JP3670375B2 - 標準ガス希釈装置及び低濃度標準ガス発生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、標準ガスを低濃度標準ガスに希釈する標準ガス希釈装置、液体試料から標準ガスを発生する標準ガス発生装置、及びこれに用いることができる標準ガス発生用液体試料容器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
標準ガスは各種のガス分析装置の較正などに用いられるものであり、従来から、液体試料から低濃度標準ガスを発生させる低濃度標準ガス発生装置として、特開平４−８１６５０号公報に開示された標準ガス調整装置が知られている。
【０００３】
この従来の低濃度標準ガス発生装置（標準ガス調整装置）は、液体試料から比較的高濃度の標準ガスを発生させる標準ガス発生部と、該標準ガス発生部により発生された標準ガスを低濃度標準ガスに希釈する標準ガス希釈装置とから構成されている。前記標準ガス発生部は、一流路のガス配管の途中に圧力調整器、流量コントローラと液体試料の入った孔のあいた液体試料容器を内包する試料室とをガスの流れに沿ってこの順序に配置したものである。前記標準ガス希釈装置は、前記標準ガス発生部に直結された蒸気試料供給流路と該蒸気試料供給流路から分岐された４つの分岐管を持ち、前記標準ガス発生部に近い方から、第１、第３分岐は流量コントローラを配置したガス排出口に接続し、第２、第４分岐はガスの流れに沿ってこの順に圧力調整器と流量コントローラを配置したガス導入口を接続してなるものである。
【０００４】
この従来の低濃度標準ガス発生装置で採用されている前記標準ガス希釈装置によれば、前記標準ガス発生部から標準ガス希釈装置に供給される標準ガス中の液体試料濃度をＣ’、前記標準ガス発生部から標準ガス希釈装置に供給される標準ガスの流量をＬ１’、第１分岐から排気されるガスの流量をＬ２’、第２分岐から給気されるガスの流量をＬ３’、第３分岐から排気されるガスの流量をＬ４’、第２分岐から給気されるガスの流量をＬ５’とすると、流量Ｌ１’−Ｌ２’＋Ｌ３’−Ｌ４’＋Ｌ５’、濃度Ｃ’・［（Ｌ１’−Ｌ２’）／（Ｌ１’−Ｌ２’＋Ｌ３’）］・［（Ｌ１’−Ｌ２’＋Ｌ３’−Ｌ４’）／（Ｌ１’−Ｌ２’＋Ｌ３’−Ｌ４’＋Ｌ５’）］の低濃度標準ガスが得られ、ｐｐｂ領域の低濃度標準ガスが得られる。
【０００５】
そして、前記従来の低濃度標準ガス発生装置で採用されている前記標準ガス希釈装置では、前記蒸気試料供給流路にはバックグラウンドや共存妨害物質の発生源となる流量コントローラ等が一切設けられていないので、高精度の濃度で低濃度標準ガスが得られる。
【０００６】
また、前記従来の低濃度標準ガス発生装置で採用されている液体試料容器は、ガラス材料で一体に構成されている。
【０００７】
また、従来、比較的高濃度の標準ガスのガス源として、予め高精度の濃度に調整された標準ガスが収容されたボンベが用いられることも多い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の低濃度標準ガス発生装置で用いられている標準ガス希釈装置では、第１分岐及び第２分岐からなる１段目の希釈部の希釈率が（Ｌ１’−Ｌ２’）／（Ｌ１’−Ｌ２’＋Ｌ３’）であるため、高希釈率を得るためには、Ｌ１’−Ｌ２’（すなわち、標準ガス発生部からの標準ガスの流量Ｌ１’と第１分岐から排気されるガスの流量Ｌ２’との差）を小さくしなければならない。しかし、Ｌ１’−Ｌ２’を精度良く小さくすることは非常に困難である。すなわち、蒸気試料供給流路には前記標準ガス発生部に直結されていることから試料室を流れるガスの流量がそのままＬ１’となるため、Ｌ１’をある程度大きくしなければならず、Ｌ１’−Ｌ２’を小さくするためにはＬ２’を大きくせざるを得ないが、Ｌ２’を大きくするとＬ２’に制御するための流量コントローラの精度に応じてＬ２’のばらつきが大きくなるので、結局Ｌ１’−Ｌ２’を精度良く小さくすることは非常に困難である。なお、試料室を流れるガスの流量がある程度大きくなければ、液体試料容器内の液体試料の蒸発量が不安定になってしまう。したがって、前記従来の低濃度標準ガス発生装置で用いられている標準ガス希釈装置では、高希釈率を得ることができず、高精度の濃度でｐｐｔ領域の低濃度標準ガスを得ることはできなかった。Ｌ１’−Ｌ２’を小さくせずに、分岐数を増やして３段以上の希釈部を設けることが考えられるが、その場合には構成要素の数が増えてコストアップを免れない。また、希釈部の段数を増やすとそれに応じて濃度の精度が劣化せざるを得ないことから希釈の段数には一定の限界があるので、前記従来の低濃度標準ガス発生装置で用いられている標準ガス希釈装置では、結局、高精度の濃度でｐｐｔ領域の低濃度標準ガスを得ることはできなかった。
【０００９】
また、前記従来の低濃度標準ガス発生装置では、前記標準ガス希釈装置の前記蒸気試料供給流路に前記標準ガス発生部が直結されているので、前記標準ガス希釈装置により前記標準ガス発生部で液体試料から発生した一種類の標準ガスのみしか希釈することができなかった。したがって、例えば、液体試料による標準ガスではなく、予め用意された比較的高濃度の標準ガス（例えば、ボンベに収容されている標準ガス）を希釈しようとする場合には、前記従来の低濃度標準ガス発生装置とは別個に、当該標準ガスを希釈するための標準ガス希釈装置を用意しなければならず、著しく不経済であった。
【００１０】
さらに、前記従来の低濃度標準ガス発生装置の標準ガス発生部で用いられている液体試料容器は、前述したようにガラス材料で一体に構成されているので、製造に熟練及び手数を要しコストアップを免れない。また、前記液体試料容器はガラス材料で一体に構成されているので、当該液体試料容器に形成した孔の大きさ及び厚みを精度良く所望の大きさ及び厚みにすることができないことから、製造した孔あき容器の個々について較正（前記試料室に一定流量のガスを長時間流し続けたときの、液体試料容器中の液体試料の減少量を精密天秤で測定して求めることによる較正）を行わなければならず、多大な労力を要していた。さらに、前記液体試料容器はガラス材料で一体に構成されているので、液体試料を液体試料容器内に出し入れする場合には液体試料容器の孔から行われているが、前記標準ガス発生部において比較的濃度の低い標準ガスを得る場合には、液体試料容器の孔が小さくされるため、液体試料容器内への液体試料の出し入れに著しく手数を要していた。そして、注射針のような器具を用いるとしても液体試料容器の孔があまりに小さければ液体試料容器内への液体試料の出し入れが不可能となってしまうので、液体試料容器の孔の大きさを小さくするには一定の限界がある。このため、前記標準ガス発生部において発生させる標準ガスの濃度を低くするにも限界があった。
【００１１】
なお、標準ガス発生のために用いる液体試料容器は、例えば、ＪＩＳ−Ｋ０２２６に記載されている装置（ガス中に既知の濃度の液体試料（水）蒸気を混合するために用いる装置）において用いられている孔のあいた液体試料容器である拡散管付き容器もガラス材料で一体に構成されていることからも明らかなように、ガラス材料で一体に構成すべきものである、というのがこの分野における従来の技術常識であった。
【００１２】
さらに、前述したように、比較的高濃度の標準ガスのガス源として、予め高精度の濃度に調整された標準ガスが収容されたボンベが用いられることも多いが、このような標準ガス入りのボンベを製造するには著しく手数を要しこのボンベは非常に高価である。また、例えば、標準ガス中の水分がボンベの内壁に吸着されないように保存には特別な取り扱いが必要であるとともに、そのような取り扱いを行っても経時的に標準ガスの濃度が変化してしまうので、当該ボンベガスの寿命は短いものであった。
【００１３】
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の１つの目的は、希釈部の段数が少なくても高精度の濃度で低濃度標準ガスを得ることができ、またｐｐｔ領域の極低濃度標準ガスを得ることも可能である標準ガス希釈装置及びこれを用いた低濃度標準ガス発生装置を提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、１つの標準ガス希釈装置により異なる種類の標準ガスを希釈することができる標準ガス希釈装置及びこれを用いた低濃度標準ガス発生装置を提供することである。
【００１５】
本発明の更に他の目的は、製造が容易で安価であるとともに、個々の全てのものについて較正を行う必要がなく、しかも、液体試料の出し入れが容易で低濃度の標準ガスを発生させることも可能である標準ガス発生用液体試料容器及びこれを用いた標準ガス発生装置を提供することを目的とする。
【００１６】
本発明の更に他の目的は、標準ガス入りボンベに替わる安価で取り扱いも容易な代替手段としての標準ガス発生装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による標準ガス希釈装置は、主流入口と主流出口とを有し、前記主流入口に流入された標準ガスを低濃度標準ガスに希釈して前記主流出口から流出させる標準ガス希釈装置において、流入口が前記主流入口に接続された第１の流量コントローラと、一端が前記第１の流量コントローラの流出口に接続されるとともに他端が前記主流出口に接続された主流路と、前記主流路から分岐された１つ以上の分岐路と、を備えたものである。そして、前記１つ以上の分岐路のうちの、前記第１の流量コントローラに近い方から奇数番目の分岐路は、前記主流路に希釈用のガスを給気させる給気路であって、途中に流量コントローラが設置された給気路である。前記１つ以上の分岐路のうちの、前記第１の流量コントローラに近い方から偶数番目の分岐路は、前記主流路からガスを排気させる排気路であって、途中に流量コントローラが設置された排気路である。
【００１８】
この第１の態様による標準ガス希釈装置では、第１の流量コントローラが主流入口と主流出口との間の流路（前述した従来の標準ガス発生装置の標準ガス希釈装置における蒸気試料供給流路に相当する）に設けられているので、第１の流量コントローラとこれに近い方から１番目の分岐路とが１段目の希釈部となり、この１段目の希釈部の希釈率は、前述した第１の流量コントローラの流出口から主流路に流出するガスの流量をＬ１、１番目の分岐路から給気されるガスの流量をＬ２とすると、Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）となる。そして、前記第１の流量コントローラに近い方から２番目以降の分岐路（ただし、２番目以降の分岐路は必ずしも必要ない）に関しては、前述した従来の低濃度標準ガス発生装置で用いられている標準ガス発生装置の３番目の分岐以降と同様の作用を担い、２段目以降の希釈部を構成し、その希釈率も同様である。このように、１段目の希釈部の希釈率がＬ１／（Ｌ１＋Ｌ２）となるので、前記第１の流量コントローラによるガスの流量Ｌ１は精度良く小さくすることができることから、１段目の希釈部の希釈率を精度良く小さくすることができ、これにより、希釈部の段数が少なくても全体として高精度の希釈率を得ることができ、高精度の濃度で低濃度標準ガスを得ることができ、例えば、ｐｐｔ領域の極低濃度標準ガスも得ることが可能となる。
【００１９】
ところで、前記従来の低濃度標準ガス発生装置で採用されている前記標準ガス希釈装置では、主流入口と主流出口との間の流路にはバックグラウンドや共存妨害物質の発生源となる流量コントローラ等を一切設けないことにより、高精度の濃度で低濃度標準ガスを得ようとするものであった。しかしながら、本件発明者の研究により、主流入口に近い側でバックグラウンドや共存妨害物質が発生しても、主流入口に近い側では標準ガスの濃度が高くガス中の試料の量が多いので、試料の量に対してバックグラウンドや共存妨害物質の量は無視し得る程度であり、当該バックグラウンドや共存妨害物質は最終的に得る低濃度標準ガスの濃度の精度に実質的に影響を与えないことが判明した。したがって、前記第１の流量コントローラはバックグラウンドや共存妨害物質の発生源となるものの、前記第１の流量コントローラは主流入口に最も近い側に設けられ、前記第１の流量コントローラの流出口と主流出口との間の主流路にはバックグラウンドや共存妨害物質の発生源となる流量コントローラ等が一切設けられていないので、高精度の濃度で低濃度標準ガスが得られる。
【００２０】
本発明の第２の態様による標準ガス希釈装置は、前記第１の態様による標準ガス希釈装置において、互いに異なる標準ガスを給気する複数の標準ガス給気路と、前記複数の標準ガス給気路を切り換えてそのいずれか１つのみを前記標準ガス希釈装置の前記主流入口に連通させる切り換え手段と、を更に備えたものである。
【００２１】
この第２の態様による標準ガス希釈装置によれば、希釈部の段数が少なくても高精度の濃度で低濃度標準ガスを得ることができるのみならず、複数の標準ガス給気路と切り換え手段とを備えているので、別個に標準ガス希釈装置を用いることなく、１つの標準ガス希釈装置により異なる種類の標準ガスを希釈することができ、経済的である。
【００２２】
本発明の第３の態様による標準ガス希釈装置は、主流入口と主流出口とを有し、前記主流入口に流入された標準ガスを低濃度標準ガスに希釈して前記主流出口から流出させる標準ガス希釈装置において、互いに異なる標準ガスを給気する複数の標準ガス給気路と、前記複数の標準ガス給気路を切り換えてそのいずれか１つのみを前記標準ガス希釈装置の前記主流入口に連通させる切り換え手段と、を備えたものである。
【００２３】
この第３の態様による標準ガス希釈装置によれば、複数の標準ガス給気路と切り換え手段とを備えているので、別個に標準ガス希釈装置を用いることなく、１つの標準ガス希釈装置により異なる種類の標準ガスを希釈することができ、経済的である。この第３の態様では、希釈部の構成自体は特に限定されるものではなく、例えば、前述した従来の標準ガス発生装置において用いられている標準ガス希釈装置と同一の希釈部を採用してもよい。
【００２４】
本発明の第４の態様による低濃度標準ガス発生装置は、液体試料の入った孔のあいた液体試料容器を内包し、試料ガスが流入されるとともに前記液体試料の蒸気を含んだ試料ガスが標準ガスとして流出する試料室と、前記試料室内の圧力を調整する圧力調整器と、前記試料室内に流入する前記試料ガスの流量を調整する流量コントローラと、前記試料室から流出した標準ガスの一部を排気する標準ガス排気路と、前記試料室から流出した標準ガスの残りの一部を給気する標準ガス給気路と、を備えた標準ガス発生部と、前記第１の態様による標準ガス希釈装置と、を備え、前記標準ガス発生部の前記標準ガス給気路が前記標準ガス希釈装置の前記主流入口に接続されたものである。
【００２５】
この第４の態様による低濃度標準ガス発生装置によれば、希釈部の段数が少なくても、標準ガス発生部により液体試料から発生した標準ガスを希釈して高精度の濃度で低濃度標準ガスを得ることができる。なお、前述した従来の標準ガス発生装置では、蒸気試料供給流路には前記標準ガス発生部に直結されていることから試料室を流れるガスの流量がそのまま希釈装置に導入されるため、希釈装置に導入されるガスの流量をある程度大きくしなければならなかった。この点、前記第４の態様によれば、前記試料室から流出した標準ガスの一部が標準ガス排気路から排気され、試料室から流出した標準ガスの残りの一部を標準ガス給気路により標準ガス希釈装置の主流入口に給気しているので、試料室を流れるガスの量を大きくして液体試料の蒸発量の安定化を図りつつ、前記第１の流量コントローラの流出口から主流路に流出するガスの流量を小さくできる。
【００２６】
本発明の第５の態様による低濃度標準ガス発生装置は、液体試料の入った孔のあいた液体試料容器を内包し、試料ガスが流入されるとともに前記液体試料の蒸気を含んだ試料ガスが標準ガスとして流出する試料室と、前記試料室内の圧力を調整する圧力調整器と、前記試料室内に流入する前記試料ガスの流量を調整する流量コントローラと、前記試料室から流出した標準ガスの一部を排気する標準ガス排気路と、前記試料室から流出した標準ガスの残りの一部を給気する標準ガス給気路と、を備えた標準ガス発生部と、前記第２又は第３の態様による標準ガス希釈装置と、を備え、前記標準ガス発生部の前記標準ガス給気路が前記標準ガス希釈装置の前記複数の標準ガス給気路のうちの１つであるものである。
【００２７】
この第５の態様による低濃度標準ガス発生装置によれば、別個に標準ガス希釈装置を用いることなく、１つの標準ガス希釈装置により、液体試料から発生した標準ガスと他の種類の標準ガス（例えば、ボンベガス）を希釈することができ、経済的である。
【００２８】
本発明の第６の態様による標準ガス発生用液体試料容器は、液体試料が収容され上方に開口部を有する金属製の容器本体と、前記容器本体の前記開口部を覆うとともに前記容器本体内の空間を外部に連絡させる孔を有する金属製のカバー部材と、前記容器本体の一部及び前記カバー部材の一部を含む金属製のガスケット構造であって、前記容器本体と前記カバー部材とを分離自在に固定させて前記容器本体内の空間を前記孔を除いて気密に保つガスケット構造と、を備えたものである。
【００２９】
この第６の態様による液体試料容器では、金属製の容器本体、金属製のカバー部材及びこれらの一部を含む金属製のガスケット構造が採用されているので、ガラス部材で一体に構成されたものに比べて製造が容易で安価となる。また、金属製のカバー部材に孔を形成しておけばよいので、例えば、ドリル等を用いた機械加工や放電加工等により孔を形成することができ、したがって、孔の大きさ及び厚みを精度良く所望の大きさ及び厚みにすることができるので、製造した液体試料容器の個々について時間と労力を要する較正を行う必要がなくなる。また、容器本体とカバー部材とを分離することができるので、液体試料の出し入れの際には、カバー部材を容器本体から分離して容器本体の開口部から液体試料を出し入れすることにより、液体試料の出し入れを極めて容易に行うことができる。このようにして液体試料の出し入れができるので、カバー部材の孔の大きさは、当該孔から液体試料の出し入れが不可能な大きさに小さくすることもできるので、液体試料の蒸気量を極めて微小にすることができ、発生する標準ガスの濃度を低くすることもできる。さらに、容器本体とカバー部材とを分離することができるので、孔の大きさの異なる複数のカバー部材を予め用意しておけば、カバー部材を交換するだけで、液体試料の蒸発量を変えることができ、ひいては発生する標準ガスの濃度を変えることもできる。
【００３０】
本発明の第７の態様による低濃度標準ガス発生装置は、前記第４又は第５の態様による低濃度標準ガス発生装置において、前記液体試料容器が前記第６の態様による標準ガス発生用液体試料容器であるものである。
【００３１】
本発明の第８の態様による標準ガス発生装置は、一端に純ガスが給気される流路と、該流路の途中に設置された圧力調整器と、前記流路の途中において前記圧力調整器の下流側に設置され、液体試料の入った孔のあいた液体試料容器を内包する試料室と、前記流路の途中において前記試料室の下流側に設置された流量コントローラと、を備えたものである。
【００３２】
本発明の第９の態様による標準ガス発生装置は、前記第８の態様による標準ガス発生装置において、前記液体試料容器が前記第６の態様による標準ガス発生用液体試料容器であるものである。
【００３３】
なお、前記第８の態様による標準ガス発生装置では、前記液体試料容器は、前記第６の態様による標準ガス発生用液体試料容器に限定されるものではなく、例えば、前述した従来の低濃度標準ガス発生装置で採用されている液体試料容器を用いてもよいし、ＪＩＳ−Ｋ０２２６に記載されている装置において採用されている拡散管付き容器を用いてもよい。もっとも、前記第９の態様のように、前記第６の態様による液体試料容器を用いると、前記第６の態様に関連して既に説明した利点が得られるので好ましい。
【００３４】
前記第８及び第９の態様による標準ガス発生装置によれば、前記流路の一端に給気された純ガスは、圧力調整器により一定圧力に保たれるとともに流量コントローラにより流量が一定に保たれ、試料室内を通過して標準ガスとなって前記流路の他端へ向かう。なお、前記流路の一端には、例えば、純ガスを収容したボンベを接続すればよい。したがって、この標準ガス発生装置は、予め高精度の濃度に調整された標準ガスが収容されたボンベの代替手段として用いることができる。そして、この標準ガス発生装置は、必要に応じて標準ガスを発生させるものであり、予め用意した標準ガスを保存するものではないので、取り扱いが容易である。また、このような標準ガス発生装置は、予め高精度の濃度に調整された標準ガスが収容されたボンベに比べて格段に経済的である。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態による低濃度標準ガス発生装置について、図１を参照して説明する。図１は、本実施の形態による低濃度標準ガス発生装置を示す概略構成図である。
【００３６】
図１に示すように、標準ガスを収容したボンベ等（図示せず）からの標準ガスを給気する標準ガス給気路としての管路１の一端がバルブ２の一方の口に接続されている。バルブ２の他方の口が管路３を介して第１の流量コントローラ４の流入口に接続されている。管路１から給気される標準ガスと異なる種類の標準ガスを給気する標準ガス給気路としての管路５の一端がバルブ６の一方の口に接続され、該バルブ６の他方の口が管路７を介して前記管路３の途中に接続されている。前記バルブ２，６として実際には例えば集合バルブが用いられており、該集合バルブは、管路１と管路５とを切り換えてその一方のみを流量コントローラ４の流入口に連通させる切り換え部を構成している。
【００３７】
また、ボンベやラインガス配管等（図示せず）からの高純度ガス（純ガス）を給気する管路８の一端が、モレキュラーシーブなどの不純物除去のための純化器９の流入口に接続されている。純化器９の流出口は、熱交換器１０の一端に接続されている。管路８から給気される高純度ガスの純度が十分に高い場合には、純化器９は取り除いてもよい。熱交換器１０の他端は管路１１を介して流量コントローラ１２の流入口に接続されている。流量コントローラ１２の流出口は、管路１３を介して試料室１４の流入口に接続され、流量コントローラ１２は試料室１４に流入する試料ガスの流量を調整する。試料室１４は、液体試料１５の入った孔１６のあいた液体試料容器１７を内包している。管路８から給気される高純度ガスは、標準ガスを発生するための試料ガスとなり、試料室１４内に流入した試料ガスが液体試料１５の蒸気を含んで標準ガスとなる。試料室１４の流出口が前記管路５の他端に接続されている。また、試料室１４から流出した標準ガスの一部を排気する排気路としての管路１８の一端が、前記管路３の途中に接続されている。なお、バルブ２が閉じるとともにバルブ６が開いている場合には、管路３は、試料室１４から流出した標準ガスの残りの一部を給気する標準ガス給気路となる。管路１８の他端はニードルバルブ１９の一方の口に接続されている。圧力計２０が、管路２１を介して管路１８の途中に接続されている。バルブ２が閉じるとともにバルブ６が開いている場合には、圧力計２０を見ながらニードルバルブ１９を調整することにより試料室１４内の圧力を調整することができ、本実施の形態では、ニードルバルブ１９が試料室１４内の圧力を調整する圧力調整器となっている。もっとも、ニードルバルブ１９に代えて他の圧力調整器を用いてもよい。ニードルバルブ１９の他方の口は、管路２２を介して排気ポンプ２３の吸気口に接続されている。排気ポンプ２３の排気口は解放されている。本実施の形態では、前述した要素５，７〜１９が液体試料１５による標準ガスを発生させる標準ガス発生部を構成している。
【００３８】
また、第１の流量コントローラ４の流出口には、標準ガス希釈装置の主流路としての管路２４の一端が接続されている。管路２４の他端は、本実施の形態による低濃度標準ガス発生装置により最終的に得られた低濃度標準ガスを用いて較正を行う大気圧質量分析装置などの高感度ガス分析装置２５の流入口に接続されている。高感度ガス分析装置２５の流出口は解放されている。管路２４から３つの分岐路２６，２７，２８が分岐されている。分岐路２６，２７，２８の途中にはそれぞれ流量コントローラ２９，３０，３１が設置されている。分岐路２６の端部であって管路２４と反対側の端部はバルブ３２の一方の口に接続され、該バルブ３２の他方の口は管路３３を介して前記管路１１の途中に接続されている。分岐路２８の端部であって管路２４と反対側の端部は、分岐路２６の途中に接続されている。ボンベやラインガス配管等（図示せず）からの高純度ガスを給気する管路３４の一端が、純化器３５の流入口に接続されている。管路３４により給気される高純度ガスは、管路１から給気する標準ガスを管路８により給気される高純度ガスによっては希釈することができない場合に、管路１から給気する標準ガスを希釈するための希釈用ガスとして用いられるものである。純化器３５の流出口は、熱交換器３６の一端に接続されている。熱交換器３６の他端はバルブ３７の一方の口に接続され、該バルブ３７の他方の口は分岐路２６の途中に接続されている。バルブ３２，３７として、集合バルブが用いられている。なお、管路１から給気する標準ガスを管路８により給気される高純度ガスによっては希釈することができる場合には、バルブ３２，３７、純化器３５及び熱交換器３６を取り除き、管路３３と管路２６とを接続しておいてもよい。なお、以上の説明からわかるように、流量コントローラ４に近い方から１番目の分岐路２６及び３番目の分岐路２８は、管路２４に希釈用のガスを給気させる給気路となっている。分岐路２７における流量コントローラ３０と管路２４との間には熱交換器３８が設置されている。分岐路２７の端部であって管路２４と反対側の端部は、前記管路２２の途中に接続されている。したがって、流量コントローラ４から２番目の分岐路２７は、管路２４からガスを排気させる排気路となっている。
【００３９】
本実施の形態では、流量コントローラ４、管路２４、途中に流量コントローラ２９が設置された１番目の分岐路２６、途中に流量コントローラ３０が設置された２番目の分岐路２７及び途中に流量コントローラ３１が設置された３番目の分岐路２８により、２段希釈による標準ガス希釈装置が構成されている。流量コントローラ４の流入口側の部分が当該標準ガス希釈装置の主流入口となっており、管路２４の高感度ガス分析装置２５側の端部が当該標準ガス希釈装置の主流出口となっており、当該標準ガス希釈装置は、前記主流入口に流入された標準ガスを低濃度標準ガスに希釈して前記主流出口から流出させる。流量コントローラ４及び途中に流量コントローラ２９が設置された１番目の分岐路２６が、１段目の希釈部を構成している。また、途中に流量コントローラ３０が設置された２番目の分岐路２７及び途中に流量コントローラ３１が設置された３番目の分岐路２８が、２段目の希釈部を構成している。
【００４０】
本実施の形態では、分岐路２８の途中において流量コントローラ３１と管路２４との間には、純化器４１が設置されている。この純化器４１は、流量コントローラ３１から発生する共存妨害物質等を除去するために設けられたものである。すなわち、純化器４１は、分岐路２８が最終段の希釈部を構成していることから、分岐路２８によって、管路２４におけるガス中の試料濃度が低下している箇所に希釈用のガスが給気されるので、流量コントローラ３１から発生する共存妨害物質の量が当該箇所のガス中の試料の量に対して無視し得ない場合があることに鑑みて、設けられたものである。もっとも、流量コントローラ３１から発生する共存妨害物質の量が当該箇所のガス中の試料の量に対して無視し得る場合には、純化器４１を除去してもよい。また、必要に応じて、分岐路２６の途中において流量コントローラ２９と管路２４との間にも、純化器を設置設置してもよい。
【００４１】
なお、管路１から給気する標準ガスや前記液体試料１５や管路８及び管路３４から給気する高純度ガスについては、特に限定されるものではないが、例えば、液体試料１５として水やアルコールなどを用いることができ、前記高純度ガスとして窒素やアルゴンや水素や酸素などを用いることができる。
【００４２】
また、本実施の形態では、図１に示すように、管路２４の内壁にガス中の試料成分（例えば、水分）が吸着されないようにするべく、管路２４を所望の高温に加熱する温度調節器３９が設けられている。また、試料室１４のみならず、前述した要素２〜７，１０〜１８，２４，２６〜３３，３６〜３９が、所望の一定温度に調整する温度調節器としての恒温槽４０内に収容されている。この恒温槽４０により試料室１４内の温度が一定に保たれ、流量コントローラ１２により試料室１４内を流れるガスの流量が一定に保たれ、ニードルバルブ１９により試料室１４内の圧力が一定に保たれ、液体試料容器１７の孔１６の大きさ及び厚み（深さ）が一定であるので、管路５から流出する標準ガスの濃度は一定となる。また、本実施の形態では、前述した要素２〜７，１０〜１８，２４，２６〜３３，３６〜３９が恒温槽４０内に収容されているとともに熱交換器１０，３６，３８が設けられているので、流量コントローラ４，１２，２９，３０，３１の両側でガスの温度がほぼ同一となる。このため、流量コントローラ４，１２，２９，３０，３１として、質量流量に比例した温度変化を検出することにより流量を検出する流量センサを備えた高精度流量コントローラ（例えば、株式会社エステック製の「ＳＥＣシリーズ」の流量コントローラ）を用いた場合であっても、各部のガスの流量を高精度に制御することができ、好ましい。なお、必要に応じて、流量コントローラ２９，３１と管路２４との間にもそれぞれ熱交換器を設けてもよい。
【００４３】
前記液体試料容器１７としては、前述した特開平４−８１６５０号公報に開示された低濃度標準ガス発生装置で採用されている液体試料容器を用いてもよいし、ＪＩＳ−Ｋ０２２６に記載されている装置において採用されている拡散管付き容器を用いてもよい。しかしながら、液体試料容器１７として、例えば、図２（ａ）〜（ｃ）に示すような液体試料容器１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを用いることが好ましい。図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ液体試料容器１７の例を示す断面図である。
【００４４】
図２（ａ）に示す液体試料容器１７Ａは、液体試料１５が収容され上方に開口部を有する円筒状の容器本体５０と、中央に孔５１ａが形成された円板状のガスケット５１と、ガスケット５１を容器本体５０の上部との間に挟持する締め付け部材５２と、を備えている。孔５１ａは、必要に応じて複数形成してもよい。締め付け部材５２は中央に大きな開口部５２ａを有するキャップ状に構成され、締め付け部材５２の側部の内周面には雌ねじ部５２ｂが形成され、該側部の外面がナットと同様に六角に構成されている。容器本体５０の外周面の上側部分には、前記雌ねじ部５２ｂと螺合する雄ねじ部５０ａが形成されている。容器本体５０の上面には環状の凸部５０ｂが形成され、締め付け部材５２の上部の下面には前記凸部５０ｂと対応する位置に環状の凸部５２ｃが形成されており、これらの凸部５０ｂ，５２ｃ間にガスケット５１が挟持されるようになっている。したがって、液体試料容器１７Ａでは、ガスケット５１が、容器本体５０の前記開口部を覆うとともに容器本体５０内の空間を外部に連絡させる孔５１ａを有するカバー部材となっている。また、液体試料容器１７Ａでは、凸部５０ｂ，５２ｃ及びガスケット５１が、容器本体５０とカバー部材であるガスケット５１とを分離自在に固定させて容器本体５０内の空間を前記孔５１ａを除いて気密に保つガスケット構造を構成している。容器本体５０、締め付け部材５２及びガスケット５１は、例えばステンレス、ニッケル、ステンレスに金メッキ又は銀メッキを施したものなどの金属で構成されている。本例では、前記孔５１ａが図１中の液体試料容器１７の孔１６に相当している。
【００４５】
図２（ｂ）に示す液体試料容器１７Ｂは、前記液体試料容器１７Ａとほぼ同様に構成されているので、図２（ｂ）において図２（ａ）と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複した説明は省略する。液体試料容器１７Ｂが液体試料容器１７Ａと異なる所は、液体試料容器１７Ｂでは、ガスケット５１は前記孔５１ａに代えて大きな開口部５１ｂを有し環状に構成され、締め付け具５２は開口部５２ａに代えて中央に孔５２ｄを有している点のみである。液体試料容器１７Ｂでは、締め付け部材５２が、容器本体５０の前記開口部を覆うとともに容器本体５０内の空間を外部に連絡させる孔５２ｄを有するカバー部材となっている。また、液体試料容器１７Ａでは、凸部５０ｂ，５２ｃ及びガスケット５１が、容器本体５０とカバー部材である締め付け部材５２とを分離自在に固定させて容器本体５０内の空間を前記孔５１ａを除いて気密に保つガスケット構造を構成している。本例では、前記孔５２ｄが図１中の液体試料容器１７の孔１６に相当している。
【００４６】
図２（ｃ）に示す液体試料容器１７Ｃは、前記液体試料容器１７Ｂとほぼ同様に構成されているので、図２（ｃ）において図２（ｂ）と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複した説明は省略する。液体試料容器１７Ｃが液体試料容器１７Ｂと異なる所は、液体試料容器１７Ｃでは、容器本体５０の上面には環状の凸部５０ｂが形成されていない点のみである。液体試料容器１７Ｂでは、液体試料容器１７Ｃと同様に、締め付け部材５２が、容器本体５０の前記開口部を覆うとともに容器本体５０内の空間を外部に連絡させる孔５２ｄを有するカバー部材となっている。また、液体試料容器１７Ａでは、液体試料容器５０の上面、凸部５２ｃ及びガスケット５１が、容器本体５０とカバー部材である締め付け部材５２とを分離自在に固定させて容器本体５０内の空間を前記孔５１ａを除いて気密に保つガスケット構造を構成している。
【００４７】
前記液体試料容器１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃによれば、前述したように構成されているので、ガラス部材で一体に構成されたものに比べて製造が容易で安価となる。また、カバー部材である金属製のガスケット５１ａ又は締め付け部材５２に孔５１ａ又は５２ｄを形成しておけばよいので、例えば、ドリル等を用いた機械加工や放電加工等により孔５１ａ，５２ｄを形成することができ、したがって、孔５１ａ，５２ｄの大きさ及び厚みを精度良く所望の大きさ及び厚みにすることができるので、製造した液体試料容器１７Ａ（あるいは１７Ｂ又は１７Ｃ）の個々について時間と労力を要する較正を行う必要がなくなる。また、容器本体５０、ガスケット５１及び締め付け部材５２を分離することができるので、液体試料１５の出し入れの際には、これらを分離して容器本体５０の上方の開口部から液体試料１５を出し入れすることにより、液体試料１５の出し入れを極めて容易に行うことができる。このようにして液体試料１５の出し入れができるので、孔５１ａ，５２ｄの大きさは、当該孔５１ａ，５２ｄから液体試料１５の出し入れが不可能な大きさに小さくすることもできるので、液体試料１５の蒸気量を極めて微小にすることができ、発生する標準ガスの濃度を低くすることもできる。さらに、容器本体５０、ガスケット５１及び締め付け部材５２を分離することができるので、孔５１ａ，５２ｄの大きさの異なる複数のガスケット５１又は締め付け部材５２を予め用意しておけば、カバー部材であるガスケット５１又は締め付け部材５２を交換するだけで、液体試料１５の蒸発量を変えることができ、ひいては発生する標準ガスの濃度を変えることもできる。以上の理由で、液体試料容器１７として、図２（ａ）〜（ｃ）に示すような液体試料容器１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを用いることが好ましい。
【００４８】
次に、図１に示す低濃度標準ガス発生装置の動作について説明する。
【００４９】
液体試料１５による低濃度標準ガスを得る場合は、バルブ２，３７を閉じ、バルブ６，３２を開く。その結果、管路８から給気された高純度ガスが、純化器９を経た後、熱交換器１０、管路１１及び流量コントローラ１２を経て試料室１４内で液体試料１５の蒸気を一定濃度Ｃで含んだ標準ガスとなり、該標準ガスは管路５、バルブ６及び管路７を通過する。管路７を通過した標準ガスの一部は管路１８、ニードルバルブ１９、管路２２及び排気ポンプ２３を経て排気され、管路７を通過した標準ガスの残りの一部は管路３を経て流量コントローラ４の流入口に流入する。また、管路８から給気された高純度ガスが、純化器９を経た後、管路１１，３３及びバルブ３２を経て、希釈用ガスとして、それぞれ分岐路２６，２８から管路２４に給気される。
【００５０】
そして、流量コントローラ４の流入口に流入した一定濃度Ｃの試料１５を含む標準ガスは、前記標準ガス希釈装置により以下のようにして希釈が行われる。すなわち、まず、流量コントローラ４の流入口に流入し該流量コントローラ４の流出口から流出して管路２４に流入する濃度Ｃの標準ガスの流量は、該流量コントローラ４により制御されて流量Ｌ１となり、その後、１番目の分岐路２９から流量Ｌ２で管路２４に供給された希釈用ガスにより希釈される（１段希釈）。この流量制御は流量コントローラ２９により行われる。次いで、この１段希釈ガスは、２番目の分岐路２７からその一部（流量Ｌ３）が排気され、３番目の分岐路２８から流量Ｌ４で管路２４に供給された希釈用ガスにより希釈され（２段希釈）、極低濃度の標準ガスとなって高感度ガス分析装置２５に供給される。この流量制御は、流量コントローラ３０，３１により行われる。
【００５１】
以上のようにして希釈され最終的に得られる極低濃度の標準ガス中の試料濃度は、Ｃ・［Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）］・［（Ｌ１＋Ｌ２−Ｌ３）／（Ｌ１＋Ｌ２−Ｌ３＋Ｌ４）］で与えられる。流量Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を流量コントローラ４，２９，３０，３１によって変化させることにより、最終的に任意の極低濃度標準ガスを得ることができる。
【００５２】
一方、管路１により給気される標準ガスに基づいて低濃度標準ガスを得る場合は、バルブ２を開き、バルブ６，１９を閉じ（ニードルバルブ１９は必ずしも閉じなくてもよい）、バルブ３２，３７うちの一方を開いて他方を閉じる。その結果、管路１から給気された、試料を一定濃度で含んだ標準ガスが、バルブ２及び管路３を経て流量コントローラ４の流入口に流入する。また、管路８又は管路３４から給気された高純度ガスが、希釈用ガスとして、分岐路２６，２８から管路２４に給気される。この場合も、流量コントローラ４の流入した流入口に流入した標準ガスは、前述した場合と同様に前記標準ガス希釈装置により希釈されて極低濃度の標準ガスとなって高感度ガス分析装置２５に供給される。
【００５３】
以上の説明からわかるように、本実施の形態によれば、１段目の希釈部（流量コントローラ４及び途中に流量コントローラ２９が設置された１番目の分岐路２６）の希釈率は、Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）となるので、流量コントローラ４によるガスの流量Ｌ１は精度良く小さくすることができることから、１段目の希釈部の希釈率を精度良く小さくすることができ、これにより、希釈部の段数が少なくても全体として高精度の希釈率を得ることができ、高精度の濃度で低濃度標準ガスを得ることができ、例えば、ｐｐｔ領域の極低濃度標準ガスも得ることが可能となる。また、本実施の形態によれば、試料室１４から流出した標準ガスがそのまま全部流量コントローラ４に流入するわけではなく、当該標準ガスの一部が管路１８から排気され、当該標準ガスの残りの一部が流量コントローラ４に給気されるので、試料室１４を流れるガスの量を大きくして液体試料１５の蒸発量の安定化を図りつつ、流量コントローラ４の流出口から管路２４に流出するガスの流量Ｌ１を小さくでき、したがって、液体試料による標準ガスに対しても高精度の希釈率を得ることができる。
【００５４】
ところで、標準ガス希釈装置における主流入口に近い側でバックグラウンドや共存妨害物質が発生しても、主流入口に近い側では標準ガスの濃度が高くガス中の試料の量が多いので、試料の量に対してバックグラウンドや共存妨害物質の量は無視し得る程度であり、当該バックグラウンドや共存妨害物質は最終的に得る低濃度標準ガスの濃度の精度に実質的に影響を与えない。したがって、流量コントローラ４はバックグラウンドや共存妨害物質の発生源となるものの、流量コントローラ４は主流入口に最も近い側に設けられ、流量コントローラ４の流出口と主流出口との間の主流路である管路２４にはバックグラウンドや共存妨害物質の発生源となる流量コントローラ等が一切設けられていないので、高精度の濃度で低濃度標準ガスが得られる。
【００５５】
また、本実施の形態によれば、前述したようにバルブ２とバルブ６とを切り換えることにより１つの前記標準ガス希釈装置により異なる種類の標準ガスを希釈することができ、経済的である。
【００５６】
次に、本発明の他の実施の形態による、標準ガス入りボンベの代替手段としての標準ガス発生装置について、図３を参照して説明する。図３は、本実施の形態による標準ガス発生装置を示す概略構成図である。なお、図３において、図１中の構成要素と同一構成要素には同一符号を付してある。
【００５７】
本実施の形態による標準ガス発生装置は、一端に純ガスが給気される流路６０と、流路６０の途中に設置された圧力調整器６１と、流路６０の途中において圧力調整器６１の下流側に設置され、液体試料１５の入った孔１６のあいた液体試料容器１７を内包する試料室１４と、流路６０の途中において試料室１４の下流側に設置された流量コントローラ６２と、を備えている。なお、流路６０の一端には、例えば、純ガスを収容したボンベやラインガス配管等を接続すればよい。
【００５８】
図３中の試料室１４及び液体試料容器１７は、図１中の試料室１４及び液体試料容器１７と同一であり、液体試料容器１７としては、前述した特開平４−８１６５０号公報に開示された低濃度標準ガス発生装置で採用されている液体試料容器を用いてもよいし、ＪＩＳ−Ｋ０２２６に記載されている装置において採用されている拡散管付き容器を用いてもよいが、液体試料容器１７として、例えば、図２（ａ）〜（ｃ）に示すような液体試料容器１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを用いることが好ましい。
【００５９】
また、本実施の形態では、流路６０の途中において試料室１４と圧力調整器６１との間には、熱交換器６３が設置されている。試料室１４及び熱交換器６３は、所望の一定の温度に調整する温度調節器としての恒温槽６４内に収容されている。なお、必要に応じて、圧力調整器６１の下流側に純化器を設置してもよい。
【００６０】
本実施の形態によれば、この恒温槽６４により試料室１４内の温度が一定に保たれ、流量コントローラ１２により試料室１４内を流れるガスの流量が一定に保たれ、ニードルバルブ１９により試料室１４内の圧力が一定に保たれ、液体試料容器１７の孔１６の大きさ及び厚み（深さ）が一定であるので、試料室１４を通過して流路６０の他端から得られる標準ガスの濃度は一定となる。
【００６１】
したがって、本実施の形態による標準ガス発生装置は、予め高精度の濃度に調整された標準ガスが収容されたボンベの代替手段として用いることができる。そして、この標準ガス発生装置は、必要に応じて標準ガスを発生させるものであり、予め用意した標準ガスを保存するものではないので、取り扱いが容易である。また、このような標準ガス発生装置は、予め高精度の濃度に調整された標準ガスが収容されたボンベに比べて格段に経済的である。
【００６２】
なお、熱交換器６３は、流路６０の一端から給気された純ガスの温度が試料室１４内の所望の温度と異なるような場合、当該純ガスを当該温度に近づけて高精度の濃度の標準ガスを得る上で好ましいものであるが、本発明では必ずしも設ける必要はない。
【００６３】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００６４】
例えば、図１に示す低濃度標準ガス発生装置では、２つの標準ガス給気路である管路１，７を切り換えているが、３つ以上の標準ガス給気路を切り換えるように構成してもよい。また、図１に示す低濃度標準ガス発生装置では、２段の希釈部で構成されているが、２段目の希釈部に相当する希釈部を１つ以上追加して３段の希釈部で構成してもよいし、さほど高希釈率が必要ない場合には２段目の希釈部を取り除いて１段の希釈部で構成してもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、希釈部の段数が少なくても高精度の濃度で低濃度標準ガスを得ることができ、またｐｐｔ領域の極低濃度標準ガスを得ることも可能である標準ガス希釈装置及びこれを用いた低濃度標準ガス発生装置を提供することができる。また、本発明によれば、１つの標準ガス希釈装置により異なる種類の標準ガスを希釈することができる標準ガス希釈装置及びこれを用いた低濃度標準ガス発生装置を提供することができる。さらに、本発明によれば、製造が容易で安価であるとともに、個々の全てのものについて較正を行う必要がなく、しかも、液体試料の出し入れが容易で低濃度の標準ガスを発生させることも可能である標準ガス発生用液体試料容器及びこれを用いた標準ガス発生装置を提供することができる。さらにまた、本発明によれば、標準ガス入りボンベに替わる安価で取り扱いも容易な代替手段としての標準ガス発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による低濃度標準ガス発生装置を示す概略構成図である。
【図２】液体試料容器の各例を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態による標準ガス発生装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１，３，５，７，８，１１，１３，１８，２１，２２，３３，３４ 管路
２，６，３２，３７ バルブ
４，１２，２９〜３１，６２ 流量コントローラ
９，３５，４１ 純化器
１０，３６，３８，６３ 熱交換器
１４ 試料室
１５ 液体試料
１６ 孔
１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ 液体試料容器
１９ ニードルバルブ
２０ 圧力計
２３ 排気ポンプ
２４ 主流路（管路）
２６，２７，２８ 分岐路
３９ 温度調節器
４０，６４ 恒温槽
５０ 容器本体
５１ ガスケット
５２ 締め付け部材
６０ 流路
６１ 圧力調節器
【発明の属する技術分野】
本発明は、標準ガスを低濃度標準ガスに希釈する標準ガス希釈装置、液体試料から標準ガスを発生する標準ガス発生装置、及びこれに用いることができる標準ガス発生用液体試料容器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
標準ガスは各種のガス分析装置の較正などに用いられるものであり、従来から、液体試料から低濃度標準ガスを発生させる低濃度標準ガス発生装置として、特開平４−８１６５０号公報に開示された標準ガス調整装置が知られている。
【０００３】
この従来の低濃度標準ガス発生装置（標準ガス調整装置）は、液体試料から比較的高濃度の標準ガスを発生させる標準ガス発生部と、該標準ガス発生部により発生された標準ガスを低濃度標準ガスに希釈する標準ガス希釈装置とから構成されている。前記標準ガス発生部は、一流路のガス配管の途中に圧力調整器、流量コントローラと液体試料の入った孔のあいた液体試料容器を内包する試料室とをガスの流れに沿ってこの順序に配置したものである。前記標準ガス希釈装置は、前記標準ガス発生部に直結された蒸気試料供給流路と該蒸気試料供給流路から分岐された４つの分岐管を持ち、前記標準ガス発生部に近い方から、第１、第３分岐は流量コントローラを配置したガス排出口に接続し、第２、第４分岐はガスの流れに沿ってこの順に圧力調整器と流量コントローラを配置したガス導入口を接続してなるものである。
【０００４】
この従来の低濃度標準ガス発生装置で採用されている前記標準ガス希釈装置によれば、前記標準ガス発生部から標準ガス希釈装置に供給される標準ガス中の液体試料濃度をＣ’、前記標準ガス発生部から標準ガス希釈装置に供給される標準ガスの流量をＬ１’、第１分岐から排気されるガスの流量をＬ２’、第２分岐から給気されるガスの流量をＬ３’、第３分岐から排気されるガスの流量をＬ４’、第２分岐から給気されるガスの流量をＬ５’とすると、流量Ｌ１’−Ｌ２’＋Ｌ３’−Ｌ４’＋Ｌ５’、濃度Ｃ’・［（Ｌ１’−Ｌ２’）／（Ｌ１’−Ｌ２’＋Ｌ３’）］・［（Ｌ１’−Ｌ２’＋Ｌ３’−Ｌ４’）／（Ｌ１’−Ｌ２’＋Ｌ３’−Ｌ４’＋Ｌ５’）］の低濃度標準ガスが得られ、ｐｐｂ領域の低濃度標準ガスが得られる。
【０００５】
そして、前記従来の低濃度標準ガス発生装置で採用されている前記標準ガス希釈装置では、前記蒸気試料供給流路にはバックグラウンドや共存妨害物質の発生源となる流量コントローラ等が一切設けられていないので、高精度の濃度で低濃度標準ガスが得られる。
【０００６】
また、前記従来の低濃度標準ガス発生装置で採用されている液体試料容器は、ガラス材料で一体に構成されている。
【０００７】
また、従来、比較的高濃度の標準ガスのガス源として、予め高精度の濃度に調整された標準ガスが収容されたボンベが用いられることも多い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の低濃度標準ガス発生装置で用いられている標準ガス希釈装置では、第１分岐及び第２分岐からなる１段目の希釈部の希釈率が（Ｌ１’−Ｌ２’）／（Ｌ１’−Ｌ２’＋Ｌ３’）であるため、高希釈率を得るためには、Ｌ１’−Ｌ２’（すなわち、標準ガス発生部からの標準ガスの流量Ｌ１’と第１分岐から排気されるガスの流量Ｌ２’との差）を小さくしなければならない。しかし、Ｌ１’−Ｌ２’を精度良く小さくすることは非常に困難である。すなわち、蒸気試料供給流路には前記標準ガス発生部に直結されていることから試料室を流れるガスの流量がそのままＬ１’となるため、Ｌ１’をある程度大きくしなければならず、Ｌ１’−Ｌ２’を小さくするためにはＬ２’を大きくせざるを得ないが、Ｌ２’を大きくするとＬ２’に制御するための流量コントローラの精度に応じてＬ２’のばらつきが大きくなるので、結局Ｌ１’−Ｌ２’を精度良く小さくすることは非常に困難である。なお、試料室を流れるガスの流量がある程度大きくなければ、液体試料容器内の液体試料の蒸発量が不安定になってしまう。したがって、前記従来の低濃度標準ガス発生装置で用いられている標準ガス希釈装置では、高希釈率を得ることができず、高精度の濃度でｐｐｔ領域の低濃度標準ガスを得ることはできなかった。Ｌ１’−Ｌ２’を小さくせずに、分岐数を増やして３段以上の希釈部を設けることが考えられるが、その場合には構成要素の数が増えてコストアップを免れない。また、希釈部の段数を増やすとそれに応じて濃度の精度が劣化せざるを得ないことから希釈の段数には一定の限界があるので、前記従来の低濃度標準ガス発生装置で用いられている標準ガス希釈装置では、結局、高精度の濃度でｐｐｔ領域の低濃度標準ガスを得ることはできなかった。
【０００９】
また、前記従来の低濃度標準ガス発生装置では、前記標準ガス希釈装置の前記蒸気試料供給流路に前記標準ガス発生部が直結されているので、前記標準ガス希釈装置により前記標準ガス発生部で液体試料から発生した一種類の標準ガスのみしか希釈することができなかった。したがって、例えば、液体試料による標準ガスではなく、予め用意された比較的高濃度の標準ガス（例えば、ボンベに収容されている標準ガス）を希釈しようとする場合には、前記従来の低濃度標準ガス発生装置とは別個に、当該標準ガスを希釈するための標準ガス希釈装置を用意しなければならず、著しく不経済であった。
【００１０】
さらに、前記従来の低濃度標準ガス発生装置の標準ガス発生部で用いられている液体試料容器は、前述したようにガラス材料で一体に構成されているので、製造に熟練及び手数を要しコストアップを免れない。また、前記液体試料容器はガラス材料で一体に構成されているので、当該液体試料容器に形成した孔の大きさ及び厚みを精度良く所望の大きさ及び厚みにすることができないことから、製造した孔あき容器の個々について較正（前記試料室に一定流量のガスを長時間流し続けたときの、液体試料容器中の液体試料の減少量を精密天秤で測定して求めることによる較正）を行わなければならず、多大な労力を要していた。さらに、前記液体試料容器はガラス材料で一体に構成されているので、液体試料を液体試料容器内に出し入れする場合には液体試料容器の孔から行われているが、前記標準ガス発生部において比較的濃度の低い標準ガスを得る場合には、液体試料容器の孔が小さくされるため、液体試料容器内への液体試料の出し入れに著しく手数を要していた。そして、注射針のような器具を用いるとしても液体試料容器の孔があまりに小さければ液体試料容器内への液体試料の出し入れが不可能となってしまうので、液体試料容器の孔の大きさを小さくするには一定の限界がある。このため、前記標準ガス発生部において発生させる標準ガスの濃度を低くするにも限界があった。
【００１１】
なお、標準ガス発生のために用いる液体試料容器は、例えば、ＪＩＳ−Ｋ０２２６に記載されている装置（ガス中に既知の濃度の液体試料（水）蒸気を混合するために用いる装置）において用いられている孔のあいた液体試料容器である拡散管付き容器もガラス材料で一体に構成されていることからも明らかなように、ガラス材料で一体に構成すべきものである、というのがこの分野における従来の技術常識であった。
【００１２】
さらに、前述したように、比較的高濃度の標準ガスのガス源として、予め高精度の濃度に調整された標準ガスが収容されたボンベが用いられることも多いが、このような標準ガス入りのボンベを製造するには著しく手数を要しこのボンベは非常に高価である。また、例えば、標準ガス中の水分がボンベの内壁に吸着されないように保存には特別な取り扱いが必要であるとともに、そのような取り扱いを行っても経時的に標準ガスの濃度が変化してしまうので、当該ボンベガスの寿命は短いものであった。
【００１３】
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の１つの目的は、希釈部の段数が少なくても高精度の濃度で低濃度標準ガスを得ることができ、またｐｐｔ領域の極低濃度標準ガスを得ることも可能である標準ガス希釈装置及びこれを用いた低濃度標準ガス発生装置を提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、１つの標準ガス希釈装置により異なる種類の標準ガスを希釈することができる標準ガス希釈装置及びこれを用いた低濃度標準ガス発生装置を提供することである。
【００１５】
本発明の更に他の目的は、製造が容易で安価であるとともに、個々の全てのものについて較正を行う必要がなく、しかも、液体試料の出し入れが容易で低濃度の標準ガスを発生させることも可能である標準ガス発生用液体試料容器及びこれを用いた標準ガス発生装置を提供することを目的とする。
【００１６】
本発明の更に他の目的は、標準ガス入りボンベに替わる安価で取り扱いも容易な代替手段としての標準ガス発生装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による標準ガス希釈装置は、主流入口と主流出口とを有し、前記主流入口に流入された標準ガスを低濃度標準ガスに希釈して前記主流出口から流出させる標準ガス希釈装置において、流入口が前記主流入口に接続された第１の流量コントローラと、一端が前記第１の流量コントローラの流出口に接続されるとともに他端が前記主流出口に接続された主流路と、前記主流路から分岐された１つ以上の分岐路と、を備えたものである。そして、前記１つ以上の分岐路のうちの、前記第１の流量コントローラに近い方から奇数番目の分岐路は、前記主流路に希釈用のガスを給気させる給気路であって、途中に流量コントローラが設置された給気路である。前記１つ以上の分岐路のうちの、前記第１の流量コントローラに近い方から偶数番目の分岐路は、前記主流路からガスを排気させる排気路であって、途中に流量コントローラが設置された排気路である。
【００１８】
この第１の態様による標準ガス希釈装置では、第１の流量コントローラが主流入口と主流出口との間の流路（前述した従来の標準ガス発生装置の標準ガス希釈装置における蒸気試料供給流路に相当する）に設けられているので、第１の流量コントローラとこれに近い方から１番目の分岐路とが１段目の希釈部となり、この１段目の希釈部の希釈率は、前述した第１の流量コントローラの流出口から主流路に流出するガスの流量をＬ１、１番目の分岐路から給気されるガスの流量をＬ２とすると、Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）となる。そして、前記第１の流量コントローラに近い方から２番目以降の分岐路（ただし、２番目以降の分岐路は必ずしも必要ない）に関しては、前述した従来の低濃度標準ガス発生装置で用いられている標準ガス発生装置の３番目の分岐以降と同様の作用を担い、２段目以降の希釈部を構成し、その希釈率も同様である。このように、１段目の希釈部の希釈率がＬ１／（Ｌ１＋Ｌ２）となるので、前記第１の流量コントローラによるガスの流量Ｌ１は精度良く小さくすることができることから、１段目の希釈部の希釈率を精度良く小さくすることができ、これにより、希釈部の段数が少なくても全体として高精度の希釈率を得ることができ、高精度の濃度で低濃度標準ガスを得ることができ、例えば、ｐｐｔ領域の極低濃度標準ガスも得ることが可能となる。
【００１９】
ところで、前記従来の低濃度標準ガス発生装置で採用されている前記標準ガス希釈装置では、主流入口と主流出口との間の流路にはバックグラウンドや共存妨害物質の発生源となる流量コントローラ等を一切設けないことにより、高精度の濃度で低濃度標準ガスを得ようとするものであった。しかしながら、本件発明者の研究により、主流入口に近い側でバックグラウンドや共存妨害物質が発生しても、主流入口に近い側では標準ガスの濃度が高くガス中の試料の量が多いので、試料の量に対してバックグラウンドや共存妨害物質の量は無視し得る程度であり、当該バックグラウンドや共存妨害物質は最終的に得る低濃度標準ガスの濃度の精度に実質的に影響を与えないことが判明した。したがって、前記第１の流量コントローラはバックグラウンドや共存妨害物質の発生源となるものの、前記第１の流量コントローラは主流入口に最も近い側に設けられ、前記第１の流量コントローラの流出口と主流出口との間の主流路にはバックグラウンドや共存妨害物質の発生源となる流量コントローラ等が一切設けられていないので、高精度の濃度で低濃度標準ガスが得られる。
【００２０】
本発明の第２の態様による標準ガス希釈装置は、前記第１の態様による標準ガス希釈装置において、互いに異なる標準ガスを給気する複数の標準ガス給気路と、前記複数の標準ガス給気路を切り換えてそのいずれか１つのみを前記標準ガス希釈装置の前記主流入口に連通させる切り換え手段と、を更に備えたものである。
【００２１】
この第２の態様による標準ガス希釈装置によれば、希釈部の段数が少なくても高精度の濃度で低濃度標準ガスを得ることができるのみならず、複数の標準ガス給気路と切り換え手段とを備えているので、別個に標準ガス希釈装置を用いることなく、１つの標準ガス希釈装置により異なる種類の標準ガスを希釈することができ、経済的である。
【００２２】
本発明の第３の態様による標準ガス希釈装置は、主流入口と主流出口とを有し、前記主流入口に流入された標準ガスを低濃度標準ガスに希釈して前記主流出口から流出させる標準ガス希釈装置において、互いに異なる標準ガスを給気する複数の標準ガス給気路と、前記複数の標準ガス給気路を切り換えてそのいずれか１つのみを前記標準ガス希釈装置の前記主流入口に連通させる切り換え手段と、を備えたものである。
【００２３】
この第３の態様による標準ガス希釈装置によれば、複数の標準ガス給気路と切り換え手段とを備えているので、別個に標準ガス希釈装置を用いることなく、１つの標準ガス希釈装置により異なる種類の標準ガスを希釈することができ、経済的である。この第３の態様では、希釈部の構成自体は特に限定されるものではなく、例えば、前述した従来の標準ガス発生装置において用いられている標準ガス希釈装置と同一の希釈部を採用してもよい。
【００２４】
本発明の第４の態様による低濃度標準ガス発生装置は、液体試料の入った孔のあいた液体試料容器を内包し、試料ガスが流入されるとともに前記液体試料の蒸気を含んだ試料ガスが標準ガスとして流出する試料室と、前記試料室内の圧力を調整する圧力調整器と、前記試料室内に流入する前記試料ガスの流量を調整する流量コントローラと、前記試料室から流出した標準ガスの一部を排気する標準ガス排気路と、前記試料室から流出した標準ガスの残りの一部を給気する標準ガス給気路と、を備えた標準ガス発生部と、前記第１の態様による標準ガス希釈装置と、を備え、前記標準ガス発生部の前記標準ガス給気路が前記標準ガス希釈装置の前記主流入口に接続されたものである。
【００２５】
この第４の態様による低濃度標準ガス発生装置によれば、希釈部の段数が少なくても、標準ガス発生部により液体試料から発生した標準ガスを希釈して高精度の濃度で低濃度標準ガスを得ることができる。なお、前述した従来の標準ガス発生装置では、蒸気試料供給流路には前記標準ガス発生部に直結されていることから試料室を流れるガスの流量がそのまま希釈装置に導入されるため、希釈装置に導入されるガスの流量をある程度大きくしなければならなかった。この点、前記第４の態様によれば、前記試料室から流出した標準ガスの一部が標準ガス排気路から排気され、試料室から流出した標準ガスの残りの一部を標準ガス給気路により標準ガス希釈装置の主流入口に給気しているので、試料室を流れるガスの量を大きくして液体試料の蒸発量の安定化を図りつつ、前記第１の流量コントローラの流出口から主流路に流出するガスの流量を小さくできる。
【００２６】
本発明の第５の態様による低濃度標準ガス発生装置は、液体試料の入った孔のあいた液体試料容器を内包し、試料ガスが流入されるとともに前記液体試料の蒸気を含んだ試料ガスが標準ガスとして流出する試料室と、前記試料室内の圧力を調整する圧力調整器と、前記試料室内に流入する前記試料ガスの流量を調整する流量コントローラと、前記試料室から流出した標準ガスの一部を排気する標準ガス排気路と、前記試料室から流出した標準ガスの残りの一部を給気する標準ガス給気路と、を備えた標準ガス発生部と、前記第２又は第３の態様による標準ガス希釈装置と、を備え、前記標準ガス発生部の前記標準ガス給気路が前記標準ガス希釈装置の前記複数の標準ガス給気路のうちの１つであるものである。
【００２７】
この第５の態様による低濃度標準ガス発生装置によれば、別個に標準ガス希釈装置を用いることなく、１つの標準ガス希釈装置により、液体試料から発生した標準ガスと他の種類の標準ガス（例えば、ボンベガス）を希釈することができ、経済的である。
【００２８】
本発明の第６の態様による標準ガス発生用液体試料容器は、液体試料が収容され上方に開口部を有する金属製の容器本体と、前記容器本体の前記開口部を覆うとともに前記容器本体内の空間を外部に連絡させる孔を有する金属製のカバー部材と、前記容器本体の一部及び前記カバー部材の一部を含む金属製のガスケット構造であって、前記容器本体と前記カバー部材とを分離自在に固定させて前記容器本体内の空間を前記孔を除いて気密に保つガスケット構造と、を備えたものである。
【００２９】
この第６の態様による液体試料容器では、金属製の容器本体、金属製のカバー部材及びこれらの一部を含む金属製のガスケット構造が採用されているので、ガラス部材で一体に構成されたものに比べて製造が容易で安価となる。また、金属製のカバー部材に孔を形成しておけばよいので、例えば、ドリル等を用いた機械加工や放電加工等により孔を形成することができ、したがって、孔の大きさ及び厚みを精度良く所望の大きさ及び厚みにすることができるので、製造した液体試料容器の個々について時間と労力を要する較正を行う必要がなくなる。また、容器本体とカバー部材とを分離することができるので、液体試料の出し入れの際には、カバー部材を容器本体から分離して容器本体の開口部から液体試料を出し入れすることにより、液体試料の出し入れを極めて容易に行うことができる。このようにして液体試料の出し入れができるので、カバー部材の孔の大きさは、当該孔から液体試料の出し入れが不可能な大きさに小さくすることもできるので、液体試料の蒸気量を極めて微小にすることができ、発生する標準ガスの濃度を低くすることもできる。さらに、容器本体とカバー部材とを分離することができるので、孔の大きさの異なる複数のカバー部材を予め用意しておけば、カバー部材を交換するだけで、液体試料の蒸発量を変えることができ、ひいては発生する標準ガスの濃度を変えることもできる。
【００３０】
本発明の第７の態様による低濃度標準ガス発生装置は、前記第４又は第５の態様による低濃度標準ガス発生装置において、前記液体試料容器が前記第６の態様による標準ガス発生用液体試料容器であるものである。
【００３１】
本発明の第８の態様による標準ガス発生装置は、一端に純ガスが給気される流路と、該流路の途中に設置された圧力調整器と、前記流路の途中において前記圧力調整器の下流側に設置され、液体試料の入った孔のあいた液体試料容器を内包する試料室と、前記流路の途中において前記試料室の下流側に設置された流量コントローラと、を備えたものである。
【００３２】
本発明の第９の態様による標準ガス発生装置は、前記第８の態様による標準ガス発生装置において、前記液体試料容器が前記第６の態様による標準ガス発生用液体試料容器であるものである。
【００３３】
なお、前記第８の態様による標準ガス発生装置では、前記液体試料容器は、前記第６の態様による標準ガス発生用液体試料容器に限定されるものではなく、例えば、前述した従来の低濃度標準ガス発生装置で採用されている液体試料容器を用いてもよいし、ＪＩＳ−Ｋ０２２６に記載されている装置において採用されている拡散管付き容器を用いてもよい。もっとも、前記第９の態様のように、前記第６の態様による液体試料容器を用いると、前記第６の態様に関連して既に説明した利点が得られるので好ましい。
【００３４】
前記第８及び第９の態様による標準ガス発生装置によれば、前記流路の一端に給気された純ガスは、圧力調整器により一定圧力に保たれるとともに流量コントローラにより流量が一定に保たれ、試料室内を通過して標準ガスとなって前記流路の他端へ向かう。なお、前記流路の一端には、例えば、純ガスを収容したボンベを接続すればよい。したがって、この標準ガス発生装置は、予め高精度の濃度に調整された標準ガスが収容されたボンベの代替手段として用いることができる。そして、この標準ガス発生装置は、必要に応じて標準ガスを発生させるものであり、予め用意した標準ガスを保存するものではないので、取り扱いが容易である。また、このような標準ガス発生装置は、予め高精度の濃度に調整された標準ガスが収容されたボンベに比べて格段に経済的である。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態による低濃度標準ガス発生装置について、図１を参照して説明する。図１は、本実施の形態による低濃度標準ガス発生装置を示す概略構成図である。
【００３６】
図１に示すように、標準ガスを収容したボンベ等（図示せず）からの標準ガスを給気する標準ガス給気路としての管路１の一端がバルブ２の一方の口に接続されている。バルブ２の他方の口が管路３を介して第１の流量コントローラ４の流入口に接続されている。管路１から給気される標準ガスと異なる種類の標準ガスを給気する標準ガス給気路としての管路５の一端がバルブ６の一方の口に接続され、該バルブ６の他方の口が管路７を介して前記管路３の途中に接続されている。前記バルブ２，６として実際には例えば集合バルブが用いられており、該集合バルブは、管路１と管路５とを切り換えてその一方のみを流量コントローラ４の流入口に連通させる切り換え部を構成している。
【００３７】
また、ボンベやラインガス配管等（図示せず）からの高純度ガス（純ガス）を給気する管路８の一端が、モレキュラーシーブなどの不純物除去のための純化器９の流入口に接続されている。純化器９の流出口は、熱交換器１０の一端に接続されている。管路８から給気される高純度ガスの純度が十分に高い場合には、純化器９は取り除いてもよい。熱交換器１０の他端は管路１１を介して流量コントローラ１２の流入口に接続されている。流量コントローラ１２の流出口は、管路１３を介して試料室１４の流入口に接続され、流量コントローラ１２は試料室１４に流入する試料ガスの流量を調整する。試料室１４は、液体試料１５の入った孔１６のあいた液体試料容器１７を内包している。管路８から給気される高純度ガスは、標準ガスを発生するための試料ガスとなり、試料室１４内に流入した試料ガスが液体試料１５の蒸気を含んで標準ガスとなる。試料室１４の流出口が前記管路５の他端に接続されている。また、試料室１４から流出した標準ガスの一部を排気する排気路としての管路１８の一端が、前記管路３の途中に接続されている。なお、バルブ２が閉じるとともにバルブ６が開いている場合には、管路３は、試料室１４から流出した標準ガスの残りの一部を給気する標準ガス給気路となる。管路１８の他端はニードルバルブ１９の一方の口に接続されている。圧力計２０が、管路２１を介して管路１８の途中に接続されている。バルブ２が閉じるとともにバルブ６が開いている場合には、圧力計２０を見ながらニードルバルブ１９を調整することにより試料室１４内の圧力を調整することができ、本実施の形態では、ニードルバルブ１９が試料室１４内の圧力を調整する圧力調整器となっている。もっとも、ニードルバルブ１９に代えて他の圧力調整器を用いてもよい。ニードルバルブ１９の他方の口は、管路２２を介して排気ポンプ２３の吸気口に接続されている。排気ポンプ２３の排気口は解放されている。本実施の形態では、前述した要素５，７〜１９が液体試料１５による標準ガスを発生させる標準ガス発生部を構成している。
【００３８】
また、第１の流量コントローラ４の流出口には、標準ガス希釈装置の主流路としての管路２４の一端が接続されている。管路２４の他端は、本実施の形態による低濃度標準ガス発生装置により最終的に得られた低濃度標準ガスを用いて較正を行う大気圧質量分析装置などの高感度ガス分析装置２５の流入口に接続されている。高感度ガス分析装置２５の流出口は解放されている。管路２４から３つの分岐路２６，２７，２８が分岐されている。分岐路２６，２７，２８の途中にはそれぞれ流量コントローラ２９，３０，３１が設置されている。分岐路２６の端部であって管路２４と反対側の端部はバルブ３２の一方の口に接続され、該バルブ３２の他方の口は管路３３を介して前記管路１１の途中に接続されている。分岐路２８の端部であって管路２４と反対側の端部は、分岐路２６の途中に接続されている。ボンベやラインガス配管等（図示せず）からの高純度ガスを給気する管路３４の一端が、純化器３５の流入口に接続されている。管路３４により給気される高純度ガスは、管路１から給気する標準ガスを管路８により給気される高純度ガスによっては希釈することができない場合に、管路１から給気する標準ガスを希釈するための希釈用ガスとして用いられるものである。純化器３５の流出口は、熱交換器３６の一端に接続されている。熱交換器３６の他端はバルブ３７の一方の口に接続され、該バルブ３７の他方の口は分岐路２６の途中に接続されている。バルブ３２，３７として、集合バルブが用いられている。なお、管路１から給気する標準ガスを管路８により給気される高純度ガスによっては希釈することができる場合には、バルブ３２，３７、純化器３５及び熱交換器３６を取り除き、管路３３と管路２６とを接続しておいてもよい。なお、以上の説明からわかるように、流量コントローラ４に近い方から１番目の分岐路２６及び３番目の分岐路２８は、管路２４に希釈用のガスを給気させる給気路となっている。分岐路２７における流量コントローラ３０と管路２４との間には熱交換器３８が設置されている。分岐路２７の端部であって管路２４と反対側の端部は、前記管路２２の途中に接続されている。したがって、流量コントローラ４から２番目の分岐路２７は、管路２４からガスを排気させる排気路となっている。
【００３９】
本実施の形態では、流量コントローラ４、管路２４、途中に流量コントローラ２９が設置された１番目の分岐路２６、途中に流量コントローラ３０が設置された２番目の分岐路２７及び途中に流量コントローラ３１が設置された３番目の分岐路２８により、２段希釈による標準ガス希釈装置が構成されている。流量コントローラ４の流入口側の部分が当該標準ガス希釈装置の主流入口となっており、管路２４の高感度ガス分析装置２５側の端部が当該標準ガス希釈装置の主流出口となっており、当該標準ガス希釈装置は、前記主流入口に流入された標準ガスを低濃度標準ガスに希釈して前記主流出口から流出させる。流量コントローラ４及び途中に流量コントローラ２９が設置された１番目の分岐路２６が、１段目の希釈部を構成している。また、途中に流量コントローラ３０が設置された２番目の分岐路２７及び途中に流量コントローラ３１が設置された３番目の分岐路２８が、２段目の希釈部を構成している。
【００４０】
本実施の形態では、分岐路２８の途中において流量コントローラ３１と管路２４との間には、純化器４１が設置されている。この純化器４１は、流量コントローラ３１から発生する共存妨害物質等を除去するために設けられたものである。すなわち、純化器４１は、分岐路２８が最終段の希釈部を構成していることから、分岐路２８によって、管路２４におけるガス中の試料濃度が低下している箇所に希釈用のガスが給気されるので、流量コントローラ３１から発生する共存妨害物質の量が当該箇所のガス中の試料の量に対して無視し得ない場合があることに鑑みて、設けられたものである。もっとも、流量コントローラ３１から発生する共存妨害物質の量が当該箇所のガス中の試料の量に対して無視し得る場合には、純化器４１を除去してもよい。また、必要に応じて、分岐路２６の途中において流量コントローラ２９と管路２４との間にも、純化器を設置設置してもよい。
【００４１】
なお、管路１から給気する標準ガスや前記液体試料１５や管路８及び管路３４から給気する高純度ガスについては、特に限定されるものではないが、例えば、液体試料１５として水やアルコールなどを用いることができ、前記高純度ガスとして窒素やアルゴンや水素や酸素などを用いることができる。
【００４２】
また、本実施の形態では、図１に示すように、管路２４の内壁にガス中の試料成分（例えば、水分）が吸着されないようにするべく、管路２４を所望の高温に加熱する温度調節器３９が設けられている。また、試料室１４のみならず、前述した要素２〜７，１０〜１８，２４，２６〜３３，３６〜３９が、所望の一定温度に調整する温度調節器としての恒温槽４０内に収容されている。この恒温槽４０により試料室１４内の温度が一定に保たれ、流量コントローラ１２により試料室１４内を流れるガスの流量が一定に保たれ、ニードルバルブ１９により試料室１４内の圧力が一定に保たれ、液体試料容器１７の孔１６の大きさ及び厚み（深さ）が一定であるので、管路５から流出する標準ガスの濃度は一定となる。また、本実施の形態では、前述した要素２〜７，１０〜１８，２４，２６〜３３，３６〜３９が恒温槽４０内に収容されているとともに熱交換器１０，３６，３８が設けられているので、流量コントローラ４，１２，２９，３０，３１の両側でガスの温度がほぼ同一となる。このため、流量コントローラ４，１２，２９，３０，３１として、質量流量に比例した温度変化を検出することにより流量を検出する流量センサを備えた高精度流量コントローラ（例えば、株式会社エステック製の「ＳＥＣシリーズ」の流量コントローラ）を用いた場合であっても、各部のガスの流量を高精度に制御することができ、好ましい。なお、必要に応じて、流量コントローラ２９，３１と管路２４との間にもそれぞれ熱交換器を設けてもよい。
【００４３】
前記液体試料容器１７としては、前述した特開平４−８１６５０号公報に開示された低濃度標準ガス発生装置で採用されている液体試料容器を用いてもよいし、ＪＩＳ−Ｋ０２２６に記載されている装置において採用されている拡散管付き容器を用いてもよい。しかしながら、液体試料容器１７として、例えば、図２（ａ）〜（ｃ）に示すような液体試料容器１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを用いることが好ましい。図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ液体試料容器１７の例を示す断面図である。
【００４４】
図２（ａ）に示す液体試料容器１７Ａは、液体試料１５が収容され上方に開口部を有する円筒状の容器本体５０と、中央に孔５１ａが形成された円板状のガスケット５１と、ガスケット５１を容器本体５０の上部との間に挟持する締め付け部材５２と、を備えている。孔５１ａは、必要に応じて複数形成してもよい。締め付け部材５２は中央に大きな開口部５２ａを有するキャップ状に構成され、締め付け部材５２の側部の内周面には雌ねじ部５２ｂが形成され、該側部の外面がナットと同様に六角に構成されている。容器本体５０の外周面の上側部分には、前記雌ねじ部５２ｂと螺合する雄ねじ部５０ａが形成されている。容器本体５０の上面には環状の凸部５０ｂが形成され、締め付け部材５２の上部の下面には前記凸部５０ｂと対応する位置に環状の凸部５２ｃが形成されており、これらの凸部５０ｂ，５２ｃ間にガスケット５１が挟持されるようになっている。したがって、液体試料容器１７Ａでは、ガスケット５１が、容器本体５０の前記開口部を覆うとともに容器本体５０内の空間を外部に連絡させる孔５１ａを有するカバー部材となっている。また、液体試料容器１７Ａでは、凸部５０ｂ，５２ｃ及びガスケット５１が、容器本体５０とカバー部材であるガスケット５１とを分離自在に固定させて容器本体５０内の空間を前記孔５１ａを除いて気密に保つガスケット構造を構成している。容器本体５０、締め付け部材５２及びガスケット５１は、例えばステンレス、ニッケル、ステンレスに金メッキ又は銀メッキを施したものなどの金属で構成されている。本例では、前記孔５１ａが図１中の液体試料容器１７の孔１６に相当している。
【００４５】
図２（ｂ）に示す液体試料容器１７Ｂは、前記液体試料容器１７Ａとほぼ同様に構成されているので、図２（ｂ）において図２（ａ）と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複した説明は省略する。液体試料容器１７Ｂが液体試料容器１７Ａと異なる所は、液体試料容器１７Ｂでは、ガスケット５１は前記孔５１ａに代えて大きな開口部５１ｂを有し環状に構成され、締め付け具５２は開口部５２ａに代えて中央に孔５２ｄを有している点のみである。液体試料容器１７Ｂでは、締め付け部材５２が、容器本体５０の前記開口部を覆うとともに容器本体５０内の空間を外部に連絡させる孔５２ｄを有するカバー部材となっている。また、液体試料容器１７Ａでは、凸部５０ｂ，５２ｃ及びガスケット５１が、容器本体５０とカバー部材である締め付け部材５２とを分離自在に固定させて容器本体５０内の空間を前記孔５１ａを除いて気密に保つガスケット構造を構成している。本例では、前記孔５２ｄが図１中の液体試料容器１７の孔１６に相当している。
【００４６】
図２（ｃ）に示す液体試料容器１７Ｃは、前記液体試料容器１７Ｂとほぼ同様に構成されているので、図２（ｃ）において図２（ｂ）と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複した説明は省略する。液体試料容器１７Ｃが液体試料容器１７Ｂと異なる所は、液体試料容器１７Ｃでは、容器本体５０の上面には環状の凸部５０ｂが形成されていない点のみである。液体試料容器１７Ｂでは、液体試料容器１７Ｃと同様に、締め付け部材５２が、容器本体５０の前記開口部を覆うとともに容器本体５０内の空間を外部に連絡させる孔５２ｄを有するカバー部材となっている。また、液体試料容器１７Ａでは、液体試料容器５０の上面、凸部５２ｃ及びガスケット５１が、容器本体５０とカバー部材である締め付け部材５２とを分離自在に固定させて容器本体５０内の空間を前記孔５１ａを除いて気密に保つガスケット構造を構成している。
【００４７】
前記液体試料容器１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃによれば、前述したように構成されているので、ガラス部材で一体に構成されたものに比べて製造が容易で安価となる。また、カバー部材である金属製のガスケット５１ａ又は締め付け部材５２に孔５１ａ又は５２ｄを形成しておけばよいので、例えば、ドリル等を用いた機械加工や放電加工等により孔５１ａ，５２ｄを形成することができ、したがって、孔５１ａ，５２ｄの大きさ及び厚みを精度良く所望の大きさ及び厚みにすることができるので、製造した液体試料容器１７Ａ（あるいは１７Ｂ又は１７Ｃ）の個々について時間と労力を要する較正を行う必要がなくなる。また、容器本体５０、ガスケット５１及び締め付け部材５２を分離することができるので、液体試料１５の出し入れの際には、これらを分離して容器本体５０の上方の開口部から液体試料１５を出し入れすることにより、液体試料１５の出し入れを極めて容易に行うことができる。このようにして液体試料１５の出し入れができるので、孔５１ａ，５２ｄの大きさは、当該孔５１ａ，５２ｄから液体試料１５の出し入れが不可能な大きさに小さくすることもできるので、液体試料１５の蒸気量を極めて微小にすることができ、発生する標準ガスの濃度を低くすることもできる。さらに、容器本体５０、ガスケット５１及び締め付け部材５２を分離することができるので、孔５１ａ，５２ｄの大きさの異なる複数のガスケット５１又は締め付け部材５２を予め用意しておけば、カバー部材であるガスケット５１又は締め付け部材５２を交換するだけで、液体試料１５の蒸発量を変えることができ、ひいては発生する標準ガスの濃度を変えることもできる。以上の理由で、液体試料容器１７として、図２（ａ）〜（ｃ）に示すような液体試料容器１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを用いることが好ましい。
【００４８】
次に、図１に示す低濃度標準ガス発生装置の動作について説明する。
【００４９】
液体試料１５による低濃度標準ガスを得る場合は、バルブ２，３７を閉じ、バルブ６，３２を開く。その結果、管路８から給気された高純度ガスが、純化器９を経た後、熱交換器１０、管路１１及び流量コントローラ１２を経て試料室１４内で液体試料１５の蒸気を一定濃度Ｃで含んだ標準ガスとなり、該標準ガスは管路５、バルブ６及び管路７を通過する。管路７を通過した標準ガスの一部は管路１８、ニードルバルブ１９、管路２２及び排気ポンプ２３を経て排気され、管路７を通過した標準ガスの残りの一部は管路３を経て流量コントローラ４の流入口に流入する。また、管路８から給気された高純度ガスが、純化器９を経た後、管路１１，３３及びバルブ３２を経て、希釈用ガスとして、それぞれ分岐路２６，２８から管路２４に給気される。
【００５０】
そして、流量コントローラ４の流入口に流入した一定濃度Ｃの試料１５を含む標準ガスは、前記標準ガス希釈装置により以下のようにして希釈が行われる。すなわち、まず、流量コントローラ４の流入口に流入し該流量コントローラ４の流出口から流出して管路２４に流入する濃度Ｃの標準ガスの流量は、該流量コントローラ４により制御されて流量Ｌ１となり、その後、１番目の分岐路２９から流量Ｌ２で管路２４に供給された希釈用ガスにより希釈される（１段希釈）。この流量制御は流量コントローラ２９により行われる。次いで、この１段希釈ガスは、２番目の分岐路２７からその一部（流量Ｌ３）が排気され、３番目の分岐路２８から流量Ｌ４で管路２４に供給された希釈用ガスにより希釈され（２段希釈）、極低濃度の標準ガスとなって高感度ガス分析装置２５に供給される。この流量制御は、流量コントローラ３０，３１により行われる。
【００５１】
以上のようにして希釈され最終的に得られる極低濃度の標準ガス中の試料濃度は、Ｃ・［Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）］・［（Ｌ１＋Ｌ２−Ｌ３）／（Ｌ１＋Ｌ２−Ｌ３＋Ｌ４）］で与えられる。流量Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を流量コントローラ４，２９，３０，３１によって変化させることにより、最終的に任意の極低濃度標準ガスを得ることができる。
【００５２】
一方、管路１により給気される標準ガスに基づいて低濃度標準ガスを得る場合は、バルブ２を開き、バルブ６，１９を閉じ（ニードルバルブ１９は必ずしも閉じなくてもよい）、バルブ３２，３７うちの一方を開いて他方を閉じる。その結果、管路１から給気された、試料を一定濃度で含んだ標準ガスが、バルブ２及び管路３を経て流量コントローラ４の流入口に流入する。また、管路８又は管路３４から給気された高純度ガスが、希釈用ガスとして、分岐路２６，２８から管路２４に給気される。この場合も、流量コントローラ４の流入した流入口に流入した標準ガスは、前述した場合と同様に前記標準ガス希釈装置により希釈されて極低濃度の標準ガスとなって高感度ガス分析装置２５に供給される。
【００５３】
以上の説明からわかるように、本実施の形態によれば、１段目の希釈部（流量コントローラ４及び途中に流量コントローラ２９が設置された１番目の分岐路２６）の希釈率は、Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）となるので、流量コントローラ４によるガスの流量Ｌ１は精度良く小さくすることができることから、１段目の希釈部の希釈率を精度良く小さくすることができ、これにより、希釈部の段数が少なくても全体として高精度の希釈率を得ることができ、高精度の濃度で低濃度標準ガスを得ることができ、例えば、ｐｐｔ領域の極低濃度標準ガスも得ることが可能となる。また、本実施の形態によれば、試料室１４から流出した標準ガスがそのまま全部流量コントローラ４に流入するわけではなく、当該標準ガスの一部が管路１８から排気され、当該標準ガスの残りの一部が流量コントローラ４に給気されるので、試料室１４を流れるガスの量を大きくして液体試料１５の蒸発量の安定化を図りつつ、流量コントローラ４の流出口から管路２４に流出するガスの流量Ｌ１を小さくでき、したがって、液体試料による標準ガスに対しても高精度の希釈率を得ることができる。
【００５４】
ところで、標準ガス希釈装置における主流入口に近い側でバックグラウンドや共存妨害物質が発生しても、主流入口に近い側では標準ガスの濃度が高くガス中の試料の量が多いので、試料の量に対してバックグラウンドや共存妨害物質の量は無視し得る程度であり、当該バックグラウンドや共存妨害物質は最終的に得る低濃度標準ガスの濃度の精度に実質的に影響を与えない。したがって、流量コントローラ４はバックグラウンドや共存妨害物質の発生源となるものの、流量コントローラ４は主流入口に最も近い側に設けられ、流量コントローラ４の流出口と主流出口との間の主流路である管路２４にはバックグラウンドや共存妨害物質の発生源となる流量コントローラ等が一切設けられていないので、高精度の濃度で低濃度標準ガスが得られる。
【００５５】
また、本実施の形態によれば、前述したようにバルブ２とバルブ６とを切り換えることにより１つの前記標準ガス希釈装置により異なる種類の標準ガスを希釈することができ、経済的である。
【００５６】
次に、本発明の他の実施の形態による、標準ガス入りボンベの代替手段としての標準ガス発生装置について、図３を参照して説明する。図３は、本実施の形態による標準ガス発生装置を示す概略構成図である。なお、図３において、図１中の構成要素と同一構成要素には同一符号を付してある。
【００５７】
本実施の形態による標準ガス発生装置は、一端に純ガスが給気される流路６０と、流路６０の途中に設置された圧力調整器６１と、流路６０の途中において圧力調整器６１の下流側に設置され、液体試料１５の入った孔１６のあいた液体試料容器１７を内包する試料室１４と、流路６０の途中において試料室１４の下流側に設置された流量コントローラ６２と、を備えている。なお、流路６０の一端には、例えば、純ガスを収容したボンベやラインガス配管等を接続すればよい。
【００５８】
図３中の試料室１４及び液体試料容器１７は、図１中の試料室１４及び液体試料容器１７と同一であり、液体試料容器１７としては、前述した特開平４−８１６５０号公報に開示された低濃度標準ガス発生装置で採用されている液体試料容器を用いてもよいし、ＪＩＳ−Ｋ０２２６に記載されている装置において採用されている拡散管付き容器を用いてもよいが、液体試料容器１７として、例えば、図２（ａ）〜（ｃ）に示すような液体試料容器１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを用いることが好ましい。
【００５９】
また、本実施の形態では、流路６０の途中において試料室１４と圧力調整器６１との間には、熱交換器６３が設置されている。試料室１４及び熱交換器６３は、所望の一定の温度に調整する温度調節器としての恒温槽６４内に収容されている。なお、必要に応じて、圧力調整器６１の下流側に純化器を設置してもよい。
【００６０】
本実施の形態によれば、この恒温槽６４により試料室１４内の温度が一定に保たれ、流量コントローラ１２により試料室１４内を流れるガスの流量が一定に保たれ、ニードルバルブ１９により試料室１４内の圧力が一定に保たれ、液体試料容器１７の孔１６の大きさ及び厚み（深さ）が一定であるので、試料室１４を通過して流路６０の他端から得られる標準ガスの濃度は一定となる。
【００６１】
したがって、本実施の形態による標準ガス発生装置は、予め高精度の濃度に調整された標準ガスが収容されたボンベの代替手段として用いることができる。そして、この標準ガス発生装置は、必要に応じて標準ガスを発生させるものであり、予め用意した標準ガスを保存するものではないので、取り扱いが容易である。また、このような標準ガス発生装置は、予め高精度の濃度に調整された標準ガスが収容されたボンベに比べて格段に経済的である。
【００６２】
なお、熱交換器６３は、流路６０の一端から給気された純ガスの温度が試料室１４内の所望の温度と異なるような場合、当該純ガスを当該温度に近づけて高精度の濃度の標準ガスを得る上で好ましいものであるが、本発明では必ずしも設ける必要はない。
【００６３】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００６４】
例えば、図１に示す低濃度標準ガス発生装置では、２つの標準ガス給気路である管路１，７を切り換えているが、３つ以上の標準ガス給気路を切り換えるように構成してもよい。また、図１に示す低濃度標準ガス発生装置では、２段の希釈部で構成されているが、２段目の希釈部に相当する希釈部を１つ以上追加して３段の希釈部で構成してもよいし、さほど高希釈率が必要ない場合には２段目の希釈部を取り除いて１段の希釈部で構成してもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、希釈部の段数が少なくても高精度の濃度で低濃度標準ガスを得ることができ、またｐｐｔ領域の極低濃度標準ガスを得ることも可能である標準ガス希釈装置及びこれを用いた低濃度標準ガス発生装置を提供することができる。また、本発明によれば、１つの標準ガス希釈装置により異なる種類の標準ガスを希釈することができる標準ガス希釈装置及びこれを用いた低濃度標準ガス発生装置を提供することができる。さらに、本発明によれば、製造が容易で安価であるとともに、個々の全てのものについて較正を行う必要がなく、しかも、液体試料の出し入れが容易で低濃度の標準ガスを発生させることも可能である標準ガス発生用液体試料容器及びこれを用いた標準ガス発生装置を提供することができる。さらにまた、本発明によれば、標準ガス入りボンベに替わる安価で取り扱いも容易な代替手段としての標準ガス発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による低濃度標準ガス発生装置を示す概略構成図である。
【図２】液体試料容器の各例を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態による標準ガス発生装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１，３，５，７，８，１１，１３，１８，２１，２２，３３，３４ 管路
２，６，３２，３７ バルブ
４，１２，２９〜３１，６２ 流量コントローラ
９，３５，４１ 純化器
１０，３６，３８，６３ 熱交換器
１４ 試料室
１５ 液体試料
１６ 孔
１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ 液体試料容器
１９ ニードルバルブ
２０ 圧力計
２３ 排気ポンプ
２４ 主流路（管路）
２６，２７，２８ 分岐路
３９ 温度調節器
４０，６４ 恒温槽
５０ 容器本体
５１ ガスケット
５２ 締め付け部材
６０ 流路
６１ 圧力調節器
Claims (5)
- 主流入口と主流出口とを有し、前記主流入口に流入された標準ガスを低濃度標準ガスに希釈して前記主流出口から流出させる標準ガス希釈装置において、
流入口が前記主流入口に接続された第１の流量コントローラと、
一端が前記第１の流量コントローラの流出口に接続されるとともに他端が前記主流出口に接続されかつガス反応を生じさせない主流路と、
前記主流路から分岐された３つ以上の分岐路と、
を備え、
前記３つ以上の分岐路のうちの、前記第１の流量コントローラに近い方から奇数番目の分岐路は、前記主流路に希釈用のガスを給気させる給気路であって、途中に流量コントローラが設置された給気路であり、
前記３つ以上の分岐路のうちの、前記第１の流量コントローラに近い方から偶数番目の分岐路は、前記主流路からガスを排気させる排気路であって、途中に流量コントローラが設置された排気路である、
ことを特徴とする標準ガス希釈装置。 - 互いに異なる標準ガスを給気する複数の標準ガス給気路と、
前記複数の標準ガス給気路を切り換えてそのいずれか１つのみを前記標準ガス希釈装置の前記主流入口に連通させる切り換え手段と、
を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の標準ガス希釈装置。 - 液体試料の入った孔のあいた液体試料容器を内包し、試料ガスが流入されるとともに前記液体試料の蒸気を含んだ試料ガスが標準ガスとして流出する試料室と、前記試料室内の圧力を調整する圧力調整器と、前記試料室内に流入する前記試料ガスの流量を調整する流量コントローラと、前記試料室から流出した標準ガスの一部を排気する標準ガス排気路と、前記試料室から流出した標準ガスの残りの一部を給気する標準ガス給気路と、を備えた標準ガス発生部と、
請求項１記載の標準ガス希釈装置と、
を備え、
前記標準ガス発生部の前記標準ガス給気路が前記標準ガス希釈装置の前記主流入口に接続されたことを特徴とする低濃度標準ガス発生装置。 - 液体試料の入った孔のあいた液体試料容器を内包し、試料ガスが流入されるとともに前記液体試料の蒸気を含んだ試料ガスが標準ガスとして流出する試料室と、前記試料室内の圧力を調整する圧力調整器と、前記試料室内に流入する前記試料ガスの流量を調整する流量コントローラと、前記試料室から流出した標準ガスの一部を排気する標準ガス排気路と、前記試料室から流出した標準ガスの残りの一部を給気する標準ガス給気路と、を備えた標準ガス発生部と、
請求項２記載の標準ガス希釈装置と、
を備え、
前記標準ガス発生部の前記標準ガス給気路が前記標準ガス希釈装置の前記複数の標準ガス給気路のうちの１つであることを特徴とする低濃度標準ガス発生装置。 - 前記液体試料容器は、（i）液体試料が収容され上方に開口部を有する金属製の容器本体と、（ii）前記容器本体の前記開口部を覆うとともに前記容器本体内の空間を外部に連絡させる孔を有する金属製のカバー部材と、（iii）前記容器本体の一部及び前記カバー部材の一部を含む金属製のガスケット構造であって、前記容器本体と前記カバー部材とを分離自在に固定させて前記容器本体内の空間を前記孔を除いて気密に保つガスケット構造と、を有することを特徴とする請求項３又は４記載の低濃度標準ガス発生装置。
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