JP7440866B2 - レーザ式ガス分析装置 - Google Patents
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Description
ここで、積分面積の校正とは、ガス分析装置の測定で得られた吸収線の積分面積を、ガス濃度の計算が可能となる値に変換する作業をいう。レーザ周波数の目盛りの校正(周波数校正)とは、制御パラメータηとレーザ周波数νとの関係式(校正曲線)を決定する作業をいう。
<手順>
ガスの定量分析は、1本の吸収線の解析で行うことが可能である。分子の1本の吸収線の裾から裾までの範囲は、通常波数で1 cm-1~2 cm-1程度であり、この範囲であればレーザ発振素子に印加される駆動電流iとレーザ周波数νとの関係は線型とみて、下記式(1)で近似できる。
(a、bは定数:後に説明)
CRDS(Cavity Ring-Down Spectroscopy)やDLAS(Direct Laser Absorption Spectroscopy)等の、特定分析対象ガスの吸収係数を直接測定可能なレーザ吸収分光法において、駆動電流を掃引してレーザ周波数を変化しながら、1本の吸収線の裾から裾までの範囲で吸収強度を測定し、横軸を駆動電流i、縦軸を吸収係数αとしてプロットすると、図1(a)のような電流軸上のスペクトルが得られる。当該実測の吸収線の形状を表す適切な関数(ローレンツ関数、フォークト関数等)を用いて、このスペクトルの解析を行い、実測吸収線の中心に対応する電流i0、半値全幅Γi、積分面積Aiを決定する。
また、図1(a)の横軸すなわち駆動電流iの値を同図(b)の横軸(周波数ν)の値に下記式(3)を用いて変換する。これによって図1(b)のように周波数軸上のスペクトルが得られることになる。
(ここで、上記式(1)において、a=Γν/ Γi、b=ν0-i0×Γν/ Γiとなる。)
次いで、上記式(2)で求めた積分面積Aνの値から分析対象ガスを定量する。例えば、ガスの量をモル分率xで表す場合は、下記式(4)で求めることができる。
(kはボルツマン定数、Sは吸収線のライン強度)
上記Sは温度Tの関数になっており、その数値はHITRAN等の分光データベースや文献から入手可能である。また、分析対象ガスの温度Tと圧力Pは実際に測定するか、あるいは、ある適切な値を仮定してもよい。
同様の実験を水分濃度100 ppb~1.5 ppmの範囲で行った。結果を図3に示す。本発明を使って得られた結果と標準ガスの値との差は2.6 %以下とよく一致していた。
<装置>
図4は上記手順を実行するためのレーザ式ガス分析装置を機能ブロック図で表したものである。
2・・レーザ制御器
10・・駆動回路
20・・測定セル
30・・吸収線解析手段
40・・積分面積校正手段
50・・周波数校正手段
60・・濃度演算手段
70・・表示手段
i・・駆動電流
i0・・吸収線の電流軸上の中心値
Γi、Γν・・半値全幅
Ai、Aν・・積分面積
ν・・周波数
ν0・・吸収線の中心周波数
η・・パラメータ
α・・吸収係数
Claims (5)
- 測定対象物質を含むサンプルガスに、レーザ発振素子に与える特定の制御パラメータηを変動させることによって得られる所定幅の周波数で掃引されたレーザ光を透過させ、前記測定対象物質の吸収線の測定から濃度を得るレーザ式ガス分析装置において、
前記所定幅の周波数掃引に用いられる前記レーザ発振素子の特定の制御パラメータηの軸上に形成される実測吸収線を得て、当該実測吸収線の積分面積Aηと半値全幅Γηを求める吸収線解析手段と、
前記サンプルガスの温度と圧力から得られる、測定対象物質の周波数軸上の既知吸収線の半値全幅Γνと前記特定の制御パラメータηの軸上の実測吸収線の半値全幅Γηから、前記実測吸収線の積分面積Aηを周波数軸上の吸収線の積分面積Aνに換算する積分面積校正手段と、
前記積分面積校正手段より得られた吸収線の積分面積A ν より、測定対象物質の濃度を演算する、濃度演算手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ式ガス分析装置。 - 前記特定の制御パラメータηの軸上の実測吸収線の中心値η0および半値全幅Γη、前記既知吸収線の周波数軸上での中心周波数ν0と半値全幅Γνとから前記実測吸収線の特定の制御パラメータηに対応する周波数νを得る周波数校正手段を備えた請求項1に記載のレーザ式ガス分析装置。
- 前記特定の制御パラメータηが前記レーザ発振素子に印加される掃引電流である請求項1または2に記載のレーザ式ガス分析装置。
- 前記特定の制御パラメータηが前記レーザ発振素子の温度である請求項1または2に記載のレーザ式ガス分析装置。
- 前記特定の制御パラメータηが前記レーザ発振素子に印加される掃引電圧である請求項1または2に記載のレーザ式ガス分析装置。
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007046983A (ja) | 2005-08-09 | 2007-02-22 | Tokyo Kogei Univ | ガス濃度測定システムおよびガス濃度の測定方法 |
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JP2007046983A (ja) | 2005-08-09 | 2007-02-22 | Tokyo Kogei Univ | ガス濃度測定システムおよびガス濃度の測定方法 |
JP2007163422A (ja) | 2005-12-16 | 2007-06-28 | Toyota Motor Corp | 排ガス分析方法および排ガス分析装置 |
JP2009216385A (ja) | 2006-05-19 | 2009-09-24 | Toyota Motor Corp | ガス分析装置及びガス分析装置におけるレーザの波長掃引制御方法 |
US20180275049A1 (en) | 2015-09-30 | 2018-09-27 | Consiglio Nazionale Delle Ricerche - Cnr | Method for measuring the concentration of trace gases by scar spectroscopy |
JP2018169203A (ja) | 2017-03-29 | 2018-11-01 | 株式会社島津製作所 | ガス吸収分光装置及びガス吸収分光法 |
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