denshi Inc
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2021-06-24
Anticipated expiration: 2039-12-17
Also published as: JP7296631B2

Abstract

【課題】サンプルガスのうち１０．６ｅＶを超えるイオン化エネルギーの成分を検知することができるガス分析システムを提供する。【解決手段】空気をキャリアガスとして使用するガス分析システムは、コロナ放電部によるコロナ放電の電圧としてのコロナ放電電圧を変化させた場合のイオン検知部によるイオンの検知結果に基づいて、空気中の水蒸気のイオン化エネルギーに対応する参照側コロナ放電電圧ＶＣＲを特定し（Ｓ１１９〜Ｓ１２２）、水蒸気のイオン化エネルギーに対応する参照側コロナ放電電圧ＶＣＲに基づいて決定した、水蒸気のイオン化エネルギーに対応するサンプル側コロナ放電電圧より特定の程度低い電圧ＶＣＳでコロナ放電部にコロナ放電を実行させる（Ｓ１２３）ことを特徴とする。【選択図】図９

Description

本発明は、サンプルガスの成分を分析するガス分析システムに関する。

従来、空気をキャリアガスとして使用するガス分析システムとして、高感度の検出器であるＰＩＤ（ＰｈｏｔｏＩｏｎｉｚａｔｉｏｎＤｅｔｅｃｔｉｏｎ）を用いるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このガス分析システムは、ＶＯＣ（ＶｏｌａｔｉｌｅＯｒｇａｎｉｃＣｏｍｐｏｕｎｄｓ）ガスをＰＩＤの紫外線ランプによってイオン化して、イオン化後の電子をＰＩＤによって捕獲することによって、ＶＯＣガスの濃度を検知する。

特開平０６−０５８９１９号公報

しかしながら、従来のガス分析システムにおいては、通常、１０．６ｅＶを超えるイオン化エネルギーのＶＯＣガスの濃度を検知することができないという問題がある。

以下、詳細に説明する。

紫外線ランプは、紫外線ランプ自身を構成するガラスが紫外線を吸収するので、紫外線ランプの外部に超短波な紫外線が出力されない。例えば、１１７ｎｍの紫外線を透過するガラスによって構成される紫外線ランプは、１０．６ｅＶの光子エネルギーを持ち、１０５ｎｍの紫外線を透過するガラスによって構成される紫外線ランプは、１１．７ｅＶの光子エネルギーを持つ。ここで、１０５ｎｍの紫外線を透過するガラスは、ＬｉＦという特殊な材質で形成されており、湿度に弱く、大気に曝されると、４８時間位で使えなくなる。そのため、１０５ｎｍの紫外線を透過するガラスによって構成される紫外線ランプは、高価であるにもかかわらず、使用可能な期間が短い。したがって、ＰＩＤを用いたガス分析システムでは、現状、１１７ｎｍの紫外線を透過するガラスによって構成される紫外線ランプ、すなわち、１０．６ｅＶの光子エネルギーの紫外線ランプが使用されることが主流である。そのため、ＰＩＤを用いたガス分析システムでは、通常、１０．６ｅＶを超えるイオン化エネルギーのＶＯＣガスをイオン化することができず、その濃度を検知することができない。

そこで、本発明は、サンプルガスのうち１０．６ｅＶを超えるイオン化エネルギーの成分を検知することができるガス分析システムを提供することを目的とする。

本発明のガス分析システムは、空気をキャリアガスとして使用するガス分析システムであって、ガスの成分をソフトイオン化するコロナ放電を実行するコロナ放電部と、前記コロナ放電によって生成されたイオンを検知するイオン検知部と、前記コロナ放電部による前記コロナ放電の電圧としてのコロナ放電電圧を制御する電圧制御部とを備え、前記電圧制御部は、前記コロナ放電電圧を変化させた場合の前記イオン検知部による検知結果に基づいて、前記空気中の水蒸気のイオン化エネルギーに対応する前記コロナ放電電圧を特定し、前記水蒸気のイオン化エネルギーに対応する前記コロナ放電電圧より特定の程度低い電圧で前記コロナ放電部に前記コロナ放電を実行させることを特徴とする。

この構成により、本発明のガス分析システムは、サンプルガスの成分をコロナ放電によってイオン化するので、サンプルガスのうち１０．６ｅＶを超えるイオン化エネルギーの成分を検知することができる。また、本発明のガス分析システムは、水蒸気のイオン化エネルギーである１２．６ｅＶに対応するコロナ放電電圧より特定の程度低い電圧でコロナ放電を実行するので、キャリアガスとしての空気に含まれる、イオン化エネルギーが１２．６ｅＶである水蒸気と、イオン化エネルギーが１３．６ｅＶである０_２と、イオン化エネルギーが１４．５ｅＶであるＮ_２とを検知することを防止することができ、その結果、サンプルガスの成分を適切に検知することができる。

本発明のガス分析システムは、前記キャリアガスにサンプルガスが混合された前記ガスとしての混合ガスに対する前記コロナ放電部としてのサンプル用コロナ放電部と、前記サンプル用コロナ放電部に対応する前記イオン検知部としてのサンプル用イオン検知部と、前記キャリアガスの参照用の前記空気としての参照用空気に対する前記コロナ放電部としての参照用コロナ放電部と、前記参照用コロナ放電部に対応する前記イオン検知部としての参照用イオン検知部とを備え、前記電圧制御部は、前記参照用コロナ放電部の前記コロナ放電電圧を変化させた場合の前記参照用イオン検知部による検知結果に基づいて、前記水蒸気のイオン化エネルギーに対応する、前記参照用コロナ放電部の前記コロナ放電電圧を特定し、前記水蒸気のイオン化エネルギーに対応する、前記参照用コロナ放電部の前記コロナ放電電圧に基づいて、前記水蒸気のイオン化エネルギーに対応する、前記サンプル用コロナ放電部の前記コロナ放電電圧より前記特定の程度低い電圧を決定し、決定した電圧で前記サンプル用コロナ放電部に前記コロナ放電を実行させても良い。

この構成により、本発明のガス分析システムは、参照用空気に対する参照用コロナ放電部のコロナ放電電圧を変化させて参照用イオン検知部によってイオンを検知することによって、水蒸気のイオン化エネルギーに対応する参照用コロナ放電部のコロナ放電電圧を特定した後、混合ガスに対するサンプル用コロナ放電部の、水蒸気のイオン化エネルギーに対応するコロナ放電電圧より特定の程度低い電圧を、水蒸気のイオン化エネルギーに対応する参照用コロナ放電部のコロナ放電電圧に基づいて決定し、決定した電圧でサンプル用コロナ放電部にコロナ放電を実行させるので、サンプルガスの成分の検知中にキャリアガスの温度、湿度などの状況が変わったとしても、水蒸気のイオン化エネルギーである１２．６ｅＶに対応するコロナ放電電圧より特定の程度低い電圧でサンプル用コロナ放電部によってコロナ放電を実行することができ、その結果、サンプルガスの成分を適切に検知することができる。

本発明のガス分析システムは、前記混合ガスが入れられるガス分離カラムと、前記参照用空気が入れられて前記ガス分離カラムと同一の構造である参照用カラムとを備え、前記サンプル用コロナ放電部および前記サンプル用イオン検知部は、前記混合ガスの流路において、前記ガス分離カラムの下流に配置されていて、前記参照用コロナ放電部および前記参照用イオン検知部は、前記参照用空気の流路において、前記参照用カラムの下流に配置されていても良い。

この構成により、本発明のガス分析システムは、混合ガスの流路にガス分離カラムを備えるだけでなく、参照用空気の流路にもガス分離カラムと同一の構造である参照用カラムを備えるので、混合ガスの流路と、参照用空気の流路との分岐点からサンプル用コロナ放電部およびサンプル用イオン検知部までの流路上の距離と、この分岐点から参照用コロナ放電部および参照用イオン検知部までの流路上の距離との差を抑えることができる。したがって、本発明のガス分析システムは、サンプルガスの成分の検知中にサンプル用コロナ放電部およびサンプル用イオン検知部におけるキャリアガスの温度、湿度などの状況が変わった場合に、参照用コロナ放電部および参照用イオン検知部における参照用空気の温度、湿度などの状況も同時期に変わるので、サンプル用コロナ放電部のコロナ放電電圧を、水蒸気のイオン化エネルギーである１２．６ｅＶに対応するコロナ放電電圧より特定の程度低い電圧に適切に制御することができ、その結果、サンプルガスの成分を更に適切に検知することができる。

本発明のガス分析システムにおいて、前記ガス分離カラムと、前記参照用カラムとは、互いに重なって同一の経路を通るように配置されていても良い。

この構成により、本発明のガス分析システムは、ガス分離カラムの内部を通過している最中のキャリアガスの温度が変わった場合に、参照用カラムの内部を通過している最中の参照用空気の温度も同様に変わるので、サンプル用コロナ放電部のコロナ放電電圧を、水蒸気のイオン化エネルギーである１２．６ｅＶに対応するコロナ放電電圧より特定の程度低い電圧に適切に制御することができ、その結果、サンプルガスの成分を更に適切に検知することができる。

本発明のガス分析システムは、サンプルガスのうち１０．６ｅＶを超えるイオン化エネルギーの成分を検知することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るガス分析システムの構成図である。図１に示す検出器の内部の構成図である。図２に示すサンプル用イオン検知回路の構成図である。図１に示す検出器と、コンピューターとの接続を示す構成図である。図１に示すコンピューターのブロック図である。カラムにおける流量が１ｍｌ／ｍであり、検出器の温度が３５℃である場合の図５に示すサンプル用特性および参照用特性の一例を示す図である。（ａ）図５に示すコンピューターによるサンプルガスの理想的な分析結果の一例を示す図である。（ｂ）コロナ放電によるエネルギーが低すぎる場合の図５に示すコンピューターによるサンプルガスの分析結果の一例を示す図である。（ｃ）コロナ放電によるエネルギーが高すぎる場合の図５に示すコンピューターによるサンプルガスの分析結果の一例を示す図である。コロナ放電電圧を制御する場合の図５に示すコンピューターの動作の一部のフローチャートである。図８に示すフローチャートの続きのフローチャートである。図６に示すサンプル用特性および参照用特性の誤差の一例を示す図である。図８および図９に示す動作によってコロナ放電電圧が制御される場合の検知電圧ＶＤＲ、ＶＤＳの変化の一例を示すタイミングチャートである。本発明の第２の実施の形態に係るガス分析システムの構成図である。本発明の第３の実施の形態に係るガス分析システムの構成図である。カラムにおける流量が１ｍｌ／ｍであり、検出器の温度が３５℃である場合の図１３に示すガス分析システムのサンプル用特性の一例を示す図である。コロナ放電電圧を制御する場合の図１３に示すガス分析システムのコンピューターの動作のフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本実施の形態に係るガス分析システムの構成について説明する。

図１は、本実施の形態に係るガス分析システム１０の構成図である。

図１に示すように、ガス分析システム１０は、分析対象の気体であるサンプルガスからガスクロマトグラムを生成するガスクロマトグラフ２０と、サンプルガスの分析の結果を表示するための例えばＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）などのコンピューター６０とを備えている。

ガスクロマトグラフ２０は、キャリアガスとして使用される空気が圧縮されて貯蔵されている、空気の供給源である圧縮空気タンク２１と、圧縮空気タンク２１に接続されていて圧縮空気タンク２１から供給される空気が流れる流路２２と、流路２２に接続されていて流路２２から空気がキャリアガスとして流入する流路２３と、流路２３に接続されていて流路２３から空気がキャリアガスとして流入するとともに、サンプルガスを注入するための注射器９０からサンプルガスが注入されるための注入部２４と、注入部２４に接続されていて、注入部２４でキャリアガスにサンプルガスが混合されたガスとしての混合ガスを成分毎に分離するためのキャピラリーカラムとしてのガス分離カラム２５と、流路２２に接続されていて流路２２から空気がキャリアガスの参照用の空気（以下「参照用空気」という。）として流入する流路２６と、流路２６に接続されていて流路２６から参照用空気が流入するキャピラリーカラムとしての参照用カラム２７と、ガス分離カラム２５および参照用カラム２７に接続されていて、ガス分離カラム２５および参照用カラム２７から流入するガスの成分を検出する検出器３０とを備えている。

ガス分離カラム２５と、参照用カラム２７とは、同一の構造のカラムであって、互いに重なって同一の経路を通るように配置されている。

検出器３０は、ガスの成分をソフトイオン化することができるコロナ放電によって、ガスの成分をイオン化して、イオン化後の電子を捕獲することによってガスの成分を検知するものである。

図２は、検出器３０の内部の構成図である。

図２に示すように、検出器３０は、ガス分離カラム２５（図１参照。）に接続されている管であるサンプル用管４１と、サンプル用管４１を流れるガスに対してコロナ放電を実行するコロナ放電部としてのサンプル用コロナ放電部４２と、サンプル用コロナ放電部４２によるコロナ放電によって生成されたイオンを検知するイオン検知部としてのサンプル用イオン検知部４３とを備えている。サンプル用コロナ放電部４２は、サンプル用管４１に設置されていてコロナ放電を実行するためのサンプル用イオン電極４２ａと、サンプル用イオン電極４２ａに対向するイオン対向電極４２ｂと、サンプル用イオン電極４２ａに接続されていて電圧を変更可能なサンプル用高電圧電源４２ｃとを備えている。サンプル用イオン検知部４３は、サンプル用管４１に設置されていてイオンを検知するためのサンプル用イオン検知電極４３ａと、サンプル用イオン検知電極４３ａに対向するイオン検知対向電極４３ｂと、イオン検知対向電極４３ｂに接続されている電源４３ｃと、サンプル用イオン検知電極４３ａに接続されていてサンプル用管４１内のイオンを検知するためのサンプル用イオン検知回路４４とを備えている。サンプル用コロナ放電部４２およびサンプル用イオン検知部４３は、混合ガスの流路において、ガス分離カラム２５の下流に配置されている。ガス分離カラム２５からサンプル用管４１の内部に入ったガスは、サンプル用コロナ放電部４２によるコロナ放電によって成分がイオン化され、イオン化後の電子がサンプル用イオン検知部４３によって捕獲されることによって、成分の濃度が検知される。

検出器３０は、参照用カラム２７（図１参照。）に接続されている管である参照用管５１と、参照用管５１を流れるガスである、参照用空気に対してコロナ放電を実行するコロナ放電部としての参照用コロナ放電部５２と、参照用コロナ放電部５２によるコロナ放電によって生成されたイオンを検知するイオン検知部としての参照用イオン検知部５３とを備えている。参照用コロナ放電部５２は、参照用管５１に設置されていてコロナ放電を実行するための参照用イオン電極５２ａと、参照用イオン電極５２ａに対向するイオン対向電極５２ｂと、参照用イオン電極５２ａに接続されていて電圧を変更可能な参照用高電圧電源５２ｃとを備えている。参照用イオン検知部５３は、参照用管５１に設置されていてイオンを検知するための参照用イオン検知電極５３ａと、参照用イオン検知電極５３ａに対向するイオン検知対向電極５３ｂと、イオン検知対向電極５３ｂに接続されている電源５３ｃと、参照用イオン検知電極５３ａに接続されていて参照用管５１内のイオンを検知するための参照用イオン検知回路５４とを備えている。参照用コロナ放電部５２および参照用イオン検知部５３は、参照用空気の流路において、参照用カラム２７の下流に配置されている。参照用カラム２７から参照用管５１の内部に入った空気は、参照用コロナ放電部５２によるコロナ放電によって成分がイオン化され、イオン化後の電子が参照用イオン検知部５３によって捕獲されることによって、成分の濃度が検知される。

サンプル用管４１を流れるキャリアガスと、参照用管５１を流れる参照用空気とは、同一の圧縮空気タンク２１から供給された空気である。

サンプル用コロナ放電部４２と、参照用コロナ放電部５２とは、同様の構造である。しかしながら、コロナ放電によってガスをイオン化することができる電圧は、コロナ放電を実行するためのイオン電極の針の長さ、形状および傾き、コロナ放電を実行するためのイオン電極およびイオン対向電極の間の距離、コロナ放電を実行する環境の温度、湿度、気圧および酸素濃度など、様々な条件によって変わる。したがって、コロナ放電によってガスをイオン化することができる電圧は、サンプル用コロナ放電部４２と、参照用コロナ放電部５２とで一致しない可能性がある。

図３は、サンプル用イオン検知回路４４の構成図である。

図３に示すように、サンプル用イオン検知回路４４は、サンプル用イオン検知電極４３ａ（図２参照。）に接続されていて電流を電圧に変換する電流電圧変換アンプ４４ａと、電流電圧変換アンプ４４ａから出力された電圧のベース電圧が例えば１．０Ｖになるように調整するバイアス調整回路４４ｂとを備えている。

以上においては、サンプル用イオン検知回路４４の構成について説明しているが、参照用イオン検知回路５４の構成についても同様である。

図４は、検出器３０と、コンピューター６０との接続を示す構成図である。

図４に示すように、コンピューター６０は、Ｄ／Ａコンバーター７１を介してサンプル用高電圧電源４２ｃに信号を入力することによって、サンプル用高電圧電源４２ｃによって生成される電力の電圧を制御する。また、コンピューター６０は、サンプル用イオン検知回路４４からの信号をＡ／Ｄコンバーター７２を介して入力することによって、サンプル用イオン検知回路４４によって検知された電圧を取得する。

同様に、コンピューター６０は、Ｄ／Ａコンバーター７３を介して参照用高電圧電源５２ｃに信号を入力することによって、参照用高電圧電源５２ｃによって生成される電力の電圧を制御する。また、コンピューター６０は、参照用イオン検知回路５４からの信号をＡ／Ｄコンバーター７４を介して入力することによって、参照用イオン検知回路５４によって検知された電圧を取得する。

図５は、コンピューター６０のブロック図である。

図５に示すように、コンピューター６０は、種々の操作が入力される例えばキーボード、マウスなどの操作デバイスである操作部６１と、種々の情報を表示する例えばＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）などの表示デバイスである表示部６２と、ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）、インターネットなどのネットワーク経由で、または、ネットワークを介さずに有線または無線によって直接に、外部の装置と通信を行う通信デバイスである通信部６３と、各種の情報を記憶する例えば半導体メモリー、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）などの不揮発性の記憶デバイスである記憶部６４と、コンピューター６０全体を制御する制御部６５とを備えている。

コンピューター６０は、サンプルガスの分析結果を表示部６２に表示することができる。

記憶部６４は、ガスを分析するためのガス分析プログラム６４ａを記憶している。ガス分析プログラム６４ａは、例えば、コンピューター６０の製造段階でコンピューター６０にインストールされていても良いし、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｋ）、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｋ）、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）メモリーなどの外部の記憶媒体からコンピューター６０に追加でインストールされても良いし、ネットワーク上からコンピューター６０に追加でインストールされても良い。

記憶部６４は、サンプル用イオン検知回路４４（図２参照。）のベース電圧ＶＳＢの下限の閾値ＶＳＬを示すサンプル側下限閾値情報６４ｂと、ベース電圧ＶＳＢの上限の閾値ＶＳＨを示すサンプル側上限閾値情報６４ｃと、参照用イオン検知回路５４（図２参照。）のベース電圧ＶＲＢの下限の閾値ＶＲＬを示す参照側下限閾値情報６４ｄと、ベース電圧ＶＲＢの上限の閾値ＶＲＨを示す参照側上限閾値情報６４ｅとを記憶している。閾値ＶＳＬおよび閾値ＶＳＨは、これらの間にサンプル用イオン検知回路４４の検知電圧ＶＤＳが存在する場合に、サンプル用イオン検知電極４３ａ（図２参照。）に例えば１ｐＡなどの極めて微かなイオン化電流が流れるように、ガス分析システム１０を用いて事前に取得されたものである。同様に、閾値ＶＲＬおよび閾値ＶＲＨは、これらの間に参照用イオン検知回路５４の検知電圧ＶＤＲが存在する場合に、参照用イオン検知電極５３ａ（図２参照。）に例えば１ｐＡなどの極めて微かなイオン化電流が流れるように、ガス分析システム１０を用いて事前に取得されたものである。

記憶部６４は、サンプル用コロナ放電部４２（図２参照。）によるコロナ放電の電圧、すなわち、サンプル用高電圧電源４２ｃ（図２参照。）の電圧（以下「サンプル側コロナ放電電圧」という。）ＶＣＳと、サンプル用コロナ放電部４２によって実行されるコロナ放電によるエネルギー（以下「サンプル側エネルギー」という。）との対応関係を示すサンプル用特性６４ｆを、ガス分離カラム２５（図１参照。）における流量と、検出器３０（図１参照。）の温度との組み合わせ毎に記憶している。同様に、記憶部６４は、参照用コロナ放電部５２（図２参照。）によるコロナ放電の電圧、すなわち、参照用高電圧電源５２ｃ（図２参照。）の電圧（以下「参照側コロナ放電電圧」という。）ＶＣＲと、参照用コロナ放電部５２によって実行されるコロナ放電によるエネルギー（以下「参照側エネルギー」という。）との対応関係を示す参照用特性６４ｇを、参照用カラム２７（図１参照。）における流量と、検出器３０の温度との組み合わせ毎に記憶している。なお、ガス分離カラム２５と、参照用カラム２７とが同一の構造のカラムであるので、ガス分離カラム２５における流量と、参照用カラム２７における流量とは、常に等しい。サンプル用特性６４ｆおよび参照用特性６４ｇは、ガス分析システム１０と、イオン化エネルギーの値が既知であるガスとを用いて事前に取得されたものである。サンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳと、参照側コロナ放電電圧ＶＣＲとは、１Ｖ単位で制御されることが可能であり、下限が０Ｖであって、上限が例えば１００００Ｖである。

記憶部６４は、参照側コロナ放電電圧ＶＣＲに対する適切なサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳを示す関数（以下「コロナ放電電圧関数」という。）６４ｈを記憶している。コロナ放電電圧関数６４ｈは、具体的には、ＶＣＳ＝ｆ（ＶＣＲ，ｔ，ｖ）である。ＶＣＳ＝ｆ（ＶＣＲ，ｔ，ｖ）におけるｔ、ｖは、それぞれ、検出器３０の温度、ガス分離カラム２５における流量である。すなわち、コロナ放電電圧関数６４ｈは、検出器３０の温度と、ガス分離カラム２５における流量との組み合わせに依存する関数である。

制御部６５は、例えば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）と、プログラムおよび各種のデータを記憶しているＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）と、制御部６５のＣＰＵの作業領域として用いられるメモリーとしてのＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）とを備えている。制御部６５のＣＰＵは、記憶部６４または制御部６５のＲＯＭに記憶されているプログラムを実行する。

制御部６５は、ガス分析プログラム６４ａを実行することによって、サンプル側コロナ放電電圧および参照側コロナ放電電圧を制御する電圧制御部６５ａを実現する。

図６は、カラムにおける流量が１ｍｌ／ｍであり、検出器３０の温度が３５℃である場合のサンプル用特性６４ｆおよび参照用特性６４ｇの一例を示す図である。

図６においては、水蒸気のイオン化エネルギーである１２．６ｅＶと、水蒸気のイオン化エネルギーより低いエネルギーである１２．０ｅＶとが示されている。

コロナ放電電圧関数６４ｈであるＶＣＳ＝ｆ（ＶＣＲ，ｔ，ｖ）は、参照側コロナ放電電圧ＶＣＲに対して参照用特性６４ｇにおいて対応付けられているエネルギーの値より特定の値だけ低いエネルギーに対してサンプル用特性６４ｆにおいて対応付けられているサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳを示すものである。ここで、特定の値とは、例えば、０．６ｅＶである。例えば、コロナ放電電圧関数６４ｈであるＶＣＳ＝ｆ（ＶＣＲ，ｔ，ｖ）は、図６に示すように、参照用特性６４ｇにおいて１２．６ｅＶに対応付けられている参照側コロナ放電電圧ＶＣＲ１と、１２．６ｅＶより０．６ｅＶだけ低い１２．０ｅＶに対してサンプル用特性６４ｆにおいて対応付けられているサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳ２とを対応付けるものである。

次に、コンピューター６０によるサンプルガスの分析結果の例について説明する。

図７（ａ）は、コンピューター６０によるサンプルガスの理想的な分析結果の一例を示す図である。図７（ｂ）は、コロナ放電によるエネルギーが低すぎる場合のコンピューター６０によるサンプルガスの分析結果の一例を示す図である。図７（ｃ）は、コロナ放電によるエネルギーが高すぎる場合のコンピューター６０によるサンプルガスの分析結果の一例を示す図である。

図７に示す各分析結果において、縦軸は、サンプル用イオン検知回路４４によって出力される電圧によって、ガスの成分の濃度を示している。サンプル用イオン検知回路４４によって出力された電圧は、５Ｖが検知可能な濃度の上限を示しており、ＶＳＢが未検知の状態を示している。各分析結果において、横軸は、保持時間を示している。

図７（ａ）に示す分析結果は、コロナ放電によるエネルギーが約１２ｅＶである場合の分析結果である。

図７（ｂ）に示す分析結果は、コロナ放電によるエネルギーが約１０ｅＶである場合の分析結果である。図７（ｂ）に示す分析結果は、図７（ａ）に示す分析結果と比較して、サンプルガスのうち、イオン化エネルギーが約１０ｅＶより大きく約１２ｅＶ以下である成分の濃度を検出することができていない。

図７（ｃ）に示す分析結果は、コロナ放電によるエネルギーが約１５ｅＶである場合の分析結果である。コロナ放電によるエネルギーは、一般的には１５ｅＶ以上である。図７（ｃ）に示す分析結果は、イオン化エネルギーが約１２ｅＶより大きい、キャリアガスの成分を検出して、サンプル用イオン検知回路４４によって出力された電圧が飽和している。具体的には、図７（ｃ）に示す分析結果は、キャリアガスのうち、イオン化エネルギーが１２．６ｅＶである水蒸気と、イオン化エネルギーが１３．６ｅＶである０_２と、イオン化エネルギーが１４．５ｅＶであるＮ_２とを検出してしまっており、サンプルガスの成分の濃度を全く検出することができていない。なお、混合ガスにおいて、キャリアガスに含まれていた水蒸気、０_２、Ｎ_２のそれぞれの濃度は、サンプルガスの各成分の濃度より圧倒的に高い。

次に、コロナ放電電圧を制御する場合のコンピューター６０の動作について説明する。

図８は、コロナ放電電圧を制御する場合のコンピューター６０の動作の一部のフローチャートである。図９は、図８に示すフローチャートの続きのフローチャートである。

コンピューター６０の電圧制御部６５ａは、コロナ放電電圧の制御の開始が指示されると、図８および図９に示す動作を実行する。

図８および図９に示すように、電圧制御部６５ａは、サンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳおよび参照側コロナ放電電圧ＶＣＲをともに０Ｖにする（Ｓ１０１）。

次いで、電圧制御部６５ａは、サンプル用イオン検知回路４４の検知電圧ＶＤＳ、参照用イオン検知回路５４の検知電圧ＶＤＲがそれぞれベース電圧ＶＳＢ、ＶＲＢに安定している状態の継続時間を示す安定状態継続時間を０秒に初期化する（Ｓ１０２）。

次いで、電圧制御部６５ａは、現時点がサンプリング時間であると判断するまで、現時点がサンプリング時間であるか否かを判断する（Ｓ１０３）。ここで、電圧制御部６５ａは、割り込みフラグが立っている場合に、現時点がサンプリング時間であると判断し、割り込みフラグが倒れている場合に、現時点がサンプリング時間ではないと判断する。なお、電圧制御部６５ａは、図８および図９に示す動作とは無関係に、割り込みフラグを立てる処理を例えば１０〜２０ｍｓ毎に繰り返している。

電圧制御部６５ａは、現時点がサンプリング時間であるとＳ１０３において判断すると、割り込みフラグを倒す（Ｓ１０４）。

次いで、電圧制御部６５ａは、参照用イオン検知回路５４の検知電圧ＶＤＲが参照側下限閾値情報６４ｄに示される閾値ＶＲＬ以上であり参照側上限閾値情報６４ｅに示される閾値ＶＲＨ以下であるか否かを判断する（Ｓ１０５）。

電圧制御部６５ａは、検知電圧ＶＤＲが閾値ＶＲＬより小さいか閾値ＶＲＨより大きいとＳ１０５において判断すると、検知電圧ＶＤＲが閾値ＶＲＨより大きいか否かを判断する（Ｓ１０６）。

電圧制御部６５ａは、検知電圧ＶＤＲが閾値ＶＲＨより大きくない、すなわち、検知電圧ＶＤＲが閾値ＶＲＬより小さいとＳ１０６において判断すると、参照側コロナ放電電圧ＶＣＲを１Ｖ上げる（Ｓ１０７）。

電圧制御部６５ａは、検知電圧ＶＤＲが閾値ＶＲＨより大きいとＳ１０６において判断すると、参照側コロナ放電電圧ＶＣＲを１Ｖ下げる（Ｓ１０８）。

電圧制御部６５ａは、Ｓ１０７またはＳ１０８の処理の後、Ｓ１０２の処理を実行する。

電圧制御部６５ａは、Ｓ１０５〜Ｓ１０８の処理によって、参照側コロナ放電電圧ＶＣＲを変化させて参照用イオン検知部５３によってイオンを検知し、参照用イオン検知部５３による検知結果に基づいて、参照用空気中の水蒸気のイオン化エネルギーに対応する参照側コロナ放電電圧ＶＣＲを特定する。

電圧制御部６５ａは、検知電圧ＶＤＲが閾値ＶＲＬ以上であり閾値ＶＲＨ以下であるとＳ１０５において判断すると、サンプル用イオン検知回路４４の検知電圧ＶＤＳがサンプル側下限閾値情報６４ｂに示される閾値ＶＳＬ以上でありサンプル側上限閾値情報６４ｃに示される閾値ＶＳＨ以下であるか否かを判断する（Ｓ１０９）。なお、検知電圧ＶＤＲが閾値ＶＲＬ以上であり閾値ＶＲＨ以下であると電圧制御部６５ａがＳ１０５において判断した時点において、参照側エネルギーは、約１２．６ｅＶになっている。

電圧制御部６５ａは、検知電圧ＶＤＳが閾値ＶＳＬより小さいか閾値ＶＳＨより大きいとＳ１０９において判断すると、検知電圧ＶＤＳが閾値ＶＳＨより大きいか否かを判断する（Ｓ１１０）。

電圧制御部６５ａは、検知電圧ＶＤＳが閾値ＶＳＨより大きくない、すなわち、検知電圧ＶＤＳが閾値ＶＳＬより小さいとＳ１１０において判断すると、サンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳを１Ｖ上げる（Ｓ１１１）。

電圧制御部６５ａは、検知電圧ＶＤＳが閾値ＶＳＨより大きいとＳ１１０において判断すると、サンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳを１Ｖ下げる（Ｓ１１２）。

電圧制御部６５ａは、Ｓ１１１またはＳ１１２の処理の後、Ｓ１０２の処理を実行する。

電圧制御部６５ａは、Ｓ１０９〜Ｓ１１２の処理によって、サンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳを変化させてサンプル用イオン検知部４３によってイオンを検知し、サンプル用イオン検知部４３による検知結果に基づいて、キャリアガスとしての空気中の水蒸気のイオン化エネルギーに対応するサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳを特定する。

電圧制御部６５ａは、検知電圧ＶＤＳが閾値ＶＳＬ以上であり閾値ＶＳＨ以下であるとＳ１０９において判断すると、安定状態継続時間が０秒であるか否かを判断する（Ｓ１１３）。なお、検知電圧ＶＤＳが閾値ＶＳＬ以上であり閾値ＶＳＨ以下であると電圧制御部６５ａがＳ１０９において判断した時点において、サンプル側エネルギーは、約１２．６ｅＶになっている。

電圧制御部６５ａは、安定状態継続時間が０秒であるとＳ１１３において判断すると、安定状態継続時間の計測の開始時刻を示す計測開始時刻を現在時刻にする（Ｓ１１４）。

電圧制御部６５ａは、安定状態継続時間が０秒ではないとＳ１１３において判断するか、Ｓ１１４の処理を実行すると、現在時刻から計測開始時刻を差し引いた時間を安定状態継続時間とする（Ｓ１１５）。

次いで、電圧制御部６５ａは、安定状態継続時間が特定の時間Ｔを超えたか否かを判断する（Ｓ１１６）。ここで、時間Ｔは、例えば１０秒である。

電圧制御部６５ａは、安定状態継続時間が特定の時間を超えていないとＳ１１６において判断すると、Ｓ１０３の処理を実行する。

電圧制御部６５ａは、安定状態継続時間が特定の時間を超えたとＳ１１６において判断すると、サンプル用特性および参照用特性の誤差を補正する（Ｓ１１７）。

図１０は、サンプル用特性および参照用特性の誤差の一例を示す図である。

図１０に示すように、Ｓ１１７の処理の実行の時点でのガス分離カラム２５における流量と、Ｓ１１７の処理の実行の時点での検出器３０の温度との組み合わせに対応付けられた、サンプル用特性６４ｆおよび参照用特性６４ｇにおいて、１２．６ｅＶに対応付けられているサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳ、参照側コロナ放電電圧ＶＣＲは、それぞれＶＣＳ１、ＶＣＲ１であるとする。そして、Ｓ１１７の処理の時点で決定されているサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳ、参照側コロナ放電電圧ＶＣＲが、それぞれＶＣＳ３、ＶＣＲ３であるとする。ここで、ＶＣＳ３、ＶＣＲ３は、エネルギーが１２．６ｅＶになるコロナ放電電圧である。したがって、Ｓ１１７の処理の時点における実際のサンプル用特性１６４ｆ、参照用特性１６４ｇは、それぞれ、サンプル用特性６４ｆ、参照用特性６４ｇに対してΔＶＣＳ、ΔＶＣＲの誤差が生じている。ここで、ΔＶＣＳは、ＶＣＳ３−ＶＣＳ１であり、ΔＶＣＲは、ＶＣＲ３−ＶＣＲ１である。したがって、電圧制御部６５ａは、Ｓ１１７において、コロナ放電電圧関数６４ｈであるＶＣＳ＝ｆ（ＶＣＲ，ｔ，ｖ）を、ＶＣＳ＝ｆ（ＶＣＲ−ΔＶＣＲ，ｔ，ｖ）＋ΔＶＣＳと補正する。

図８および図９に示すように、電圧制御部６５ａは、Ｓ１１７の処理の後、現時点の参照側コロナ放電電圧ＶＣＲを、Ｓ１１７において生成されたコロナ放電電圧関数であるＶＣＳ＝ｆ（ＶＣＲ−ΔＶＣＲ，ｔ，ｖ）＋ΔＶＣＳに代入することによって、サンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳを決定する（Ｓ１１８）。すなわち、電圧制御部６５ａは、水蒸気のイオン化エネルギーである１２．６ｅＶに対応するサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳより特定の程度低い電圧を、水蒸気のイオン化エネルギーである１２．６ｅＶに対応する参照側コロナ放電電圧ＶＣＲに基づいて、サンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳとして決定する。そして、電圧制御部６５ａは、Ｓ１１８において決定したサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳでサンプル用コロナ放電部４２にコロナ放電を実行させる。したがって、サンプル側エネルギーは、約１２．０ｅＶになる。なお、Ｓ１１８において使用されるコロナ放電電圧関数は、Ｓ１１８の処理の実行の時点でのガス分離カラム２５における流量と、Ｓ１１８の処理の実行の時点での検出器３０の温度との組み合わせに対応付けられたものである。

なお、制御部６５は、Ｓ１１８の処理の後、注入部２４にサンプルガスを注入しても良い旨の表示を表示部６２に実行する。すなわち、制御部６５は、Ｓ１１８の処理の後、サンプルガスの測定を可能にする。したがって、利用者は、注入部２４にサンプルガスを注入して、図示していないスタートボタンを押すことができる。制御部６５は、スタートボタンが押されると、サンプルガスの成分の分析を開始する。

電圧制御部６５ａは、Ｓ１１８の処理の後、参照用イオン検知回路５４の検知電圧ＶＤＲが参照側下限閾値情報６４ｄに示される閾値ＶＲＬ以上であり参照側上限閾値情報６４ｅに示される閾値ＶＲＨ以下であるか否かを判断する（Ｓ１１９）。

電圧制御部６５ａは、検知電圧ＶＤＲが閾値ＶＲＬ以上であり閾値ＶＲＨ以下であるとＳ１１９において判断すると、再びＳ１１９の処理を実行する。なお、検知電圧ＶＤＲが閾値ＶＲＬ以上であり閾値ＶＲＨ以下であると電圧制御部６５ａがＳ１１９において判断した時点において、参照側エネルギーは、約１２．６ｅＶになっている。

電圧制御部６５ａは、検知電圧ＶＤＲが閾値ＶＲＬより小さいか閾値ＶＲＨより大きいとＳ１１９において判断すると、検知電圧ＶＤＲが閾値ＶＲＨより大きいか否かを判断する（Ｓ１２０）。

電圧制御部６５ａは、検知電圧ＶＤＲが閾値ＶＲＨより大きくない、すなわち、検知電圧ＶＤＲが閾値ＶＲＬより小さいとＳ１２０において判断すると、参照側コロナ放電電圧ＶＣＲを１Ｖ上げる（Ｓ１２１）。

電圧制御部６５ａは、検知電圧ＶＤＲが閾値ＶＲＨより大きいとＳ１２０において判断すると、参照側コロナ放電電圧ＶＣＲを１Ｖ下げる（Ｓ１２２）。

電圧制御部６５ａは、Ｓ１１９〜Ｓ１２２の処理によって、参照側コロナ放電電圧ＶＣＲを変化させて参照用イオン検知部５３によってイオンを検知し、参照用イオン検知部５３による検知結果に基づいて、参照用空気中の水蒸気のイオン化エネルギーに対応する参照側コロナ放電電圧ＶＣＲを特定する。

電圧制御部６５ａは、Ｓ１２１またはＳ１２２の処理の後、現時点の参照側コロナ放電電圧ＶＣＲを、Ｓ１１７において生成されたコロナ放電電圧関数であるＶＣＳ＝ｆ（ＶＣＲ−ΔＶＣＲ，ｔ，ｖ）＋ΔＶＣＳに代入することによって、サンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳを決定する（Ｓ１２３）。すなわち、電圧制御部６５ａは、水蒸気のイオン化エネルギーである１２．６ｅＶに対応するサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳより特定の程度低い電圧を、水蒸気のイオン化エネルギーである１２．６ｅＶに対応する参照側コロナ放電電圧ＶＣＲに基づいて、サンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳとして決定する。そして、電圧制御部６５ａは、Ｓ１２３において決定したサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳでサンプル用コロナ放電部４２にコロナ放電を実行させる。したがって、サンプル側エネルギーは、約１２．０ｅＶになる。なお、Ｓ１２３において使用されるコロナ放電電圧関数は、Ｓ１２３の処理の実行の時点でのガス分離カラム２５における流量と、Ｓ１２３の処理の実行の時点での検出器３０の温度との組み合わせに対応付けられたものである。

電圧制御部６５ａは、Ｓ１２３の処理の後、Ｓ１１９の処理を実行する。

図１１は、コロナ放電電圧が制御される場合の検知電圧ＶＤＲ、ＶＤＳの変化の一例を示すタイミングチャートである。

図１１に示すように、コロナ放電電圧の制御の開始時点である時間ｔ０において、参照用イオン検知回路５４の検知電圧ＶＤＲは、閾値ＶＲＬより小さい。したがって、電圧制御部６５ａは、参照側コロナ放電電圧ＶＣＲを上げ続ける（Ｓ１０６でＮＯおよびＳ１０７）。その結果、時間ｔ０より後の時間ｔ１において、参照用管５１の内部の空気における水蒸気がイオン化されて、参照用イオン検知回路５４によって検知され始める。すなわち、参照用イオン検知回路５４の検知電圧ＶＤＲが増加し始める。

次いで、時間ｔ１より後の時間ｔ２において、参照用イオン検知回路５４の検知電圧ＶＤＲは、閾値ＶＲＬ以上で閾値ＶＲＨ以下になる。ここで、サンプル用イオン検知回路４４の検知電圧ＶＤＳは、閾値ＶＳＬより小さい。したがって、電圧制御部６５ａは、サンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳを上げ続ける（Ｓ１１０でＮＯおよびＳ１１１）。その結果、時間ｔ２より後の時間ｔ３において、サンプル用管４１の内部の空気における水蒸気がイオン化されて、サンプル用イオン検知回路４４によって検知され始める。すなわち、サンプル用イオン検知回路４４の検知電圧ＶＤＳが増加し始める。

なお、検知電圧ＶＤＲは、Ｓ１０５〜Ｓ１０８の処理によって、閾値ＶＲＬ以上であり閾値ＶＲＨ以下である状態に維持される。同様に、検知電圧ＶＤＳは、Ｓ１０９〜Ｓ１１２の処理によって、閾値ＶＳＬ以上であり閾値ＶＳＨ以下である状態に維持される。検知電圧ＶＤＲが閾値ＶＲＬ以上であり閾値ＶＲＨ以下である状態に維持されている場合、参照側エネルギーは、約１２．６ｅＶになっている。検知電圧ＶＤＳが閾値ＶＳＬ以上であり閾値ＶＳＨ以下である状態に維持されている場合、サンプル側エネルギーは、約１２．６ｅＶになっている。

そして、検知電圧ＶＤＲが閾値ＶＲＬ以上であり閾値ＶＲＨ以下である状態（Ｓ１０５でＹＥＳ）と、検知電圧ＶＤＳが閾値ＶＳＬ以上であり閾値ＶＳＨ以下である状態（Ｓ１０９でＹＥＳ）とが時間Ｔより長い時間継続すると（Ｓ１１６でＹＥＳ）、時間ｔ３より後の時間ｔ４においてサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳが参照側コロナ放電電圧ＶＣＲに応じて下げられる（Ｓ１１８）。したがって、サンプル側エネルギーは、約１２．０ｅＶになる。

以上に説明したように、ガス分析システム１０は、サンプルガスの成分をコロナ放電によってイオン化する（Ｓ１１８およびＳ１２３）ので、サンプルガスのうち１０．６ｅＶ以下のイオン化エネルギーの成分だけでなく１０．６ｅＶを超えるイオン化エネルギーの成分も検知することができる。

ガス分析システム１０は、水蒸気のイオン化エネルギーである１２．６ｅＶに対応するコロナ放電電圧より特定の程度低い電圧でコロナ放電を実行する（Ｓ１１８およびＳ１２３）ので、キャリアガスとしての空気に含まれる、イオン化エネルギーが１２．６ｅＶである水蒸気と、イオン化エネルギーが１３．６ｅＶである０_２と、イオン化エネルギーが１４．５ｅＶであるＮ_２とを検知することを防止することができ、その結果、サンプルガスの成分を適切に検知することができる。

ガス分析システム１０は、参照用空気に対する参照用コロナ放電部５２のコロナ放電電圧である参照側コロナ放電電圧ＶＣＲを変化させて参照用イオン検知部５３によってイオンを検知することによって、水蒸気のイオン化エネルギーに対応する参照側コロナ放電電圧ＶＣＲを特定した（Ｓ１０５〜Ｓ１０８またはＳ１１９〜Ｓ１２２）後、混合ガスに対するサンプル用コロナ放電部４２の、水蒸気のイオン化エネルギーに対応するコロナ放電電圧より特定の程度低い電圧を、水蒸気のイオン化エネルギーに対応する参照側コロナ放電電圧ＶＣＲに基づいて決定し（Ｓ１１８またはＳ１２３）、決定した電圧でサンプル用コロナ放電部４２にコロナ放電を実行させるので、サンプルガスの成分の検知中にキャリアガスの温度、湿度などの状況が変わったとしても、水蒸気のイオン化エネルギーである１２．６ｅＶに対応するコロナ放電電圧より特定の程度低い電圧でサンプル用コロナ放電部４２によってコロナ放電を実行することができ、その結果、サンプルガスの成分を適切に検知することができる。

ガス分析システム１０は、混合ガスの流路にガス分離カラム２５を備えるだけでなく、参照用空気の流路にもガス分離カラム２５と同一の構造である参照用カラム２７を備えるので、混合ガスの流路と、参照用空気の流路との分岐点からサンプル用コロナ放電部４２およびサンプル用イオン検知部４３までの流路上の距離と、この分岐点から参照用コロナ放電部５２および参照用イオン検知部５３までの流路上の距離との差を抑えることができる。したがって、ガス分析システム１０は、サンプルガスの成分の検知中にサンプル用コロナ放電部４２およびサンプル用イオン検知部４３におけるキャリアガスの温度、湿度などの状況が変わった場合に、参照用コロナ放電部５２および参照用イオン検知部５３における参照用空気の温度、湿度などの状況も同時期に変わるので、サンプル用コロナ放電部４２のコロナ放電電圧であるサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳを、水蒸気のイオン化エネルギーである１２．６ｅＶに対応するコロナ放電電圧より特定の程度低い電圧に適切に制御することができ、その結果、サンプルガスの成分を更に適切に検知することができる。

ガス分析システム１０は、ガス分離カラム２５と、参照用カラム２７とが互いに重なって同一の経路を通るように配置されている。したがって、ガス分析システム１０は、ガス分離カラム２５の内部を通過している最中のキャリアガスの温度が変わった場合に、参照用カラム２７の内部を通過している最中の参照用空気の温度も同様に変わるので、サンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳを、水蒸気のイオン化エネルギーである１２．６ｅＶに対応するコロナ放電電圧より特定の程度低い電圧に適切に制御することができ、その結果、サンプルガスの成分を更に適切に検知することができる。

電圧制御部６５ａは、「コロナ放電電圧を変化させてイオン検知部によってイオンを検知し、イオン検知部による検知結果に基づいて、空気中の水蒸気のイオン化エネルギーに対応するコロナ放電電圧を特定する方法」として、本実施の形態において、「イオン検知部によってイオンを検知するまでコロナ放電電圧を０Ｖから１Ｖずつ昇圧する方法」を採用している（「Ｓ１０１、Ｓ１０５〜Ｓ１０８」および「Ｓ１０１、Ｓ１０９〜Ｓ１１２」）。しかしながら、「コロナ放電電圧を変化させてイオン検知部によってイオンを検知し、イオン検知部による検知結果に基づいて、空気中の水蒸気のイオン化エネルギーに対応するコロナ放電電圧を特定する方法」は、本実施の形態において示した方法以外の方法でも良い。例えば、電圧制御部６５ａは、「コロナ放電電圧を変化させてイオン検知部によってイオンを検知し、イオン検知部による検知結果に基づいて、空気中の水蒸気のイオン化エネルギーに対応するコロナ放電電圧を特定する方法」として、「イオン検知部によってイオンを検知しなくなるまでコロナ放電電圧を例えば１００００Ｖから１Ｖずつ降圧する方法」を採用しても良い。

電圧制御部６５ａは、「水蒸気のイオン化エネルギーに対応するコロナ放電電圧より特定の程度低い電圧を決定する方法」として、本実施の形態において、「サンプル用特性６４ｆおよび参照用特性６４ｇに基づいて生成されたコロナ放電電圧関数６４ｈを使用する方法」を採用している（Ｓ１１８およびＳ１２３）。しかしながら、「水蒸気のイオン化エネルギーに対応するコロナ放電電圧より特定の程度低い電圧を決定する方法」は、本実施の形態において示した方法以外の方法でも良い。例えば、電圧制御部６５ａは、水蒸気のイオン化エネルギーに対応するコロナ放電電圧より特定の程度低い電圧として、水蒸気のイオン化エネルギーに対応するコロナ放電電圧より特定の固定の電圧だけ低い電圧を決定しても良い。

図８および図９に示す動作において、Ｓ１０５〜Ｓ１０８の処理がＳ１０９〜Ｓ１１２の処理より前に実行されるようになっているが、Ｓ１０９〜Ｓ１１２の処理がＳ１０５〜Ｓ１０８の処理より前に実行されるようになっていても良い。

サンプル用イオン検知回路４４は、ガスの成分を本実施の形態において電圧によって検知しているが、ガスの成分を電流によって検知しても良い。同様に、参照用イオン検知回路５４は、ガスの成分を電流によって検知しても良い。

制御部６５は、本実施の形態において、スタートボタンが押されると、サンプルガスの成分の分析を開始する。しかしながら、制御部６５は、注入部２４にサンプルガスが注入されたことを図示していない仕組みによって検出した場合に、サンプルガスの成分の分析を自動で開始しても良い。更に、制御部６５は、Ｓ１１８の処理の後、注入部２４にサンプルガスを図示していない仕組みによって自動で注入しても良い。

（第２の実施の形態）
本実施の形態に係るガス分析システムの構成について説明する。

なお、本実施の形態に係るガス分析システムの構成のうち、第１の実施の形態に係るガス分析システム１０（図１参照。）の構成と同様の構成については、ガス分析システム１０の構成と同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。

図１２は、本実施の形態に係るガス分析システム２１０の構成図である。

図１２に示すガス分析システム２１０の構成は、第１の実施の形態に係るガス分析システム１０（図１参照。）がガスクロマトグラフ２０（図１参照。）に代えてガスクロマトグラフ２２０を備えた構成と同様である。ガスクロマトグラフ２２０の構成は、ガスクロマトグラフ２０が参照用カラム２７（図１参照。）を備えていない構成と同様である。ガス分析システム２１０において、参照用管５１（図２参照。）は、流路２６に直接接続されている。

ガス分析システム２１０は、高価な参照用カラム２７を備えていないので、低コストで実現することができる。

（第３の実施の形態）
まず、本実施の形態に係るガス分析システムの構成について説明する。

図１３は、本実施の形態に係るガス分析システム３１０の構成図である。

図１３に示すガス分析システム３１０の構成は、第１の実施の形態に係るガス分析システム１０（図１参照。）がガスクロマトグラフ２０（図１参照。）に代えてガスクロマトグラフ３２０を備えた構成と同様である。ガスクロマトグラフ３２０の構成は、ガスクロマトグラフ２０が流路２６（図１参照。）および参照用カラム２７（図１参照。）を備えていない構成と同様である。

ガス分析システム３１０は、流路２６および参照用カラム２７を備えていないので、参照用管５１（図２参照。）、参照用コロナ放電部５２（図２参照。）および参照用イオン検知部５３（図２参照。）を検出器３０が備えていないし、Ｄ／Ａコンバーター７３（図４参照。）およびＡ／Ｄコンバーター７４（図４参照。）も備えていない。

ガス分析システム３１０は、参照側下限閾値情報６４ｄ（図５参照。）、参照側上限閾値情報６４ｅ（図５参照。）および参照用特性６４ｇ（図５参照。）を記憶部６４（図５参照。）に記憶していない。また、ガス分析システム３１０は、サンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳに対する適切な新たなサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳ´を示すコロナ放電電圧関数を、コロナ放電電圧関数６４ｈ（図５参照。）に代えて記憶部６４に記憶している。ガス分析システム３１０のコロナ放電電圧関数は、具体的には、ＶＣＳ´＝ｆ（ＶＣＳ，ｔ，ｖ）である。ＶＣＳ´＝ｆ（ＶＣＳ，ｔ，ｖ）におけるｔ、ｖは、それぞれ、検出器３０の温度、ガス分離カラム２５における流量である。すなわち、ガス分析システム３１０のコロナ放電電圧関数は、ガス分離カラム２５における流量と、検出器３０の温度との組み合わせに依存する関数である。

図１４は、カラムにおける流量が１ｍｌ／ｍであり、検出器３０の温度が３５℃である場合のガス分析システム３１０のサンプル用特性６４ｆの一例を示す図である。

図１４においては、水蒸気のイオン化エネルギーである１２．６ｅＶと、水蒸気のイオン化エネルギーより低いエネルギーである１２．０ｅＶとが示されている。

ガス分析システム３１０のコロナ放電電圧関数であるＶＣＳ´＝ｆ（ＶＣＳ，ｔ，ｖ）は、サンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳに対してサンプル用特性６４ｆにおいて対応付けられているエネルギーの値より特定の値だけ低いエネルギーに対してサンプル用特性６４ｆにおいて対応付けられているサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳ´を示すものである。ここで、特定の値とは、例えば、０．６ｅＶである。例えば、ガス分析システム３１０のコロナ放電電圧関数であるＶＣＳ´＝ｆ（ＶＣＳ，ｔ，ｖ）は、図１４に示すように、サンプル用特性６４ｆにおいて１２．６ｅＶに対応付けられているサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳであるサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳ１と、１２．６ｅＶより０．６ｅＶだけ低い１２．０ｅＶに対してサンプル用特性６４ｆにおいて対応付けられているサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳ´であるサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳ２とを対応付けるものである。

次に、コロナ放電電圧を制御する場合のガス分析システム３１０のコンピューター６０の動作について説明する。

図１５は、コロナ放電電圧を制御する場合のガス分析システム３１０のコンピューター６０の動作のフローチャートである。

コンピューター６０の電圧制御部６５ａは、コロナ放電電圧の制御の開始が指示されると、図１５に示す動作を実行する。

図１５に示すように、電圧制御部６５ａは、サンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳを０Ｖにする（Ｓ４０１）。

次いで、電圧制御部６５ａは、Ｓ１０２〜Ｓ１０４（図６参照。）の処理と同様のＳ４０２〜Ｓ４０４の処理を実行する。

次いで、電圧制御部６５ａは、Ｓ１０９〜Ｓ１１６（図６参照。）の処理と同様のＳ４０５〜Ｓ４１２の処理を実行する。

電圧制御部６５ａは、安定状態継続時間が特定の時間を超えたとＳ４１２において判断すると、Ｓ１１７（図６参照。）の処理と同様に、サンプル用特性の誤差を補正する（Ｓ４１３）。すなわち、電圧制御部６５ａは、Ｓ４１３において、ガス分析システム３１０のコロナ放電電圧関数であるＶＣＳ´＝ｆ（ＶＣＳ，ｔ，ｖ）を、ＶＣＳ´＝ｆ（ＶＣＳ−ΔＶＣＳ，ｔ，ｖ）＋ΔＶＣＳと補正する。ここで、ΔＶＣＳは、Ｓ４１３の処理の時点におけるサンプル用特性６４ｆに対する実際のサンプル用特性の誤差である。

電圧制御部６５ａは、Ｓ４１３の処理の後、現時点のサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳを、Ｓ４１３において生成されたコロナ放電電圧関数であるＶＣＳ´＝ｆ（ＶＣＳ−ΔＶＣＳ，ｔ，ｖ）＋ΔＶＣＳに代入することによって、新たなサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳ´を決定する（Ｓ４１４）。すなわち、電圧制御部６５ａは、水蒸気のイオン化エネルギーである１２．６ｅＶに対応するサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳより特定の程度低い電圧を、サンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳ´として決定する。そして、電圧制御部６５ａは、Ｓ４１４において決定したサンプル側コロナ放電電圧ＶＣＳ´でサンプル用コロナ放電部４２にコロナ放電を実行させる。したがって、サンプル側エネルギーは、約１２．０ｅＶになる。なお、Ｓ４１４において使用されるコロナ放電電圧関数は、Ｓ４１４の処理の実行の時点でのガス分離カラム２５における流量と、Ｓ４１４の処理の実行の時点での検出器３０の温度との組み合わせに対応付けられたものである。

電圧制御部６５ａは、Ｓ４１４の処理の後、図１５に示す動作を終了する。

なお、制御部６５は、Ｓ４１４の処理の後、注入部２４にサンプルガスを注入しても良い旨の表示を表示部６２に実行する。すなわち、制御部６５は、Ｓ４１４の処理の後、サンプルガスの測定を可能にする。したがって、利用者は、注入部２４にサンプルガスを注入して、図示していないスタートボタンを押すことができる。制御部６５は、スタートボタンが押されると、サンプルガスの成分の分析を開始する。

以上に説明したように、ガス分析システム３１０は、サンプルガスの成分をコロナ放電によってイオン化する（Ｓ４１４）ので、サンプルガスのうち１０．６ｅＶ以下のイオン化エネルギーの成分だけでなく１０．６ｅＶを超えるイオン化エネルギーの成分を検知することができる。

ガス分析システム３１０は、水蒸気のイオン化エネルギーである１２．６ｅＶに対応するコロナ放電電圧より特定の程度低い電圧でコロナ放電を実行する（Ｓ４１４）ので、キャリアガスとしての空気に含まれる、イオン化エネルギーが１２．６ｅＶである水蒸気と、イオン化エネルギーが１３．６ｅＶである０_２と、イオン化エネルギーが１４．５ｅＶであるＮ_２とを検知することを防止することができ、その結果、サンプルガスの成分を適切に検知することができる。

電圧制御部６５ａは、「コロナ放電電圧を変化させてイオン検知部によってイオンを検知し、イオン検知部による検知結果に基づいて、空気中の水蒸気のイオン化エネルギーに対応するコロナ放電電圧を特定する方法」として、本実施の形態において、「イオン検知部によってイオンを検知するまでコロナ放電電圧を０Ｖから１Ｖずつ昇圧する方法」を採用している（Ｓ４０１、Ｓ４０５〜Ｓ４０８）。しかしながら、「コロナ放電電圧を変化させてイオン検知部によってイオンを検知し、イオン検知部による検知結果に基づいて、空気中の水蒸気のイオン化エネルギーに対応するコロナ放電電圧を特定する方法」は、本実施の形態において示した方法以外の方法でも良い。

電圧制御部６５ａは、「水蒸気のイオン化エネルギーに対応するコロナ放電電圧より特定の程度低い電圧を決定する方法」として、「サンプル用特性６４ｆに基づいて生成されたコロナ放電電圧関数を使用する方法」を採用している（Ｓ４１４）。しかしながら、「水蒸気のイオン化エネルギーに対応するコロナ放電電圧より特定の程度低い電圧を決定する方法」は、本実施の形態において示した方法以外の方法でも良い。

ＶＣＳサンプル側コロナ放電電圧（サンプル用コロナ放電部のコロナ放電電圧）
ＶＣＲ参照側コロナ放電電圧（参照用コロナ放電部のコロナ放電電圧）
１０ガス分析システム
２５ガス分離カラム
２７参照用カラム
４２サンプル用コロナ放電部（コロナ放電部）
４３サンプル用イオン検知部（イオン検知部）
５２参照用コロナ放電部（コロナ放電部）
５３参照用イオン検知部（イオン検知部）
６５ａ電圧制御部
２１０ガス分析システム
３１０ガス分析システム

Claims

空気をキャリアガスとして使用するガス分析システムであって、
ガスの成分をソフトイオン化するコロナ放電を実行するコロナ放電部と、
前記コロナ放電によって生成されたイオンを検知するイオン検知部と、
前記コロナ放電部による前記コロナ放電の電圧としてのコロナ放電電圧を制御する電圧制御部と
を備え、
前記電圧制御部は、前記コロナ放電電圧を変化させた場合の前記イオン検知部による検知結果に基づいて、前記空気中の水蒸気のイオン化エネルギーに対応する前記コロナ放電電圧を特定し、前記水蒸気のイオン化エネルギーに対応する前記コロナ放電電圧より特定の程度低い電圧で前記コロナ放電部に前記コロナ放電を実行させることを特徴とするガス分析システム。
前記キャリアガスにサンプルガスが混合された前記ガスとしての混合ガスに対する前記コロナ放電部としてのサンプル用コロナ放電部と、
前記サンプル用コロナ放電部に対応する前記イオン検知部としてのサンプル用イオン検知部と、
前記キャリアガスの参照用の前記空気としての参照用空気に対する前記コロナ放電部としての参照用コロナ放電部と、
前記参照用コロナ放電部に対応する前記イオン検知部としての参照用イオン検知部と
を備え、
前記電圧制御部は、前記参照用コロナ放電部の前記コロナ放電電圧を変化させた場合の前記参照用イオン検知部による検知結果に基づいて、前記水蒸気のイオン化エネルギーに対応する、前記参照用コロナ放電部の前記コロナ放電電圧を特定し、前記水蒸気のイオン化エネルギーに対応する、前記参照用コロナ放電部の前記コロナ放電電圧に基づいて、前記水蒸気のイオン化エネルギーに対応する、前記サンプル用コロナ放電部の前記コロナ放電電圧より前記特定の程度低い電圧を決定し、決定した電圧で前記サンプル用コロナ放電部に前記コロナ放電を実行させることを特徴とする請求項１に記載のガス分析システム。
前記混合ガスが入れられるガス分離カラムと、
前記参照用空気が入れられて前記ガス分離カラムと同一の構造である参照用カラムと
を備え、
前記サンプル用コロナ放電部および前記サンプル用イオン検知部は、前記混合ガスの流路において、前記ガス分離カラムの下流に配置されていて、
前記参照用コロナ放電部および前記参照用イオン検知部は、前記参照用空気の流路において、前記参照用カラムの下流に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のガス分析システム。
前記ガス分離カラムと、前記参照用カラムとは、互いに重なって同一の経路を通るように配置されていることを特徴とする請求項３に記載のガス分析システム。