JP4211670B2 - ガス分析装置及びガス分析方法 - Google Patents
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吸光分析の対象となるガスが収容されるサンプルセルと、
サンプルセルの一側に設けられた光源と、
光源から出射されてサンプルセルを通過したサンプル光と光源から別経路でガイドされたレファレンス光をそれぞれ分光する回折格子と、
回折格子で分光されたサンプル光を所定の波長バンドごとに偏向して反射するサンプル光用プログラマブル回折格子と、
サンプル光用プログラマブル回折格子で偏向、反射されたサンプル光を波長バンドごとに通過/遮断するサンプル光用アパチャと、
回折格子で分光されたレファレンス光を所定の波長バンドごとに偏向して反射するレファレンス光用プログラマブル回折格子と、
レファレンス光用プログラマブル回折格子で偏向、反射されたレファレンス光を波長バンドごとに通過/遮断するレファレンス光用アパチャと、
サンプル光とレファレンス光の波長バンドごとのスペクトルを交互に検出し、サンプル光とレファレンス光のスペクトルの差を出力するアレイ検出素子と、
各アパチャを通過したサンプル光とレファレンス光を屈折させてアレイ検出素子に到達させる屈折手段と、
アレイ検出素子からの出力に基づいてガス濃度の演算を行う演算手段とを備えたものである。
吸光分析の対象となるガスが収容されるサンプルセルと、
サンプルセルの一側に設けられた光源と、
光源から出射されてサンプルセルを通過したサンプル光と光源から別経路でガイドされたレファレンス光をそれぞれ分光する回折格子と、
回折格子で分光されたサンプル光を所定の波長バンドごとに偏向して反射するサンプル光用プログラマブル回折格子と、
サンプル光用プログラマブル回折格子で偏向、反射されたサンプル光を波長バンドごとに通過/遮断するサンプル光用アパチャと、
サンプル光の波長バンドごとのスペクトルに、予め作製しておいた濃度算出用スペクトルと同じ重み付けを行うべく、サンプル光用プログラマブル回折格子でのサンプル光の偏向量を調節する演算手段と、
回折格子で分光されたレファレンス光を所定の波長バンドごとに偏向して反射するレファレンス光用プログラマブル回折格子と、
レファレンス光用プログラマブル回折格子で偏向、反射されたレファレンス光を波長バンドごとに通過/遮断するレファレンス光用アパチャと、
各アパチャを通過したサンプル光とレファレンス光をそれぞれ集光する集光手段と、
集光されたサンプル光とレファレンス光を交互に検出し、サンプル光とレファレンス光の総和の差からガス濃度を検出する検出素子と
集光手段で集光されたサンプル光とレファレンス光をそれぞれ屈折させ、検出素子に到達させる屈折手段とを備えたものである。
光源から出射された光を少なくとも2つに分岐し、
一方の光を吸光分析の対象となるガスが収容されたサンプルセルに導入し、光吸収させると共にサンプルセルを通過させてサンプル光とし、他方の光は光吸収させず、出射された状態のままのレファレンス光とし、
サンプル光とレファレンス光を回折格子でそれぞれ分光し、
分光されたサンプル光をサンプル光用プログラマブル回折格子で所定の波長バンドごとに偏向、反射させ、これをサンプル光用アパチャで所定の波長ごとに通過/遮断すると共に、
分光されたレファレンス光をレファレンス光用プログラマブル回折格子で所定のバンドごとに偏向、反射させ、これをレファレンス光用アパチャで所定の波長ごとに通過/遮断し、
各アパチャを通過したサンプル光とレファレンス光を屈折させてアレイ検出素子に到達させると共に、
アレイ検出素子でサンプル光とレファレンス光の波長バンドごとのスペクトルを交互に検出し、
アレイ検出素子が出力したサンプル光とレファレンス光のスペクトルの差に基づいて演算手段でガス濃度の演算を行うものである。
光源から出射された光を少なくとも2つに分岐し、
一方の光を吸光分析の対象となるガスが収容されたサンプルセルに導入し、光吸収させると共にサンプルセルを通過させてサンプル光とし、他方の光は光吸収させず、出射された状態のままのレファレンス光とし、
サンプル光とレファレンス光を回折格子でそれぞれ分光し、
分光されたサンプル光をサンプル光用プログラマブル回折格子で所定の波長バンドごとに偏向、反射させると共に、サンプル光の波長バンドごとのスペクトルに、予め作製しておいた濃度算出用スペクトルと同じ重み付けを行うべく、サンプル光用プログラマブル回折格子でのサンプル光の偏向量を調節し、サンプル光用プログラマブル回折格子で偏向、反射されたサンプル光をサンプル光用アパチャで所定の波長ごとに通過/遮断すると共に、
分光されたレファレンス光をレファレンス光用プログラマブル回折格子で所定のバンドごとに偏向、反射させ、これをレファレンス光用アパチャで所定の波長ごとに通過/遮断し、
各アパチャを通過したサンプル光とレファレンス光をそれぞれ集光し、
集光したサンプル光とレファレンス光をそれぞれ屈折させて検出素子に到達させると共に、
検出素子でサンプル光とレファレンス光を交互に検出し、
検出素子で検出したサンプル光とレファレンス光の総和の差からガス濃度を求めるものである。
さらに、上記レファレンス光用アパチャを通過するレファレンス光の波長バンドごとの強度が、サンプルセルに吸光分析の対象となるガスが充填されていないときのサンプル光の波長バンドごとの強度と等しくなるように、上記光源の光強度の変動に応じてレファレンス光用プログラマブル回折格子でのレファレンス光の偏向量を調節することが好ましい。
I1(λ)=I0(λ)×T(λ)
ここで、T(λ)は透過率
の関係が成り立つ。透過率が十分小さい時、透過率は分析対象ガス21の濃度に比例する。
y=0.0128x+2.9838(R2=0.999(R:相関係数)) …(5)式
となる。
11 光源
12 光ガイド部材
12a,12b 経路
13 サンプルセル
20 マルチチャンネル分光器
22 プログラマブル回折格子(光反射偏向手段)
22a サンプル光用プログラマブル回折格子
22b レファレンス光用プログラマブル回折格子
25 アレイ検出素子
L1 サンプル光
L2 レファレンス光
Claims (10)
- 光の吸収を利用してガス濃度、成分の吸光分析を行うガス分析装置において、
吸光分析の対象となるガスが収容されるサンプルセルと、
サンプルセルの一側に設けられた光源と、
光源から出射されてサンプルセルを通過したサンプル光と光源から別経路でガイドされたレファレンス光をそれぞれ分光する回折格子と、
回折格子で分光されたサンプル光を所定の波長バンドごとに偏向して反射するサンプル光用プログラマブル回折格子と、
サンプル光用プログラマブル回折格子で偏向、反射されたサンプル光を波長バンドごとに通過/遮断するサンプル光用アパチャと、
回折格子で分光されたレファレンス光を所定の波長バンドごとに偏向して反射するレファレンス光用プログラマブル回折格子と、
レファレンス光用プログラマブル回折格子で偏向、反射されたレファレンス光を波長バンドごとに通過/遮断するレファレンス光用アパチャと、
サンプル光とレファレンス光の波長バンドごとのスペクトルを交互に検出し、サンプル光とレファレンス光のスペクトルの差を出力するアレイ検出素子と、
各アパチャを通過したサンプル光とレファレンス光を屈折させてアレイ検出素子に到達させる屈折手段と、
アレイ検出素子からの出力に基づいてガス濃度の演算を行う演算手段とを備えることを特徴とするガス分析装置。 - 光の吸収を利用してガス濃度、成分の吸光分析を行うガス分析装置において、
吸光分析の対象となるガスが収容されるサンプルセルと、
サンプルセルの一側に設けられた光源と、
光源から出射されてサンプルセルを通過したサンプル光と光源から別経路でガイドされたレファレンス光をそれぞれ分光する回折格子と、
回折格子で分光されたサンプル光を所定の波長バンドごとに偏向して反射するサンプル光用プログラマブル回折格子と、
サンプル光用プログラマブル回折格子で偏向、反射されたサンプル光を波長バンドごとに通過/遮断するサンプル光用アパチャと、
サンプル光の波長バンドごとのスペクトルに、予め作製しておいた濃度算出用スペクトルと同じ重み付けを行うべく、サンプル光用プログラマブル回折格子でのサンプル光の偏向量を調節する演算手段と、
回折格子で分光されたレファレンス光を所定の波長バンドごとに偏向して反射するレファレンス光用プログラマブル回折格子と、
レファレンス光用プログラマブル回折格子で偏向、反射されたレファレンス光を波長バンドごとに通過/遮断するレファレンス光用アパチャと、
各アパチャを通過したサンプル光とレファレンス光をそれぞれ集光する集光手段と、
集光されたサンプル光とレファレンス光を交互に検出し、サンプル光とレファレンス光の総和の差からガス濃度を検出する検出素子と
集光手段で集光されたサンプル光とレファレンス光をそれぞれ屈折させ、検出素子に到達させる屈折手段とを備えることを特徴とするガス分析装置。 - 上記レファレンス光用アパチャを通過するレファレンス光の波長バンドごとの強度が、サンプルセルに吸光分析の対象となるガスが充填されていないときのサンプル光の波長バンドごとの強度と等しくなるように、上記光源の光強度の変動に応じてレファレンス光用プログラマブル回折格子でのレファレンス光の偏向量を調節する請求項1または2記載のガス分析装置。
- 上記各プログラマブル回折格子が、MEMSアクチュエータを有する請求項1〜3いずれかに記載のガス分析装置。
- 上記集光手段が、第2回折格子または積分球である請求項2記載のガス分析装置。
- 光の吸収を利用してガス濃度、成分の吸光分析を行うガス分析方法において、
光源から出射された光を少なくとも2つに分岐し、
一方の光を吸光分析の対象となるガスが収容されたサンプルセルに導入し、光吸収させると共にサンプルセルを通過させてサンプル光とし、他方の光は光吸収させず、出射された状態のままのレファレンス光とし、
サンプル光とレファレンス光を回折格子でそれぞれ分光し、
分光されたサンプル光をサンプル光用プログラマブル回折格子で所定の波長バンドごとに偏向、反射させ、これをサンプル光用アパチャで所定の波長ごとに通過/遮断すると共に、
分光されたレファレンス光をレファレンス光用プログラマブル回折格子で所定のバンドごとに偏向、反射させ、これをレファレンス光用アパチャで所定の波長ごとに通過/遮断し、
各アパチャを通過したサンプル光とレファレンス光を屈折させてアレイ検出素子に到達させると共に、
アレイ検出素子でサンプル光とレファレンス光の波長バンドごとのスペクトルを交互に検出し、
アレイ検出素子が出力したサンプル光とレファレンス光のスペクトルの差に基づいて演算手段でガス濃度の演算を行うことを特徴とするガス分析方法。 - 光の吸収を利用してガス濃度、成分の吸光分析を行うガス分析方法において、
光源から出射された光を少なくとも2つに分岐し、
一方の光を吸光分析の対象となるガスが収容されたサンプルセルに導入し、光吸収させると共にサンプルセルを通過させてサンプル光とし、他方の光は光吸収させず、出射された状態のままのレファレンス光とし、
サンプル光とレファレンス光を回折格子でそれぞれ分光し、
分光されたサンプル光をサンプル光用プログラマブル回折格子で所定の波長バンドごとに偏向、反射させると共に、サンプル光の波長バンドごとのスペクトルに、予め作製しておいた濃度算出用スペクトルと同じ重み付けを行うべく、サンプル光用プログラマブル回折格子でのサンプル光の偏向量を調節し、サンプル光用プログラマブル回折格子で偏向、反射されたサンプル光をサンプル光用アパチャで所定の波長ごとに通過/遮断すると共に、
分光されたレファレンス光をレファレンス光用プログラマブル回折格子で所定のバンドごとに偏向、反射させ、これをレファレンス光用アパチャで所定の波長ごとに通過/遮断し、
各アパチャを通過したサンプル光とレファレンス光をそれぞれ集光し、
集光したサンプル光とレファレンス光をそれぞれ屈折させて検出素子に到達させると共に、
検出素子でサンプル光とレファレンス光を交互に検出し、
検出素子で検出したサンプル光とレファレンス光の総和の差からガス濃度を求めることを特徴とするガス分析方法。 - サンプル光とレファレンス光の波長バンドごとのスペクトルが交互にアレイ検出素子で検出されるように、各プログラマブル回折格子で各光を偏向、反射させる際、各プログラマブル回折格子の偏向制御を同期させて行う請求項6記載のガス分析方法。
- 集光されたサンプル光とレファレンス光の光量の総和が交互に検出素子で検出されるように、各プログラマブル回折格子で各光を偏向、反射させる際、各プログラマブル回折格子の偏向制御を同期させて行う請求項7記載のガス分析方法。
- 上記レファレンス光用アパチャを通過するレファレンス光の波長バンドごとの強度が、サンプルセルに吸光分析の対象となるガスが充填されていないときのサンプル光の波長バンドごとの強度と等しくなるように、上記光源の光強度の変動に応じてレファレンス光用プログラマブル回折格子でのレファレンス光の偏向量を調節する請求項6〜9いずれかに記載のガス分析方法。
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