JPH11258156A - ガスの分光分析装置および分光分析方法 - Google Patents
ガスの分光分析装置および分光分析方法Info
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- JPH11258156A JPH11258156A JP10060130A JP6013098A JPH11258156A JP H11258156 A JPH11258156 A JP H11258156A JP 10060130 A JP10060130 A JP 10060130A JP 6013098 A JP6013098 A JP 6013098A JP H11258156 A JPH11258156 A JP H11258156A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
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- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 周波数変調された半導体レーザ光を減圧状態
の被測定ガスに透過させて光吸収強度の２次微分スペク
トルを得ることによって、被測定ガス中の微量不純物を
分析する方法における、測定条件の最適化を容易にでき
るようにする。 【解決手段】 ガスの分光分析装置に、半導体レーザ１
１の特性に応じてレーザ光の変調振幅を制御するための
変調振幅演算手段１と、測定により得られた２次微分ス
ペクトルにおけるピークの左右の極小値の波長間隔およ
びピークの吸収強度を演算するスペクトル演算手段２
と、該スペクトル演算手段２で得られた吸収強度の値が
最大となるように測定用ガスセル１４内の圧力を制御す
るための圧力調整手段３を設ける。２次微分スペクトル
におけるピークの左右の極小値の波長幅が０．０１１６
ｎｍとなるようにレーザ光の変調振幅の最適値を設定す
る。変調振幅を最適値に設定して測定圧力を最適化す
る。
の被測定ガスに透過させて光吸収強度の２次微分スペク
トルを得ることによって、被測定ガス中の微量不純物を
分析する方法における、測定条件の最適化を容易にでき
るようにする。 【解決手段】 ガスの分光分析装置に、半導体レーザ１
１の特性に応じてレーザ光の変調振幅を制御するための
変調振幅演算手段１と、測定により得られた２次微分ス
ペクトルにおけるピークの左右の極小値の波長間隔およ
びピークの吸収強度を演算するスペクトル演算手段２
と、該スペクトル演算手段２で得られた吸収強度の値が
最大となるように測定用ガスセル１４内の圧力を制御す
るための圧力調整手段３を設ける。２次微分スペクトル
におけるピークの左右の極小値の波長幅が０．０１１６
ｎｍとなるようにレーザ光の変調振幅の最適値を設定す
る。変調振幅を最適値に設定して測定圧力を最適化す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光源に半導体レー
ザを用いた分光分析によりガス中の微量不純物を高感
度、高精度に分析する方法および装置に関するもので、
特に測定条件の最適化を容易に行えるようにしたもので
ある。
ザを用いた分光分析によりガス中の微量不純物を高感
度、高精度に分析する方法および装置に関するもので、
特に測定条件の最適化を容易に行えるようにしたもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】ガス中の微量不純物を分析する方法とし
て、光源に半導体レーザを用いて被測定ガスの吸光度を
測定する分光分析法が、測定精度および感度が良いこと
から広く用いられている。図１０は従来のガスの分光分
析装置の例を示した概略構成図である。この装置におい
て、光源である半導体レーザ１１から発振されたレーザ
光は、集光レンズ系１２でコリメートされた後、２つの
ビームスプリッタ１３，１３により３つのライン、すな
わち第１〜３のラインに分けられる。第１のラインのレ
ーザ光は、測定用ガスセル１４に投射され、この測定用
ガスセル１４を通過して出射された透過光の強度が第１
の光検出器１５で検出される。第２のラインのレーザ光
は、参照用ガスセル１６に投射され、この参照用ガスセ
ル１６を通過して出射された透過光の強度が第２の光検
出器１７で検出される。第３のラインのレーザ光は、そ
の強度が第３の光検出器１８で検出される。
て、光源に半導体レーザを用いて被測定ガスの吸光度を
測定する分光分析法が、測定精度および感度が良いこと
から広く用いられている。図１０は従来のガスの分光分
析装置の例を示した概略構成図である。この装置におい
て、光源である半導体レーザ１１から発振されたレーザ
光は、集光レンズ系１２でコリメートされた後、２つの
ビームスプリッタ１３，１３により３つのライン、すな
わち第１〜３のラインに分けられる。第１のラインのレ
ーザ光は、測定用ガスセル１４に投射され、この測定用
ガスセル１４を通過して出射された透過光の強度が第１
の光検出器１５で検出される。第２のラインのレーザ光
は、参照用ガスセル１６に投射され、この参照用ガスセ
ル１６を通過して出射された透過光の強度が第２の光検
出器１７で検出される。第３のラインのレーザ光は、そ
の強度が第３の光検出器１８で検出される。
【０００３】測定用ガスセル１４には被測定ガス供給系
２３が備えられてり、これによりセル１４内に被測定ガ
スが適切な減圧状態で、かつ一定の流量で導入されるよ
うになっている。また参照用ガスセル１６には被測定ガ
ス中に含まれる測定対象不純物が供給され、この不純物
による吸収ピークが検出されるようになっている。半導
体レーザ１１は、例えばＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡ
ｓ、ＧａＩｎＡｓＳｂ、ＧａＩｎＳｂＰ、ＡｌＩｎＳ
ｂ、ＡｌＩｎＡｓ、およびＡｌＧａＳｂ等が好適に使用
されているが、これらに限定されるものでなく、分析に
適した波長のレーザ光を発振し得る適宜の波長可変型半
導体レーザを用いることができる。第１〜３の光検出器
１５，１７，１８は、光源である半導体レーザ１１の発
振波長帯に感度を有するものが用いられ、例えばＧｅフ
ォトダイオードなどの光センサが用いられる。そしてこ
れら第１〜３の光検出器１５，１７，１８からの出力
は、それぞれ第１〜３のロックイン増幅器１９，２０，
２１で信号処理された後、コンピュータ２２に送られ、
必要に応じてデータ処理される。
２３が備えられてり、これによりセル１４内に被測定ガ
スが適切な減圧状態で、かつ一定の流量で導入されるよ
うになっている。また参照用ガスセル１６には被測定ガ
ス中に含まれる測定対象不純物が供給され、この不純物
による吸収ピークが検出されるようになっている。半導
体レーザ１１は、例えばＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡ
ｓ、ＧａＩｎＡｓＳｂ、ＧａＩｎＳｂＰ、ＡｌＩｎＳ
ｂ、ＡｌＩｎＡｓ、およびＡｌＧａＳｂ等が好適に使用
されているが、これらに限定されるものでなく、分析に
適した波長のレーザ光を発振し得る適宜の波長可変型半
導体レーザを用いることができる。第１〜３の光検出器
１５，１７，１８は、光源である半導体レーザ１１の発
振波長帯に感度を有するものが用いられ、例えばＧｅフ
ォトダイオードなどの光センサが用いられる。そしてこ
れら第１〜３の光検出器１５，１７，１８からの出力
は、それぞれ第１〜３のロックイン増幅器１９，２０，
２１で信号処理された後、コンピュータ２２に送られ、
必要に応じてデータ処理される。
【０００４】半導体レーザ１１には、レーザ素子温度を
制御するための温度コントローラ２４、レーザ１１に電
流を供給してこれを駆動させるためのＬＤドライバ２
５、および周波数変調法に基づいてレーザ１１の発振周
波数を変調させるための周波数変調手段としてファンク
ションジェネレータ２６が備えられており、これらはコ
ンピュータ２２と接続されている。そして温度コントロ
ーラ２４でレーザ素子温度を調整することによってレー
ザ１１の発振波長を測定対象不純物の吸収ピーク中心波
長の近くまで変化させてからレーザ素子温度を一定に保
つように制御する。またレーザ１１への注入電流（直流
成分）を連続的に変えることによって、レーザ１１の発
振波長を連続的に変化させる。さらに、ファンクション
ジェネレータ２６から周波数変調法に基づいた変調信号
（交流成分）をＬＤドライバ２５に導入し、レーザ１１
への注入電流（直流成分）にこの変調信号（交流成分）
を重畳させることによって、レーザ１１から発振される
レーザ光に直接周波数変調をかけることができる。この
例では、レーザ光に周波数変調をかけるとともに、第１
〜３のロックイン増幅器１９，２０，２１を用いて変調
周波数の２倍成分のみを抽出し、コンピュータ２２で所
定のデータ処理をすることによって２次微分スペクトル
が得られ、この方法によれば、良好な測定感度が得られ
ることが知られている（特開平５−９９８４５号公
報）。また被測定ガスを減圧状態とすることによって、
得られる２次微分スペクトルのピーク強度を高めること
が可能であることも知られている（国際公開ＷＯ９５／
２６４９７号）。
制御するための温度コントローラ２４、レーザ１１に電
流を供給してこれを駆動させるためのＬＤドライバ２
５、および周波数変調法に基づいてレーザ１１の発振周
波数を変調させるための周波数変調手段としてファンク
ションジェネレータ２６が備えられており、これらはコ
ンピュータ２２と接続されている。そして温度コントロ
ーラ２４でレーザ素子温度を調整することによってレー
ザ１１の発振波長を測定対象不純物の吸収ピーク中心波
長の近くまで変化させてからレーザ素子温度を一定に保
つように制御する。またレーザ１１への注入電流（直流
成分）を連続的に変えることによって、レーザ１１の発
振波長を連続的に変化させる。さらに、ファンクション
ジェネレータ２６から周波数変調法に基づいた変調信号
（交流成分）をＬＤドライバ２５に導入し、レーザ１１
への注入電流（直流成分）にこの変調信号（交流成分）
を重畳させることによって、レーザ１１から発振される
レーザ光に直接周波数変調をかけることができる。この
例では、レーザ光に周波数変調をかけるとともに、第１
〜３のロックイン増幅器１９，２０，２１を用いて変調
周波数の２倍成分のみを抽出し、コンピュータ２２で所
定のデータ処理をすることによって２次微分スペクトル
が得られ、この方法によれば、良好な測定感度が得られ
ることが知られている（特開平５−９９８４５号公
報）。また被測定ガスを減圧状態とすることによって、
得られる２次微分スペクトルのピーク強度を高めること
が可能であることも知られている（国際公開ＷＯ９５／
２６４９７号）。
【０００５】ところで、上記の周波数変調法において、
半導体レーザに注入される電流ｉは、ｉ＝Ｉ0＋ａ・ｓ
ｉｎ(ωｔ)で表される。ここでＩ0は直流成分、ａ・ｓ
ｉｎ(ωｔ)は交流成分（変調信号）であり、ａは変調振
幅（変調信号の振幅）、ωは変調角周波数である。変調
されたレーザ光の周波数および振幅は、変調信号の周波
数（変調周波数）および変調振幅（ａ）となる。レーザ
光の変調振幅を大きくすればスペクトル幅は大きくなる
が、出力パワーの変動も大きくなり、結果的にノイズが
大きくなる。
半導体レーザに注入される電流ｉは、ｉ＝Ｉ0＋ａ・ｓ
ｉｎ(ωｔ)で表される。ここでＩ0は直流成分、ａ・ｓ
ｉｎ(ωｔ)は交流成分（変調信号）であり、ａは変調振
幅（変調信号の振幅）、ωは変調角周波数である。変調
されたレーザ光の周波数および振幅は、変調信号の周波
数（変調周波数）および変調振幅（ａ）となる。レーザ
光の変調振幅を大きくすればスペクトル幅は大きくなる
が、出力パワーの変動も大きくなり、結果的にノイズが
大きくなる。
【０００６】図１１は、このような装置を用いたガスの
分光分析法によって得られる２次微分スペクトルの例を
示すものである。この図において、横軸は発振波長を示
し、縦軸は光吸収の強度の２次微分値（任意単位）を示
す。この２次微分スペクトルにおけるピーク値Ｐと、そ
の左右の極小値Ａ，Ｂとのそれぞれの差ＩSLおよびＩ SR
（ＩSL＝Ｐ−Ａ、ＩSR＝Ｐ−Ｂ）の平均が吸収強度（吸
収強度＝(ＩSL＋ＩSR)／２）であり、この吸収強度とバ
ックグラウンドノイズ（図中ｎで示す）の標準偏差の比
がＳ／Ｎ比である。また図中符号Ｗは、ピークの左右の
極小値の波長間隔を示す。
分光分析法によって得られる２次微分スペクトルの例を
示すものである。この図において、横軸は発振波長を示
し、縦軸は光吸収の強度の２次微分値（任意単位）を示
す。この２次微分スペクトルにおけるピーク値Ｐと、そ
の左右の極小値Ａ，Ｂとのそれぞれの差ＩSLおよびＩ SR
（ＩSL＝Ｐ−Ａ、ＩSR＝Ｐ−Ｂ）の平均が吸収強度（吸
収強度＝(ＩSL＋ＩSR)／２）であり、この吸収強度とバ
ックグラウンドノイズ（図中ｎで示す）の標準偏差の比
がＳ／Ｎ比である。また図中符号Ｗは、ピークの左右の
極小値の波長間隔を示す。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
分光分析法においては、レーザ光の変調振幅と測定圧力
がＳ／Ｎ比に影響を与えるので、高感度計測のためには
これらの条件を最適化する必要がある。これまで変調振
幅および測定圧力を最適化するには、変調振幅および測
定圧力を徐々に変化させながら、例えばベースガスに測
定しようとする微量成分を含有させたサンプルガスの測
定、および高純度のベースガスの測定をそれぞれ行い、
Ｓ／Ｎ比が最大になるときの変調振幅および測定圧力を
求めるという方法が採られていた。また変調振幅および
測定圧力の最適化は被測定ガスが変わる度に行う必要が
あり、多大な労力と時間を要し、コスト上昇の原因とな
っていた。
分光分析法においては、レーザ光の変調振幅と測定圧力
がＳ／Ｎ比に影響を与えるので、高感度計測のためには
これらの条件を最適化する必要がある。これまで変調振
幅および測定圧力を最適化するには、変調振幅および測
定圧力を徐々に変化させながら、例えばベースガスに測
定しようとする微量成分を含有させたサンプルガスの測
定、および高純度のベースガスの測定をそれぞれ行い、
Ｓ／Ｎ比が最大になるときの変調振幅および測定圧力を
求めるという方法が採られていた。また変調振幅および
測定圧力の最適化は被測定ガスが変わる度に行う必要が
あり、多大な労力と時間を要し、コスト上昇の原因とな
っていた。
【０００８】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、周波数変調された半導体レーザ光を減圧状態の被測
定ガスに透過させて光吸収強度の２次微分スペクトルを
得ることによって、被測定ガス中の微量不純物を分析す
る方法における、測定条件の最適化を容易にできるよう
にすることを目的とする。
で、周波数変調された半導体レーザ光を減圧状態の被測
定ガスに透過させて光吸収強度の２次微分スペクトルを
得ることによって、被測定ガス中の微量不純物を分析す
る方法における、測定条件の最適化を容易にできるよう
にすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のガスの分光分析装置は、波長可変型半導体
レーザと、該半導体レーザに周波数変調を施す周波数変
調手段と、前記半導体レーザから発振されるレーザ光を
被測定ガスに透過させる手段と、前記被測定ガスを透過
したレーザ光強度を測定する手段と、該レーザ光強度の
測定値より２次微分スペクトルを得る手段とを備えたガ
スの分光分析装置であって、半導体レーザの特性から変
調振幅の最適値を演算して、前記半導体レーザから発振
されるレーザ光の変調振幅が該最適値となるように前記
周波数変調手段を制御する変調振幅演算手段を備えてな
るものである。このような構成の装置によれば、レーザ
光の変調振幅の最適化を容易に行うことができる。さら
に、前記２次微分スペクトルにおけるピークの左右の極
小値の波長間隔およびピークの吸収強度を演算するスペ
クトル演算手段と、該スペクトル演算手段の演算結果に
基づいて前記被測定ガスの圧力を調整する圧力調整手段
とを設けることにより、測定圧力の最適化を容易に行う
ことができる。
に、本発明のガスの分光分析装置は、波長可変型半導体
レーザと、該半導体レーザに周波数変調を施す周波数変
調手段と、前記半導体レーザから発振されるレーザ光を
被測定ガスに透過させる手段と、前記被測定ガスを透過
したレーザ光強度を測定する手段と、該レーザ光強度の
測定値より２次微分スペクトルを得る手段とを備えたガ
スの分光分析装置であって、半導体レーザの特性から変
調振幅の最適値を演算して、前記半導体レーザから発振
されるレーザ光の変調振幅が該最適値となるように前記
周波数変調手段を制御する変調振幅演算手段を備えてな
るものである。このような構成の装置によれば、レーザ
光の変調振幅の最適化を容易に行うことができる。さら
に、前記２次微分スペクトルにおけるピークの左右の極
小値の波長間隔およびピークの吸収強度を演算するスペ
クトル演算手段と、該スペクトル演算手段の演算結果に
基づいて前記被測定ガスの圧力を調整する圧力調整手段
とを設けることにより、測定圧力の最適化を容易に行う
ことができる。
【００１０】本発明のガスの分光分析方法は、波長可変
型半導体レーザから周波数変調されたレーザ光を発振さ
せ、該レーザ光を被測定ガスに透過させて、該透過光の
強度を検出し、該検出値から２次微分スペクトルを得る
ガスの分光分析法において、前記２次微分スペクトルに
おけるピークの左右の極小値の波長間隔が０．０１１６
ｎｍとなるようにレーザ光の変調振幅の最適値を設定す
ることを特徴とするものである。２次微分スペクトルに
おけるピークの左右の極小値の波長間隔が０．０１１６
ｎｍであるとき、被測定ガスの種類に関係なくＳ／Ｎ比
は最大となる。そして２次微分スペクトルにおけるピー
クの左右の極小値の波長間隔を０．０１１６ｎｍとする
には、レーザ光の変調振幅の値を、半導体レーザの発振
波長を０．０２３２ｎｍだけ変化させるのに必要な注入
電流の値と同じ値に設定すればよい。またレーザ光の変
調振幅を前記最適値に設定した状態で、前記２次微分ス
ペクトルの吸収強度が最大となるように被測定ガスの圧
力の最適値を設定することにより、良好なＳ／Ｎ比およ
び吸収強度が得られる。そして、レーザ光の変調振幅お
よび被測定ガスの圧力を前記最適値にそれぞれ設定した
状態で、被測定ガス中の微量不純物についての検量線を
作成することにより、最適の条件下で測定された検量線
が得られ、ガス中の微量不純物を高感度、高精度に測定
することができる。
型半導体レーザから周波数変調されたレーザ光を発振さ
せ、該レーザ光を被測定ガスに透過させて、該透過光の
強度を検出し、該検出値から２次微分スペクトルを得る
ガスの分光分析法において、前記２次微分スペクトルに
おけるピークの左右の極小値の波長間隔が０．０１１６
ｎｍとなるようにレーザ光の変調振幅の最適値を設定す
ることを特徴とするものである。２次微分スペクトルに
おけるピークの左右の極小値の波長間隔が０．０１１６
ｎｍであるとき、被測定ガスの種類に関係なくＳ／Ｎ比
は最大となる。そして２次微分スペクトルにおけるピー
クの左右の極小値の波長間隔を０．０１１６ｎｍとする
には、レーザ光の変調振幅の値を、半導体レーザの発振
波長を０．０２３２ｎｍだけ変化させるのに必要な注入
電流の値と同じ値に設定すればよい。またレーザ光の変
調振幅を前記最適値に設定した状態で、前記２次微分ス
ペクトルの吸収強度が最大となるように被測定ガスの圧
力の最適値を設定することにより、良好なＳ／Ｎ比およ
び吸収強度が得られる。そして、レーザ光の変調振幅お
よび被測定ガスの圧力を前記最適値にそれぞれ設定した
状態で、被測定ガス中の微量不純物についての検量線を
作成することにより、最適の条件下で測定された検量線
が得られ、ガス中の微量不純物を高感度、高精度に測定
することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
本発明者等は、周波数変調された半導体レーザ光を減圧
状態の被測定ガスに透過させて光吸収強度の２次微分ス
ペクトルを得る方法で、次に挙げる種々の被測定ガスに
ついて測定を行い、それぞれについて２次微分スペクト
ルを得た。測定の対象となるガス中の微量不純物は水分
とし、光源である半導体レーザ１１の発振波長は、水分
による光吸収がある１３８０ｎｍ帯とした。被測定ガス
としては、窒素（Ｎ2）、塩素（Ｃｌ2）、臭化水素（Ｈ
Ｂｒ）、塩化水素（ＨＣｌ）、およびアンモニアガス
（ＮＨ3）ガスを用いた。
本発明者等は、周波数変調された半導体レーザ光を減圧
状態の被測定ガスに透過させて光吸収強度の２次微分ス
ペクトルを得る方法で、次に挙げる種々の被測定ガスに
ついて測定を行い、それぞれについて２次微分スペクト
ルを得た。測定の対象となるガス中の微量不純物は水分
とし、光源である半導体レーザ１１の発振波長は、水分
による光吸収がある１３８０ｎｍ帯とした。被測定ガス
としては、窒素（Ｎ2）、塩素（Ｃｌ2）、臭化水素（Ｈ
Ｂｒ）、塩化水素（ＨＣｌ）、およびアンモニアガス
（ＮＨ3）ガスを用いた。
【００１２】下記表１は、Ｎ2ガス中の水分を測定した
ときに得られる２次微分スペクトルにおける波長間隔Ｗ
と、そのときの変調振幅、吸収強度、バックグラウンド
ノイズの標準偏差、およびＳ／Ｎ比をまとめて示したも
のである。測定圧力はすべて１００Torrであり、吸収強
度は水分濃度１０２０ppbの値である。また表２は測定
に用いた半導体レーザ１１における発振波長の変化量と
それに要した注入電流を示したものである。
ときに得られる２次微分スペクトルにおける波長間隔Ｗ
と、そのときの変調振幅、吸収強度、バックグラウンド
ノイズの標準偏差、およびＳ／Ｎ比をまとめて示したも
のである。測定圧力はすべて１００Torrであり、吸収強
度は水分濃度１０２０ppbの値である。また表２は測定
に用いた半導体レーザ１１における発振波長の変化量と
それに要した注入電流を示したものである。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】表１より、２次微分スペクトルにおける波
長間隔Ｗが０．０１１６ｎｍのときにＳ／Ｎ比が最も大
きく、それ以外ではＳ／Ｎ比が小さくなっていることが
わかる。また表１および表２より、半導体レーザ１１か
らの発振波長を０．０２３２ｎｍ変化させるために要す
る注入電流は４ｍＡであり、変調振幅がこの注入電流の
値と同じ４ｍＡであるときに波長間隔Ｗが０．０１１６
ｎｍであり、Ｓ／Ｎ比が最も大きいことがわかる。また
Ｎ2ガス以外のいずれの被測定ガスにおいても、２次微
分スペクトルにおける左右の極小値Ａ，Ｂの波長間隔Ｗ
が０．０１１６ｎｍであるときに、Ｓ／Ｎ比が最大とな
ることがわたった。また、極小値Ａ，Ｂの波長間隔Ｗが
０．０１１６ｎｍとなるときの変調振幅の値と、レーザ
光の波長を０．０２３２ｎｍ変化させるために要する注
入電流の値とが一致することも見い出し、本発明に至っ
た。
長間隔Ｗが０．０１１６ｎｍのときにＳ／Ｎ比が最も大
きく、それ以外ではＳ／Ｎ比が小さくなっていることが
わかる。また表１および表２より、半導体レーザ１１か
らの発振波長を０．０２３２ｎｍ変化させるために要す
る注入電流は４ｍＡであり、変調振幅がこの注入電流の
値と同じ４ｍＡであるときに波長間隔Ｗが０．０１１６
ｎｍであり、Ｓ／Ｎ比が最も大きいことがわかる。また
Ｎ2ガス以外のいずれの被測定ガスにおいても、２次微
分スペクトルにおける左右の極小値Ａ，Ｂの波長間隔Ｗ
が０．０１１６ｎｍであるときに、Ｓ／Ｎ比が最大とな
ることがわたった。また、極小値Ａ，Ｂの波長間隔Ｗが
０．０１１６ｎｍとなるときの変調振幅の値と、レーザ
光の波長を０．０２３２ｎｍ変化させるために要する注
入電流の値とが一致することも見い出し、本発明に至っ
た。
【００１６】図１は本発明のガスの分光分析装置の実施
例を示した概略構成図である。この図において図１０の
従来の装置と同一の構成要素には同一の符号を付してそ
の説明を省略することがある。本実施例の分光分析装置
が上述した従来の装置と大きく異なる点は、半導体レー
ザ１１の特性に応じてレーザ光の変調振幅を制御するた
めの変調振幅演算手段１と、測定により得られた２次微
分スペクトルにおけるピークの左右の極小値の波長間隔
およびピークの吸収強度を演算するためのスペクトル演
算手段２と、スペクトル演算手段２で得られた演算結果
に基づいて測定用ガスセル１４内の圧力を制御するため
の圧力調整手段３を備えている点である。
例を示した概略構成図である。この図において図１０の
従来の装置と同一の構成要素には同一の符号を付してそ
の説明を省略することがある。本実施例の分光分析装置
が上述した従来の装置と大きく異なる点は、半導体レー
ザ１１の特性に応じてレーザ光の変調振幅を制御するた
めの変調振幅演算手段１と、測定により得られた２次微
分スペクトルにおけるピークの左右の極小値の波長間隔
およびピークの吸収強度を演算するためのスペクトル演
算手段２と、スペクトル演算手段２で得られた演算結果
に基づいて測定用ガスセル１４内の圧力を制御するため
の圧力調整手段３を備えている点である。
【００１７】変調振幅演算手段１は、半導体レーザ１１
の特性、すなわち注入電流値と発振波長との関係を測定
し、この特性から、発振波長を０．０２３２ｎｍ変化さ
せるために要する注入電流値ＭＡを求める。そしてこの
注入電流値ＭＡと同じ値ＭＡを変調振幅の最適値として
採用し、半導体レーザ１１から発振されるレーザ光の変
調振幅、すなわち変調信号の振幅がＭＡとなるように、
ファンクションジェネレータ２６を制御するように構成
されている。スペクトル演算手段２は、測定時にコンピ
ュータ２２で得られる２次微分スペクトルにおけるピー
クの左右の極小値の波長間隔Ｗおよびピークの吸収強度
を測定し、極小値の波長間隔Ｗが約０．０１１６ｎｍで
あって、ピーク強度が最大となるように圧力調整手段３
を制御するように構成されている。圧力調整手段３は、
測定用ガスセルのガス出口部に設けられた圧力調整弁４
およびこの弁の制御手段５を備えており、これにより測
定用ガスセル１４内の圧力を調整できるように構成され
ている。変調振幅演算手段１およびスペクトル演算手段
２はコンピュータ２２に内蔵されていてもよい。また圧
力調整手段３は、上記の構成に限らず、測定用ガスセル
１４内の圧力が調整可能であれば適宜の構成とすること
ができる。
の特性、すなわち注入電流値と発振波長との関係を測定
し、この特性から、発振波長を０．０２３２ｎｍ変化さ
せるために要する注入電流値ＭＡを求める。そしてこの
注入電流値ＭＡと同じ値ＭＡを変調振幅の最適値として
採用し、半導体レーザ１１から発振されるレーザ光の変
調振幅、すなわち変調信号の振幅がＭＡとなるように、
ファンクションジェネレータ２６を制御するように構成
されている。スペクトル演算手段２は、測定時にコンピ
ュータ２２で得られる２次微分スペクトルにおけるピー
クの左右の極小値の波長間隔Ｗおよびピークの吸収強度
を測定し、極小値の波長間隔Ｗが約０．０１１６ｎｍで
あって、ピーク強度が最大となるように圧力調整手段３
を制御するように構成されている。圧力調整手段３は、
測定用ガスセルのガス出口部に設けられた圧力調整弁４
およびこの弁の制御手段５を備えており、これにより測
定用ガスセル１４内の圧力を調整できるように構成され
ている。変調振幅演算手段１およびスペクトル演算手段
２はコンピュータ２２に内蔵されていてもよい。また圧
力調整手段３は、上記の構成に限らず、測定用ガスセル
１４内の圧力が調整可能であれば適宜の構成とすること
ができる。
【００１８】以下、このような装置を用いてガスの分光
分析を行う方法について説明する。まず光源として使用
されている半導体レーザ１１の注入電流と発振波長との
関係を測定する。すなわち、予め、半導体レーザ１１に
注入する電流（直流成分）を連続的に変化させつつ発振
されるレーザ光の波長を測定する。そして得られた注入
電流と発振波長との関係より、発振波長を０．０２３２
ｎｍ変化させるために要する注入電流値を求める。この
演算は変調振幅演算手段１で行う。図２は注入電流と発
振波長との関係の測定例を示した半導体レーザ特性グラ
フである。この例では、発振波長を０．０２３２ｎｍ変
化させるために要する注入電流値は４ｍＡであることが
わかる。したがって、レーザ光の変調振幅の最適値は４
ｍＡとなるので、変調振幅演算手段１によりファンクシ
ョンジェネレータ２６を制御して、変調信号の振幅を４
ｍＡに設定する。このようにして得られる変調振幅の最
適値は、使用する半導体レーザの特性によるもので、被
測定ガスおよび測定対象不純物が変わっても同一の半導
体レーザを使用する場合は共通して用いることができ
る。
分析を行う方法について説明する。まず光源として使用
されている半導体レーザ１１の注入電流と発振波長との
関係を測定する。すなわち、予め、半導体レーザ１１に
注入する電流（直流成分）を連続的に変化させつつ発振
されるレーザ光の波長を測定する。そして得られた注入
電流と発振波長との関係より、発振波長を０．０２３２
ｎｍ変化させるために要する注入電流値を求める。この
演算は変調振幅演算手段１で行う。図２は注入電流と発
振波長との関係の測定例を示した半導体レーザ特性グラ
フである。この例では、発振波長を０．０２３２ｎｍ変
化させるために要する注入電流値は４ｍＡであることが
わかる。したがって、レーザ光の変調振幅の最適値は４
ｍＡとなるので、変調振幅演算手段１によりファンクシ
ョンジェネレータ２６を制御して、変調信号の振幅を４
ｍＡに設定する。このようにして得られる変調振幅の最
適値は、使用する半導体レーザの特性によるもので、被
測定ガスおよび測定対象不純物が変わっても同一の半導
体レーザを使用する場合は共通して用いることができ
る。
【００１９】次いで、得られた変調振幅の最適値を用い
て、測定圧力の最適値を設定する。すなわち、レーザ光
の変調振幅を上記で得られた最適値（上記の例では４ｍ
Ａ）に固定し、被測定ガスの測定圧力を変化させつつサ
ンプルガスの測定を行い、測定圧力と２次微分スペクト
ルの吸収強度との関係を求め、吸収強度が最大となる測
定圧力の最適値を得る。この演算はスペクトル演算手段
２で行い、測定圧力の制御は圧力調整手段３で行う。ま
た測定圧力が変化すると２次微分スペクトルにおける極
小値の波長間隔Ｗも若干変化するので、スペクトル演算
手段２では波長間隔Ｗの演算も行い、測定圧力を変化さ
せるときに、波長間隔Ｗの値が約０．０１１６ｎｍから
はずれないように制御する。図３〜６はベースガスがＮ
2、Ｃｌ2、ＨＢｒ、およびＨＣｌで、これらのベースガ
スに水分が含まれている被測定ガスについて、それぞれ
吸収強度の圧力依存性を調べた結果を示すグラフであ
る。変調振幅は４ｍＡ、変調周波数は４ｋＨｚとし、測
定圧力は５０、７５、１００、１２５、および１５０
（Torr）と変化させた。これらの結果より、Ｎ2ガスに
おける測定圧力の最適値は１００Torr、Ｃｌ2、ＨＢ
ｒ、およびＨＣｌガスにおいては５０Torrであることが
わかった。このような測定圧力の最適化は、被測定ガス
ごとに行う必要がある。
て、測定圧力の最適値を設定する。すなわち、レーザ光
の変調振幅を上記で得られた最適値（上記の例では４ｍ
Ａ）に固定し、被測定ガスの測定圧力を変化させつつサ
ンプルガスの測定を行い、測定圧力と２次微分スペクト
ルの吸収強度との関係を求め、吸収強度が最大となる測
定圧力の最適値を得る。この演算はスペクトル演算手段
２で行い、測定圧力の制御は圧力調整手段３で行う。ま
た測定圧力が変化すると２次微分スペクトルにおける極
小値の波長間隔Ｗも若干変化するので、スペクトル演算
手段２では波長間隔Ｗの演算も行い、測定圧力を変化さ
せるときに、波長間隔Ｗの値が約０．０１１６ｎｍから
はずれないように制御する。図３〜６はベースガスがＮ
2、Ｃｌ2、ＨＢｒ、およびＨＣｌで、これらのベースガ
スに水分が含まれている被測定ガスについて、それぞれ
吸収強度の圧力依存性を調べた結果を示すグラフであ
る。変調振幅は４ｍＡ、変調周波数は４ｋＨｚとし、測
定圧力は５０、７５、１００、１２５、および１５０
（Torr）と変化させた。これらの結果より、Ｎ2ガスに
おける測定圧力の最適値は１００Torr、Ｃｌ2、ＨＢ
ｒ、およびＨＣｌガスにおいては５０Torrであることが
わかった。このような測定圧力の最適化は、被測定ガス
ごとに行う必要がある。
【００２０】図７は、図１の装置を用い、変調振幅およ
び測定圧力をそれぞれ最適値に設定して、水分濃度１０
６００ppbのＮ2、Ｃｌ2、ＨＢｒ、およびＨＣｌガスそ
れぞれについて測定を行ったときの２次微分スペクトル
である。この２次微分スペクトルにおける左右の極小値
の波長間隔Ｗはすべて０．０１１６ｎｍとなっているこ
とがわかる。
び測定圧力をそれぞれ最適値に設定して、水分濃度１０
６００ppbのＮ2、Ｃｌ2、ＨＢｒ、およびＨＣｌガスそ
れぞれについて測定を行ったときの２次微分スペクトル
である。この２次微分スペクトルにおける左右の極小値
の波長間隔Ｗはすべて０．０１１６ｎｍとなっているこ
とがわかる。
【００２１】またガス中の微量不純物の定量を行うため
には、上記のようにして変調振幅および測定波長の最適
化を行った後、測定対象不純物の検量線を作成する必要
がある。例えば、ベースガスに既知濃度の不純物が含ま
れた被測定ガスの吸収強度を、不純物の濃度を変化させ
つつ、最適条件で測定して、不純物濃度と吸収強度との
関係を示すグラフ、すなわち検量線を得る。測定対象不
純物が水分であり、ベースガスがＮ2、Ｃｌ2、ＨＢｒ、
ＨＣｌ、およびＮＨ3である被測定ガスそれぞれについ
て、変調振幅および測定波長をそれぞれ最適化し、その
他の測定条件は同一として検量線を作成したところ、こ
れらの検量線の傾きの比が、Ｎ2：Ｃｌ2：ＨＢｒ：ＨＣ
ｌ：ＮＨ3＝１：０．８０：０．５６：０．４２：０．
３３となることがわかった。そこで、これらのベースガ
スのうち１種類についてのみ水分の検量線を作成すれ
ば、他のベースガス中の水分の検量線は実測しなくて
も、上記の検量線の傾きの比を用いて算出することがで
きる。
には、上記のようにして変調振幅および測定波長の最適
化を行った後、測定対象不純物の検量線を作成する必要
がある。例えば、ベースガスに既知濃度の不純物が含ま
れた被測定ガスの吸収強度を、不純物の濃度を変化させ
つつ、最適条件で測定して、不純物濃度と吸収強度との
関係を示すグラフ、すなわち検量線を得る。測定対象不
純物が水分であり、ベースガスがＮ2、Ｃｌ2、ＨＢｒ、
ＨＣｌ、およびＮＨ3である被測定ガスそれぞれについ
て、変調振幅および測定波長をそれぞれ最適化し、その
他の測定条件は同一として検量線を作成したところ、こ
れらの検量線の傾きの比が、Ｎ2：Ｃｌ2：ＨＢｒ：ＨＣ
ｌ：ＮＨ3＝１：０．８０：０．５６：０．４２：０．
３３となることがわかった。そこで、これらのベースガ
スのうち１種類についてのみ水分の検量線を作成すれ
ば、他のベースガス中の水分の検量線は実測しなくて
も、上記の検量線の傾きの比を用いて算出することがで
きる。
【００２２】図８は、Ｎ2、Ｃｌ2、ＨＢｒおよびＨＣｌ
ガス中の水分の検量線の例を示したものである。Ｎ2ガ
ス中の水分については実測により検量線を作成し、他の
ガス中の水分の検量線は、上記の検量線の傾きの比を用
いて演算、作成した。Ｎ2ガス中の水分を実測するに際
しては、まずシリンダーから供給されるＮ2ガスをベー
スガスとする水分濃度９２４００ppbの標準ガスを、水
分濃度１ppb以下の高純度Ｎ2ガスで希釈して、水分濃度
が５４〜１０６３０ppbのサンプルガスを調製した。そ
れぞれの水分濃度において１０回ずつ測定を行い、吸収
強度を求めた。測定条件は、変調振幅および測定圧力は
それぞれ最適値の４ｍＡおよび１００Torrとし、変調周
波数４ｋＨｚ、光路長５０ｃｍとした。また半導体レー
ザ１１の注入電流（直流成分）を８８．８ｍＡから９
５．２ｍＡまで変化させて、発振波長を１３８０．６２
３ｎｍから１３８０．６５８ｎｍまで変化させた。測定
データのサンプリングは、注入電流０．１ｍＡ毎、発振
波長０．０００５８ｎｍ毎に行った。ロックイン増幅器
１９，２０，２１の感度と時定数はそれぞれ５００μＶ
と３００ｍｓに設定した。そして変調周波数の２倍成分
である８ｋＨｚ成分のみを抽出し、２次微分スペクトル
を測定した。１０回の測定で得られた吸収強度の平均値
を測定結果とした。そして縦軸を吸収強度、横軸を水分
濃度として測定結果をプロットして、図８のようなＮ2
ガス中水分の検量線が得られた。さらにこの検量線の式
を算出したところ、Ｙ＝９．６１×１０-4Ｘ＋２．８２
×１０-2であった。
ガス中の水分の検量線の例を示したものである。Ｎ2ガ
ス中の水分については実測により検量線を作成し、他の
ガス中の水分の検量線は、上記の検量線の傾きの比を用
いて演算、作成した。Ｎ2ガス中の水分を実測するに際
しては、まずシリンダーから供給されるＮ2ガスをベー
スガスとする水分濃度９２４００ppbの標準ガスを、水
分濃度１ppb以下の高純度Ｎ2ガスで希釈して、水分濃度
が５４〜１０６３０ppbのサンプルガスを調製した。そ
れぞれの水分濃度において１０回ずつ測定を行い、吸収
強度を求めた。測定条件は、変調振幅および測定圧力は
それぞれ最適値の４ｍＡおよび１００Torrとし、変調周
波数４ｋＨｚ、光路長５０ｃｍとした。また半導体レー
ザ１１の注入電流（直流成分）を８８．８ｍＡから９
５．２ｍＡまで変化させて、発振波長を１３８０．６２
３ｎｍから１３８０．６５８ｎｍまで変化させた。測定
データのサンプリングは、注入電流０．１ｍＡ毎、発振
波長０．０００５８ｎｍ毎に行った。ロックイン増幅器
１９，２０，２１の感度と時定数はそれぞれ５００μＶ
と３００ｍｓに設定した。そして変調周波数の２倍成分
である８ｋＨｚ成分のみを抽出し、２次微分スペクトル
を測定した。１０回の測定で得られた吸収強度の平均値
を測定結果とした。そして縦軸を吸収強度、横軸を水分
濃度として測定結果をプロットして、図８のようなＮ2
ガス中水分の検量線が得られた。さらにこの検量線の式
を算出したところ、Ｙ＝９．６１×１０-4Ｘ＋２．８２
×１０-2であった。
【００２３】このようにして得られたＮ2ガス中水分の
検量線の式に基づき、上記の検量線の傾きの比を用い
て、Ｃｌ2、ＨＢｒ、およびＨＣｌガス中の水分の検量
線の式を求めた結果、それぞれ以下の式となった。 Ｃｌ2 ： Ｙ＝７．６８×１０-4Ｘ＋２．８２×１０
-2 ＨＢｒ ： Ｙ＝４．８７×１０-4Ｘ＋２．８２×１０
-2 ＨＣｌ ： Ｙ＝３．８１×１０-4Ｘ＋２．８２×１０
-2 またこれらの式をグラフに表すと、それぞれ図８に示す
検量線が得られた。これらの検量線を用いることによ
り、各被測定ガス中の水分の定量を高感度、かつ高精度
に行うことができる。
検量線の式に基づき、上記の検量線の傾きの比を用い
て、Ｃｌ2、ＨＢｒ、およびＨＣｌガス中の水分の検量
線の式を求めた結果、それぞれ以下の式となった。 Ｃｌ2 ： Ｙ＝７．６８×１０-4Ｘ＋２．８２×１０
-2 ＨＢｒ ： Ｙ＝４．８７×１０-4Ｘ＋２．８２×１０
-2 ＨＣｌ ： Ｙ＝３．８１×１０-4Ｘ＋２．８２×１０
-2 またこれらの式をグラフに表すと、それぞれ図８に示す
検量線が得られた。これらの検量線を用いることによ
り、各被測定ガス中の水分の定量を高感度、かつ高精度
に行うことができる。
【００２４】尚、吸収強度の算出法は、前記図１１に示
したように２次微分スペクトルの極大点（ピークＰ）か
ら左右の極小点Ａ，Ｂまでのそれぞれの強度の平均を算
出する方法でもよいが、図９に示すように２次微分スペ
クトルの極大点（ピークＰ）と左右の極小点Ａ，Ｂとで
囲まれた面積（図中、斜線で示す）を算出する方法でも
よい。また、本実施の形態では、被測定ガスのベースガ
スとしてＮ2、Ｃｌ2、ＨＢｒ、ＨＣｌ、およびＮＨ
3を、また測定対象不純物として水分を挙げたが、本発
明はこれらのガス種に限るものでなく、他のガスの分光
分析にも適用可能である。
したように２次微分スペクトルの極大点（ピークＰ）か
ら左右の極小点Ａ，Ｂまでのそれぞれの強度の平均を算
出する方法でもよいが、図９に示すように２次微分スペ
クトルの極大点（ピークＰ）と左右の極小点Ａ，Ｂとで
囲まれた面積（図中、斜線で示す）を算出する方法でも
よい。また、本実施の形態では、被測定ガスのベースガ
スとしてＮ2、Ｃｌ2、ＨＢｒ、ＨＣｌ、およびＮＨ
3を、また測定対象不純物として水分を挙げたが、本発
明はこれらのガス種に限るものでなく、他のガスの分光
分析にも適用可能である。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明のガスの分光
分析装置は、半導体レーザの特性から変調振幅の最適値
を演算して、前記半導体レーザから発振されるレーザ光
の変調振幅が該最適値となるように前記周波数変調手段
を制御する変調振幅演算手段を備えたものである。レー
ザ光の変調振幅の最適化は、２次微分スペクトルにおけ
るピークの左右の極小値の波長間隔が０．０１１６ｎｍ
となるようにレーザ光の変調振幅の最適値を設定する方
法が用いられる。２次微分スペクトルにおけるピークの
左右の極小値の波長間隔を０．０１１６ｎｍとすること
により、被測定ガスの種類に関係なく、Ｓ／Ｎ比を最大
とすることができる。具体的には、レーザ光の変調振幅
の値を、半導体レーザの発振波長を０．０２３２ｎｍだ
け変化させるのに必要な注入電流の値と同じ値に設定す
れば、２次微分スペクトルにおけるピークの左右の極小
値の波長間隔を０．０１１６ｎｍとすることができ、良
好なＳ／Ｎ比が得られる。本発明によれば、不純物を含
んだサンプルガスを実際に測定する方法によらずに、変
調振幅の最適値を演算によって得ることができる。した
がって、従来多大な労力と時間を費やしていた変調振幅
の最適化を非常に簡単に行うことができる。また本発明
の装置では、レーザ光の変調振幅がこの最適値となるよ
うに制御されるので、Ｓ／Ｎ比が良好な２次微分スペク
トルが得られ、高感度な測定を行うことができる。さら
に、本発明の方法によって設定される変調振幅の最適値
は、被測定ガスおよび測定対象不純物が変わっても同一
の半導体レーザを使用する場合は共通して用いることが
できるので、非常に便利である。
分析装置は、半導体レーザの特性から変調振幅の最適値
を演算して、前記半導体レーザから発振されるレーザ光
の変調振幅が該最適値となるように前記周波数変調手段
を制御する変調振幅演算手段を備えたものである。レー
ザ光の変調振幅の最適化は、２次微分スペクトルにおけ
るピークの左右の極小値の波長間隔が０．０１１６ｎｍ
となるようにレーザ光の変調振幅の最適値を設定する方
法が用いられる。２次微分スペクトルにおけるピークの
左右の極小値の波長間隔を０．０１１６ｎｍとすること
により、被測定ガスの種類に関係なく、Ｓ／Ｎ比を最大
とすることができる。具体的には、レーザ光の変調振幅
の値を、半導体レーザの発振波長を０．０２３２ｎｍだ
け変化させるのに必要な注入電流の値と同じ値に設定す
れば、２次微分スペクトルにおけるピークの左右の極小
値の波長間隔を０．０１１６ｎｍとすることができ、良
好なＳ／Ｎ比が得られる。本発明によれば、不純物を含
んだサンプルガスを実際に測定する方法によらずに、変
調振幅の最適値を演算によって得ることができる。した
がって、従来多大な労力と時間を費やしていた変調振幅
の最適化を非常に簡単に行うことができる。また本発明
の装置では、レーザ光の変調振幅がこの最適値となるよ
うに制御されるので、Ｓ／Ｎ比が良好な２次微分スペク
トルが得られ、高感度な測定を行うことができる。さら
に、本発明の方法によって設定される変調振幅の最適値
は、被測定ガスおよび測定対象不純物が変わっても同一
の半導体レーザを使用する場合は共通して用いることが
できるので、非常に便利である。
【００２６】さらに本発明の装置において、２次微分ス
ペクトルにおけるピークの左右の極小値の波長間隔およ
びピークの吸収強度を演算するスペクトル演算手段と、
該スペクトル演算手段の演算結果に基づいて前記被測定
ガスの圧力を調整する圧力調整手段とを設けることが好
ましい。このような構成の装置によれば、レーザ光の変
調振幅を前記最適値に設定した状態で、前記２次微分ス
ペクトルの吸収強度が最大となるように被測定ガスの圧
力の最適値を設定することにより、良好なＳ／Ｎ比およ
び吸収強度が得られる。したがって、測定圧力を最適化
するために必要なサンプルガスの測定回数を従来よりも
少なくすることができ、従来多大な労力と時間を費やし
ていた測定圧力の最適化を簡単かつ迅速に行うことがで
きる。
ペクトルにおけるピークの左右の極小値の波長間隔およ
びピークの吸収強度を演算するスペクトル演算手段と、
該スペクトル演算手段の演算結果に基づいて前記被測定
ガスの圧力を調整する圧力調整手段とを設けることが好
ましい。このような構成の装置によれば、レーザ光の変
調振幅を前記最適値に設定した状態で、前記２次微分ス
ペクトルの吸収強度が最大となるように被測定ガスの圧
力の最適値を設定することにより、良好なＳ／Ｎ比およ
び吸収強度が得られる。したがって、測定圧力を最適化
するために必要なサンプルガスの測定回数を従来よりも
少なくすることができ、従来多大な労力と時間を費やし
ていた測定圧力の最適化を簡単かつ迅速に行うことがで
きる。
【００２７】そして、レーザ光の変調振幅および被測定
ガスの圧力を前記最適値にそれぞれ設定した状態で、被
測定ガス中の微量不純物についての検量線を作成するこ
とにより、最適の条件下で測定された検量線が得られ、
ガス中の微量不純物を高感度、高精度に測定することが
できる。またこのようにして検量線を作成すれば、同一
の装置においては、被測定ガスの種類によって検量線の
傾きの比が一定となるので、ある１つの被測定ガスの検
量線を実測にて求めれば、他の被測定ガスの検量線は演
算によって求めることが可能である。したがって、一台
の装置を校正するのに必要な労力と時間を大幅に削減す
ることができ、その校正のための費用負荷を軽減するこ
とができる。
ガスの圧力を前記最適値にそれぞれ設定した状態で、被
測定ガス中の微量不純物についての検量線を作成するこ
とにより、最適の条件下で測定された検量線が得られ、
ガス中の微量不純物を高感度、高精度に測定することが
できる。またこのようにして検量線を作成すれば、同一
の装置においては、被測定ガスの種類によって検量線の
傾きの比が一定となるので、ある１つの被測定ガスの検
量線を実測にて求めれば、他の被測定ガスの検量線は演
算によって求めることが可能である。したがって、一台
の装置を校正するのに必要な労力と時間を大幅に削減す
ることができ、その校正のための費用負荷を軽減するこ
とができる。
【図１】 本発明のガスの分光分析装置の例を示す概略
構成図である。
構成図である。
【図２】 半導体レーザにおける注入電流と発振波長と
の関係を示す半導体レーザ特性のグラフである。
の関係を示す半導体レーザ特性のグラフである。
【図３】 微量の水分を含むＮ2ガスにおける測定圧力
と吸収強度との関係を示すグラフである。
と吸収強度との関係を示すグラフである。
【図４】 微量の水分を含むＣｌ2ガスにおける測定圧
力と吸収強度との関係を示すグラフである。
力と吸収強度との関係を示すグラフである。
【図５】 微量の水分を含むＨＢｒガスにおける測定圧
力と吸収強度との関係を示すグラフである。
力と吸収強度との関係を示すグラフである。
【図６】 微量の水分を含むＨＣｌガスにおける測定圧
力と吸収強度との関係を示すグラフである。
力と吸収強度との関係を示すグラフである。
【図７】 既知濃度の水分を含む被測定ガスの分析結果
を示す２次微分スペクトルである。
を示す２次微分スペクトルである。
【図８】 本発明の方法によって得られる検量線の例を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図９】 ２次微分スペクトルにおける吸収強度の求め
方の説明図である。
方の説明図である。
【図１０】 従来のガスの分光分析装置の例を示す概略
構成図である。
構成図である。
【図１１】 ２次微分スペクトルにおける吸収強度の求
め方の説明図である。
め方の説明図である。
１…周波数変調手段、２…スペクトル演算手段、３…圧
力調整手段、１１…半導体レーザ、１４…測定用ガスセ
ル、１５，１７，１８…光検出器、２２…コンピュー
タ、２６…ファンクションジェネレータ（周波数変調手
段）
力調整手段、１１…半導体レーザ、１４…測定用ガスセ
ル、１５，１７，１８…光検出器、２２…コンピュー
タ、２６…ファンクションジェネレータ（周波数変調手
段）
Claims (6)
- 【請求項１】 波長可変型半導体レーザと、該半導体レ
ーザに周波数変調を施す周波数変調手段と、前記半導体
レーザから発振されるレーザ光を被測定ガスに透過させ
る手段と、前記被測定ガスを透過したレーザ光強度を測
定する手段と、該レーザ光強度の測定値より２次微分ス
ペクトルを得る手段とを備えたガスの分光分析装置であ
って、 半導体レーザの特性から変調振幅の最適値を演算して、
前記半導体レーザから発振されるレーザ光の変調振幅が
該最適値となるように前記周波数変調手段を制御する変
調振幅演算手段を備えてなることを特徴とするガスの分
光分析装置。 - 【請求項２】 前記２次微分スペクトルにおけるピーク
の左右の極小値の波長間隔およびピークの吸収強度を演
算するスペクトル演算手段と、該スペクトル演算手段の
演算結果に基づいて前記被測定ガスの圧力を調整する圧
力調整手段とを備えていることを特徴とする請求項１記
載のガスの分光分析装置。 - 【請求項３】 波長可変型半導体レーザから周波数変調
されたレーザ光を発振させ、該レーザ光を被測定ガスに
透過させて、該透過光の強度を検出し、該検出値から２
次微分スペクトルを得るガスの分光分析法において、前
記２次微分スペクトルにおけるピークの左右の極小値の
波長間隔が０．０１１６ｎｍとなるようにレーザ光の変
調振幅の最適値を設定することを特徴とするガスの分光
分析方法。 - 【請求項４】 前記レーザ光の変調振幅の最適値を、半
導体レーザの発振波長を０．０２３２ｎｍだけ変化させ
るのに必要な注入電流の値と同じ値に設定することを特
徴とする請求項３記載のガスの分光分析方法。 - 【請求項５】 レーザ光の変調振幅を前記最適値に設定
した状態で、前記２次微分スペクトルの吸収強度が最大
となるように被測定ガスの圧力の最適値を設定すること
を特徴とする請求項３または４のいずれかに記載のガス
の分光分析方法。 - 【請求項６】 レーザ光の変調振幅および被測定ガスの
圧力を前記最適値にそれぞれ設定した状態で、被測定ガ
ス中の微量不純物についての検量線を作成することを特
徴とする請求項５記載のガスの分光分析方法。
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