JP3274656B2 - Gas spectroscopic analysis method and spectrometer - Google Patents

Gas spectroscopic analysis method and spectrometer

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光源として半導体
レーザを用いた赤外分光分析により、被測定ガス中に含
まれる微量な被測定成分を分析する方法および装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for analyzing a trace component to be measured contained in a gas to be measured by infrared spectroscopy using a semiconductor laser as a light source.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、ガス状の試料を分析する方法
として赤外分光分析がよく用いられている。赤外分光分
析は、被測定ガスに赤外線領域の光を透過させて光吸収
スペクトルを測定し、これを解析することにより分析を
行うもので、吸収された光の波長から被測定ガス内の被
測定成分の同定を行い、その光吸収量から被測定成分の
定量を行うことができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, infrared spectroscopy has been often used as a method for analyzing a gaseous sample. Infrared spectroscopy analyzes the light absorption spectrum by transmitting light in the infrared region to the gas to be measured, and analyzes the light absorption spectrum.The analysis is performed based on the wavelength of the absorbed light. The component to be measured can be identified, and the component to be measured can be quantified from the amount of light absorbed.

【0003】図9は従来のガスの分光分析装置の例を示
した概略構成図である。図中符号1は波長可変型の半導
体レーザ1であり、ここからレーザ光が発振される。レ
ーザ光は集光レンズ系2でコリメートされた後、一部が
ビームスプリッタ3を透過してサンプルセル4に導入さ
れ、サンプルセル4を透過した後、第1の光検出器5で
その光量が測定されて信号が出力される。また残りのレ
ーザ光はビームスプリッタ3で反射され、第2の光検出
器6でその光量が測定されて信号が出力される。第1お
よび第2の光検出器5,6から出力される信号は、それ
ぞれI/V変換器とプレ増幅器を備えた変換装置7で電
流信号から電圧信号に変換されて増幅された後、ロック
インアンプ8で信号処理されてコンピュータ装置9に送
られ、必要に応じてデータ処理される。信号を検出する
手段(光検出器5,6)から出力される信号は、微量信
号のまま信号線で伝送されると電気ノイズの影響を受け
易いが、この例の装置のように光検出器5,6のそれぞ
れの近い位置に増幅器(変換装置7、7)を設けること
によって、電気ノイズの影響を低減することができる。
FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of a conventional gas spectrometer. In the figure, reference numeral 1 denotes a tunable semiconductor laser 1 from which laser light is oscillated. After the laser beam is collimated by the condenser lens system 2, a part thereof is transmitted through the beam splitter 3 and introduced into the sample cell 4. After passing through the sample cell 4, the amount of the laser light is reduced by the first photodetector 5. The signal is measured and output. The remaining laser light is reflected by the beam splitter 3, and the second light detector 6 measures the amount of the light and outputs a signal. Signals output from the first and second photodetectors 5 and 6 are converted from current signals to voltage signals by a converter 7 having an I / V converter and a preamplifier and amplified, and then locked. The signal is processed by the in-amplifier 8, sent to the computer device 9, and subjected to data processing as required. The signal output from the signal detecting means (photodetectors 5 and 6) is easily affected by electrical noise if transmitted through a signal line with a small amount of signal. By providing the amplifiers (converters 7, 7) at positions close to each of 5, 6, the influence of electric noise can be reduced.

【0004】サンプルセル4の両端にはレーザ光に対し
てブリュースター角に配置された窓41,41が設けら
れており、サンプルセル4の内部には被測定ガスが一定
の流量で導入され、真空ポンプ(図示せず)で排気され
るように構成されている。半導体レーザ1からビームス
プリッタ3を経て第1の光検出器5に至るまでの光路
(以下、測定ラインということもある)の長さからサン
プルセル4内における光路長を差し引いた長さと、半導
体レーザ1からビームスプリッタ3を経て第2の光検出
器6に至るまでの光路(以下、キャンセルラインという
こともある)の長さとは等しくなるように構成されてい
る。したがって、第1の光検出器5から出力される信号
から第2の光検出器6から出力される信号を差し引くこ
とによって、測定ラインにおいてサンプルセル4以外の
部分で生じる光吸収の影響を打ち消すことができる。
At both ends of the sample cell 4, windows 41, 41 arranged at Brewster's angle with respect to the laser beam are provided, and a gas to be measured is introduced into the sample cell 4 at a constant flow rate. It is configured to be evacuated by a vacuum pump (not shown). A length obtained by subtracting an optical path length in the sample cell 4 from an optical path (hereinafter, also referred to as a measurement line) from the semiconductor laser 1 to the first photodetector 5 via the beam splitter 3; The optical path from 1 to the second photodetector 6 via the beam splitter 3 (hereinafter also referred to as a cancel line) is configured to be equal in length. Therefore, by subtracting the signal output from the second photodetector 6 from the signal output from the first photodetector 5, the influence of light absorption occurring in a portion other than the sample cell 4 in the measurement line is canceled. Can be.

【0005】半導体レーザ1は、分布帰還型の半導体レ
ーザーであり、駆動電流および温度によって発振波長が
制御される。図中符号10は、レーザ素子温度を制御す
るための温度コントローラ、11は半導体レーザ1の駆
動電流を制御する電流ドライバであり、これらはコンピ
ュータ装置9により制御されている。またロックインア
ンプ8には発振器(周波数変調手段)12が設けられて
おり、この発振器12から周波数変調法に基づいた変調
信号(交流成分)が電流ドライバ11に導入され、レー
ザ1への注入電流(直流成分)にこの変調信号(交流成
分)を重畳させることによって、レーザ1から発振され
るレーザ光に直接周波数変調がかけられるようになって
いる。このようにしてレーザ光に変調をかけることによ
り、レーザ1からの発振波長は一定幅で周期的に変化す
ることになり、第1および第2の光検出器5,6から出
力される信号も変調された信号となる。そこで、被測定
ガス中の被測定成分濃度に比例するレーザ光強度の減衰
量を検出するために、発振器12からロックインアンプ
8に参照信号を導入し、これによってロックインアンプ
8では位相検波を行い、光検出器5,6の出力信号の内
から変調信号に同期した2倍の周波数信号のみを取り出
すように構成されている。このようにして位相検波を行
うことにより光吸収スペクトルの二次微分スペクトルが
得られる。
[0005] The semiconductor laser 1 is a distributed feedback semiconductor laser, and the oscillation wavelength is controlled by the drive current and the temperature. In the figure, reference numeral 10 denotes a temperature controller for controlling the temperature of the laser element, and 11 denotes a current driver for controlling the drive current of the semiconductor laser 1, which are controlled by the computer 9. An oscillator (frequency modulation means) 12 is provided in the lock-in amplifier 8, and a modulation signal (AC component) based on a frequency modulation method is introduced from the oscillator 12 to a current driver 11, and an injection current to the laser 1 is By superimposing this modulation signal (AC component) on the (DC component), the laser light oscillated from the laser 1 is directly frequency-modulated. By modulating the laser light in this manner, the oscillation wavelength from the laser 1 periodically changes with a constant width, and the signals output from the first and second photodetectors 5 and 6 are also changed. It becomes a modulated signal. Therefore, a reference signal is introduced from the oscillator 12 to the lock-in amplifier 8 to detect the amount of attenuation of the laser beam intensity proportional to the concentration of the component to be measured in the gas to be measured. Then, only the double frequency signal synchronized with the modulation signal is extracted from the output signals of the photodetectors 5 and 6. By performing the phase detection in this manner, a second derivative spectrum of the light absorption spectrum is obtained.

【0006】またサンプルセル4内の被測定ガスを10
0Torr程度の減圧状態に維持することにより、光吸収ス
ペクトルにおけるピークの幅が大気圧のときの1/10
程度となり急峻なピークが得られる。したがって、測定
ラインにおいて、サンプルセル4以外の部分に存在する
大気圧成分による光吸収のピークに対して、サンプルセ
ル4内部の成分による光吸収のピークを際立たせて両者
の区別を容易にすることができる。
When the gas to be measured in the sample cell 4 is 10
By maintaining a reduced pressure of about 0 Torr, the width of the peak in the light absorption spectrum is 1/10 of that at atmospheric pressure.
And a sharp peak is obtained. Therefore, in the measurement line, the peak of the light absorption by the component inside the sample cell 4 is distinguished from the peak of the light absorption by the atmospheric pressure component existing in a portion other than the sample cell 4 so that the two can be easily distinguished. Can be.

【0007】図10は、HClガスをサンプルセル4内
に導入して、このガス中に微量に含まれる水分を測定し
た時に得られる二次微分スペクトルの一例を示したもの
である。この図においてXは第1の光検出器5で測定さ
れた信号による二次微分スペクトルであり、Yは第2の
光検出器6で測定された信号による二次微分スペクトル
であり、(X−Y)はX−Yの演算処理を行って得られ
る二次微分スペクトルである(以下、同様)。横軸は発
振波長(単位:nm)、縦軸は光の吸収強度(任意単
位)をそれぞれ示しており、X、Y、(X−Y)は重な
りを防ぐために互いに縦軸方向に適宜ずらして示してい
る。スペクトル(X−Y)は、測定ラインで生じた光吸
収を表すスペクトルXから、キャンセルラインで生じた
光吸収を表すスペクトルYを差し引いて得られたもので
あるので、測定ラインのサンプルセル4以外の部分で生
じる光吸収、例えば大気中の水分による光吸収等の影響
が除去されている。そして、このようにして得られたス
ペクトル(X−Y)において、ピークaとその両側のバ
レイb、cとから求められるピークの吸収強度{(2a
−b−c)/2}の値が被測定ガス中の水分濃度と比例
関係にあることから、これを利用して水分濃度の測定を
行うことができる。例えばコンピュータ装置9を用いて
自動測定を行う場合には、スペクトル(X−Y)におけ
るピークaおよびその両側のバレイb、cの値をそれぞ
れ読み取り、ピークの吸収強度を算出し、得られた吸収
強度の値を水分濃度に換算するようにプログラム設計す
ればよい。
FIG. 10 shows an example of a second derivative spectrum obtained when HCl gas is introduced into the sample cell 4 and a small amount of water contained in the gas is measured. In this figure, X is the second derivative spectrum based on the signal measured by the first photodetector 5, Y is the second derivative spectrum based on the signal measured by the second photodetector 6, and (X− Y) is the second derivative spectrum obtained by performing the XY operation (the same applies hereinafter). The horizontal axis indicates the oscillation wavelength (unit: nm), and the vertical axis indicates the light absorption intensity (arbitrary unit). X, Y, and (X−Y) are appropriately shifted from each other in the vertical axis direction to prevent overlap. Is shown. Since the spectrum (XY) is obtained by subtracting the spectrum Y representing the light absorption generated in the cancel line from the spectrum X representing the light absorption generated in the measurement line, the spectrum (XY) is other than the sample cell 4 in the measurement line. The effect of light absorption occurring in the portion, for example, light absorption due to moisture in the atmosphere is eliminated. Then, in the spectrum (XY) obtained in this manner, the absorption intensity of the peak {(2a) determined from the peak a and the valleys b and c on both sides thereof.
Since the value of -bc) / 2 is proportional to the water concentration in the gas to be measured, the water concentration can be measured using this. For example, when the automatic measurement is performed using the computer device 9, the values of the peak a and the valleys b and c on both sides of the peak a in the spectrum (XY) are read, and the absorption intensity of the peak is calculated. What is necessary is just to design a program so that the value of intensity | strength may be converted into a water concentration.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところでこのような測
定方法においては、スペクトル(X−Y)におけるピー
クaおよび両バレイb、cの値がそれぞれ自動で読み取
られるので、図10に示すスペクトル(X−Y)のよう
に、急峻なピークaを有し、その両側のバレイb、cの
値の差が小さい良好な二次微分スペクトルが得られてい
ることが望ましい。しかしながら、必ずしもこのような
良好なスペクトルが得られるわけではないことが問題で
あった。図11は、精製を行って水分を除去したHCl
ガスを被測定ガスとしてサンプルセル4内に導入して測
定を行った時の、二次微分スペクトルの例を示したもの
である。この場合、被測定ガス中に水分は含まれていな
いので、スペクトルXとスペクトルYとが一致して、ス
ペクトル(X−Y)は横軸に平行な直線となるのが理想
的である。しかしながら、この図のスペクトル(X−
Y)には、水分のピークはないが、うねりがある。この
うねりは、サンプルセル4の内壁や窓41などレーザ光
がビームスプリッタ3を通過した後の光路で発生したノ
イズであって、キャンセルラインでは発生しないフリン
ジノイズによるものである。なお、図11において、測
定ラインにおけるスペクトルXおよびキャンセルライン
におけるスペクトルYに見られる大きなピークは、大気
中の水分による光吸収であり、X−Yの演算処理により
キャンセルされている。同じ装置で濃度100ppbの
水分を含んだHClガスを測定した結果を図12に示
す。この図ではスペクトル(X−Y)のバレイにひずみ
が生じており、両バレイb、cの値の差が大きくなって
いることがわかる。このようにバレイにひずみが生じて
いる場合は、ピークの吸収強度{(2a−b−c)/
2}の値が正確に得られず、測定精度が悪くなってしま
う。
In such a measuring method, the value of the peak a and the values of the valleys b and c in the spectrum (XY) are automatically read. As shown in −Y), it is desirable to obtain a good second-order differential spectrum having a steep peak a and having a small difference between the values of the valleys b and c on both sides thereof. However, there is a problem that such a good spectrum is not always obtained. FIG. 11 shows that HCl was purified to remove water.
FIG. 4 shows an example of a second derivative spectrum when a measurement is performed by introducing a gas into the sample cell 4 as a gas to be measured. In this case, since no moisture is contained in the gas to be measured, the spectrum X and the spectrum Y coincide with each other, and the spectrum (XY) is ideally a straight line parallel to the horizontal axis. However, the spectrum (X-
Y) does not have a water peak, but has undulations. This undulation is noise generated in the optical path after the laser light, such as the inner wall of the sample cell 4 and the window 41, has passed through the beam splitter 3, and is due to fringe noise not generated in the cancel line. In FIG. 11, a large peak seen in the spectrum X in the measurement line and the spectrum Y in the cancel line is light absorption due to moisture in the atmosphere, and has been canceled by the XY arithmetic processing. FIG. 12 shows the result of measuring HCl gas containing water at a concentration of 100 ppb with the same apparatus. In this figure, it can be seen that the valley of the spectrum (XY) is distorted, and the difference between the values of the valleys b and c is large. When the valley is distorted in this manner, the peak absorption intensity {(2a−b−c) /
The value of 2} cannot be obtained accurately, and the measurement accuracy deteriorates.

【0009】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、周波数変調された半導体レーザ光を被測定ガスに透
過させて光吸収強度の二次微分スペクトルを測定するこ
とによって被測定ガス中の被測定成分の濃度を測定する
方法において、サンプルセルを有する測定ラインで得ら
れる二次微分吸収スペクトルXから、サンプルセルがな
いキャンセルラインで得られる二次微分吸収スペクトル
Yを差し引く方法ではキャンセルできないフリンジノイ
ズを低減できるようにして、測定精度を向上させること
を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and transmits a frequency-modulated semiconductor laser beam through a gas to be measured and measures the second derivative spectrum of the light absorption intensity to thereby measure the frequency of the semiconductor laser in the gas to be measured. In the method for measuring the concentration of a measurement component, fringe noise that cannot be canceled by a method of subtracting a second derivative absorption spectrum Y obtained on a cancel line without a sample cell from a second derivative absorption spectrum X obtained on a measurement line having a sample cell It is an object of the present invention to improve the measurement accuracy by reducing the measurement accuracy.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のガスの分光分析方法は、周波数変調された
半導体レーザ光を被測定ガスに透過させて得られる光吸
収強度の二次微分スペクトルを用いて前記被測定ガス中
の被測定成分の濃度を測定するガスの分光分析方法にお
いて、前記被測定ガスから被測定成分を除去した精製被
測定ガスにレーザ光を透過させてバックグラウンドスペ
クトルを得、前記二次微分スペクトルから前記バックグ
ラウンドスペクトルを差し引いて得られる補正二次微分
スペクトルを用いて測定を行い、該補正二次微分スペク
トルを得るにあたり、記憶手段に記憶させたバックグラ
ウンドスペクトルを用い、該記憶手段に記憶させたバッ
クグラウンドスペクトルを一定時間毎に更新し、該バッ
クグラウンドスペクトルの更新を行う時間間隔を、測定
に使用する分析装置における検出下限の値と同じ濃度の
被測定成分を含む被測定ガスについて被測定成分濃度を
連続して測定したときの被測定成分濃度の測定値と、前
記検出下限との比較に基づいて設定し、該検出下限を、
既知濃度の被測定成分を含む被測定ガスについて被測定
成分の濃度測定を複数回行ったときの測定値の標準偏差
に基づいて設定することを特徴とする。本発明の分光分
析方法では、前記バックグラウンドスペクトルの更新を
行う時間間隔を、測定に使用する分析装置における検出
下限の値と同じ濃度の被測定成分を含む被測定ガスにつ
いて被測定成分濃度を連続して測定したときに、測定を
始めてから被測定成分濃度の測定値が前記検出下限の値
の+10%または−10%に達するまでの時間より短い
時間に設定することが好ましい。
In order to solve the above-mentioned problems, a gas spectroscopic analysis method according to the present invention provides a method for analyzing a secondary spectrum of light absorption intensity obtained by transmitting a frequency-modulated semiconductor laser beam through a gas to be measured. In a gas spectral analysis method for measuring the concentration of a component to be measured in the gas to be measured by using a differential spectrum, a background is obtained by transmitting laser light to a purified gas to be measured in which the component to be measured is removed from the gas to be measured. give a spectrum, was measured using the corrected second derivative spectrum obtained from the second derivative spectrum by subtracting the background spectrum, the corrected second derivative spectrum
To obtain the toll, the background data stored in the storage
Using the sound spectrum, the buffer stored in the storage means is used.
The background spectrum is updated at regular intervals, and the background
Measure the time interval for updating the background spectrum
Of the same concentration as the lower detection limit in the analyzer used for
For the measured gas containing the measured component,
The measured value of the measured component concentration when
Set based on the comparison with the detection lower limit, the detection lower limit,
Measured gas with known concentration
Standard deviation of measured values when component concentration measurement is performed multiple times
It is characterized by setting based on . The spectral component of the present invention
In the analysis method, the time interval at which the background spectrum is updated, the measured component concentration was continuously measured for the measured gas containing the measured component having the same concentration as the lower limit of detection in the analyzer used for the measurement. Sometimes, it is preferable to set the time to be shorter than the time from when the measurement is started until the measured value of the concentration of the component to be measured reaches + 10% or -10% of the lower limit of detection.

【0011】本発明のガスの分光分析装置は、波長可変
型の半導体レーザと、該半導体レーザに周波数変調を施
す周波数変調手段と、該半導体レーザから発振されたレ
ーザ光を被測定ガスに透過させる手段と、該被測定ガス
を透過したレーザ光の強度を測定する手段と、該レーザ
光強度の測定結果より二次微分スペクトルを得る手段
と、前記被測定ガスから被測定成分を除去した精製被測
定ガスにレーザ光を透過させる手段と、該精製被測定ガ
スを透過したレーザ光の強度を測定する手段と、該レー
ザ光強度の測定結果よりバックグラウンドスペクトルを
得る手段と、前記二次微分スペクトルから前記バックグ
ラウンドスペクトルを差し引いて補正二次微分スペクト
ルを得る手段と、該補正二次微分スペクトルを用いて被
測定ガス中の被測定成分の濃度を算出する手段と、前記
バックグラウンドスペクトルを記憶しておく記憶手段と
を備え、前記被測定ガスにレーザ光を透過させる手段と
前記精製被測定ガスに半導体レーザ光を透過させる手段
が、一体化されており、1つのサンプルセルと、該サン
プルセル内に前記被測定ガスと前記精製被測定ガスとを
切り換え可能に導入する導入手段と、該サンプルセルに
レーザ光を透過させる手段とを備え、予め設定されたバ
ックグラウンドスペクトルの更新を行う時間間隔毎に、
前記サンプルセル内に精製被測定ガスが導入されるよう
に前記導入手段を切り換え、新しいバックグラウンドス
ペクトルを測定し、得られた新しいバックグラウンドス
ペクトルを前記記憶手段に記憶させ、前記新しいバック
グラウンドスペクトルが得られた後に前記サンプルセル
内に被測定ガスが導入されるように前記導入手段を切り
換える制御手段を備え、該制御手段が、バックグラウン
ドスペクトルの更新を行う時間間隔を、測定に使用する
分析装置における検出下限の値と同じ濃度の被測定成分
を含む被測定ガスについて被測定成分濃度を連続して測
定したときの被測定成分濃度の測定値と、前記検出下限
との比較に基づいて設定し、該検出下限を、既知濃度の
被測定成分を含む被測定ガスについて被測定成分の濃度
測定を複数回行ったときの測定値の標準偏差に基づいて
設定することができるようにされていることを特徴とす
る。本発明の分光分析装置では、前記導入手段が、被測
定ガスの被測定成分を除去して精製被測定ガスを得る精
製器と、被測定ガスを精製器を迂回してサンプルセ ルに
導くバイパスラインと、被測定ガスまたは精製被測定ガ
スの流量を制御する流量コントローラを備え、この流量
コントローラが、バイパスラインよりも上流側に設けら
れている構成を採用することができる。
According to the gas spectrometer of the present invention, a tunable semiconductor laser, frequency modulation means for performing frequency modulation on the semiconductor laser, and a laser beam oscillated from the semiconductor laser are transmitted through a gas to be measured. Means, means for measuring the intensity of laser light transmitted through the gas to be measured, means for obtaining a second derivative spectrum from the measurement result of the intensity of the laser light, and means for purifying the gas to be measured by removing the component to be measured from the gas to be measured. Means for transmitting laser light through the measurement gas, means for measuring the intensity of the laser light transmitted through the purified gas to be measured, means for obtaining a background spectrum from the measurement result of the laser light intensity, and the second derivative spectrum Means for obtaining a corrected second derivative spectrum by subtracting the background spectrum from Means for calculating the amount of concentration, the
Storage means for storing the background spectrum;
Means for transmitting a laser beam to the gas to be measured, and
Means for transmitting semiconductor laser light to the purified gas to be measured
Are integrated, and one sample cell and the sample
In the pull cell, the measured gas and the purified measured gas are
Introduction means for switchably introducing the sample cell;
Means for transmitting laser light,
For each time interval for updating the background spectrum,
As the purified gas to be measured is introduced into the sample cell,
Switch the introduction means to a new background
Measure the spectrum and obtain the new background
Storing the vector in the storage means;
After the ground spectrum is obtained the sample cell
Turn off the introduction means so that the gas to be measured is introduced into
Switching means, the control means comprising:
The time interval for updating the spectrum is used for measurement.
Component to be measured at the same concentration as the lower detection limit in the analyzer
Concentration of the component to be measured is continuously measured for the gas to be measured containing
The measured value of the concentration of the component to be measured when
And the lower limit of detection is set at a known concentration.
Concentration of the component to be measured for the gas to be measured containing the component to be measured
Based on the standard deviation of the measurements when taking multiple measurements
It is characterized in that it can be set . In the spectroscopic analyzer of the present invention, the introduction unit may be configured to measure
To obtain the purified gas to be measured by removing the measured components of the constant gas
And manufacturing apparatus, the sample cell cycle by bypassing the purifier the gas to be measured
Guide bypass line and gas to be measured or purified gas to be measured
Equipped with a flow controller that controls the flow rate of
If the controller is installed upstream of the bypass line
The configuration that has been used can be adopted.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図1は本発明のガスの分光分析装置の一実施例を示した
概略構成図である。この図において、図9の装置と同じ
構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
この装置が図9の従来の装置と大きく異なる点は、光学
系が1つのパージボックス20内に収容されている点、
サンプルセル4に置換用ガスライン30が設けられてい
る点、およびコンピュータ装置9に後述の記憶手段と制
御手段が内蔵されている点である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the gas spectroscopic analyzer of the present invention. In this figure, the same components as those of the apparatus of FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
This apparatus is significantly different from the conventional apparatus of FIG. 9 in that the optical system is housed in one purge box 20;
The point is that the replacement gas line 30 is provided in the sample cell 4, and the storage unit and the control unit described later are built in the computer device 9.

【0013】パージボックス20は気密に構成されてお
り、この中には少なくとも光源である半導体レーザ1か
ら第1の光検出器5に至るまでの測定ライン、および半
導体レーザ1から第2の光検出器6に至るまでのキャン
セルラインの光学系が収容され、本実施例では光検出器
5,6の近傍に配される変換装置7も収容されている。
パージボックス20の内部には、できるだけ水分濃度が
低減された不活性ガスなどのパージガスが充填されてお
り、好ましくは精製された窒素ガス雰囲気に調整されて
いる。パージボックス20内には、上記以外の構成要素
を収容してもよいが、パージボックス20内に収容する
構成要素を最小限にとどめ、パージボックス20をでき
るだけ小さくする方が、パージガスの消費量が少なくて
済み、パージガスの充填に要する時間も短くて済むので
好ましい。
The purge box 20 is air-tight, and includes at least a measurement line from the semiconductor laser 1 as a light source to the first photodetector 5 and a second light detection from the semiconductor laser 1. The optical system of the cancel line up to the detector 6 is accommodated, and in this embodiment, the conversion device 7 arranged near the photodetectors 5 and 6 is also accommodated.
The inside of the purge box 20 is filled with a purge gas such as an inert gas whose moisture concentration is reduced as much as possible, and is preferably adjusted to a purified nitrogen gas atmosphere. Although components other than those described above may be accommodated in the purge box 20, it is better to minimize the components accommodated in the purge box 20 and make the purge box 20 as small as possible, so that the purge gas consumption is reduced. This is preferable because it requires only a small amount of time and the time required for filling the purge gas is short.

【0014】置換用ガスライン30は、例えば図2に示
すように、サンプルガス4内にガスを導入するための導
入ライン(導入手段)31と、サンプルガス4内からガ
スを排気するための排気ライン32とからなっている。
排気ライン32には、圧力計33および流量調整バルブ
34が設けられており、図示しない真空ポンプに接続さ
れている。導入ライン31には、サンプルセル4に近い
方から順に三方分岐弁35、精製器36、開閉弁37、
流量コントローラー38が設けられており、被測定ガス
の供給源(図示せず)へ接続されている。また開閉弁3
7と流量コントローラー38の間から分岐したバイパス
ライン39が三方分岐弁35に接続されている。三方分
岐弁35および開閉弁37としては、空気圧駆動弁が好
ましく用いられる。
As shown in FIG. 2, for example, the replacement gas line 30 includes an introduction line (introduction means) 31 for introducing a gas into the sample gas 4 and an exhaust line for exhausting the gas from the sample gas 4. It consists of a line 32.
The exhaust line 32 is provided with a pressure gauge 33 and a flow control valve 34, and is connected to a vacuum pump (not shown). In the introduction line 31, a three-way branch valve 35, a purifier 36, an on-off valve 37,
A flow controller 38 is provided and connected to a supply source (not shown) of the gas to be measured. Opening / closing valve 3
A bypass line 39 branched from between the valve 7 and the flow controller 38 is connected to the three-way branch valve 35. As the three-way branch valve 35 and the on-off valve 37, a pneumatic drive valve is preferably used.

【0015】導入ライン31は、サンプルセル4内に、
精製されていない被測定ガスと精製された被測定ガス
(精製被測定ガス)とを切り換え可能に導入できるよう
に構成されている。すなわち、精製被測定ガスをサンプ
ルセル4内に導入するには、開閉弁37を開き、三方分
岐弁35のバイパスライン39側を閉じる。この状態で
被測定ガスは流量コントローラ38で流量制御されつ
つ、開閉弁37を介して、精製器36へ導入されここで
被測定成分が除去される。そして被測定成分が除去され
た精製被測定ガスは、三方分岐弁35を経てサンプルセ
ル4内に導入される。一方、サンプルセル4内に精製さ
れない被測定ガスを導入するには、開閉弁37を閉じ、
三方分岐弁35のバイパスライン39側を開く。この状
態で被測定ガスは流量コントローラ38で流量制御され
つつ、バイパスライン39を通り、三方分岐弁35を経
てサンプルセル4内に導入される。また排気ライン32
では、圧力計33でサンプルセル4内のガス圧が測定さ
れるとともに、流量調整バルブ34で排気量が調整さ
れ、サンプルセル4内を一定圧力のガスが一定流量で流
れるようになっている。
An introduction line 31 is provided in the sample cell 4
It is configured such that a gas to be measured that has not been purified and a gas to be measured that has been purified (a purified gas to be measured) can be switchably introduced. That is, in order to introduce the purified gas to be measured into the sample cell 4, the on-off valve 37 is opened, and the bypass line 39 side of the three-way branch valve 35 is closed. In this state, while the flow rate of the gas to be measured is controlled by the flow rate controller 38, the gas to be measured is introduced into the purifier 36 via the on-off valve 37, where the component to be measured is removed. Then, the purified measured gas from which the measured component has been removed is introduced into the sample cell 4 via the three-way branch valve 35. On the other hand, to introduce the gas to be measured that is not purified into the sample cell 4, the on-off valve 37 is closed,
The bypass line 39 side of the three-way branch valve 35 is opened. In this state, the measured gas is introduced into the sample cell 4 through the bypass line 39 and the three-way branch valve 35 while the flow rate is controlled by the flow rate controller 38. Exhaust line 32
In, the gas pressure in the sample cell 4 is measured by the pressure gauge 33, and the exhaust amount is adjusted by the flow rate adjusting valve 34, so that the gas at a constant pressure flows through the sample cell 4 at a constant flow rate.

【0016】次に、この装置を用いて被測定ガス中の被
測定成分の濃度を測定する方法の実施例について説明す
る。ここでは被測定成分として微量の水分を含む塩化水
素(HCl)ガスを被測定ガスの例として説明する。ま
ず、HClガスを、水分除去用の精製器36を介してサ
ンプルセル4内に導入し、この精製HClガスについて
光吸収強度の二次微分スペクトルを測定する。測定は従
来と同様に、測定ラインで得られる二次微分スペクトル
Xからキャンセルラインで得られる二次微分スペクトル
Yを差し引く方法を用いる。サンプルセル4内が、精製
HClガスで十分置換されて水分が検出されなくなった
状態でX−Yにより得られる二次微分スペクトルをバッ
クグラウンドスペクトルBとして、コンピュータ装置9
に内蔵されている半導体メモリ等の記憶手段に記憶させ
る。図3に本実施例で得られたバックグラウンドスペク
トルBを示す。
Next, an embodiment of a method for measuring the concentration of the component to be measured in the gas to be measured using this apparatus will be described. Here, a hydrogen chloride (HCl) gas containing a trace amount of water will be described as an example of the gas to be measured. First, HCl gas is introduced into the sample cell 4 via the purifier 36 for removing moisture, and the second derivative spectrum of the light absorption intensity of the purified HCl gas is measured. The measurement uses a method of subtracting the second derivative spectrum Y obtained on the cancel line from the second derivative spectrum X obtained on the measurement line, as in the related art. The second derivative spectrum obtained by XY in a state where the inside of the sample cell 4 is sufficiently replaced with the purified HCl gas and no moisture is detected is used as a background spectrum B, and the computer device 9
Is stored in a storage means such as a semiconductor memory built in the CPU. FIG. 3 shows a background spectrum B obtained in this example.

【0017】次に、サンプルセル4内に導入するガス
を、精製HClガスから精製しないHClガスに切り換
えて、水分濃度の測定を開始する。すなわち置換用ガス
ライン30の導入ライン31をバイパスライン39を通
る流路に切り換えて測定を行う。水分濃度の算出には、
測定ラインで得られる二次微分スペクトルXからキャン
セルラインで得られる二次微分スペクトルYを差し引
き、さらに記憶手段に記憶されているバックグラウンド
スペクトルBを差し引いて得られる補正二次微分スペク
トル(X−Y−B)を用いる。測定された水分濃度は、
コンピュータ装置9のモニターに表示したり、プリント
アウトするなどして適宜出力する。本実施例で得られた
補正二次微分スペクトル(X−Y−B)を図3に合わせ
て示す。またこの図には、バックグラウンドスペクトル
Bを差し引く前の二次微分スペクトル(X−Y)も合わ
せて示す。図3の測定結果からわかるように、バックグ
ラウンドスペクトルBを差し引く補正を行うことにより
バレイのひずみを低減させることができる。
Next, the gas to be introduced into the sample cell 4 is switched from the purified HCl gas to the non-purified HCl gas, and the measurement of the water concentration is started. That is, the measurement is performed by switching the introduction line 31 of the replacement gas line 30 to a flow path passing through the bypass line 39. To calculate the moisture concentration,
A corrected second derivative spectrum (XY) obtained by subtracting the second derivative spectrum Y obtained by the cancel line from the second derivative spectrum X obtained by the measurement line, and further subtracting the background spectrum B stored in the storage means. -B) is used. The measured moisture concentration is
The information is displayed on a monitor of the computer device 9 or output as appropriate by printing out. The corrected second derivative spectrum (XYB) obtained in the present embodiment is also shown in FIG. This figure also shows the second derivative spectrum (XY) before the background spectrum B is subtracted. As can be seen from the measurement results in FIG. 3, the distortion of the valley can be reduced by performing the correction for subtracting the background spectrum B.

【0018】また、バックグラウンドスペクトルBは常
に一定でなく、同じ測定条件であっても時間の経過とと
もに変化することから、記憶手段に記憶させたバックグ
ラウンドスペクトルBを一定時間毎に更新することが好
ましい。すなわち本実施例において、バックグラウンド
スペクトルBは、レーザ光がビームスプリッタ3を通過
した後の光路で発生したノイズであって、キャンセルラ
インでは発生しないフリンジノイズを検出したものであ
る。このフリンジノイズは、周囲温度の経時的変化など
によって、サンプルセル4やパージボックス20に伸縮
が生じたり、半導体レーザ1の駆動温度に揺らぎが生じ
ることによって経時的に変化する。したがって、適当な
時間が経過する毎に、置換用ガスライン30の導入ライ
ン31を切り換えてサンプルセル4に精製被測定ガスを
導入し、バックグラウンドスペクトルを新たに測定して
コンピュータ装置9の記憶手段に記憶させることによっ
て、バックグラウンドスペクトルを書き換えて更新する
ことが好ましい。このような更新の操作を自動で行うた
めには、コンピュータ装置9に置換用ガスライン30の
開閉弁37および三方分岐弁35の切り換えや、新しい
バックグラウンドスペクトルの取り込みおよび記憶手段
への書き換えを制御できるシーケンスコントローラ等の
制御装置を内蔵させることが好ましい。そして、予め設
定された時間間隔毎に、サンプルセル4内に精製被測定
ガスが導入されるように導入ライン31を切り換え、新
しいバックグラウンドスペクトルを測定し、得られた新
しいバックグラウンドスペクトルを記憶手段に記憶さ
せ、新しいバックグラウンドスペクトルが得られた後に
サンプルセル4内に被測定ガスが導入されるように導入
ライン31を切り換え、被測定ガスの測定を再スタート
させるようにプログラム設定しておけばよい。
Since the background spectrum B is not always constant and changes with time even under the same measurement conditions, it is necessary to update the background spectrum B stored in the storage means at regular intervals. preferable. That is, in the present embodiment, the background spectrum B is a noise generated in the optical path after the laser light has passed through the beam splitter 3, and is a fringe noise that is not generated in the cancel line. The fringe noise changes over time due to expansion and contraction of the sample cell 4 and the purge box 20 due to a change over time in the ambient temperature, and fluctuations in the driving temperature of the semiconductor laser 1. Therefore, every time an appropriate time elapses, the introduction line 31 of the replacement gas line 30 is switched to introduce the purified gas to be measured into the sample cell 4, and the background spectrum is newly measured, and the storage means of the computer device 9 is stored. , The background spectrum is preferably rewritten and updated. In order to perform such an updating operation automatically, the computer 9 controls the switching of the open / close valve 37 and the three-way branch valve 35 of the replacement gas line 30 and the acquisition of a new background spectrum and the rewriting to the storage means. It is preferable to incorporate a control device such as a sequence controller that can be used. Then, at every preset time interval, the introduction line 31 is switched so that the purified gas to be measured is introduced into the sample cell 4, a new background spectrum is measured, and the obtained new background spectrum is stored. After the new background spectrum is obtained, the program is set so that the introduction line 31 is switched so that the gas to be measured is introduced into the sample cell 4 and the measurement of the gas to be measured is restarted. Good.

【0019】コンピュータ装置9の記憶手段に記憶され
ているバックグラウンドスペクトルの書き換え更新は、
測定を行う毎に、すなわち二次微分スペクトル(X−
Y)を測定する度に行うのが理想的であるが、時間と手
間がかかり不経済で迅速な分析ができないため、フリン
ジノイズの経時的変化による分析結果への影響が小さい
範囲で、一定時間毎に更新を行うように設定するのが好
ましい。例えば、分析装置における検出下限の値と同じ
濃度の被測定成分を含む被測定ガスについて被測定成分
濃度の測定を連続して行ったときに、測定を始めてか
ら、被測定成分濃度の測定値のばらつきをある程度小さ
く維持される時間を予め計測しておき、この時間内にバ
ックグラウンドスペクトルの更新を行うことが好まし
い。被測定成分濃度の測定値のばらつきの上限を小さく
設定するほど、分析結果の信頼性は大きくなるが、更新
の時間間隔が小さくなるために分析の連続性が大きく損
なわれる。したがって、例えば被測定成分濃度の測定値
が調製時の濃度、すなわち検出下限の値の+10%また
は−10%に達するまでの時間を更新の時間間隔の上限
として好ましく設定することができる。
The rewriting and updating of the background spectrum stored in the storage means of the computer device 9 are as follows:
Each time measurement is performed, that is, the second derivative spectrum (X-
Y) is ideally performed each time it is measured, but it is time-consuming, time-consuming, uneconomical and cannot be analyzed quickly. It is preferable to set so that the update is performed every time. For example, when the measurement of the measured component concentration is continuously performed on the measured gas containing the measured component having the same concentration as the lower detection limit in the analyzer, after the measurement is started, the measured value of the measured component concentration is measured. It is preferable to measure in advance the time during which the variation is kept to some extent small, and to update the background spectrum within this time. As the upper limit of the variation of the measured values of the measured component concentration is set smaller, the reliability of the analysis result increases, but the continuity of the analysis is greatly impaired because the time interval of the update is reduced. Therefore, for example, the time until the measured value of the measured component concentration reaches the concentration at the time of preparation, that is, + 10% or -10% of the lower limit of detection, can be preferably set as the upper limit of the update time interval.

【0020】バックグラウンドスペクトルの更新の時間
間隔は、具体的には次の手順で好ましく設定することが
できる。まず、分析装置における検出下限を予め求めて
おく。本明細書において、検出下限とは、既知濃度の被
測定成分を含む被測定ガスについて、被測定成分の濃度
の測定を複数回連続して行ったときの、測定値のばらつ
きの標準偏差値を3倍して得られる値である。例えば、
1ppmの被測定成分(例えば水分)を含む被測定ガス
(例えばHClガス)について、水分濃度の測定を連続
して行う。測定の回数は任意とすることができるが18
0〜200回程度が好ましい。この測定は、測定ライン
で得られる二次微分スペクトルXからキャンセルライン
で得られる二次微分スペクトルYを差し引いた二次微分
スペクトル(X−Y)を用いる方法で行われる。そして
複数回の測定で得られた測定値(電圧値)の平均が、例
えば100mVであり、測定値のばらつきが5mVであ
り、ばらつきの標準偏差の3倍の値が10mVであった
とする。測定値の平均値100mVを水分濃度1ppm
に対応させて、ばらつきの標準偏差の3倍の値を水分濃
度に換算すると10mV=100ppbであり、検出下
限は100ppbとなる。
The time interval for updating the background spectrum can be preferably set specifically by the following procedure. First, the lower limit of detection in the analyzer is determined in advance. In the present specification, the lower limit of detection is the standard deviation value of the variation of the measured value when the measurement of the concentration of the measured component is performed a plurality of times continuously for the measured gas containing the measured component of the known concentration. This is a value obtained by multiplying by three. For example,
With respect to the gas to be measured (for example, HCl gas) containing 1 ppm of the component to be measured (for example, water), the measurement of the water concentration is continuously performed. The number of measurements can be arbitrary, but 18
About 0 to 200 times is preferable. This measurement is performed by a method using a second derivative spectrum (XY) obtained by subtracting a second derivative spectrum Y obtained on the cancel line from a second derivative spectrum X obtained on the measurement line. Then, it is assumed that the average of the measured values (voltage values) obtained by a plurality of measurements is, for example, 100 mV, the dispersion of the measured values is 5 mV, and the value three times the standard deviation of the dispersion is 10 mV. Average value of measured value 100mV, water concentration 1ppm
When a value three times the standard deviation of the variation is converted into a water concentration corresponding to the above equation, 10 mV = 100 ppb, and the lower limit of detection is 100 ppb.

【0021】このようにして検出下限を求めた後、バッ
クグラウンドスペクトルを更新する時間間隔の設定を行
う。まずサンプルセル4内に水分が除去された精製HC
lガスを導入してバックグラウンドスペクトルBを測定
した後、直ちにサンプルセル4内を、検出下限の値(上
記の例では100ppb)と同じ濃度の水分を含むHC
lガスで置換して水分濃度の測定を行う。最初に測定さ
れたバックグラウンドスペクトルBは記憶手段に記憶さ
れ、水分濃度の測定は記憶手段のバックグラウンドスペ
クトルBを差し引いて得られる補正二次微分スペクトル
(X−Y−B)を用いて行われる。そして濃度測定を始
めてから、水分濃度の測定値のばらつきが次第に大きく
なり、測定値が検出下限の値(上記の例では100pp
b)の+10%または−10%の値に達するまでの時間
を更新時間間隔の上限とする。また更新時間間隔の下限
は、バックグラウンドスペクトルを得るのに要する時間
と、バックグラウンドスペクトルを得た後に被測定ガス
についての測定を少なくとも1回行うのに要する時間の
合計より長い時間とすることが必要であるが、更新時間
の間隔が短すぎると分析の連続性が損なわれ、分析の効
率が悪くなるので60分以上とするのが好ましい。
After obtaining the detection lower limit in this way, a time interval for updating the background spectrum is set. First, purified HC from which moisture has been removed is placed in the sample cell 4.
Immediately after the introduction of 1 gas and the background spectrum B was measured, the sample cell 4 was immediately charged with HC containing water having the same concentration as the lower detection limit (100 ppb in the above example).
The water concentration is measured by replacing with 1 gas. The background spectrum B measured first is stored in the storage means, and the measurement of the moisture concentration is performed using the corrected second derivative spectrum (XYB) obtained by subtracting the background spectrum B in the storage means. . Then, from the start of the concentration measurement, the variation of the measured value of the water concentration gradually increases, and the measured value becomes the lower limit of detection (100 pp in the above example).
The time until the value of b) reaches + 10% or -10% is set as the upper limit of the update time interval. The lower limit of the update time interval may be longer than the sum of the time required to obtain the background spectrum and the time required to perform at least one measurement on the gas to be measured after obtaining the background spectrum. Although it is necessary, if the interval of the update time is too short, the continuity of the analysis is impaired, and the efficiency of the analysis is deteriorated.

【0022】図4は、バックグラウンドスペクトルの更
新時間の設定を行うために、水分濃度100ppb(=
検出下限)のHClガスについて測定を行ったときの、
時間経過と水分濃度測定値との関係を示したものであ
る。このグラフにおいて縦軸は水分濃度測定値を表して
おり、水分濃度1ppmが1となるように表示されてい
る。横軸においては、バックグラウンドスペクトルBを
測定した直後に被測定ガスの測定を始めた時間を0とし
ている。測定は最初に測定したバックグラウンドスペク
トルBを記憶手段に記憶させておき、これを使用して補
正二次微分スペクトルを得る方法を用いた。もしもバッ
クグラウンドスペクトルで検出されるノイズに経時的変
動がなかったら、被測定ガスの水分濃度が100ppb
であるので、図4のグラフは(0,0.1)の点を通
り、横軸に平行な直線となるのが理想的である。しかし
ながら、この図では、時間の経過とともに測定値のばら
つきが大きくなっており、約100分経過後には、水分
濃度測定値が、検出下限である0.1(=100pp
b)の−10%である0.9(=90ppb)に達して
いる。したがって、バックグラウンドスペクトルの更新
の時間間隔は100分未満に好ましく設定される。
FIG. 4 shows a case where the water content is 100 ppb (=
When measurement was performed for HCl gas at the lower detection limit),
It shows the relationship between the passage of time and the measured moisture concentration. In this graph, the vertical axis represents the measured value of the water concentration, and is displayed such that the water concentration of 1 ppm is 1. On the horizontal axis, the time when the measurement of the gas to be measured is started immediately after the measurement of the background spectrum B is set to 0. For the measurement, a method was used in which a background spectrum B measured first was stored in a storage means, and a corrected second derivative spectrum was obtained using the background spectrum B. If the noise detected in the background spectrum does not fluctuate with time, the water concentration of the gas to be measured is 100 ppb.
Therefore, the graph of FIG. 4 is ideally a straight line passing through the point (0, 0.1) and parallel to the horizontal axis. However, in this figure, the variation in the measured value increases with the passage of time, and after about 100 minutes, the measured moisture concentration becomes less than the detection lower limit of 0.1 (= 100 pp).
It reaches 0.9 (= 90 ppb) which is -10% of b). Therefore, the time interval for updating the background spectrum is preferably set to less than 100 minutes.

【0023】図5はバックグラウンドスペクトルの更新
時間間隔を90分に設定して、水分濃度100ppbの
HClガスを自動測定したときの、時間経過と水分濃度
測定値との関係を示したものである。この図においてグ
ラフがとぎれている部分が、バックグラウンドスペクト
ルの更新が行われている時間帯である。この図に示され
るように、バックグラウンドスペクトルの更新を一定時
間毎に行えば、時間の経過に伴って分析結果のばらつき
が大きくなるのを防止することができ、常に誤差10p
pb程度の精度で長時間測定できることが認められる。
またこのようなバックグラウンドスペクトル更新の時間
間隔の設定は、分析装置を組み立てた後の最終校正時に
好ましく行われ、被測定ガスが変わっても設定し直す必
要はないが、分析装置に大きな振動が加えられたときな
ど校正をやり直す場合には、再度設定を行う必要があ
る。
FIG. 5 shows the relationship between the passage of time and the measured moisture concentration when the background gas update time interval is set to 90 minutes and the HCl gas having a moisture concentration of 100 ppb is automatically measured. . In this figure, the portion where the graph is broken is the time period during which the background spectrum is updated. As shown in this figure, if the background spectrum is updated at regular time intervals, it is possible to prevent the variation in the analysis result from increasing with the elapse of time.
It is recognized that measurement can be performed for a long time with an accuracy of about pb.
In addition, such setting of the time interval for updating the background spectrum is preferably performed at the time of final calibration after assembling the analyzer, and it is not necessary to reset the setting even if the gas to be measured changes. When the calibration is performed again, for example, when it is added, it is necessary to set again.

【0024】図6および図7は、参考のために、バック
グラウンドスペクトルの経時的変動と、それによる分析
結果への影響を調べた結果をそれぞれ示したものであ
る。すなわち、まずサンプルセル4内に精製HClガス
を導入してバックグラウンドスペクトルB1を測定し、
引き続いてサンプルセル内4を水分濃度100ppbの
HClガスで置換して二次微分スペクトル(X1−Y1
の測定を行い、前回のバックグラウンドスペクトルの測
定から10分間後に再びバックグラウンドスペクトルB
2の測定を行い、続いて二次微分スペクトル(X2
2)の測定を行うという操作を繰り返し行った。最初
に得られたバックグラウンドスペクトルB 1は記憶手段
に記憶させておき、書き換えは行わなかった。図6にお
いて、B1は最初に得られたバックグラウンドスペクト
ルであり、以後10分毎に得られたバックグラウンドス
ペクトルを測定時刻が早い順にB2,B3,B4,B5,B
6として示している。この図に示されるように、バック
グラウンドスペクトルにおけるピークの位置や大きさが
時々刻々と変化している。
FIG. 6 and FIG.
Ground spectrum fluctuations over time and their analysis
These are the results of examining the effect on the results.
You. That is, first, purified HCl gas is stored in the sample cell 4.
And the background spectrum B1Measure
Subsequently, the inside of the sample cell 4 was adjusted to a water concentration of 100 ppb.
HCl gas and the second derivative spectrum (X1-Y1)
Of the previous background spectrum.
Background spectrum B again after 10 minutes from the measurement
Two, And then the second derivative spectrum (XTwo
YTwo) Was repeated. the first
Background spectrum B obtained in 1Is storage means
And was not rewritten. In FIG.
And B1Is the background spectrum first obtained
Backgrounds obtained every 10 minutes thereafter.
The spectrum is measured in order from the earliest measurement time to BTwo, BThree, BFour, BFive, B
6As shown. Back as shown in this figure
The position and size of the peak in the ground spectrum
It is changing every moment.

【0025】図7は、上記の操作で得られた二次微分ス
ペクトルを測定時刻が早い順に(X 1−Y1)、(X2
2)、(X3−Y3)、(X4−Y4)、(X5−Y5)、
(X6−Y6)とし、それぞれの二次微分スペクトルか
ら、記憶手段に記憶させておいた最初のバックグラウン
ドスペクトルB1を差し引いて得られる補正二次微分ス
ペクトルを示したものである。この図の結果からわかる
ように、最初の補正二次微分スペクトル(X1−Y1−B
1)においては、水分によるピーク以外の部分が平坦で
フリンジノイズが有効に除去されており、バレイのひず
みも低減されている。これは二次微分スペクトル(X1
−Y1)の測定時刻と、これを補正するのに使用したバ
ックグラウンドスペクトル(B1)の測定時刻との間隔
が短いためと考えられる。そして二次微分スペクトルの
測定時刻が遅くなるにしたがって、フリンジノイズが大
きくなっており、バレイのひずみも増大している。この
ように、バックグラウンドスペクトルには経時的変動が
あるので、HCLガス中の水分濃度を測定する際に、補
正二次微分スペクトルを得るためのバックグラウンドス
ペクトルとして、最初に得られたバックグラウンドスペ
クトルB1を長時間使用し続けると、二次微分スペクト
ルからバックグラウンドスペクトルを差し引いて補正す
ることによる測定精度向上効果が薄れてしまう。
FIG. 7 shows the second derivative scan obtained by the above operation.
The vectors are sorted in the order of measurement time 1-Y1), (XTwo
YTwo), (XThree-YThree), (XFour-YFour), (XFive-YFive),
(X6-Y6) And each second derivative spectrum
The first background stored in the storage means
Spectrum B1Second derivative obtained by subtracting
It shows the spectrum. You can see from the result of this figure
Thus, the first corrected second derivative spectrum (X1-Y1-B
1In), the portion other than the peak due to moisture is flat.
Fringe noise has been effectively removed, and
The amount has also been reduced. This is the second derivative spectrum (X1
-Y1) And the balance used to correct this
Background spectrum (B1) Measurement time interval
Is considered short. And the second derivative spectrum
Fringe noise increases as measurement time is delayed
And the strain on the valley is increasing. this
As shown in the graph, the background spectrum
Therefore, when measuring the moisture concentration in the HCL gas,
Backgrounds for obtaining positive second derivative spectra
The background spectrum obtained first as a vector
Kuturu B1If you continue using for a long time, the second derivative spectrum
The background spectrum from the image
The effect of improving the measurement accuracy is reduced.

【0026】図8は、図7のグラフの一番下に示されて
いる補正二次微分スペクトル(X6−Y6−B1)と、バ
ックグラウンドスペクトルB1を差し引く前の二次微分
スペクトル(X6−Y6)とを示したものである。この例
では、バックグラウンドスペクトルB1を差し引いたこ
とによって、フリンジノイズが倍増し、バレイのひずみ
もかえって増大しており、バックグラウンドスペクトル
1を差し引くことが逆効果となっている。
FIG. 8 shows the corrected second derivative spectrum (X 6 -Y 6 -B 1 ) shown at the bottom of the graph of FIG. 7 and the second derivative spectrum before subtracting the background spectrum B 1. (X 6 −Y 6 ). In this example, by subtracting the background spectrum B 1, doubled fringe noise has increased strain Valley also rather, subtracting the background spectrum B 1 is becomes counterproductive.

【0027】このように、上記の実施例によれば、例え
ばHClガス中の水分濃度を測定する際に、測定ライン
で得られる二次微分スペクトルXから、キャンセルライ
ンで得られる二次微分スペクトルYを差し引き、さらに
バックグラウンドスペクトルBを差し引いて得られる補
正二次微分スペクトル(X−Y−B)を用いることによ
り、キャンセルラインを使用しても除去できない、例え
ばサンプルセル4の内壁や窓41などに起因するフリン
ジノイズを除去することができる。またサンプルセル4
および測定のための光学系がパージボックス20内に収
容され、パージボックス20内は水分濃度が低減された
パージガスが充填されているので、大気中の水分による
ノイズが除去される。すなわち大気中には数%の濃度レ
ベルで水分が存在しており、水分濃度の変動も激しいの
でキャンセルラインを使用するだけではこの大気中の水
分や光源によるフリンジノイズを十分に除去することが
難しいが、パージボックス20を設けることによってこ
れらのノイズを効果的に低減することができる。
As described above, according to the above-described embodiment, for example, when measuring the water concentration in the HCl gas, the second derivative spectrum Y obtained on the measurement line is replaced with the second derivative spectrum Y obtained on the cancel line. And the corrected second derivative spectrum (XYB) obtained by further subtracting the background spectrum B cannot be removed even by using a cancel line. For example, the inner wall or the window 41 of the sample cell 4 Can be removed. Sample cell 4
The optical system for measurement is housed in the purge box 20, and the purge box 20 is filled with a purge gas having a reduced moisture concentration, so that noise due to moisture in the atmosphere is removed. That is, moisture exists in the atmosphere at a concentration level of several percent, and the moisture concentration fluctuates greatly. Therefore, it is difficult to sufficiently remove the moisture in the atmosphere and the fringe noise due to the light source only by using the cancel line. However, these noises can be effectively reduced by providing the purge box 20.

【0028】また本実施例では、サンプルセル4内に導
入するガスを精製HClガスに切り換えてバックグラウ
ンドスペクトルの測定を行い、得られたバックグラウン
ドスペクトルは記憶手段に記憶させておき、その後にサ
ンプルセル4内に導入するガスを精製しないHClガス
に切り換えて水分濃度の測定を行うことができるように
構成されているので、1つのサンプルセル4を用いて精
製被測定ガスと被測定ガスの両方を自動測定することが
できる。したがって、バックグラウンドスペクトルを測
定するために、新たなサンプルセルを設ける必要がな
く、分析装置を大型化せずに済む。また記憶手段に記憶
されているバックグラウンドスペクトルを使用して被測
定ガスの二次微分スペクトルの補正を行うとともに、記
憶手段のバックグラウンドスペクトルを一定時間毎に自
動的に更新させることによって、バックグラウンドスペ
クトルの経時的変動によって測定精度が低下するのを防
止することができ、長時間の自動測定においても高い測
定精度を維持することができる。
In this embodiment, the gas introduced into the sample cell 4 is switched to purified HCl gas to measure the background spectrum, and the obtained background spectrum is stored in the storage means. Since the configuration is such that the gas introduced into the cell 4 can be switched to an unpurified HCl gas to measure the moisture concentration, both the purified gas to be measured and the gas to be measured can be measured using one sample cell 4. Can be automatically measured. Therefore, it is not necessary to provide a new sample cell in order to measure the background spectrum, and it is not necessary to increase the size of the analyzer. The background spectrum stored in the storage means is used to correct the second derivative spectrum of the gas to be measured, and the background spectrum of the storage means is automatically updated at regular intervals to obtain a background spectrum. It is possible to prevent a decrease in measurement accuracy due to a temporal variation of the spectrum, and to maintain a high measurement accuracy even in a long-time automatic measurement.

【0029】なお、上記の実施例では、図1に示すよう
にキャンセルラインを備えた装置を用いた例について説
明したが、本発明ではキャンセルラインを設けない構成
とすることも可能である。例えば図1のようにキャンセ
ルラインを備えた装置を用いて被測定ガス中の水分濃度
を測定する場合、測定ラインで得られるスペクトルXに
は、被測定ガス中の水分による光吸収xと、サンプルセ
ル4の外側で生じるノイズaと、それ以外のフリンジノ
イズfが含まれているので、X=x+a+fと表すこと
ができ、キャンセルラインで得られるスペクトルYはY
=aと表すことができる。またバックグラウンドスペク
トルBはx=0のときのX−Yで得られるので、B=
(a+f)−a=fとなる。したがって、分析を行う際
にはX−Y−Bとすることによって、(x+a+f)−
a−f=xとなり、ノイズが除去された光吸収スペクト
ルが得られる。一方キャンセルラインを設けない場合
は、測定ラインで得られるスペクトルXはX=x+a+
fで同じであるが、バックグラウンドスペクトルBはx
=0のときに測定ラインで得られるスペクトルであるの
でB=a+fである。そして分析を行う際には、X−B
とすることによって(x+a+f)−(a+f)=xと
なって、やはりノイズが除去された水分による光吸収ス
ペクトルが得られる。ただし、キャンセルラインがある
場合には、サンプルセル4の外側におけるノイズaを除
去するのに、測定時ラインの測定と同時にキャンセルラ
インで測定されたaの値が使用されるのに対して、キャ
ンセルラインがない場合にはバックグラウンドスペクト
ルを取り込んだ時のノイズaの値が一定時間使用される
ので、ノイズaに経時的変化がある場合にはキャンセル
ラインを用いた方が高い分析精度が得られる。またキャ
ンセルラインを設けない構成とすれば、分析精度がやや
劣る場合もあるが分析装置のコンパクト化を図ることが
できる。なおキャンセルラインを設けていない装置で、
検出下限の測定を行う場合には、測定ラインで得られた
二次微分スペクトルXから、測定ラインのみを使用して
得られるバックグラウンドスペクトルBを差し引いて補
正二次微分スペクトル(X−B)を得る方法で行う。
In the above-described embodiment, an example in which an apparatus having a cancel line is used as shown in FIG. 1 has been described. However, in the present invention, a configuration without a cancel line can be adopted. For example, when the moisture concentration in the gas to be measured is measured using an apparatus having a cancel line as shown in FIG. 1, the spectrum X obtained from the measurement line includes light absorption x due to moisture in the gas to be measured and sample Since the noise a generated outside the cell 4 and the other fringe noise f are included, it can be expressed as X = x + a + f, and the spectrum Y obtained from the cancel line is Y
= A. Also, since the background spectrum B is obtained by XY when x = 0, B =
(A + f) -a = f. Therefore, when performing the analysis, by using XYB, (x + a + f)-
a−f = x, and a light absorption spectrum from which noise has been removed is obtained. On the other hand, when no cancel line is provided, the spectrum X obtained on the measurement line is X = x + a +
f, but the background spectrum B is x
B = a + f because the spectrum is obtained on the measurement line when = 0. When performing the analysis, X-B
As a result, (x + a + f)-(a + f) = x, and a light absorption spectrum due to moisture from which noise has been removed is also obtained. However, if there is a cancel line, the value of a measured on the cancel line is used at the same time as the measurement of the measurement line to remove noise a outside the sample cell 4. When there is no line, the value of the noise a when the background spectrum is acquired is used for a certain period of time. Therefore, when the noise a changes over time, higher analysis accuracy can be obtained by using the cancel line. . If a configuration without a cancel line is employed, the analysis accuracy may be slightly inferior, but the analyzer can be made more compact. In addition, it is a device without a cancel line,
When measuring the lower detection limit, the corrected second derivative spectrum (X-B) is obtained by subtracting the background spectrum B obtained using only the measurement line from the second derivative spectrum X obtained on the measurement line. Do it in the way you get.

【0030】また本発明においては、記憶手段を設けな
い構成とすることも可能である。この場合には、被測定
ガスを含む測定ラインとは別に、精製被測定ガスが導入
されるサンプルセルにレーザ光を透過させて光吸収スペ
クトルを測定するためのラインを新たに設けることが必
要である。この場合、本実施例における置換用ガスライ
ン30は不要となる。また測定ラインによる二次微分ス
ペクトルの測定と同時にバックグラウンドスペクトルの
測定を行うことができるので、バックグラウンドスペク
トルを記憶させておく必要がなく、バックグラウンドス
ペクトルの更新を自動的に行うための制御手段も不要と
なる。ただし、サンプルセルを新たに設けるので、分析
装置が大型化するとともに、測定ガスラインにおけるサ
ンプルセルと、バックグラウンドスペクトルの測定に使
用されるサンプルセルとは別個のものであるので、これ
ら2つのサンプルセルでそれぞれ生じるフリンジノイズ
には多少の誤差があり、分析結果はこの誤差を含んだも
のとなる。
In the present invention, it is also possible to adopt a configuration in which no storage means is provided. In this case, it is necessary to provide a new line for measuring the light absorption spectrum by transmitting laser light to the sample cell into which the purified gas to be measured is introduced, separately from the measurement line containing the gas to be measured. is there. In this case, the replacement gas line 30 in this embodiment becomes unnecessary. Also, since the background spectrum can be measured simultaneously with the measurement of the second derivative spectrum by the measurement line, there is no need to store the background spectrum, and a control means for automatically updating the background spectrum Is also unnecessary. However, since the sample cell is newly provided, the analyzer becomes large, and the sample cell in the measurement gas line and the sample cell used for the measurement of the background spectrum are separate. The fringe noise generated in each cell has some error, and the analysis result includes this error.

【0031】また上記実施例では被測定ガスの例として
HClガス、被測定成分の例として水分を挙げて説明し
たが、本発明は被測定ガスと被測定成分とが互いに反応
しない組み合わせであれば、あらゆるガスの分析に適用
可能である。例えばアンモニアガス中の水分の測定に適
用でき、アンモニアによる吸収波長と水分による吸収波
長が非常に高い場合などにも有効である。この他、窒素
ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、および臭化水
素ガス中の水分の分析にも好適である。
In the above embodiments, HCl gas was used as an example of the gas to be measured, and water was used as an example of the component to be measured. However, the present invention is applicable to any combination in which the gas to be measured and the component to be measured do not react with each other. Applicable to analysis of any gas. For example, it can be applied to measurement of moisture in ammonia gas, and is also effective when the absorption wavelength by ammonia and the absorption wavelength by moisture are extremely high. In addition, it is suitable for analyzing moisture in nitrogen gas, carbon monoxide gas, carbon dioxide gas, and hydrogen bromide gas.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように本発明のガスの分析
方法は、周波数変調された半導体レーザ光を被測定ガス
に透過させて得られる光吸収強度の二次微分スペクトル
を用いて被測定ガス中の被測定成分の濃度を測定するガ
スの分光分析方法において、被測定ガスから被測定成分
を除去した精製被測定ガスにレーザ光を透過させてバッ
クグラウンドスペクトルを得、前記二次微分スペクトル
から前記バックグラウンドスペクトルを差し引いて得ら
れる補正二次微分スペクトルを用いて測定を行うもので
あるので、被測定ガスの二次微分スペクトルに含まれて
いるフリンジノイズを効果的に除去して高精度の測定を
行うことができる。またバックグラウンドスペクトルを
記憶手段に記憶させておき、該記憶手段のバックグラウ
ンドスペクトルを用いて前記補正二次微分スペクトルを
得る方法を用いれば、1つのサンプルセルを用いて被測
定ガスの二次微分スペクトルとバックグラウンドスペク
トルの両方を測定することが可能となるので、装置のコ
ンパクト化を図るうえで好ましい。
As described above, the gas analysis method of the present invention uses the second derivative spectrum of the light absorption intensity obtained by transmitting the frequency-modulated semiconductor laser light through the gas to be measured. In the gas spectral analysis method for measuring the concentration of the component to be measured in, a background spectrum is obtained by transmitting a laser beam to a purified gas to be measured in which the component to be measured has been removed from the gas to be measured, and from the second derivative spectrum Since the measurement is performed using the corrected second derivative spectrum obtained by subtracting the background spectrum, the fringe noise contained in the second derivative spectrum of the gas to be measured is effectively removed to achieve high accuracy. A measurement can be made. If the background spectrum is stored in the storage means and the method of obtaining the corrected second derivative spectrum using the background spectrum of the storage means is used, the second derivative of the gas to be measured can be obtained using one sample cell. Since both a spectrum and a background spectrum can be measured, it is preferable in reducing the size of the apparatus.

【0033】そして記憶手段に記憶させたバックグラウ
ンドスペクトルを、一定時間毎に更新することにより、
バックグラウンドスペクトルの経時的変動によって測定
精度が低下するのを防止して、高い測定精度を長時間維
持することができる。またバックグラウンドスペクトル
の更新を行う時間間隔を、測定に使用する分析装置にお
ける検出下限の値と同じ濃度の被測定成分を含む被測定
ガスについて被測定成分濃度の測定を連続して行ったと
きに、測定を始めてから被測定成分濃度の測定値が検出
下限の値の+10%または−10%に達するまでの時間
より短い時間に設定することにより、常に測定値の誤差
が±10%以下の精度で測定を行うことができる。
By updating the background spectrum stored in the storage means at regular time intervals,
It is possible to prevent a decrease in measurement accuracy due to a temporal change in the background spectrum, and to maintain a high measurement accuracy for a long time. The time interval at which the background spectrum is updated is determined when the measurement of the concentration of the component to be measured is continuously performed for the gas to be measured containing the component to be measured having the same concentration as the lower limit of detection in the analyzer used for the measurement. By setting the time shorter than the time from the start of the measurement until the measured value of the concentration of the component to be measured reaches + 10% or -10% of the lower limit of detection, the error of the measured value is always ± 10% or less. The measurement can be carried out.

【0034】また本発明のガスの分光分析装置は、波長
可変型の半導体レーザと、半導体レーザに周波数変調を
施す周波数変調手段と、半導体レーザから発振されたレ
ーザ光を被測定ガスに透過させる手段と、被測定ガスを
透過したレーザ光の強度を測定する手段と、レーザ光強
度の測定結果より二次微分スペクトルを得る手段とを備
え、被測定ガス中に含まれる被測定成分の濃度を測定す
るガスの分光分析装置であって、被測定成分を除去した
精製被測定ガスにレーザ光を透過させる手段と、精製被
測定ガスを透過したレーザ光の強度を測定する手段と、
レーザ光強度の測定結果よりバックグラウンドスペクト
ルを得る手段と、被測定ガスの二次微分スペクトルから
バックグラウンドスペクトルを差し引いて補正二次微分
スペクトルを得る手段と、補正二次微分スペクトルを用
いて被測定ガス中の被測定成分の濃度を算出する手段を
備えたものである。この分析装置によれば、二次微分ス
ペクトルに含まれているフリンジノイズが除去された補
正二次微分スペクトルを用いて被測定ガス中の被測定成
分の濃度が測定されるので、測定の精度が高く、信頼性
が高い分析結果が得られる。
The gas spectrometric analyzer of the present invention also includes a wavelength-variable semiconductor laser, frequency modulation means for performing frequency modulation on the semiconductor laser, and means for transmitting laser light oscillated from the semiconductor laser to the gas to be measured. And means for measuring the intensity of the laser light transmitted through the gas to be measured, and means for obtaining a second derivative spectrum from the measurement result of the intensity of the laser light, and measuring the concentration of the component to be measured contained in the gas to be measured A gas spectroscopic analyzer, wherein means for transmitting laser light to the purified gas to be measured after removing the component to be measured, and means for measuring the intensity of the laser light transmitted through the purified gas to be measured,
Means for obtaining a background spectrum from the measurement result of the laser light intensity, means for obtaining a corrected second derivative spectrum by subtracting the background spectrum from the second derivative spectrum of the gas to be measured, and measurement using the corrected second derivative spectrum It is provided with means for calculating the concentration of the component to be measured in the gas. According to this analyzer, the concentration of the component to be measured in the gas to be measured is measured using the corrected second derivative spectrum from which the fringe noise included in the second derivative spectrum has been removed, so that the accuracy of the measurement is improved. Highly reliable analysis results can be obtained.

【0035】またバックグラウンドスペクトルを記憶し
ておく記憶手段を設け、補正二次微分スペクトルを得る
際に記憶手段に記憶されているバックグラウンドスペク
トルを用いる構成とすれば、必ずしも被測定ガスの測定
と精製被測定ガスの測定を同時に行う必要がないので、
1つのサンプルセルを用いて被測定ガスの二次微分スペ
クトルとバックグラウンドスペクトルの両方を得ること
が可能であり、装置のコンパクト化を図ることができ
る。好ましくは被測定ガスにレーザ光を透過させる手段
と精製被測定ガスに半導体レーザ光を透過させる手段を
一体化して、1つのサンプルセルと、サンプルセル内に
被測定ガスと精製被測定ガスとを切り換え可能に導入す
る導入手段と、このサンプルセルにレーザ光を透過させ
る手段とを設けることにより、被測定ガスの二次微分ス
ペクトルの測定とバックグラウンドスペクトルの測定を
迅速に切り換えて行うことができ、装置のコンパクト化
を好ましく達成することができる。
If a storage means for storing the background spectrum is provided and the background spectrum stored in the storage means is used to obtain the corrected second derivative spectrum, it is not always necessary to measure the gas to be measured. Since it is not necessary to measure the purified gas to be measured at the same time,
It is possible to obtain both the second derivative spectrum and the background spectrum of the gas to be measured by using one sample cell, so that the apparatus can be made compact. Preferably, the means for transmitting laser light to the gas to be measured and the means for transmitting semiconductor laser light to the purified gas to be measured are integrated into one sample cell, and the gas to be measured and the gas to be purified are placed in the sample cell. By providing a switchable introduction means and a means for transmitting laser light to the sample cell, the measurement of the second derivative spectrum and the measurement of the background spectrum of the gas to be measured can be quickly switched and performed. In addition, it is possible to preferably achieve a compact device.

【0036】さらに、予め設定されたバックグラウンド
スペクトルの更新を行う時間間隔毎に、サンプルセル内
に精製被測定ガスが導入されるように導入手段を切り換
え、新しいバックグラウンドスペクトルを測定し、得ら
れた新しいバックグラウンドスペクトルを記憶手段に記
憶させ、新しいバックグラウンドスペクトルが得られた
後にサンプルセル内に被測定ガスが導入されるように導
入手段を切り換える制御手段を備えた構成とすれば、被
測定ガスの二次微分スペクトルの測定とバックグラウン
ドスペクトルの測定とを自動的に切り換えることがで
き、長時間の自動測定を行うことができる。
Further, at each time interval for updating the preset background spectrum, the introduction means is switched so that the purified gas to be measured is introduced into the sample cell, and a new background spectrum is measured. The new background spectrum is stored in the storage means, and after the new background spectrum is obtained, the control means for switching the introduction means so that the gas to be measured is introduced into the sample cell is provided. The measurement of the second derivative spectrum of the gas and the measurement of the background spectrum can be automatically switched, and a long-time automatic measurement can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明のガスの分光分析装置の例を示す概略
構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a gas spectrometer of the present invention.

【図2】 本発明に係る置換用ガスラインの例を示す概
略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a replacement gas line according to the present invention.

【図3】 本発明に係る補正二次微分スペクトルの測定
例を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a measurement example of a corrected second derivative spectrum according to the present invention.

【図4】 本発明に係る実施例において、検出下限と同
じ濃度の水分を含むHClガスについて水分濃度の測定
を連続して行ったときの測定結果を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a measurement result when a water concentration measurement is continuously performed on an HCl gas containing water having the same concentration as the lower detection limit in the example according to the present invention.

【図5】 本発明に係る実施例において、バックグラウ
ンドスペクトルの更新を行ってHClガス中の水分濃度
を測定したときの測定結果を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing measurement results when the background spectrum is updated and the water concentration in the HCl gas is measured in the example according to the present invention.

【図6】 参考例として、一定時間毎に測定したバック
グラウンドスペクトルを示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a background spectrum measured at regular intervals as a reference example.

【図7】 参考例として、一定時間毎に測定した補正二
次微分スペクトルを示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a corrected second derivative spectrum measured at regular intervals as a reference example.

【図8】 参考例として、測定から長時間経過したバッ
クグラウンドスペクトルを用いて補正二次微分スペクト
ルを得た例を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing, as a reference example, an example in which a corrected second derivative spectrum is obtained using a background spectrum that has passed for a long time after measurement.

【図9】 従来のガスの分光分析装置の例を示す概略構
成図である。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional gas spectroscopic analyzer.

【図10】従来の分析方法で得られた二次微分スペクト
ルの例を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing an example of a second derivative spectrum obtained by a conventional analysis method.

【図11】従来の分析方法で精製HClガスを測定して
得られる二次微分スペクトルの例を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing an example of a second derivative spectrum obtained by measuring a purified HCl gas by a conventional analysis method.

【図12】従来の分析方法で微量の水分を含むHClガ
スを測定して得られる二次微分スペクトルの例を示すグ
ラフである。
FIG. 12 is a graph showing an example of a second derivative spectrum obtained by measuring HCl gas containing a trace amount of water by a conventional analysis method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体レーザ、4…サンプルセル、9…コンピュー
タ装置、12…発振器(周波数変調手段)、5…第1の
光検出器、6…第2の光検出器、30…置換用ガスライ
ン、31…導入ライン(導入手段)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser, 4 ... Sample cell, 9 ... Computer device, 12 ... Oscillator (frequency modulation means), 5 ... First photodetector, 6 ... Second photodetector, 30 ... Substitution gas line, 31 ... Introduction line (introduction means).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−338805(JP,A) 特開 平11−83535(JP,A) 特開 平3−2647(JP,A) 特開 平8−15150(JP,A) 実開 昭57−186846(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/00 - 21/61 G01J 3/00 - 3/52 JICSTファイル(JOIS)────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-8-338805 (JP, A) JP-A-11-83535 (JP, A) JP-A-3-2647 (JP, A) JP-A-8-835 15150 (JP, A) Actually open 1982-186846 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 21/00-21/61 G01J 3/00-3/52 JICST File (JOIS)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 周波数変調された半導体レーザ光を被測
定ガスに透過させて得られる光吸収強度の二次微分スペ
クトルを用いて前記被測定ガス中の被測定成分の濃度を
測定するガスの分光分析方法において、 前記被測定ガスから被測定成分を除去した精製被測定ガ
スにレーザ光を透過させてバックグラウンドスペクトル
を得、前記二次微分スペクトルから前記バックグラウン
ドスペクトルを差し引いて得られる補正二次微分スペク
トルを用いて測定を行い、該補正二次微分スペクトルを得るにあたり、記憶手段に
記憶させたバックグラウンドスペクトルを用い、 該記憶手段に記憶させたバックグラウンドスペクトルを
一定時間毎に更新し、 該バックグラウンドスペクトルの更新を行う時間間隔
を、測定に使用する分析装置における検出下限の値と同
じ濃度の被測定成分を含む被測定ガスについて被測定成
分濃度を連続して測定したときの被測定成分濃度の測定
値と、前記検出下限との比較に基づいて設定し、 該検出下限を、既知濃度の被測定成分を含む被測定ガス
について被測定成分の濃度測定を複数回行ったときの測
定値の標準偏差に基づいて設定する ことを特徴とするガ
スの分光分析方法。
1. A gas spectrometer for measuring the concentration of a component to be measured in a gas to be measured using a second derivative spectrum of light absorption intensity obtained by transmitting a frequency-modulated semiconductor laser beam through the gas to be measured. In the analysis method, a corrected secondary gas obtained by transmitting a laser beam to a purified gas to be measured obtained by removing a component to be measured from the gas to be measured to obtain a background spectrum, and subtracting the background spectrum from the second derivative spectrum. The measurement is performed using the derivative spectrum, and in obtaining the corrected second derivative spectrum,
Using the stored background spectrum, the background spectrum stored in the storage means is
Updated every predetermined time, the time interval for updating of the background spectrum
Is the same as the lower detection limit of the analyzer used for measurement.
The measured gas containing the component of the same concentration
Measurement of the concentration of the component to be measured when measuring the partial concentration continuously
Value based on a comparison with the lower limit of detection , and the lower limit of detection is determined based on the measured gas containing the component to be measured having a known concentration.
When the concentration of the component to be measured is measured multiple times
A gas spectroscopic analysis method, wherein the method is set based on a standard deviation of a constant value .
【請求項2】 前記バックグラウンドスペクトルの更新
を行う時間間隔を、測定に使用する分析装置における検
出下限の値と同じ濃度の被測定成分を含む被測定ガスに
ついて被測定成分濃度を連続して測定したときに、測定
を始めてから被測定成分濃度の測定値が前記検出下限の
値の+10%または−10%に達するまでの時間より短
い時間に設定することを特徴とする請求項1記載のガス
の分光分析方法。
2. A method for continuously measuring the concentration of a component to be measured with respect to a gas to be measured containing a component to be measured having the same concentration as a lower limit of detection in an analyzer used for measurement, wherein the time interval at which the background spectrum is updated is measured. 2. The gas according to claim 1, wherein when the measurement is started, the time is set to be shorter than the time from when the measurement is started until the measured value of the concentration of the component to be measured reaches + 10% or -10% of the lower limit of detection. Spectroscopic analysis method.
【請求項3】 被測定ガス中に含まれる被測定成分の濃
度を測定するガスの分光分析装置であって、 波長可変型の半導体レーザと、該半導体レーザに周波数
変調を施す周波数変調手段と、該半導体レーザから発振
されたレーザ光を被測定ガスに透過させる手段と、該被
測定ガスを透過したレーザ光の強度を測定する手段と、
該レーザ光強度の測定結果より二次微分スペクトルを得
る手段と、 前記被測定ガスから被測定成分を除去した精製被測定ガ
スにレーザ光を透過させる手段と、該精製被測定ガスを
透過したレーザ光の強度を測定する手段と、該レーザ光
強度の測定結果よりバックグラウンドスペクトルを得る
手段と、前記二次微分スペクトルから前記バックグラウ
ンドスペクトルを差し引いて補正二次微分スペクトルを
得る手段と、該補正二次微分スペクトルを用いて被測定
ガス中の被測定成分の濃度を算出する手段と、前記バッ
クグラウンドスペクトルを記憶しておく記憶手段とを備
え、 前記被測定ガスにレーザ光を透過させる手段と前記精製
被測定ガスに半導体レーザ光を透過させる手段が、一体
化されており、1つのサンプルセルと、該サンプルセル
内に前記被測定ガスと前記精製被測定ガスとを切り換え
可能に導入する導入手段と、該サンプルセルにレーザ光
を透過させる手段とを備え、 予め設定されたバックグラウンドスペクトルの更新を行
う時間間隔毎に、前記サンプルセル内に精製被測定ガス
が導入されるように前記導入手段を切り換え、新しいバ
ックグラウンドスペクトルを測定し、得られた新しいバ
ックグラウンドスペクトルを前記記憶手段に記憶させ、
前記新しいバックグラウンドスペクトルが得られた後に
前記サンプルセル内に被測定ガスが導入されるように前
記導入手段を切り換える制御手段を備え、 該制御手段が、バックグラウンドスペクトルの更新を行
う時間間隔を、測定に使用する分析装置における検出下
限の値と同じ濃度の被測定成分を含む被測定ガスについ
て被測定成分濃度を連続して測定したときの被測定成分
濃度の測定値と、前記検出下限との比較に基づいて設定
し、該検出下限を、既知濃度の被測定成分を含む被測定
ガスについて被測定成分の濃度測定を複数回行ったとき
の測定値の標準偏差に基づいて設定することができるよ
うにされていることを特徴とするガスの分光分析装置。
3. The concentration of a component to be measured contained in a gas to be measured.
What is claimed is: 1. A gas spectrometer for measuring a degree, comprising: a wavelength-variable semiconductor laser; frequency modulation means for frequency-modulating the semiconductor laser; and transmitting laser light oscillated from the semiconductor laser to a gas to be measured. Means, and means for measuring the intensity of laser light transmitted through the gas to be measured,
A means for obtaining a second derivative spectrum from the measurement result of the laser light intensity; a means for transmitting a laser beam to a purified gas to be measured obtained by removing a component to be measured from the gas to be measured; and a laser having transmitted the gas to be purified. Means for measuring light intensity, means for obtaining a background spectrum from the measurement result of the laser light intensity, means for subtracting the background spectrum from the second derivative spectrum to obtain a corrected second derivative spectrum, and the correction means for calculating the concentration of the measured component in the measurement gas using the second derivative spectrum, said back
Storage means for storing background spectra.
For example, the purification means for transmitting the laser light to the measurement gas
Means for transmitting semiconductor laser light to the gas to be measured are integrated
One sample cell and the sample cell
Switch between the gas to be measured and the purified gas to be measured
Introducing means capable of introducing the laser light into the sample cell
Means for transmitting background light, and updates a preset background spectrum.
At each time interval, the purified gas to be measured is stored in the sample cell.
Switch the introduction means so that the
Background spectrum was measured and the new
Background spectrum in the storage means,
After the new background spectrum is obtained
Before the gas to be measured is introduced into the sample cell,
Control means for switching the introduction means, and the control means updates the background spectrum.
Time interval is determined by the detector used for the measurement.
Gas containing a component to be measured with the same concentration as the
To be measured when the concentration of the component to be measured is measured continuously
Set based on measurement of concentration and comparison with the lower limit of detection
The lower limit of detection is set to
When the concentration of the component to be measured is measured multiple times for gas
Can be set based on the standard deviation of the measurements
A gas spectrometric analyzer characterized by the fact that:
【請求項4】 前記導入手段が、被測定ガスの被測定成4. The measuring device according to claim 1, wherein
分を除去して精製被測定ガスを得る精製器と、被測定ガA purifier that obtains a purified gas to be measured by removing
スを精製器を迂回してサンプルセルに導くバイパスライBypass line, which bypasses the purifier to the sample cell.
ンと、被測定ガスまたは精製被測定ガスの流量を制御すControl the flow rate of the gas to be measured or purified gas to be measured.
る流量コントローラを備え、Equipped with a flow controller, この流量コントローラが、バイパスラインよりも上流側This flow controller is located upstream of the bypass line.
に設けられていることを特徴とする請求項3記載のガス4. The gas according to claim 3, wherein the gas is provided in
の分光分析装置。Spectrometer.
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