JP4100607B2

JP4100607B2 - ガス分析装置及びガス分析方法

Info

Publication number: JP4100607B2
Application number: JP2002222804A
Authority: JP
Inventors: 博二上坂; 重之秋山; 勉大家
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2022-07-31
Also published as: JP2004061405A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガス、大気等のサンプルガスをカラムに移送して、サンプルガスの各成分を吸着及び脱離し、測定成分を分析部で検出するガス分析装置及びガス分析方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガス分析装置は、図３に示すように、サンプルＳを濾過するフィルタ２１、サンプルＳを圧送するためのポンプ２２、第１三方弁２３、分析部２４、カラム２５、第２三方弁２６、及びキャリアガスＣＧを供給するボンベ（又は空気精製器）２７等から構成されていた。つまり、第１方弁２３の切換えにより、フィルタ２１で濾過されたサンプルＳをカラム２５に導入し、サンプルＳが液体の場合には加熱して気化させてサンプルガスＳＧとし、或いはそれに加えて濃縮し、第２三方弁２６を介して送られてくるキャリアガスＣＧと共に分析部２４に供給するように構成されていた。
【０００３】
例えば、特開平７−２６０７６４号公報において示されたように、ガス導入部に導入されたサンプルガスをカラム、及び加熱炉のチューブを通して検出器に導くよう構成されたガスクロマトグラフィーや、特開平１０−３１８９２２号公報において示されたように、赤外線等の光源、チョッパー、試料セル、検出器、制御装置等から構成され、試料セル中を通過するサンプルガスに赤外線を照射して、検出器による光の検出情報からサンプルガスに含まれる成分を測定する赤外線ガス分析計等が知られている。これらの場合、サンプルガスは、キャリアガスに乗った状態で供給されるのであり、キャリアガスとしては、ヘリウム、窒素ガス、アルゴン等の不活性な気体が用いられる。
【０００４】
また、導入されるサンプルガス中の測定成分ガス量を効率良く増やして、より高濃度に濃縮することでＳ／Ｎを改善して詳細なデータを必要とする検査に対応できるように、サンプルガス中の測定成分ガスを濃縮させて（パージ＆トラップ方式等）送り込むよう構成された分析装置、いわゆる濃縮形のガス分析装置においても、キャリアガスとして、測定成分を含まない窒素ボンベガスや空気精製器等を用いるのが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
測定成分を含まないキャリアガスを用いる従来型のガス分析装置では、キャリアガスが充填された高圧のガスボンベが必要になるので、その取り扱いに注意が必要であって慎重に準備しなければならない点で煩わしさがあった。空気精製器を用いる分析装置では、その空気精製器のコストが高く付くとともに、場合によっては加熱が必要になることもあり、空気精製器を立上げるためのウォームアップに時間が掛かるという問題があった。
【０００６】
特に、携帯型の分析装置ではボンベの取扱いは煩雑であり、取扱い性の面からも問題があるとともに、試料を液体に溶かしてから気化させて濃縮させる場合には、そのための機械装置類の駆動に要する消費電力が多くなって、携帯型とするための電池駆動が困難になる面もあり、キャリアガス及びその供給手段には改善の余地があるように思える。
【０００７】
本発明の目的は、重くて嵩張るガスボンベが不要になる等、取扱い簡単で便利に使用できるガス分析装置並びにガス分析方法を提供する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の構成は、サンプルガスをカラムに通して対象成分を吸着及び脱離させて測定成分を分析部で検出するように構成され、前記カラムとして、前記測定対象Ａに対し吸着能力が高く、干渉成分Ｂは吸着度が低いものを選定し、前記測定成分Ａを濃縮させるための濃縮手段を有するガス分析装置であって、
第１フィルタ、前記分析部、前記カラム、三方弁の順に結ぶ１の経路を形成し、第１フィルタから導入されたサンプルガスを、前記分析部に導入した後に前記カラムに導入し、前記分析部によって測定成分Ａと干渉ガス成分Ｂについての検出を行い加算された信号Ｘ（＝Ａ＋Ｂ）を得ると同時に、前記カラムに測定成分Ａを吸着させる機能ａと、
第２フィルタ、前記三方弁、前記カラム、前記分析部の順に結ぶ他の経路を形成し、第２フィルタから導入されたサンプルガスを、キャリアガスとして前記カラムに導入し、濃縮された測定成分∫Ａを脱離させ、分析部３に送られ、前記分析部によって第２フィルタから導入されたサンプルガスの測定成分Ａと干渉ガス成分Ｂおよび脱離された測定成分∫Ａが加算された信号Ｙ（＝Ａ＋Ｂ＋∫Ａ）を得る機能ｂを有するとともに、
前記分析部の信号Ｙと信号Ｘとの差量を演算し、測定成分Ａの信号Ｚ（＝∫Ａ）を得る機能を有する制御装置を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項１の構成によれば、カラムに、サンプルガスを濃縮させてから分析部に供給するための濃縮手段を設けたので、濃縮されない状態のサンプルガスをキャリアガスとして用いることが可能となり、専用のキャリアガスを供給する手段を設けなくて済むようになる。つまり、サンプルガスがキャリアガスを兼ねられるようになったので、キャリアガスとしての不活性ガスの高圧ボンベや空気精製器を不要にでき、取扱い性が改善されるとともに、装置としてのコンパクト化や軽量化が可能になる。例えば、携帯型のガス分析装置においては、重くて嵩張るボンベが不要になるので、小型化、軽量化が図れるとともに、サンプルガスとは別ガスであるキャリアガスを流量制御して導入するための駆動制御装置（電磁流量制御弁や電動ポンプ等）を小出力化、或いは小型化することができ、その分必要となる電力を削減させることも可能となる。
【００１０】
また、サンプルガスを、分析部に導入した後にカラムに導入する流路を形成することによって、サンプルガス中の対象成分と干渉ガス成分についての加算された値を分析部で検出することができるとともに、サンプルガスを、カラムに導入した後に分析部に導入する流路を形成することによって、カラムに濃縮された測定成分およびサンプルガス中の対象成分と干渉ガス成分の加算された値を分析部で検出することができる。従って、これらの値を演算することによって、測定成分の濃度を求めることができる。
【００１１】
請求項２の構成は、請求項１の構成において、前記機能ａにおいて、前記分析部と前記カラムの中間に流量調整器を設け、前記カラムへの前記サンプルガスの導入を停止し、前記カラム内を減圧にして前記サンプルガス中の干渉成分を通過させることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２の構成によれば、測定対象に対し吸着能力が高く、干渉成分は吸着度が低いカラムを選定した場合であっても、干渉成分に対し若干の吸着がある場合、サンプルガスの吸引を停止し、カラムを減圧にして干渉成分を通過させことによって、測定対象以外の干渉成分が取り除かれた状態として分析部へ導入させることができ、検出精度を高めることが可能になる。
【００１３】
請求項３の方法は、サンプルガスを測定対象Ａに対し吸着能力が高く、干渉成分Ｂは吸着度が低いカラムに通して対象成分を吸着及び脱離させることで測定成分Ａを分析部で検出させるガス分析方法であって、
第１フィルタ、前記分析部、前記カラム、三方弁の順に結ぶ１の経路を形成し、第１フィルタから導入されたサンプルガスを、前記分析部に導入した後に前記カラムに導入し、カラムに吸着させると同時に、測定成分Ａと干渉ガス成分Ｂについての前記分析部の加算された信号Ｘ（＝Ａ＋Ｂ）をメモリーし、
第２フィルタ、前記三方弁、前記カラム、前記分析部の順に結ぶ他の経路を形成し、第２フィルタから導入されたサンプルガスを、キャリアガスとして前記カラムに導入し、濃縮された測定成分∫Ａを脱離させ、分析部３に送り、前記分析部によって第２フィルタから導入されたサンプルガス測定成分Ａと干渉ガス成分Ｂおよび脱離された測定成分∫Ａが加算された信号Ｙ（＝Ａ＋Ｂ＋∫Ａ）を得るとともに、
該信号Ｙと前記信号Ｘとの差量から測定成分の信号Ｚ（＝∫Ａ）を得ることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３の方法は、請求項１の構成から得られるガス分析機能を方法化するとともに、その機能をより明確にしたものであり、請求項１の構成による前記作用と同等の作用を得るとともに、測定成分と干渉ガス成分についての信号Ｘとこれに吸着された測定成分の積算値が加えられた信号Ｙとの差分によって、干渉影響を除去した測定成分の信号Ｚを得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本発明によるガス分析装置Ｄが示されており、１はサンプル導入用の第１フィルタ、２はサンプル導入用の第２フィルタ、３は分析部、４は流量調節器である第一弁、５は加熱手段（ヒーター等）１０が装備されたカラム、６は三方弁で成る第二弁、７はチューブ、８はポンプ、９は三方弁で成る第三弁である。つまり、このガス分析装置Ｄでは、サンプルＳ（サンプルガスＳＧ）を分析部へ導くキャリアガスＣＧとして、サンプルＳそのものを兼用して用いる。
【００１６】
サンプルの経路としては、第１フィルタ１、分析部３、第一弁４、濃縮及び脱着用カラム５、第二弁６をこの順に結ぶ第１経路１１、第二弁６、チューブ７、ポンプ８、第三弁９をこの順に結ぶ第２経路１２、第２フィルタ２と第二弁６とを結ぶ第３経路１３、第１経路１１におけるカラム５と第二弁６との間の部分と第三弁９とを結ぶ第４経路１４が形成されている。
【００１７】
サンプルガスＳＧは、第１フィルタ１を介して分析部３に導入されるとともに、サンプルＳは、第２フィルタ２、第二弁６、チューブ７を介してポンプ８に導入され、ポンプ８によって圧力が高められたサンプルガスＳＧは、第三弁９を介してカラム５に導入され、必要に応じて加熱を行い、濃縮された測定成分に脱離し、第一弁４を介して分析部３に送られる。キャリアガスＣＧは、サンプルガスＳＧそのものであり、サンプルガスＳＧでキャリアガスＣＧを兼ねるようにしてある。
【００１８】
サンプルガスＳＧとしては、排気ガス、グルタルアルデヒド等であり、グルタルアルデヒドを用いる場合のガス分析装置は「グルタールメータ」と呼ばれることもある。
【００１９】
排気ガス等の浄化に用いられるスクラバー（洗浄装置）１５は、フィルタ１及び２の上流側、或いは下流側に設けるようにしても良く、要するに、洗浄されたクリーンなガスを分析部３に送るようにしてあれば良い。また、カラム５にスクラバーを設けても良い。
【００２０】
次に、各部の機能や条件について説明する。
カラム５は、測定対象に対し吸着能力が高く、干渉成分は吸着度が低いものを選定する。第一弁４は、カラム５の性能にもよるが、干渉成分に対し若干の吸着がある場合、サンプルガスＳＧの吸引を停止し、カラム５内を減圧にして干渉成分を通過させるためのものとして機能する。また、吸着成分を脱着・脱離させる時、測定成分が脱着し易い最適温度に加熱することも有効的手段である。分析部３では、熱伝導度型検出器（ＴＣＤ）、水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）、電子捕獲型検出器（ＥＣＤ）、或いは、炎光光度検出器（ＦＰＤ）等、種々のものが可能である。
【００２１】
図２に、第一〜第三弁４，６，９、ポンプ８、加熱手段（濃縮手段の一例）１０、データ積算、及びＺｅｒｏＣａｌに関するガス分析装置Ｄの基準サイクル当たりの作動状態を、時間を横軸に表した棒グラフ状にしたタイムチャートが示されている。図２においては、サンプルガスＳＧにおける測定したい成分をＡ、干渉ガス成分をＢとして記載してある。
そして、ガス分析装置Ｄによる機能は下記〈１〉〜〈３〉である。
〈１〉サンプルガスＳＧを吸引し、カラム（吸着剤）５に吸着させると同時に、サンプルガスＳＧ中の測定したい成分Ａの濃度と、干渉ガス成分Ｂの加算された値（信号Ｘという）を、分析部３に装備した図示しない制御装置等にメモリーしておく。
〈２〉カラム５からのバックフラッシュ（測定モード）では、キャリアガスＣＧとしてサンプルガスＳＧを使うため、前記〈１〉の信号に吸着された測定成分Ａの積算値∫Ａが加えられた信号（信号Ｙという）が得られる。
〈３〉前記〈２〉信号Ｙと〈１〉信号Ｘとの差量から求めたい測定成分Ａの信号（信号Ｚという）が得られる。
【００２２】
〔別実施形態１〕
図１に示すガス分析装置Ｄでは、分析部３に対してサンプルガスＳＧを別経路から導入するとか、時間差を付けて導入するようにしてあるが、予めサンプルガスをキャリアガスで展開させた状態で分析部３に送る経路構造としても良い。
【００２３】
〔別実施形態２〕
分析部３は１個の検出器で対象成分を主として検出するが、干渉成分も同時に検出する場合には、干渉成分に感度の高い他の検出器を用いて複合形検出器を搭載しても良い。この場合、干渉成分の信号量を測定対象成分検出信号から差し引いた値を演算すれば、目的成分を高精度に測定することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によるガス分析装置によれば、次のような効果が得られる。
イ．キャリアガス用としてのボンベや精製器が不要になる。これにより、ガス分析装置としての取扱い性が改善され、簡単で便利に分析測定が行えるとともに、特に携帯用の分析装置では、重くて嵩張るボンベ類が無くなることで前記効果が顕著に得られるとともに、持ち運びが楽で便利になる。
ロ．消費電力が削減できて経済的なものになるとともに、携帯型のガス分析装置の場合、蓄電池や乾電池といった小型の電池で駆動できる利点がある。
ハ．ガス分析装置そのものの外形を小型化・軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス分析装置の基本構成を示すフロー図。
【図２】ガス分析装置の作動状態のタイムチャートを示す図。
【図３】従来のガス分析装置を示すフロー図。
【符号の説明】
３分析部
５カラム
１０濃縮手段
１５スクラバー
ＳＧサンプルガス
ＣＧキャリアガス
ａキャリアガス導入部

Claims

サンプルガスをカラムに通して対象成分を吸着及び脱離させて測定成分を分析部で検出するように構成され、前記カラムとして、前記測定対象Ａに対し吸着能力が高く、干渉成分Ｂは吸着度が低いものを選定し、前記測定成分Ａを濃縮させるための濃縮手段を有するガス分析装置であって、
第１フィルタ、前記分析部、前記カラム、三方弁の順に結ぶ１の経路を形成し、第１フィルタから導入されたサンプルガスを、前記分析部に導入した後に前記カラムに導入し、前記分析部によって測定成分Ａと干渉ガス成分Ｂについての検出を行い加算された信号Ｘ（＝Ａ＋Ｂ）を得ると同時に、前記カラムに測定成分Ａを吸着させる機能ａと、
第２フィルタ、前記三方弁、前記カラム、前記分析部の順に結ぶ他の経路を形成し、第２フィルタから導入されたサンプルガスを、キャリアガスとして前記カラムに導入し、濃縮された測定成分∫Ａを脱離させ、分析部３に送られ、前記分析部によって第２フィルタから導入されたサンプルガスの測定成分Ａと干渉ガス成分Ｂおよび脱離された測定成分∫Ａが加算された信号Ｙ（＝Ａ＋Ｂ＋∫Ａ）を得る機能ｂを有するとともに、
前記分析部の信号Ｙと信号Ｘとの差量を演算し、測定成分Ａの信号Ｚ（＝∫Ａ）を得る機能を有する制御装置を有することを特徴とするガス分析装置。
前記機能ａにおいて、前記分析部と前記カラムの中間に流量調整器を設け、前記カラムへの前記サンプルガスの導入を停止し、前記カラム内を減圧にして前記サンプルガス中の干渉成分を通過させることを特徴とする請求項１に記載のガス分析装置。
サンプルガスを測定対象Ａに対し吸着能力が高く、干渉成分Ｂは吸着度が低いカラムに通して対象成分を吸着及び脱離させることで測定成分Ａを分析部で検出させるガス分析方法であって、
第１フィルタ、前記分析部、前記カラム、三方弁の順に結ぶ１の経路を形成し、第１フィルタから導入されたサンプルガスを、前記分析部に導入した後に前記カラムに導入し、カラムに吸着させると同時に、測定成分Ａと干渉ガス成分Ｂについての前記分析部の加算された信号Ｘ（＝Ａ＋Ｂ）をメモリーし、
第２フィルタ、前記三方弁、前記カラム、前記分析部の順に結ぶ他の経路を形成し、第２フィルタから導入されたサンプルガスを、キャリアガスとして前記カラムに導入し、濃縮された測定成分∫Ａを脱離させ、分析部３に送り、前記分析部によって第２フィルタから導入されたサンプルガス測定成分Ａと干渉ガス成分Ｂおよび脱離された測定成分∫Ａが加算された信号Ｙ（＝Ａ＋Ｂ＋∫Ａ）を得るとともに、
該信号Ｙと前記信号Ｘとの差量から測定成分の信号Ｚ（＝∫Ａ）を得ることを特徴とするガス分析方法。