JP7320249B2 - ガス分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス分析装置に関する。

特許文献１、２は、ガス分析装置を開示する。これらのガス分析装置は、大気等に含まれる微量ガスを繰り返し高精度で定量分析する。

特開２００４－２３４０１０号公報 特開２０１０－２８６４７６号公報

例えば、特許文献１、２に開示されているガス分析装置では、高いイオン化効率が得られるように、イオン化エネルギをある値（７０ｅＶ）に固定してイオン化を行っていた。しかしながら、イオン化効率が高くなるほど、分子が解離する度合いも大きくなる。従って、親分子の検出が困難であった。また、特許文献１、２のガス分析装置は、ガスクロマトグラフィー（Gas Chromatography, GC）を採用する分析装置と異なり、ガス成分を単離するためのカラムを接続していない。従って、特許文献１、２のガス分析装置は、特定のガス成分を単離できず、混合ガスの状態で導入される。その結果、特許文献１、２のガス分析装置は、成分の同定はほぼ困難であった。そのため、従来の信号データ解析では、各質量信号の大小のみで差別化しており、混合成分の差別化（半同定）は困難であった。

つまり、特許文献１、２に開示されたガス分析装置は、測定対象ガスに含まれるイオンの質量数ごとの強度を出力する。その結果、特許文献１、２のガス分析装置は、イオン化された後の測定対象ガスに含まれる成分を知ることができる。いくつかの質量数ごとの強度を含む情報は、以下の説明において単に「スペクトル」と呼ぶ。

しかし、測定対象ガスが混合ガスである場合には、異なる成分を含む混合ガス同士でもスペクトルの傾向が共通する場合があり得る。そのため、ある測定対象ガスのスペクトルが別の測定対象ガスのスペクトルと同じ傾向を示したとき、イオン化前の測定対象ガスの成分は、互いに同じである場合もあり得るし、互いに異なる場合もあり得る。

本発明は、測定対象ガスの成分が同じであるか否かを判定可能なガス分析装置を提供する。

本発明の一形態であるガス分析装置は、イオン化エネルギを測定対象ガスに与えることにより、測定対象ガスから複数のイオンを発生させるイオン発生部及び複数のイオンに電磁気力を作用させることにより、複数のイオンを質量数ごとに検出するイオン検出部を有する質量分析部と、イオン発生部を制御すると共にイオン検出部の出力を利用して測定対象ガスに関する評価情報を得る制御部と、を備え、制御部は、第１イオン化エネルギに応じて生じた複数のイオンの質量数ごとの強度を含む第１強度情報を得る第１処理と、第１イオン化エネルギとは異なる第２イオン化エネルギに応じて生じた複数のイオンの質量数ごとの強度を含む第２強度情報を得る第２処理と、第１強度情報と第２強度情報とを比較することにより、評価情報を得る第３処理と、を行う。

ガス分析装置は、イオン発生部が第１イオン化エネルギによって測定対象ガスから複数のイオンを生じさせる。そして、ガス分析装置は、イオン検出部が当該複数のイオンの質量数ごとに強度を取得することによって、第１強度情報を得る。さらに、ガス分析装置は、イオン発生部が第２イオン化エネルギによって測定対象ガスから複数のイオンを生じさせる。この第２イオン化エネルギは、第１イオン化エネルギとは異なっている。そうすると、第１イオン化エネルギによって生じた複数のイオンの態様と、第２イオン化エネルギによって生じた複数のイオンの態様とは、互いに異なる傾向を示す。さらに、この傾向は、測定対象ガスの成分に応じて、異なる態様を取り得る。すなわち、ある測定対象ガスと別の測定対象ガスにおいて、第１及び第２イオン化エネルギに対応する強度情報には有意な差異が現れない場合であっても、第１イオン化エネルギに対応する強度情報に対する第２イオン化エネルギに対応する強度情報の変化率や差分には、差異が現れることがある。逆に言えば、ある測定対象ガスと別の測定対象ガスにおいて、第１イオン化エネルギに対応する強度情報に対する第２イオン化エネルギに対応する強度情報の変化率や差分に有意な差異が現れない場合には、ある測定対象ガスと別の測定対象ガスとの成分は同じである可能性が高い。従って、ガス分析装置は、測定対象ガスの成分が同じであるか否かを判定することができる。

一形態のガス分析装置の制御部は、第１測定対象ガスに対して、第１処理、第２処理及び第３処理を行うことにより、第１評価情報を得る第１動作と、第２測定対象ガスに対して、第１処理、第２処理及び第３処理を行うことにより、第２評価情報を得る第２動作と、第１評価情報及び第２評価情報に基づいて、第１測定対象ガスの成分が第２測定対象ガスの成分と同じであるか否かを判定する第３動作と、を行ってもよい。この動作によれば、第１測定対象ガスの成分と第２測定対象ガスの成分とが同じであるか否かを好適に判定することができる。

一形態のガス分析装置は、測定対象ガスを収容したガスリザーバが接続されるガス導入部と、第１バルブを介してガス導入部に接続されて、ガス導入部から測定対象ガスを受け入れる第１ガス収容部と、第２バルブを介して第１ガス収容部に接続されて、第１ガス収容部から測定対象ガスを受け入れる第２ガス収容部と、質量分析部を収容する真空空間を形成する真空容器部と、第２ガス収容部及び真空容器部に接続されて、第２ガス収容部及び真空容器部の内部圧力を制御する圧力制御部と、をさらに備えてもよい。これらの構成によれば、第１測定対象ガスの成分と第２測定対象ガスの成分とが同じであるか否かの判定を迅速且つ高精度に行うことができる。

一形態のガス分析装置は、第１ガス収容部の温度を制御する第１温度制御部と、第２ガス収容部の温度を制御する第２温度制御部と、真空容器部の温度を制御する第３温度制御部と、をさらに備えてもよい。これらの構成によれば、第１測定対象ガスの成分と第２測定対象ガスの成分とが同じであるか否かの判定をさらに迅速且つ高精度に行うことができる。

本発明のガス分析装置によれば、測定対象ガスの成分が同じであるか否かを判定できる。

図１は、実施形態のガス分析装置の構成を示す図である。 図２は、コントローラの構成を示す図である。 図３は、ガス分析装置の動作フローを示すフロー図である。 図４の（ａ）部、図４の（ｂ）部、図４の（ｃ）部及び図４の（ｄ）部は、測定対象ガスを導入する手順を示す図である。 図５の（ａ）部、図５の（ｂ）部、図５の（ｄ）部及び図５の（ｅ）部は、強度情報の例示である。図５の（ｃ）部及び図５の（ｆ）部は、評価情報の例示である。 図６の（ａ）部は、同じ成分であると判定できる結果の例示である。図６の（ｂ）部及び図６の（ｃ）部は、同じ成分ではないと判定できる結果の例示である。 図７は、変形例に係るガス分析装置の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

＜ガス分析装置＞
図１に示すように、ガス分析装置１は、ガスリザーバ２に収容した測定対象ガスを質量分析計３を用いて分析する。質量分析計３の出力結果は、コントローラ４に提供される。コントローラ４が行うデータ処理の態様は、特に限定されない。例えば、コントローラ４は、測定対象ガスの成分を同定してもよい。また、コントローラ４は、いくつかの測定対象ガスが同じ成分を有するものであるか否かを判定してもよい。

ガス分析装置１は、ガス流路６と、真空排気装置７（圧力制御部）と、質量分析計３と、コントローラ４と、を有する。ガス流路６は、ガスリザーバ２と質量分析計３とに接続され、ガスリザーバ２から質量分析計３へ測定対象ガスを導く。真空排気装置７は、ガス流路６と質量分析計３とに接続され、これらの内部圧力（真空度）を制御する。真空排気装置７は、例えば、ターボ分子ポンプである。質量分析計３は、測定対象ガスの質量分析を行う。コントローラ４は、質量分析計３の出力結果を利用して、所望のデータ処理を行う。なお、ガスリザーバ２は、ガス分析装置１の構成要素に含めてもよいし、ガス分析装置１の構成要素に含めなくともよい。ガスリザーバ２の内部圧力は、例えば大気圧である。

ガス流路６は、ガス導入部８と、バルブＶ１、Ｖ２（第１バルブ）、Ｖ３（第２バルブ）、Ｖ４、Ｖ５と、プレタンク９（第１ガス収容部）と、バッファタンク１１（第２ガス収容部）と、を有する。ガス導入部８は、天然ゴム製又はシリコーン製のカバー部材である。ガス導入部８は、いわゆるセプタムである。バルブＶ１は、例えば、校正バルブである。バルブＶ３、Ｖ４は、例えばバリアブルリークバルブである。バッファタンク１１の容積は、プレタンク９の容積の２０００倍以上である。そして、これらの要素は、配管Ｌ１～Ｌ１１によって接続されている。なお、これらの要素の接続では、要素同士を互いに直結させてもよい。また、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５は、手動でその開閉が操作されてもよいし、コントローラ４によって自動でその開閉が操作されてもよい。

具体的には、ガス導入部８は、配管Ｌ１を介してバルブＶ１と接続されている。バルブＶ１は、配管Ｌ２を介してプレタンク９と接続されている。プレタンク９は、配管Ｌ３を介してバルブＶ２と接続されている。バルブＶ２は、配管Ｌ４を介してバッファタンク１１と接続されている。バッファタンク１１は、配管Ｌ５を介してバルブＶ３と接続されている。また、バッファタンク１１は、配管Ｌ７を介してバルブＶ４と接続されている。さらに、バッファタンク１１は、配管Ｌ９を介してバルブＶ５と接続されている。バルブＶ３は、配管Ｌ６を介して質量分析計３に接続されている。バルブＶ４は、配管Ｌ８を介して真空排気装置７に接続されている。バルブＶ５は、配管Ｌ１０、Ｌ８を介して真空排気装置７に接続されている。質量分析計３は、配管Ｌ１１を介して真空排気装置７に接続されている。

質量分析計３は、いわゆる四重極型の質量分析計である。質量分析計３は、真空容器１２（真空容器部）と、質量分析部１３と、を有する。質量分析部１３は、イオン発生部１４と、イオン検出部１６と、を有する。

真空容器１２は、イオン発生部１４及びイオン検出部１６を収容する真空領域を形成する。真空容器１２には、真空排気装置７が接続されている。真空容器１２の内部圧力は、例えば、１０^―５Ｐａ以下である。イオン発生部１４は、測定対象ガスに対してイオン化エネルギを与えることにより、測定対象ガスをイオン化する。換言すると、イオン発生部１４は、いわゆるイオン源である。従って、イオン発生部１４は、測定対象ガスから複数のイオンを生成する。イオン発生部１４は、測定対象ガスに対して所望のイオン化エネルギを付与する方式として、所望の方式を採用してよい。例えば、イオン発生部１４は、熱電子を用いてイオン化エネルギを付与する方式を採用してよい。この場合において、イオン発生部１４は、ヒータとフィラメントと加速電極とを有する。ヒータに所定の電流を提供することにより、ヒータが加熱される。そして、ヒータによってフィラメントも加熱される。例えば、タングステン製のフィラメントを１０００℃以上に加熱するものとしてよい。フィラメントの近傍には、加速電極が配置されている。加速電極に電圧を印加すると、熱電子が電圧差に応じて加速する。つまり、熱電子にエネルギが与えられる。加速電極に与える電圧を制御することによって、熱電子のエネルギ（イオン化エネルギ）を制御することができる。なお、イオン化エネルギを制御する構成は、上記の構成に限定されない。

イオン発生部１４は、例えば第１イオン化エネルギとして４０ｅＶを設定する。また、イオン発生部１４は、第１イオン化エネルギとは異なる第２イオン化エネルギとして７０ｅＶを設定する。第１及び第２イオン化エネルギの数値は、例示であって、上記の数値に限定されない。

イオン検出部１６は、４本の電極を有する。これらの電極には、直流電圧と高周波電圧とが印加される。これらの電圧を制御することによって、複数のイオンのうち特定の質量数を有するイオンのみを選別する電磁気力が発生する。その結果、所望の質量数を有するイオンを選別して、イオン検出器に導くことができる。その結果、イオン検出部１６は、質量数ごとに検出されたイオンの量を、強度として得ることができる。

図２に示すように、コントローラ４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＲＯＭ（Read Only Memory)、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアとにより構成されたコンピュータである。ＲＯＭに記録されたプログラムがＣＰＵによって実行されることによって、以下に示す機能的要素が実現される。

コントローラ４は、機能的構成要素として、記憶部４ａと、エネルギ制御部４ｂと、強度情報取得部４ｃと、評価情報取得部４ｄと、判定部４ｅと、を有する。

記憶部４ａは、後述するガス分析方法を実行するためのプログラム及びイオン検出部１６から提供された強度情報などを記憶している。

この強度情報は、より詳細には、質量数と信号強度との組み合わせである。そして、強度情報は、この組み合わせを複数含む。つまり、強度情報は、質量数ごとの強度を示すものであるから、強度スペクトルと呼ばれることもある。さらに、ガス分析装置１は、後述するように、１つの測定対象ガスを２以上のイオン化エネルギによってイオン化し、それぞれに対して情報を得る。つまり、強度情報は、ある測定対象ガスを第１イオン化エネルギによってイオン化した場合の強度スペクトルと、ある測定対象ガスを第２イオン化エネルギによってイオン化した場合の強度スペクトルと、を含む。従って、１つの測定対象ガスについて、少なくとも２以上の強度スペクトルが取得される。

エネルギ制御部４ｂは、イオン発生部１４におけるイオン化エネルギを制御する。エネルギ制御部４ｂは、例えば、イオン発生部１４の加速電極に提供する電圧を制御するものとしてよい。

強度情報取得部４ｃは、イオン検出部１６および記憶部４ａに接続されている。強度情報取得部４ｃは、イオン検出部１６から強度情報を受け取る。そして、強度情報取得部４ｃは、受け取った強度情報を記憶部４ａに提供する。

評価情報取得部４ｄは、記憶部４ａに接続されている。評価情報取得部４ｄは、記憶部４ａから強度情報を受け取る。評価情報取得部４ｄは、強度情報を用いて評価情報を算出する。そして、評価情報取得部４ｄは、評価情報を記憶部４ａに出力する。ここでいう評価情報とは、ある測定対象ガスを第１イオン化エネルギによってイオン化した場合の強度スペクトルと、ある測定対象ガスを第２イオン化エネルギによってイオン化した場合の強度スペクトルと、の差分である。評価情報取得部４ｄが行う処理の詳細については、後述するガス分析方法において詳細に説明する。

判定部４ｅは、記憶部４ａに接続されている。判定部４ｅは、記憶部４ａから評価情報を受け取る。判定部４ｅは、評価情報を用いて判定処理を行う。そして、評価情報取得部４ｄは、判定結果を出力する。以下の説明において、判定部４ｅは、ある測定対象ガスの成分が別の測定対象ガスの成分と同じであるか否かを判定する。ここでいう「成分が同じ」とは、測定対象ガスを構成する成分の種類が共通することをいう。従って、「成分が同じ」には、成分の比率が共通することまでは含まない。判定部４ｅが行う処理の詳細については、後述するガス分析方法において詳細に説明する。

上記の構成において、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５と、プレタンク９と、バッファタンク１１と、真空容器１２と、コントローラ４と、には、これらの温度を制御する保温部材２０（第１温度制御部、第２温度制御部、第３温度制御部）が設けられてもよい。また、これらを接続する各配管Ｌ１～Ｌ１１にも保温部材２０が設けられてもよい。例えば、保温部材２０は、これらの要素の温度を８０℃以上２００℃以下の範囲に制御する。

＜ガス分析方法＞
以下、ガス分析装置１の動作を説明する。図３に示すガス分析装置１の動作は、すなわち、ガス分析方法である。以下の説明では、測定対象ガスとして、２種類のガスＧＡ、ＧＢを例示する。これらのガスＧＡ、ＧＢは、２種類以上の成分を含むものであってよい。つまり、ガス分析装置１は、ガスクロマトグラフィーのように、分析対象となる成分を単離する必要がなく、複数の成分が混合されたままのガスを測定対象として受け入れることができる。

ガス分析装置１を測定開始可能な状態とする。まず、バルブＶ１、Ｖ２を閉じる。バルブＶ３、Ｖ４、Ｖ５は開く。そして、真空排気装置７を駆動して、真空容器１２及びバッファタンク１１の内部圧力を所定の圧力に設定する。所定の圧力とは、例えば、１０^―５Ｐａ以下である。所定の圧力に達したのちに、バルブＶ５を閉じる。このときバルブＶ３は、開いている。つまり、バッファタンク１１から配管Ｌ５、Ｌ６及びバルブＶ３を介して真空容器１２へ至る流路が確保されている。バッファタンク１１とバルブＶ３とを接続する配管Ｌ５は、大きなコンダクタンスを有してもよい。バルブＶ３と真空容器１２とを接続する配管Ｌ６には、オリフィスが配置されてもよい。

＜ガスＧＡを供給する＞
次に、ガスＧＡを供給する。図４の（ａ）部に示す状態から、ガス導入部８にシリンジ針２１の一端を差し込む。次に、シリンジ針２１の他端にガスリザーバ２を差し込む。そして、ガスリザーバ２からガスＧＡを排出する。このとき、バルブＶ１は閉じているので、ガスＧＡは、シリンジ針２１、ガス導入部８を介して配管Ｌ１まで移動する（図４の（ｂ）部参照）。次に、バルブＶ１を開く。このとき、バルブＶ２は閉じているから、ガスＧＡは、配管Ｌ２を介してプレタンク９まで移動する（図４の（ｃ）部参照）。次に、バルブＶ１を閉じる。バルブＶ２は、閉じているから、プレタンク９には、ガスＧＡが密閉される（図４の（ｄ）部参照）。つまり、プレタンク９の容積に対応するだけのガスＧＡが採取される。

コントローラ４は、第１動作（Ｓ１０）として、ガスＧＡを対象とした動作を行う。この動作の結果、後述する評価情報ＤＡ（第１評価情報）が得られる。第１動作は、ガスＧＡを対象とした第１処理（Ｓ１１）、第２処理（Ｓ１２）及び第３処理（Ｓ１３）を含む。

＜ガスＧＡに対する第１処理＞
ガスＧＡに対する第１処理（Ｓ１１）を行う。第１処理は、第１イオン化エネルギに応じて生じた複数のイオンごとの強度情報Ａ１（第１強度情報）を得る。

まず、ガスＧＡから複数のイオンを発生させる。イオン発生部１４のフィラメントから熱電子を発生させる。熱電子の有するエネルギは、例えば、熱電子を加速するための加速電極に与える電圧により制御してよい。熱電子の有するエネルギは、イオン化エネルギである。第１イオン化エネルギは、例えば４０ｅＶである。

次に、バルブＶ２を開く。バルブＶ２を開くと、プレタンク９の内部に充填されていたガスＧＡは、配管Ｌ４を介してバッファタンク１１まで移動する。さらに、ガスＧＡは、配管Ｌ５、バルブＶ３、配管Ｌ６を介して真空容器１２に移動する。真空容器１２に移動したガスＧＡは、イオン発生部１４においてイオン化される。第１イオン化エネルギを有する熱電子がガスＧＡに照射されると、当該エネルギに応じてガスＧＡを構成する成分がイオン化する。このとき、ガスＧＡを構成する一の成分から二以上のイオンが生成される。本開示では、説明を簡素化する観点から、ガスＧＡから質量数（ｎ）であるイオン及び質量数（ｍ）であるイオンの２種類が生成されたとして説明する。

次に、強度情報取得部４ｃは、ガスＧＡに関する強度情報Ａ１を得る。そして、強度情報取得部４ｃは、強度情報Ａ１を記憶部４ａに出力する。図５の（ａ）部に示すように、強度情報Ａ１は、質量数（ｎ）であるイオンを示す強度Ａ（ｎ１）と、質量数（ｍ）であるイオンを示す強度Ａ（ｍ１）と、を含む。いま、質量数（ｎ）は、質量数（ｍ）とは異なる。例えば、質量数（ｎ）は、質量数（ｍ）よりも小さい。また、強度Ａ（ｎ１）は、強度Ａ（ｍ１）とは異なる。例えば、強度Ａ（ｎ１）は、強度Ａ（ｍ１）より大きい。

＜ガスＧＡに対する第２処理＞
次に、ガスＧＡに対する第２処理（Ｓ１２）を行う。第２処理は、第１イオン化エネルギとは異なる第２イオン化エネルギに応じて生じた複数のイオンごとの強度情報Ａ２（第２強度情報）を得る。

再び、ガスＧＡを供給する。ガスＧＡの供給の手順は、上述の手順と同じである。その後、ガス導入部８からシリンジ針２１を抜く。つまり、ガスリザーバ２を取り外す。

次に、ガスＧＡから複数のイオンを発生させる。第２処理では、第１処理とは異なり、イオン化エネルギを７０ｅＶに設定する。第２イオン化エネルギは、第１イオン化エネルギと異なる。具体的には、第２イオン化エネルギは、第１イオン化エネルギより大きくてもよいし、小さくてもよい。本開示では、第２イオン化エネルギは、第１イオン化エネルギよりも大きい場合を例示する。例えば、第２イオン化エネルギは、例えば７０ｅＶである。

次に、強度情報取得部４ｃは、ガスＧＡの強度情報Ａ２を得る。そして、強度情報取得部４ｃは、強度情報Ａ２を記憶部４ａに出力する。図５の（ｂ）部に示すように、強度情報Ａ２は、質量数（ｎ）であるイオンを示す強度Ａ（ｎ２）と、質量数（ｍ）であるイオンを示す強度Ａ（ｍ２）と、とを含む。

＜ガスＧＡに対する評価情報を得る処理＞
次に評価情報取得部４ｄは、第３処理（Ｓ１３）を行う。第３処理は、強度情報Ａ１、Ａ２を比較することにより、評価情報ＤＡを得る。

評価情報取得部４ｄは、質量数（ｎ）の強度Ａ（ｎ１）、Ａ（ｎ２）を比較する。この比較は、例えば、除算であってもよいし、減算であってもよい。つまり、比較の結果として得られる評価値ｄＡ（ｎ）は、変化率（Ａ（ｎ２）／Ａ（ｎ１））であってもよく、差分（Ａ（ｎ２）―Ａ（ｎ１））であってもよい。同様に、質量数（ｍ）の強度Ａ（ｍ１）、Ａ（ｍ２）を比較する。その結果、評価値ｄＡ（ｍ）を得る。従って、評価情報取得部４ｄは、評価値ｄＡ（ｎ）、ｄＡ（ｍ）を含む評価情報ＤＡ（図５の（ｃ）部参照）を記憶部４ａに出力する。

＜ガスＧＢを供給する＞
次に、コントローラ４は、第２動作（Ｓ２０）として、ガスＧＢを対象とした動作を行う。この動作の結果、後述する評価情報ＤＢが（第２評価情報）得られる。第２動作は、ガスＧＢを対象とした第１処理（Ｓ２１）、第２処理（Ｓ２２）及び第３処理（Ｓ２３）を含む。まず、ガスＧＢを供給する。この処理は、ガスＧＡを供給する処理と同じ手順により行われる。

＜ガスＧＢに対する第１処理＞
ガスＧＢに対する第１処理（Ｓ２１）を行う。第１処理の具体的な内容は、ガスＧＡに対する第１処理（Ｓ１１）と同じである。この処理の結果、図５の（ｄ）部に示す強度情報Ｂ１を得る。

＜ガスＧＢに対する第２処理＞
ガスＧＢに対する第２処理（Ｓ２２）を行う。第２処理の具体的な内容は、ガスＧＡに対する第２処理（Ｓ１２）と同じである。この処理の結果、図５の（ｅ）部に示す強度情報Ｂ２を得る。

＜ガスＧＢに対する評価情報を得る処理＞
ガスＧＢに対する第３処理（Ｓ２３）を行う。第３処理の具体的な内容は、ガスＧＡに対する第３処理（Ｓ１３）と同じである。評価情報取得部４ｄは、評価値ｄＢ（ｎ）、ｄＢ（ｍ）を含む評価情報ＤＢ（図５の（ｆ）部参照）を記憶部４ａに出力する。

＜判定処理＞
コントローラ４は、第３動作（Ｓ３０）として、ガスＧＡ、ＧＢが同じ成分であるか否かの判定を行う。

判定部４ｅは、評価情報ＤＡ、ＤＢが同等であるか否かを判定する（Ｓ３１）。判定部４ｅは、記憶部４ａから評価情報ＤＡ、ＤＢを読み出す。判定部４ｅは、質量数（ｎ）に関する評価値ｄＡ（ｎ）、ｄＢ（ｎ）を比較する。この比較は、除算であってもよいし、減算であってもよい。比較の結果得られた比較値Ｃ（ｎ）が、閾値Ｓよりも小さい場合、評価値ｄＡ（ｎ）、ｄＢ（ｎ）は互いに等価であると判定する。同様に、判定部４ｅは、質量数（ｍ）に関する評価値ｄＡ（ｍ）、ｄＢ（ｍ）を比較する。比較の結果得られた比較値Ｃ（ｍ）が、閾値Ｓよりも小さい場合、評価値ｄＡ（ｍ）、ｄＢ（ｍ）は互いに等価であると判定する。そして、判定部４ｅは、質量数（ｎ）について評価値ｄＡ（ｎ）、ｄＢ（ｎ）が等価であり、かつ、質量数（ｍ）について評価値ｄＡ（ｍ）、ｄＢ（ｍ）が等価である場合（図６の（ａ）部参照）に、ガスＧＡ、ＧＢが同じ成分であると判定する（Ｓ３２）。

一方、判定部４ｅは、質量数（ｎ）に関する評価値ｄＡ（ｎ）、ｄＢ（ｎ）及び質量数（ｍ）に関する評価値ｄＡ（ｍ）、ｄＢ（ｍ）の一方が等価でない、例えば、比較値Ｃ（ｎ）が閾値Ｓよりも大きい場合（図６の（ｂ）部参照）には、ガスＧＡ、ＧＢが同じ成分ではないと判定する（Ｓ３３）。

同様に、判定部４ｅは、質量数（ｎ）に関する評価値ｄＡ（ｎ）、ｄＢ（ｎ）及び質量数（ｍ）に関する評価値ｄＡ（ｍ）、ｄＢ（ｍ）の両方が等価でない、例えば、比較値Ｃ（ｎ）が閾値Ｓよりも大きく、且つ、比較値Ｃ（ｍ）も閾値Ｓよりも大きい場合（図６の（ｃ）部参照）にも、ガスＧＡ、ＧＢが同じ成分ではないと判定する（Ｓ３３）。

＜作用効果＞
ガス分析装置１は、イオン化エネルギを測定対象ガスに与えることにより、測定対象ガスから複数のイオンを発生させるイオン発生部１４及び複数のイオンに電磁気力を作用させることにより、複数のイオンを質量数ごとに検出するイオン検出部１６を有する質量分析部１３と、イオン発生部１４を制御する動作を行うと共にイオン検出部１６の出力を利用して評価情報を得る動作を行うコントローラ４と、を備える。コントローラ４は、評価情報を得る動作として、第１イオン化エネルギに応じて生じた複数のイオンの質量数ごとの強度を含む第１強度情報を得る第１処理（Ｓ１１、Ｓ２１）と、第１イオン化エネルギとは異なる第２イオン化エネルギに応じて生じた複数のイオンの質量数ごとの強度を含む第２強度情報を得る第２処理（Ｓ１２、Ｓ２２）と、第１強度情報と第２強度情報とを比較することにより、評価情報を得る第３処理（Ｓ１３、Ｓ２３）と、を行う。

ガス分析装置１は、イオン発生部１４が第１イオン化エネルギによって測定対象ガスから複数のイオンを生じさせる。そして、ガス分析装置１は、イオン検出部１６が当該複数のイオンの質量数ごとに強度を取得することによって、第１強度情報を得る。さらに、ガス分析装置１は、イオン発生部１４が第２イオン化エネルギによって測定対象ガスから複数のイオンを生じさせる。この第２イオン化エネルギは、第１イオン化エネルギとは異なっている。そうすると、第１イオン化エネルギによって生じた複数のイオンの態様と、第２イオン化エネルギによって生じた複数のイオンの態様とは、互いに異なる傾向を示す。さらに、この傾向は、測定対象ガスの成分に応じて、異なる態様を取り得る。すなわち、ある測定対象ガスと別の測定対象ガスにおいて、第１及び第２イオン化エネルギに対応する強度情報には有意な差異が現れない場合であっても、第１イオン化エネルギに対応する強度情報と第２イオン化エネルギに対応する強度情報との変化率や差分には、差異が現れることがある。逆に言えば、ある測定対象ガスと別の測定対象ガスにおいて、第１イオン化エネルギに対応する強度情報と第２イオン化エネルギに対応する強度情報との変化率や差分に有意な差異が現れない場合には、ある測定対象ガスと別の測定対象ガスとの成分は同じである可能性が高い。従って、ガス分析装置１は、測定対象ガスの成分が同じであるか否かを判定することができる。

要するに、イオン化電子エネルギを変更することにより、互いに異なる複数のエネルギでイオン化した場合、イオン化電子エネルギ毎に分子が解離する度合いが異なる。その結果、複数の質量信号間での比率をイオン化電子エネルギ毎に比較することが可能になる。従って、検出された成分をより広範に差別化（半同定）することが可能となる。

さらに、ガス分析装置１は、いわゆるガスクロマトグラフィーの手法を採用する装置と比べると、測定対象ガスを単離する作業を要しない。従って、測定対象ガスの迅速な分析を行うことができる。

ガス分析装置１のコントローラ４は、第１測定対象ガスに関する第１評価情報を得る第１動作（Ｓ１０）と、第２測定対象ガスに関する第２評価情報を得る第２動作（Ｓ２０）と、第１評価情報及び第２評価情報に基づいて、第１測定対象ガスの成分が第２測定対象ガスの成分と同じであるか否かを判定する第３動作（Ｓ３０）と、を行う。この動作によれば、第１測定対象ガスの成分と第２測定対象ガスの成分とが同じであるか否かを好適に判定することができる。

ガス分析装置１は、測定対象ガスを収容したガスリザーバ２が接続されるガス導入部８と、ガス導入部８に接続されて、ガス導入部８から測定対象ガスを受け入れるプレタンク９と、プレタンク９に接続されて、プレタンク９から測定対象ガスを受け入れるバッファタンク１１と、バッファタンク１１に接続されて、バッファタンク１１の内部圧力を制御する真空排気装置７と、質量分析部１３を収容する真空空間を形成する真空容器１２と、をさらに備える。これらの構成によれば、第１測定対象ガスの成分と第２測定対象ガスの成分とが同じであるか否かの判定を迅速且つ高精度に行うことができる。

以上、本開示のガス分析装置１について説明した。しかし、本開示のガス分析装置１は、上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施してよい。

例えば、上記のガス分析方法は、上記のガス分析装置とは異なる構成を有するガス分析装置に適用することもできる。例えば、ガス流路６を備えない一般的なガス分析装置に適用してもよい。

例えば、ガス分析装置１は、強度情報及び評価情報を利用して測定対象ガスの組成を同定してもよい。この場合には、膨大なデータ量を取り扱うが、ビッグデータ解析などの利用によって格段に学習能力が向上し、より的確な同定を行うことが可能になる。

上記の説明において、判定動作（Ｓ３０）の閾値は、質量数ごとに共通の値を用いていた。例えば、閾値は、質量数ごとに互いに異なる値を設定してもよい。

また、図７に示すように、変形例に係るガス分析装置１Ａは、ガスリザーバ２を供給するリザーバ供給部４０と、ガス導入部８に接続するガスリザーバ２を交換するリザーバ交換部３０と、をさらに備えてもよい。

リザーバ供給部４０は、測定対象ガスが封入されたガスリザーバ２を複数保持している。これらのガスリザーバ２の測定対象ガスは、すべて測定される。リザーバ供給部４０は、リザーバ交換部３０に隣接して設けられており、リザーバ交換部３０に対して順次ガスリザーバ２を提供する。

リザーバ交換部３０は、ガス導入部８にガスリザーバ２を接続すると共に、測定後にガス導入部８からガスリザーバ２を取り外す。リザーバ交換部３０は、ベース３１と、回転テーブル３２と、リザーバチャック３３と、を有する。回転テーブル３２は、ベース３１に対して回転可能に設けられている。回転テーブル３２の周面には、リザーバチャック３３が設けられている。例えば、リザーバチャック３３は、等間隔に６個設けられている。

まず、リザーバ交換部３０は、リザーバ供給部４０からガスリザーバ２を受け取る。次に、リザーバ交換部３０は、シリンジ針２１をガスリザーバ２に取り付ける。次に、リザーバ交換部３０は、シリンジ針２１をガス導入部８に差し込む。この動作によって、ガスリザーバ２がガス導入部８に取り付けられる。次に、リザーバ交換部３０は、シリンジ針２１をガス導入部８から抜き取る。そして、リザーバ交換部３０は、測定後のガスリザーバ２Ｇを廃棄する。

変形例のガス分析装置１Ａによれば、複数の計測対象ガスを迅速に測定することができる。つまり、ガス分析装置１Ａは、短時間で大量の測定データを収集することができる。

１…ガス分析装置、２…ガスリザーバ、４…コントローラ（制御部）、８…ガス導入部、１３…質量分析部、１４…イオン発生部、１６…イオン検出部。

Claims (3)

1. イオン化エネルギを測定対象ガスに与えることにより、前記測定対象ガスから複数のイオンを発生させるイオン発生部及び前記複数のイオンに電磁気力を作用させることにより、前記複数のイオンを質量数ごとに検出するイオン検出部を有する質量分析部と、
   前記イオン発生部を制御すると共に前記イオン検出部の出力を利用して前記測定対象ガスに関する評価情報を得る制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   第１イオン化エネルギに応じて生じた前記複数のイオンの質量数ごとの強度を含む第１強度情報を得る第１処理と、
   前記第１イオン化エネルギとは異なる第２イオン化エネルギに応じて生じた前記複数のイオンの質量数ごとの強度を含む第２強度情報を得る第２処理と、
   前記第１強度情報と前記第２強度情報とを比較することにより、前記評価情報を得る第３処理と、を行い、
   前記制御部は、
   第１の前記測定対象ガスに対して、前記第１処理、前記第２処理及び前記第３処理を行うことにより、第１の前記測定対象ガスを構成する前記イオンの強度を前記質量数ごとに比較した結果である複数の第１評価値を得る第１動作と、
   第２の前記測定対象ガスに対して、前記第１処理、前記第２処理及び前記第３処理を行うことにより、第２の前記測定対象ガスを構成する前記イオンの強度を前記質量数ごとに比較した結果である複数の第２評価値を得る第２動作と、
   複数の前記第１評価値及び複数の前記第２評価値に基づいて、第１の前記測定対象ガスの成分が第２の前記測定対象ガスの成分と同じであるか否かを判定する第３動作と、を行い、
   前記第３動作では、複数の前記第１評価値と複数の前記第２評価値とを前記質量数ごとに比較し、すくなくとも２つの前記質量数において前記第１評価値及び前記第２評価値が等価であるときに第１の前記測定対象ガスの成分が第２の前記測定対象ガスの成分と同じであるとを判定する、ガス分析装置。
2. 前記測定対象ガスを収容したガスリザーバが接続されるガス導入部と、
   第１バルブを介して前記ガス導入部に接続されて、前記ガス導入部から前記測定対象ガスを受け入れる第１ガス収容部と、
   第２バルブを介して前記第１ガス収容部に接続されて、前記第１ガス収容部から前記測定対象ガスを受け入れる第２ガス収容部と、
   前記質量分析部を収容する真空空間を形成する真空容器部と、
   前記第２ガス収容部及び前記真空容器部に接続されて、前記第２ガス収容部及び前記真空容器部の内部圧力を制御する圧力制御部と、をさらに備える、請求項１に記載のガス分析装置。
3. 前記第１ガス収容部の温度を制御する第１温度制御部と、
   前記第２ガス収容部の温度を制御する第２温度制御部と、
   前記真空容器部の温度を制御する第３温度制御部と、をさらに備える、請求項２に記載のガス分析装置。

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