JP2000298094A - フォトメータ及び水銀蒸気濃度を測定する方法 - Google Patents
フォトメータ及び水銀蒸気濃度を測定する方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ａ)セルの直径が小、長さが大、ｂ)セルの凝
縮表面面積が小、及び、ｃ)熱的にドリフト及びノイズ
を生じない光学窓を備えるフォトメータ及び水銀蒸気濃
度を測定する方法を提供する。 【解決手段】 本発明に係るフォトメータは、第１端部
及び第２端部並びに該第１端部と該第２端部との間に延
設される細長形状の通路を有する。試料セルの長さと細
長形状の通路の側方寸法との比が少なくとも１００：１
である。第１石英窓アセンブリは試料セルの第１端部に
配設され且つ第１端部に近接した通路と連通する第１ポ
ートを有し、第２石英窓アセンブリは試料セルの第２端
部に配設され且つ第２端部に近接した通路と連通する第
２ポートを有する。紫外線ランプが、第１石英窓、通
路、第２石英窓を通る紫外線を放射するように配置さ
れ、紫外線検出器が、第２石英窓から出る電磁放射を受
容するように配置される。
縮表面面積が小、及び、ｃ)熱的にドリフト及びノイズ
を生じない光学窓を備えるフォトメータ及び水銀蒸気濃
度を測定する方法を提供する。 【解決手段】 本発明に係るフォトメータは、第１端部
及び第２端部並びに該第１端部と該第２端部との間に延
設される細長形状の通路を有する。試料セルの長さと細
長形状の通路の側方寸法との比が少なくとも１００：１
である。第１石英窓アセンブリは試料セルの第１端部に
配設され且つ第１端部に近接した通路と連通する第１ポ
ートを有し、第２石英窓アセンブリは試料セルの第２端
部に配設され且つ第２端部に近接した通路と連通する第
２ポートを有する。紫外線ランプが、第１石英窓、通
路、第２石英窓を通る紫外線を放射するように配置さ
れ、紫外線検出器が、第２石英窓から出る電磁放射を受
容するように配置される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概してガス濃度の
量的検出に関し、特に、水銀酸化物とのガスの反応に基
づくガス濃度の検出のための水銀蒸気濃度を測定する方
法及びフォトメータに関する。
量的検出に関し、特に、水銀酸化物とのガスの反応に基
づくガス濃度の検出のための水銀蒸気濃度を測定する方
法及びフォトメータに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】還元ガ
ス検出器は、分析されるべきガス流を、水銀酸化物(Ｈ
ｇＯ)の熱床(heated bed)を通過して流すという原理で
機能する。ガス流中の酸化され得るガス(以下、還元ガ
スという)は、以下の一般的な反応に示されるように遊
離水銀蒸気を生成するように水銀酸化物と反応する。 Ｘ＋ＨｇＯ→ＸＯ＋Ｈｇ
ス検出器は、分析されるべきガス流を、水銀酸化物(Ｈ
ｇＯ)の熱床(heated bed)を通過して流すという原理で
機能する。ガス流中の酸化され得るガス(以下、還元ガ
スという)は、以下の一般的な反応に示されるように遊
離水銀蒸気を生成するように水銀酸化物と反応する。 Ｘ＋ＨｇＯ→ＸＯ＋Ｈｇ
【０００３】この反応式において、Ｘは還元ガス種を示
し、そして、Ｈｇは遊離水銀蒸気を表わしている。この
反応において生成される水銀蒸気は、紫外線フォトメー
タの一部分を構成する試料セル内での紫外線(ＵＶ)吸収
によって検出され得る。
し、そして、Ｈｇは遊離水銀蒸気を表わしている。この
反応において生成される水銀蒸気は、紫外線フォトメー
タの一部分を構成する試料セル内での紫外線(ＵＶ)吸収
によって検出され得る。
【０００４】水銀酸化物との反応は、如何なる特定のガ
ス種に対しても限定されず、そして、大多数の還元ガス
は水銀蒸気を生成すべく水銀酸化物と反応し得る。従っ
て、特定のガス種の量的測定を目的としたガス測定装置
は、測定されるべきガス種を分離する幾つかのプロセス
を組み入れている。かかる装置の１つは、ガスクロマト
グラフであり、これは、ガス試料を個々のガス種に時間
的に分離する(time-separate)ものである。特に、この
分離は、ガス流が中を流れる長いチューブ若しくは「カ
ラム」を用いることによって達成される。カラムからの
流出ガス流は、還元ガス検出器に接続されており、そし
て、正確な量の試料ガスをガス流中に注入する装置がカ
ラムの上流側に位置している。カラム自身には分子サイ
ズ又は他の化学特性に基づく試料を含む異なるガスを分
離する特性を有する粒状物体が充填されている。分子篩
(molecular sieve)材料を含むカラムの場合において
は、Ｈ2のような小さい分子がＣＯのような大きい分子
よりも早くカラム中を流れるであろう。従って、かかる
特性の差異によって、試料の各種又は各元素をカラム中
を通して異なる時間で検出器中に移動せしめることと、
ガス種が一連のガウス分布形状の濃度「ピーク」として
検出されるということとが認識されるであろう。カラム
への単一試料注入から始めると、各ピークは特有の時間
で検出器に到達し、ピーク自身は基本的に単一のガス種
から形成される。各ピークの高さ、又は、各ピークの下
の積分された面積が、ガス種の濃度を表わしている。
ス種に対しても限定されず、そして、大多数の還元ガス
は水銀蒸気を生成すべく水銀酸化物と反応し得る。従っ
て、特定のガス種の量的測定を目的としたガス測定装置
は、測定されるべきガス種を分離する幾つかのプロセス
を組み入れている。かかる装置の１つは、ガスクロマト
グラフであり、これは、ガス試料を個々のガス種に時間
的に分離する(time-separate)ものである。特に、この
分離は、ガス流が中を流れる長いチューブ若しくは「カ
ラム」を用いることによって達成される。カラムからの
流出ガス流は、還元ガス検出器に接続されており、そし
て、正確な量の試料ガスをガス流中に注入する装置がカ
ラムの上流側に位置している。カラム自身には分子サイ
ズ又は他の化学特性に基づく試料を含む異なるガスを分
離する特性を有する粒状物体が充填されている。分子篩
(molecular sieve)材料を含むカラムの場合において
は、Ｈ2のような小さい分子がＣＯのような大きい分子
よりも早くカラム中を流れるであろう。従って、かかる
特性の差異によって、試料の各種又は各元素をカラム中
を通して異なる時間で検出器中に移動せしめることと、
ガス種が一連のガウス分布形状の濃度「ピーク」として
検出されるということとが認識されるであろう。カラム
への単一試料注入から始めると、各ピークは特有の時間
で検出器に到達し、ピーク自身は基本的に単一のガス種
から形成される。各ピークの高さ、又は、各ピークの下
の積分された面積が、ガス種の濃度を表わしている。
【０００５】従来技術において、還元ガス検出器は、水
銀酸化物との所望の反応を促進するために、一般に１５
０〜３００℃の温度で機能している。水銀酸化物床(be
d)と同様に試料は、試料セルの内部表面上に水銀が凝縮
(又は凝結)することを防ぐため、この温度範囲において
加熱されていた。当業者にはよく知られているように、
水銀蒸気は全く凝縮しうるものであり、相対的に冷たい
表面に付着する。試料セル内の水銀の凝縮は水銀濃度の
変化に対する試料セル内の平衡が遅くなること、従っ
て、還元ガス検出器の反応が低速になるという結果とし
て現れ得る。さらに紫外線試料セルは、紫外線放射がセ
ル中を通って伝わることを許容する石英(即ち、純粋な
ＳｉＯ2)窓を備えている。石英窓上の水銀凝縮は、窓上
の水銀凝縮による、紫外線放射の吸収によってセルにお
ける光学的伝播を減少させる。この結果、かかる水銀凝
縮はフォトメータ中のＵＶ光センサのための信号を減少
させ、これに対応してノイズレベルが高くなる。
銀酸化物との所望の反応を促進するために、一般に１５
０〜３００℃の温度で機能している。水銀酸化物床(be
d)と同様に試料は、試料セルの内部表面上に水銀が凝縮
(又は凝結)することを防ぐため、この温度範囲において
加熱されていた。当業者にはよく知られているように、
水銀蒸気は全く凝縮しうるものであり、相対的に冷たい
表面に付着する。試料セル内の水銀の凝縮は水銀濃度の
変化に対する試料セル内の平衡が遅くなること、従っ
て、還元ガス検出器の反応が低速になるという結果とし
て現れ得る。さらに紫外線試料セルは、紫外線放射がセ
ル中を通って伝わることを許容する石英(即ち、純粋な
ＳｉＯ2)窓を備えている。石英窓上の水銀凝縮は、窓上
の水銀凝縮による、紫外線放射の吸収によってセルにお
ける光学的伝播を減少させる。この結果、かかる水銀凝
縮はフォトメータ中のＵＶ光センサのための信号を減少
させ、これに対応してノイズレベルが高くなる。
【０００６】一般に、ガスクロマトグラフィに関連して
用いられるガス検出器は、クロマトグラフィカラムによ
って生成される濃度ピークに正確に追従するため、相対
的に早い応答時間を有していなければならない。さら
に、一般的なガスクロマトグラフィ流量は、２０〜６０
cc／分という範囲にあり、この範囲は他のガス測定技術
(例えば、連続分析器)に関連する５００〜２０００cc／
分よりもずっと遅い。従って、ガスクロマトグラフィ検
出器は好ましくは、ガス濃度を早く変化させる濃度平衡
時間を最小限にするために、且つ、前述したように流れ
るガス種の凝縮を減少させるために、小さい内部容積し
か有しない方が好ましい。
用いられるガス検出器は、クロマトグラフィカラムによ
って生成される濃度ピークに正確に追従するため、相対
的に早い応答時間を有していなければならない。さら
に、一般的なガスクロマトグラフィ流量は、２０〜６０
cc／分という範囲にあり、この範囲は他のガス測定技術
(例えば、連続分析器)に関連する５００〜２０００cc／
分よりもずっと遅い。従って、ガスクロマトグラフィ検
出器は好ましくは、ガス濃度を早く変化させる濃度平衡
時間を最小限にするために、且つ、前述したように流れ
るガス種の凝縮を減少させるために、小さい内部容積し
か有しない方が好ましい。
【０００７】連続的サンプリング分析器として実施され
るとき、検出器を通る大きいガス流量を収容するため、
従来技術による試料セルは必ず、大きい。従来技術の連
続試料分析器セルの大きい直径もまた、紫外線放射の相
対的に多くの量を伝搬し、その多くの量が検出器の出力
信号のノイズレベルを減少させることが望ましい。クロ
マトグラフィー検出器用の従来の試料セルは、連続サン
プリング検出器用のものよりも小さいが、依然として最
小径が０．１５ｃｍ及び最大長さが１０ｃｍに限られて
いて、その範囲は、セル中の通路を通る紫外光の適切な
量をやはり伝搬し得るであろう寸法である。即ち、セル
中の通路の直径はかなり大きくされており、セルの長さ
はかなり短くされており、その結果、やはり、紫外光源
からの充分な光の量がセル中を通過し、紫外光(ＵＶ)セ
ンサによって、該光が検出される。従って、このこと
は、紫外光源がコヒレントでなく、ＵＶ検出器上に入射
する(impinging)光の量がセル通路の直径に直接比例し
ており、且つ、セルの長さの平方に逆比例していること
による。故に、短い、大きい直径のセルが従来技術にお
いて標準になっている。
るとき、検出器を通る大きいガス流量を収容するため、
従来技術による試料セルは必ず、大きい。従来技術の連
続試料分析器セルの大きい直径もまた、紫外線放射の相
対的に多くの量を伝搬し、その多くの量が検出器の出力
信号のノイズレベルを減少させることが望ましい。クロ
マトグラフィー検出器用の従来の試料セルは、連続サン
プリング検出器用のものよりも小さいが、依然として最
小径が０．１５ｃｍ及び最大長さが１０ｃｍに限られて
いて、その範囲は、セル中の通路を通る紫外光の適切な
量をやはり伝搬し得るであろう寸法である。即ち、セル
中の通路の直径はかなり大きくされており、セルの長さ
はかなり短くされており、その結果、やはり、紫外光源
からの充分な光の量がセル中を通過し、紫外光(ＵＶ)セ
ンサによって、該光が検出される。従って、このこと
は、紫外光源がコヒレントでなく、ＵＶ検出器上に入射
する(impinging)光の量がセル通路の直径に直接比例し
ており、且つ、セルの長さの平方に逆比例していること
による。故に、短い、大きい直径のセルが従来技術にお
いて標準になっている。
【０００８】実際には、従来技術のクロマトグラフィー
検出器セルの温度は、ＨｇＯ床として同じ、２６５〜２
８５℃の範囲内の温度に維持されている。この比較的高
い温度により、温度に敏感な紫外光ランプと光センサと
から熱いセルを隔離するためにセルの光学窓は相対的に
長い(長さ約５ｃｍ)石英ロッドで構成されている。従っ
て、これらのロッドを通して伝わるＵＶ光の量はまた、
ロッドの温度に全面的に依存しており、従って、ロッド
温度の小さな変化が、ＵＶセンサに入射する光量に影響
を与える。従来技術のロッドの対流冷却の際の小さな温
度変化は、検出器セルを加熱し、従って、水銀蒸気濃度
によるものではない、セルを通って伝わる光の変化を招
いてしまう。これらの変化の正味の影響は、光センサ出
力におけるドリフト及びノイズの増大を招くことであ
る。
検出器セルの温度は、ＨｇＯ床として同じ、２６５〜２
８５℃の範囲内の温度に維持されている。この比較的高
い温度により、温度に敏感な紫外光ランプと光センサと
から熱いセルを隔離するためにセルの光学窓は相対的に
長い(長さ約５ｃｍ)石英ロッドで構成されている。従っ
て、これらのロッドを通して伝わるＵＶ光の量はまた、
ロッドの温度に全面的に依存しており、従って、ロッド
温度の小さな変化が、ＵＶセンサに入射する光量に影響
を与える。従来技術のロッドの対流冷却の際の小さな温
度変化は、検出器セルを加熱し、従って、水銀蒸気濃度
によるものではない、セルを通って伝わる光の変化を招
いてしまう。これらの変化の正味の影響は、光センサ出
力におけるドリフト及びノイズの増大を招くことであ
る。
【０００９】従って、従来技術のクロマトグラフィーセ
ルを実施することが次の理由で制限されることが認識さ
れるであろう。即ち、ａ) ＵＶ光の好適なレベルの伝播
に要するのに対し比較的セル直径が大きいこと及び長さ
が短い、ｂ)直径及び長さによって、セルの凝縮表面面
積が比較的大きい、及び、ｃ)熱的に誘起されたドリフ
ト及びノイズを検出器出力に付加する石英ロッドを備え
る光学窓を必然的に伴う必要性のある比較的高いセル温
度を要する、である。
ルを実施することが次の理由で制限されることが認識さ
れるであろう。即ち、ａ) ＵＶ光の好適なレベルの伝播
に要するのに対し比較的セル直径が大きいこと及び長さ
が短い、ｂ)直径及び長さによって、セルの凝縮表面面
積が比較的大きい、及び、ｃ)熱的に誘起されたドリフ
ト及びノイズを検出器出力に付加する石英ロッドを備え
る光学窓を必然的に伴う必要性のある比較的高いセル温
度を要する、である。
【００１０】水銀検出の感度は、セル長さに直接つりあ
ったものであるので、理想的な試料セルは、かかる理想
的な試料セル中の通路を通過するガス中の光の量のよう
な他の因子を無視すると、無限に長い長さとゼロ(零)直
径、ゼロ内部容積、ゼロ内部表面面積となるであろう。
さらに、光学セル窓は、もし加熱されるなら、理想的に
は無限に薄いものとでき、従って、熱の対流性の誤差を
生じがちなものとはならないであろう。かかる現状に鑑
みて本発明はなされたものであり、比較的セル直径が小
さいこと及び長さが長いこと、ｂ)セルの凝縮表面面積
が比較的小さいこと、及び、ｃ)熱的に誘起されるドリ
フト及びノイズを生じないことを満たす光学窓を備える
フォトメータを提供することを課題とする。
ったものであるので、理想的な試料セルは、かかる理想
的な試料セル中の通路を通過するガス中の光の量のよう
な他の因子を無視すると、無限に長い長さとゼロ(零)直
径、ゼロ内部容積、ゼロ内部表面面積となるであろう。
さらに、光学セル窓は、もし加熱されるなら、理想的に
は無限に薄いものとでき、従って、熱の対流性の誤差を
生じがちなものとはならないであろう。かかる現状に鑑
みて本発明はなされたものであり、比較的セル直径が小
さいこと及び長さが長いこと、ｂ)セルの凝縮表面面積
が比較的小さいこと、及び、ｃ)熱的に誘起されるドリ
フト及びノイズを生じないことを満たす光学窓を備える
フォトメータを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の好適な実施態様
は、低流量搬送ガス中における水銀蒸気の検出のための
改善されたフォトメータに向けられている。それ自身と
しては、本発明は、熱せられた水銀酸化物床において還
元され得るガス種に対して行なうガスクロマトグラフィ
ーに好適である。
は、低流量搬送ガス中における水銀蒸気の検出のための
改善されたフォトメータに向けられている。それ自身と
しては、本発明は、熱せられた水銀酸化物床において還
元され得るガス種に対して行なうガスクロマトグラフィ
ーに好適である。
【００１２】本発明に係る改善されたフォトメータの試
料セルは、従来技術の試料セルに比較して長く且つ薄
い。小さい内部表面面積は、セルを加熱する必要を排除
しており、非常に薄い光学セル窓を許容しており、熱的
な対流性の誤差の生成を基本的に殆ど生じない。本発明
は、長く薄い試料セルを通る充分低いノイズのＵＶ光を
与えるように強力なＵＶ光源の温度を安定化する。応答
の早い、高感度で信頼性の高いフォトメータが、本発明
に係る方法及び装置によって提供される。
料セルは、従来技術の試料セルに比較して長く且つ薄
い。小さい内部表面面積は、セルを加熱する必要を排除
しており、非常に薄い光学セル窓を許容しており、熱的
な対流性の誤差の生成を基本的に殆ど生じない。本発明
は、長く薄い試料セルを通る充分低いノイズのＵＶ光を
与えるように強力なＵＶ光源の温度を安定化する。応答
の早い、高感度で信頼性の高いフォトメータが、本発明
に係る方法及び装置によって提供される。
【００１３】従って、本発明の好適な実施形態は、熱せ
られた水銀酸化物床を用いる還元処理においてこれらの
ガスによって生成される水銀蒸気のスペクトル吸収を測
定することによって小さいガス濃度を検出することに関
する。本装置は、好ましくは、周囲温度で機能し、且つ
フォトメータの感度を増大するように長い通路を有する
ように最適化された細長の円筒状試料セルを含んでい
る。石英窓アセンブリが試料セルの両端部に備えられて
おり、その結果、紫外光が第１窓アセンブリ中に向けら
れ、試料セルの通路を通って、紫外光検出器上に入射す
るように第２の窓アセンブリから外へ放出される。
られた水銀酸化物床を用いる還元処理においてこれらの
ガスによって生成される水銀蒸気のスペクトル吸収を測
定することによって小さいガス濃度を検出することに関
する。本装置は、好ましくは、周囲温度で機能し、且つ
フォトメータの感度を増大するように長い通路を有する
ように最適化された細長の円筒状試料セルを含んでい
る。石英窓アセンブリが試料セルの両端部に備えられて
おり、その結果、紫外光が第１窓アセンブリ中に向けら
れ、試料セルの通路を通って、紫外光検出器上に入射す
るように第２の窓アセンブリから外へ放出される。
【００１４】通路の直径に比例した大変長い試料セルを
提供することにより、試料セルを加熱する必要性が排除
される。好ましくは、試料セルはステンレススチール、
アルミニウム又はボロシリケートガラスによって作製さ
れている。また、好ましくは、試料セルを通る通路の直
径に対する試料セルの長さの比は、少なくとも１００対
１であり、該試料セルは、水銀が凝縮し得る内部表面面
積を減じており、セルの感度を増大する内部表面面積を
減じている。
提供することにより、試料セルを加熱する必要性が排除
される。好ましくは、試料セルはステンレススチール、
アルミニウム又はボロシリケートガラスによって作製さ
れている。また、好ましくは、試料セルを通る通路の直
径に対する試料セルの長さの比は、少なくとも１００対
１であり、該試料セルは、水銀が凝縮し得る内部表面面
積を減じており、セルの感度を増大する内部表面面積を
減じている。
【００１５】石英窓アセンブリは、窓上で凝縮物の蒸発
を助長するように設備されていることが好ましい。精密
な制限範囲内にランプの温度を維持するために、紫外ラ
ンプもまた、ヒータ、ヒートシンク及びクローズドルー
プ制御システムが備えられることが好ましい。細長形状
試料セルは、好ましくは、試料セルの通路を通って真っ
直ぐの光路を与えるようにＶブロック配置で保持され
る。
を助長するように設備されていることが好ましい。精密
な制限範囲内にランプの温度を維持するために、紫外ラ
ンプもまた、ヒータ、ヒートシンク及びクローズドルー
プ制御システムが備えられることが好ましい。細長形状
試料セルは、好ましくは、試料セルの通路を通って真っ
直ぐの光路を与えるようにＶブロック配置で保持され
る。
【００１６】従って、本発明に係るフォトメータは、第
１端部と第２端部と該第１端部及び第２端部の間に伸び
る細長形状の通路とを有する試料セルを含んでいること
が認識される。好ましくは、通路側方の寸法に対する試
料セルの長さの比は、少なくとも１００対１である。さ
らに、セルは好ましくは、およそ、周囲温度に維持され
ている。第１の石英窓アセンブリは試料セルの第１端部
に位置して該第１端部に近接した通路と連通する第１ポ
ートを有し、第２の石英窓アセンブリは試料セルの第２
の端部に位置して該第２端部に近接した通路と連通する
第２ポートを有している。電磁放射(好ましくはＵＶ放
射)源が、該電磁放射が第１石英窓、通路、第２石英
窓、第２の石英窓を通って放射される電磁放射を受容す
るように配置された電磁放射(好ましくはＵＶ放射)の検
出器を通って放射されるように配置されることが好まし
い。好ましくは、試料セルはだいたい周囲温度で機能
し、早い瞬間的な応答を与えるため、試料セルの容量は
約０．２ｃｃよりも大きくない。
１端部と第２端部と該第１端部及び第２端部の間に伸び
る細長形状の通路とを有する試料セルを含んでいること
が認識される。好ましくは、通路側方の寸法に対する試
料セルの長さの比は、少なくとも１００対１である。さ
らに、セルは好ましくは、およそ、周囲温度に維持され
ている。第１の石英窓アセンブリは試料セルの第１端部
に位置して該第１端部に近接した通路と連通する第１ポ
ートを有し、第２の石英窓アセンブリは試料セルの第２
の端部に位置して該第２端部に近接した通路と連通する
第２ポートを有している。電磁放射(好ましくはＵＶ放
射)源が、該電磁放射が第１石英窓、通路、第２石英
窓、第２の石英窓を通って放射される電磁放射を受容す
るように配置された電磁放射(好ましくはＵＶ放射)の検
出器を通って放射されるように配置されることが好まし
い。好ましくは、試料セルはだいたい周囲温度で機能
し、早い瞬間的な応答を与えるため、試料セルの容量は
約０．２ｃｃよりも大きくない。
【００１７】本発明に係る水銀蒸気濃度を測定する方法
は、水銀酸化物床、ついで細長試料セルの通路を通る搬
送ガスを流す手順を含み、該手順において、試料セルは
ある長さを有し、通路はある側方寸法を有しているの
で、側方寸法に対する長さの比が少なくとも１００対１
とできる。紫外光は、セルを通って検出器に入射するよ
うに方向づけられており、そして、検出器の出力信号が
ゼロ調整される。次に、ガス試料が搬送ガスの流れの中
に入れられ、ガス試料は、水銀蒸気を生成するために水
銀酸化物床と反応することができる１つ又はそれ以上の
物質を備える。最後に、検出器の出力信号が分析され
る。
は、水銀酸化物床、ついで細長試料セルの通路を通る搬
送ガスを流す手順を含み、該手順において、試料セルは
ある長さを有し、通路はある側方寸法を有しているの
で、側方寸法に対する長さの比が少なくとも１００対１
とできる。紫外光は、セルを通って検出器に入射するよ
うに方向づけられており、そして、検出器の出力信号が
ゼロ調整される。次に、ガス試料が搬送ガスの流れの中
に入れられ、ガス試料は、水銀蒸気を生成するために水
銀酸化物床と反応することができる１つ又はそれ以上の
物質を備える。最後に、検出器の出力信号が分析され
る。
【００１８】本発明は、従来技術を上回る有利な多数の
特徴を与える。１つには、試料セルが熱せられないこ
と、高価或いは能力的に信頼性の低いヒータ及びヒータ
制御システムを排除することができる。さらに、セルを
加熱しないことによって石英窓は従来よりずっと短くす
ることができる。従来の電流による温度の局所変化によ
って引き起こされるノイズ成分を排除できる。小さい直
径の細長試料セルは、従来技術による、短い、幅広のセ
ルよりも優れた感度と速い応答時間を与える。
特徴を与える。１つには、試料セルが熱せられないこ
と、高価或いは能力的に信頼性の低いヒータ及びヒータ
制御システムを排除することができる。さらに、セルを
加熱しないことによって石英窓は従来よりずっと短くす
ることができる。従来の電流による温度の局所変化によ
って引き起こされるノイズ成分を排除できる。小さい直
径の細長試料セルは、従来技術による、短い、幅広のセ
ルよりも優れた感度と速い応答時間を与える。
【００１９】本発明に係るこれらの、また、他の利点
は、以下の詳細な説明を読み、添付図面の幾つかの図を
参照すれば明らかとなるであろう。
は、以下の詳細な説明を読み、添付図面の幾つかの図を
参照すれば明らかとなるであろう。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１(ａ)において、本発明に係る
フォトメータ10は、細長形状試料セル12、第１石英窓ア
センブリ14、第２石英窓アセンブリ16、ランプアセンブ
リ18、及び、検出器アセンブリ20を備えている。試料セ
ル12はＶブロックユニット22によって支持されており、
クランプユニット24によって適所に保持されている。種
々の部品がベース26によって支持されており、該ベース
はランプインバータ28及び検出器出力電子部品(electro
nics)30のような他の部品を支持できる。操作の間、多
くの部品は１又は２以上のカバー32、34及び36で覆われ
ている。
フォトメータ10は、細長形状試料セル12、第１石英窓ア
センブリ14、第２石英窓アセンブリ16、ランプアセンブ
リ18、及び、検出器アセンブリ20を備えている。試料セ
ル12はＶブロックユニット22によって支持されており、
クランプユニット24によって適所に保持されている。種
々の部品がベース26によって支持されており、該ベース
はランプインバータ28及び検出器出力電子部品(electro
nics)30のような他の部品を支持できる。操作の間、多
くの部品は１又は２以上のカバー32、34及び36で覆われ
ている。
【００２１】図１(ａ)に示されたように、試料セルは細
長形状構造、好ましくは、チューブとして形成され、長
さＬを有し、本発明の好適な実施態様において、Ｌは約
３０ｃｍである。図１(ｂ)の断面図をさらに参照する
と、試料セルは、Ｖ溝40を有する複数のＶ溝ブロック38
によって支持されており、且つ、クランプ42によって適
所に保持される。細長形状試料セル12は、ＵＶ光が過度
に損失されることなく内部通路を照らすことを許容する
ように正確な配置を要する。Ｖ溝ブロック38は、この支
持及び配置を与えている。同様のＶ溝ブロック配置は、
当業者によって認識されているように、レーザロッドを
正確に配置するためのレーザ技術において用いられてい
る。クランプ42は、Ｖ溝ブロック38のＶ溝40の内部に試
料セル12をしっかり保持している。
長形状構造、好ましくは、チューブとして形成され、長
さＬを有し、本発明の好適な実施態様において、Ｌは約
３０ｃｍである。図１(ｂ)の断面図をさらに参照する
と、試料セルは、Ｖ溝40を有する複数のＶ溝ブロック38
によって支持されており、且つ、クランプ42によって適
所に保持される。細長形状試料セル12は、ＵＶ光が過度
に損失されることなく内部通路を照らすことを許容する
ように正確な配置を要する。Ｖ溝ブロック38は、この支
持及び配置を与えている。同様のＶ溝ブロック配置は、
当業者によって認識されているように、レーザロッドを
正確に配置するためのレーザ技術において用いられてい
る。クランプ42は、Ｖ溝ブロック38のＶ溝40の内部に試
料セル12をしっかり保持している。
【００２２】図１(ｂ)にも見られるように、セル12には
通路44が備えられている。好ましくは、この通路は円筒
形状の孔又は同様のものであり、通路の側方の寸法
「ｄ」は、基本的に、孔の直径である。代わりに、通路
は円筒形状でなくともよく、この場合、最大側方寸法は
セルの軸に垂直に取られた、孔の最大径として定義され
る。しかしながら、通路の壁は、表面に水銀が付着する
ことを抑制するために、２０ＲＡ若しくはそれ以下の仕
上げになるよう滑らか(例えば、電解研磨又は水力利用
による孔開け)でなければならない。
通路44が備えられている。好ましくは、この通路は円筒
形状の孔又は同様のものであり、通路の側方の寸法
「ｄ」は、基本的に、孔の直径である。代わりに、通路
は円筒形状でなくともよく、この場合、最大側方寸法は
セルの軸に垂直に取られた、孔の最大径として定義され
る。しかしながら、通路の壁は、表面に水銀が付着する
ことを抑制するために、２０ＲＡ若しくはそれ以下の仕
上げになるよう滑らか(例えば、電解研磨又は水力利用
による孔開け)でなければならない。
【００２３】また、試料セル12が通路44の側方寸法に対
して非常に長いということは注目されるべきである。本
例において通路は円筒形状(チューブを形成しているセ
ル12)であり、結果、側方寸法ｄは直径で約０．０４０
ｃｍである。セル12の長さＬは、この例では３０ｃｍで
あり、側方寸法ｄに対する長さＬの比はＬ／ｄ＝７５
０：１である。この比は良好な感度、速い応答時間、及
び、水銀が付着することのできる通路の良好な内部表面
(壁領域)を与える。しかしながら、試料ガスの容量がも
っと高いこと及び／又はランプ強度がもっと大きいこと
が検出器において望まれるなら、この比は少なくとも２
５０：１であることが好ましいが、この比は幾つかの例
においては１００：１程に小さく減少させることができ
る。それにもかかわらず、この好ましい実施態様におい
てはわずか約０．２ｃｃより多くない合計セル容量を有
することが望ましい。
して非常に長いということは注目されるべきである。本
例において通路は円筒形状(チューブを形成しているセ
ル12)であり、結果、側方寸法ｄは直径で約０．０４０
ｃｍである。セル12の長さＬは、この例では３０ｃｍで
あり、側方寸法ｄに対する長さＬの比はＬ／ｄ＝７５
０：１である。この比は良好な感度、速い応答時間、及
び、水銀が付着することのできる通路の良好な内部表面
(壁領域)を与える。しかしながら、試料ガスの容量がも
っと高いこと及び／又はランプ強度がもっと大きいこと
が検出器において望まれるなら、この比は少なくとも２
５０：１であることが好ましいが、この比は幾つかの例
においては１００：１程に小さく減少させることができ
る。それにもかかわらず、この好ましい実施態様におい
てはわずか約０．２ｃｃより多くない合計セル容量を有
することが望ましい。
【００２４】試料セルの材料は、ボロシリケートガラ
ス、ステンレススチール又はアルミニウムのうちの１種
又は２種以上であることが好ましい。もし、試料セルが
ボロシリケートガラスで作製されているなら、保護のた
め、ステンレススチールチューブでケースに封入される
ことが好ましい。
ス、ステンレススチール又はアルミニウムのうちの１種
又は２種以上であることが好ましい。もし、試料セルが
ボロシリケートガラスで作製されているなら、保護のた
め、ステンレススチールチューブでケースに封入される
ことが好ましい。
【００２５】通路直径に対するセル長さの比が、従来技
術においてヒータが要求した、少なくとも１００：１よ
り小さいという比を与えることにより、還元ガス検出器
が排除され得る。即ち、従来技術の試料セルとは対照的
に、セル12は約１５０℃未満で機能され得る。実際に、
通路の内壁上で水銀蒸気の凝縮が行われることから実質
的な問題が発生することなく、セル12は１００℃未満、
そして、周囲温度(約２５℃)においてでも機能され得
る。
術においてヒータが要求した、少なくとも１００：１よ
り小さいという比を与えることにより、還元ガス検出器
が排除され得る。即ち、従来技術の試料セルとは対照的
に、セル12は約１５０℃未満で機能され得る。実際に、
通路の内壁上で水銀蒸気の凝縮が行われることから実質
的な問題が発生することなく、セル12は１００℃未満、
そして、周囲温度(約２５℃)においてでも機能され得
る。
【００２６】図２において、第１石英窓アセンブリ14及
びランプアセンブリ18が、より詳細に示されている。第
１石英窓アセンブリは孔50中に抵抗ヒータ48を備えたヒ
ータブロック46を備える。ヒータブロックはアルミニウ
ムのような好適な金属によって作製されていることが好
ましく、抵抗ヒータ48からの熱を安定化するのに役立
つ。窓ユニット52は、接合部54によってセル12に取り付
けられている。もし、試料セル12がステンレススチール
であれば接合部54は試料セルに真鍮づけされることが好
ましい。もし、試料セルがボロシリケートガラスであれ
ば、接合部は好適な接着剤で試料セルに固着されること
が好ましい。
びランプアセンブリ18が、より詳細に示されている。第
１石英窓アセンブリは孔50中に抵抗ヒータ48を備えたヒ
ータブロック46を備える。ヒータブロックはアルミニウ
ムのような好適な金属によって作製されていることが好
ましく、抵抗ヒータ48からの熱を安定化するのに役立
つ。窓ユニット52は、接合部54によってセル12に取り付
けられている。もし、試料セル12がステンレススチール
であれば接合部54は試料セルに真鍮づけされることが好
ましい。もし、試料セルがボロシリケートガラスであれ
ば、接合部は好適な接着剤で試料セルに固着されること
が好ましい。
【００２７】ランプアセンブリ18はヒータブロック56を
備え、また、アルミニウムのような好適な熱貯蔵材料で
作製されることが好ましい。ランプ58はヒータブロック
56中の孔60の範囲内に位置することが好ましい。この好
適な実施態様において、ランプは約２５４ｎｍを中心と
する動作周波数を有する紫外線(ＵＶ)ランプであり、種
々の供給源から入手可能である。例えば、かかるランプ
はカリフォルニア州、クレアモント(Claremont)の「ビ
ー エイチ ケイ，インコーポレイテッド(ＢＨＫ，Ｉ
ｎｃ)」社から商品として入手可能である。抵抗ヒータ6
2はヒータブロックに結合されており、熱電対64がヒー
タブロック56の孔66の範囲内に配置される。ヒートシン
ク68は、熱をヒートブロックから引くために、ヒータブ
ロック56をベース26に結合している。ヒートシンク68
は、ヒータブロック56と同一の材料で作製されることが
好ましい。
備え、また、アルミニウムのような好適な熱貯蔵材料で
作製されることが好ましい。ランプ58はヒータブロック
56中の孔60の範囲内に位置することが好ましい。この好
適な実施態様において、ランプは約２５４ｎｍを中心と
する動作周波数を有する紫外線(ＵＶ)ランプであり、種
々の供給源から入手可能である。例えば、かかるランプ
はカリフォルニア州、クレアモント(Claremont)の「ビ
ー エイチ ケイ，インコーポレイテッド(ＢＨＫ，Ｉ
ｎｃ)」社から商品として入手可能である。抵抗ヒータ6
2はヒータブロックに結合されており、熱電対64がヒー
タブロック56の孔66の範囲内に配置される。ヒートシン
ク68は、熱をヒートブロックから引くために、ヒータブ
ロック56をベース26に結合している。ヒートシンク68
は、ヒータブロック56と同一の材料で作製されることが
好ましい。
【００２８】ヒータ62及びヒートシンク68は同一の時定
数を有することが好ましい。このことは、クローズドル
ープ温度制御器の一部分を形成するとき、ランプアセン
ブリ18の温度を大変厳しい許容度(摂氏約０．０５度の
範囲内)で維持することを、以下により詳細に説明する
ように、より容易であるようにする。本発明は、従来技
術の場合のように、ランプ58に近接した参照検出器を利
用しないので、この正確な温度制御を維持することは重
要である。ランプ58の大変正確な一定の温度を維持する
ことによって、ランプのＵＶ光出力は一定であり、かか
る参照検出器の必要性を排除する。迷光(stray ambien
t light)から光路の一部分を陰にするためにチューブ7
2(好ましくは金属)がランプ58から石英窓70まで延びて
いる。
数を有することが好ましい。このことは、クローズドル
ープ温度制御器の一部分を形成するとき、ランプアセン
ブリ18の温度を大変厳しい許容度(摂氏約０．０５度の
範囲内)で維持することを、以下により詳細に説明する
ように、より容易であるようにする。本発明は、従来技
術の場合のように、ランプ58に近接した参照検出器を利
用しないので、この正確な温度制御を維持することは重
要である。ランプ58の大変正確な一定の温度を維持する
ことによって、ランプのＵＶ光出力は一定であり、かか
る参照検出器の必要性を排除する。迷光(stray ambien
t light)から光路の一部分を陰にするためにチューブ7
2(好ましくは金属)がランプ58から石英窓70まで延びて
いる。
【００２９】再度強調されるべきことは、過去に他の機
器において参照検出器は、出力信号Ｖoutを生成するた
めに主検出器の出力信号Ｖsigに関連して用いられる信
号Ｖrefを生成することが要求されることである。実際
には、これらの２つの信号は何らかの一貫性をもっては
正確に測定され得ない。従来技術において、出力信号Ｖ
outはlog(Ｖref／Ｖsig)によって計算される。紫外線光
源の温度を安定化させることにより、参照信号Ｖrefは
一定となり測定される必要がなくなる。また、３０cm長
さのセルにおいて水銀蒸気濃度が５０ppb(１０億分の
１)よりも小さい限り、検出信号Ｖsigは、その変化が小
さいのでlog(Ｖsig)にほぼ直線的に比例している。即
ち、水銀蒸気濃度がセルの長さ１ｃｍあたり２ppbより
も小さいとき、検出器からの出力信号は、概してセルに
おける水銀蒸気による紫外線放射の吸収に直線的に比例
している。結果として、出力信号Ｖoutが検出信号Ｖsig
に基本的に等しくなる。従って、本発明によって参照検
出器の必要性が排除されるのみならず、信号の、高価な
対数処理が排除される。
器において参照検出器は、出力信号Ｖoutを生成するた
めに主検出器の出力信号Ｖsigに関連して用いられる信
号Ｖrefを生成することが要求されることである。実際
には、これらの２つの信号は何らかの一貫性をもっては
正確に測定され得ない。従来技術において、出力信号Ｖ
outはlog(Ｖref／Ｖsig)によって計算される。紫外線光
源の温度を安定化させることにより、参照信号Ｖrefは
一定となり測定される必要がなくなる。また、３０cm長
さのセルにおいて水銀蒸気濃度が５０ppb(１０億分の
１)よりも小さい限り、検出信号Ｖsigは、その変化が小
さいのでlog(Ｖsig)にほぼ直線的に比例している。即
ち、水銀蒸気濃度がセルの長さ１ｃｍあたり２ppbより
も小さいとき、検出器からの出力信号は、概してセルに
おける水銀蒸気による紫外線放射の吸収に直線的に比例
している。結果として、出力信号Ｖoutが検出信号Ｖsig
に基本的に等しくなる。従って、本発明によって参照検
出器の必要性が排除されるのみならず、信号の、高価な
対数処理が排除される。
【００３０】図３において、窓ユニット52が断面図で示
される。窓ユニットは接合部54によって試料セル12に結
合される本体を含む。小さい孔76がセル12に連通してい
る。供給チューブ78Aは孔76、及び、従って試料セルの
通路と連通するポート80をなしている。本実施形態にお
いて、ポート80は、試料セルからガスを放出する入り口
ポートと等しく井戸穴であろうが、試料セルにガスを注
入する出力ポートである。ディスク形状の石英窓70が２
つの「テフロン」(登録商標)ワッシャ82及び84の間に挟
まれている。もっと大きい剛性を有するワッシャ86(例
えば、金属ワッシャ)は、リテーナボルト90によって適
所に保持されたスプリング88のためのベアリング表面を
なしている。従って、窓ユニット52は、ガスの進入又は
排出のためのガスポート80のみを備え、試料チューブ12
の端部に、ガス漏れのないシールを形成している。ボル
ト90中の孔92は、光ガイド72を受容しやすい。
される。窓ユニットは接合部54によって試料セル12に結
合される本体を含む。小さい孔76がセル12に連通してい
る。供給チューブ78Aは孔76、及び、従って試料セルの
通路と連通するポート80をなしている。本実施形態にお
いて、ポート80は、試料セルからガスを放出する入り口
ポートと等しく井戸穴であろうが、試料セルにガスを注
入する出力ポートである。ディスク形状の石英窓70が２
つの「テフロン」(登録商標)ワッシャ82及び84の間に挟
まれている。もっと大きい剛性を有するワッシャ86(例
えば、金属ワッシャ)は、リテーナボルト90によって適
所に保持されたスプリング88のためのベアリング表面を
なしている。従って、窓ユニット52は、ガスの進入又は
排出のためのガスポート80のみを備え、試料チューブ12
の端部に、ガス漏れのないシールを形成している。ボル
ト90中の孔92は、光ガイド72を受容しやすい。
【００３１】石英窓70の厚さ「ｔ」が、従来要求された
値よりもずっと小さいということは注目されるべきであ
る。このことは試料セルが従来よりも低い温度で機能す
るので、厚い窓が試料セルの熱を放散する必要がないこ
とによるものである。まして、それ自体としては、石英
窓は、その長さ方向で温度勾配が大きいことによって屈
折率が変化することを殆ど受け入れない。この好適な実
施態様において、窓の厚さは約２．５ｍｍである。好ま
しくは、この厚さは、１．２５ｍｍより小さく、好まし
くは０．６２５ｍｍより小さく、最も好ましくは、構造
的完全さを要求される値より厚くない。
値よりもずっと小さいということは注目されるべきであ
る。このことは試料セルが従来よりも低い温度で機能す
るので、厚い窓が試料セルの熱を放散する必要がないこ
とによるものである。まして、それ自体としては、石英
窓は、その長さ方向で温度勾配が大きいことによって屈
折率が変化することを殆ど受け入れない。この好適な実
施態様において、窓の厚さは約２．５ｍｍである。好ま
しくは、この厚さは、１．２５ｍｍより小さく、好まし
くは０．６２５ｍｍより小さく、最も好ましくは、構造
的完全さを要求される値より厚くない。
【００３２】ヒータ48及びヒータブロック46を用いて、
窓70を少なくとも約８０℃の温度に加熱することによ
り、窓70上に凝縮する全ての水銀が、ずっと(over tim
e)蒸発させられ得る。この「クリーニング」特性は、よ
り多くの光が試料セルに入ることを許容することにより
窓の機能を拡張する。少なくとも約８０℃が、窓を加熱
するための好ましい温度範囲であるが、約５０℃若しく
はそれ以上の温度も用いられ得る。
窓70を少なくとも約８０℃の温度に加熱することによ
り、窓70上に凝縮する全ての水銀が、ずっと(over tim
e)蒸発させられ得る。この「クリーニング」特性は、よ
り多くの光が試料セルに入ることを許容することにより
窓の機能を拡張する。少なくとも約８０℃が、窓を加熱
するための好ましい温度範囲であるが、約５０℃若しく
はそれ以上の温度も用いられ得る。
【００３３】図４において、窓アセンブリ16及び検出器
アセンブリ20が断面図で示されている。この窓アセンブ
リ16は、前述した窓アセンブリ14と基本的に同じ構造で
あるが、反対の方向に向けられている。従って、窓アセ
ンブリ16の構造は、窓アセンブリ14の構造の鏡映像であ
ると考えられ得る。窓アセンブリ14及び16において、同
一の参照符号が同一の要素を示すのに用いられている。
アセンブリ20が断面図で示されている。この窓アセンブ
リ16は、前述した窓アセンブリ14と基本的に同じ構造で
あるが、反対の方向に向けられている。従って、窓アセ
ンブリ16の構造は、窓アセンブリ14の構造の鏡映像であ
ると考えられ得る。窓アセンブリ14及び16において、同
一の参照符号が同一の要素を示すのに用いられている。
【００３４】検出器アセンブリ20は、チューブ72(光路
からの迷光を阻止する)を受け入れる第１の孔96と、Ｕ
Ｖフィルタ100を受け入れる第２の孔98とを有するマウ
ントブロック94を備えている。フィルタ100はワッシャ1
02と、ナット104とによって保持されている。紫外線検
出器106は、当業者によって認識されるであろうよう
に、プリント回路(ＰＣ)基板108上に装着され得る。Ｕ
Ｖ検出器106は、マサチューセッツ州 サレム(Salem)の
「イー ジー アンド ジー エレクトロ−オプティッ
クス ディビジョン(ＥＧ＆Ｇ Electro-Optics Divis
ion)」、及び、日本国浜松市の「浜松フォトニクス株式
会社」のような数多くの供給者から商品として入手可能
である。
からの迷光を阻止する)を受け入れる第１の孔96と、Ｕ
Ｖフィルタ100を受け入れる第２の孔98とを有するマウ
ントブロック94を備えている。フィルタ100はワッシャ1
02と、ナット104とによって保持されている。紫外線検
出器106は、当業者によって認識されるであろうよう
に、プリント回路(ＰＣ)基板108上に装着され得る。Ｕ
Ｖ検出器106は、マサチューセッツ州 サレム(Salem)の
「イー ジー アンド ジー エレクトロ−オプティッ
クス ディビジョン(ＥＧ＆Ｇ Electro-Optics Divis
ion)」、及び、日本国浜松市の「浜松フォトニクス株式
会社」のような数多くの供給者から商品として入手可能
である。
【００３５】図５において、フォトメータの機能的ブロ
ックダイアグラムが、本発明の操作を説明するために用
いられる。前述した項目がダイアグラム形式で示され、
前述したように、同一の参照符号で参照される。ＵＶラ
ンプ58が、ＵＶ光110を生成し、該光は窓アセンブリ14
の石英窓70を通り、試料セル12の通路を通り、窓アセン
ブリ16の石英窓70を通り、光学フィルタ100を通り、検
出器106に入射する。検出器106は信号Ｖsigを生成し、
この信号Ｖsigは、試料セル12中での水銀蒸発濃度を表
わすディジタル信号Ｖoutを生成するため信号プロセッ
サ(例えば、アナログ−ディジタル(Ａ／Ｄ)変換器)112
において処理され、次いで、従って、還元ガスの濃度が
試料中で測定される。
ックダイアグラムが、本発明の操作を説明するために用
いられる。前述した項目がダイアグラム形式で示され、
前述したように、同一の参照符号で参照される。ＵＶラ
ンプ58が、ＵＶ光110を生成し、該光は窓アセンブリ14
の石英窓70を通り、試料セル12の通路を通り、窓アセン
ブリ16の石英窓70を通り、光学フィルタ100を通り、検
出器106に入射する。検出器106は信号Ｖsigを生成し、
この信号Ｖsigは、試料セル12中での水銀蒸発濃度を表
わすディジタル信号Ｖoutを生成するため信号プロセッ
サ(例えば、アナログ−ディジタル(Ａ／Ｄ)変換器)112
において処理され、次いで、従って、還元ガスの濃度が
試料中で測定される。
【００３６】温度制御器114は、ＵＶランプ58の温度を
維持するために用いられている。特に、制御器114は熱
電対64の出力に感応し、ヒータ62を通って流れる電流を
制御する。前述したヒートシンク配置は、このクローズ
ドループのフィードバックシステムを用いるランプ温度
の精密な維持を目的としている。
維持するために用いられている。特に、制御器114は熱
電対64の出力に感応し、ヒータ62を通って流れる電流を
制御する。前述したヒートシンク配置は、このクローズ
ドループのフィードバックシステムを用いるランプ温度
の精密な維持を目的としている。
【００３７】窓温度制御器116は、ヒータ48を通って流
れる電流を制御することによって石英窓70の温度を同様
に制御する。窓の温度は、この例において、配置された
材料の自己クリーニングを与えるように約８０℃に維持
される。好ましくは、前述したように、前記温度は、フ
ィードバックループタイプの制御器を用いて一定レベル
に維持される。
れる電流を制御することによって石英窓70の温度を同様
に制御する。窓の温度は、この例において、配置された
材料の自己クリーニングを与えるように約８０℃に維持
される。好ましくは、前述したように、前記温度は、フ
ィードバックループタイプの制御器を用いて一定レベル
に維持される。
【００３８】加熱された水銀床118及び供給チューブ78A
に関連する１又はそれ以上の温度制御器を用いることが
できる。床温度制御器119は、当業者にはよく知られて
いるように、操作温度範囲(例えば、２６５〜２８５℃)
内で床118を維持するために抵抗ヒータ121を制御する。
任意追加の供給チューブ温度制御器79は供給チューブ78
Aの範囲内で水銀蒸気の凝縮を抑制するために抵抗ヒー
タ81を制御する。この窓のように、供給チューブは少な
くとも約５０℃に加熱されることが好ましく、さらに好
ましくは約８０℃か、それより高いことが好ましい。こ
れら及び他の温度制御器は、マスターシステム制御器
(図示せず)の制御下にあることが好ましい。
に関連する１又はそれ以上の温度制御器を用いることが
できる。床温度制御器119は、当業者にはよく知られて
いるように、操作温度範囲(例えば、２６５〜２８５℃)
内で床118を維持するために抵抗ヒータ121を制御する。
任意追加の供給チューブ温度制御器79は供給チューブ78
Aの範囲内で水銀蒸気の凝縮を抑制するために抵抗ヒー
タ81を制御する。この窓のように、供給チューブは少な
くとも約５０℃に加熱されることが好ましく、さらに好
ましくは約８０℃か、それより高いことが好ましい。こ
れら及び他の温度制御器は、マスターシステム制御器
(図示せず)の制御下にあることが好ましい。
【００３９】操作中に、水銀酸化物床118はヒータ121に
よって加熱され、試料ガスは水銀酸化物床を通って流れ
させられる。酸化され得るガス性成分は、搬送ガスとと
もに、チューブ78Aを通り、試料セル12を通り、及び排
出チューブ78B外へ流れる水銀蒸気の生成をみながら水
銀酸化物床によって還元される。水銀蒸気はＵＶ光を強
く吸収するので、セル12の範囲の水銀蒸気レベルが上が
ると、検出された光レベルが低下する。この結果生ずる
波形は、搬送ガス中の還元されたガスの濃度レベルを決
定するのに分析され得る。
よって加熱され、試料ガスは水銀酸化物床を通って流れ
させられる。酸化され得るガス性成分は、搬送ガスとと
もに、チューブ78Aを通り、試料セル12を通り、及び排
出チューブ78B外へ流れる水銀蒸気の生成をみながら水
銀酸化物床によって還元される。水銀蒸気はＵＶ光を強
く吸収するので、セル12の範囲の水銀蒸気レベルが上が
ると、検出された光レベルが低下する。この結果生ずる
波形は、搬送ガス中の還元されたガスの濃度レベルを決
定するのに分析され得る。
【００４０】図６は、小さいガス濃度を検出し分析する
ためにガス検出器によって行われる、本発明に係る操作
(処理)119を示すフローチャートである。まず、操作120
において不活性ガスが試料セルを通って流れるようにさ
れる。次に、操作122においてシステムヒータ121がオン
にされる。例えば、窓ヒータ48、ランプヒータ64、及
び、床ヒータ121がこのときオンにされる。もし、供給
チューブヒータ81があれば、これもこのときオンにされ
る。ランプ温度制御器114によって制御されるので、紫
外線ランプの温度を正確に安定させるためにランプヒー
タ62は適切な量の熱をヒータブロックにかけ、そして、
順に操作周波数を安定し、ノイズを低減し、そしてその
他の点では紫外線ランプの性能を高める。
ためにガス検出器によって行われる、本発明に係る操作
(処理)119を示すフローチャートである。まず、操作120
において不活性ガスが試料セルを通って流れるようにさ
れる。次に、操作122においてシステムヒータ121がオン
にされる。例えば、窓ヒータ48、ランプヒータ64、及
び、床ヒータ121がこのときオンにされる。もし、供給
チューブヒータ81があれば、これもこのときオンにされ
る。ランプ温度制御器114によって制御されるので、紫
外線ランプの温度を正確に安定させるためにランプヒー
タ62は適切な量の熱をヒータブロックにかけ、そして、
順に操作周波数を安定し、ノイズを低減し、そしてその
他の点では紫外線ランプの性能を高める。
【００４１】操作124において、不活性ガスを流し、ヒ
ータをオンにして、そののち、例えば、15分間若しくは
それ以上の間、ガス検出器が安定化される。この「安定
化ベースライン(Stabilize Baseline)」操作124は、後
続の測定が、比較され得るベースライン参照を与えるの
で、しばしば、「ベースライン安定」といわれる。
ータをオンにして、そののち、例えば、15分間若しくは
それ以上の間、ガス検出器が安定化される。この「安定
化ベースライン(Stabilize Baseline)」操作124は、後
続の測定が、比較され得るベースライン参照を与えるの
で、しばしば、「ベースライン安定」といわれる。
【００４２】操作126において、ベースライン安定のの
ち、検出器はゼロ調整アルゴリズムを通過する。この操
作126は、図７を参照して以下により詳細に説明され
る。要するに、試料セルを通って流れる分析されるべき
ガス試料が存在すれば、操作126において、ガス検出器
は試料の注入に先立って検出器によってゼロベースライ
ン出力を確立するためにゼロ調整アルゴリズムが用いら
れる。
ち、検出器はゼロ調整アルゴリズムを通過する。この操
作126は、図７を参照して以下により詳細に説明され
る。要するに、試料セルを通って流れる分析されるべき
ガス試料が存在すれば、操作126において、ガス検出器
は試料の注入に先立って検出器によってゼロベースライ
ン出力を確立するためにゼロ調整アルゴリズムが用いら
れる。
【００４３】操作128において、他のガス試料が搬送ガ
ス流中に注入されるべきか否かが決定される。もし、他
のガス試料があれば、操作130において、前述したよう
に、搬送ガス中の水銀蒸気の濃度を分析するのに検出器
が利用される。そののち、可能な追加の試料を準備する
ために、プロセス制御は操作126に戻る。もし他の注入
されるべき試料がなかったら、システムは符号132に示
されたようにパワーダウンされる。
ス流中に注入されるべきか否かが決定される。もし、他
のガス試料があれば、操作130において、前述したよう
に、搬送ガス中の水銀蒸気の濃度を分析するのに検出器
が利用される。そののち、可能な追加の試料を準備する
ために、プロセス制御は操作126に戻る。もし他の注入
されるべき試料がなかったら、システムは符号132に示
されたようにパワーダウンされる。
【００４４】図７において、ゼロ調整アルゴリズムを実
行する操作126が詳細に記載されている。ベースライン
信号を設定するために操作132における信号Ｖsigが測定
される。当業者に認識されるように、信号Ｖoutが適切
な範囲に入っているようにゼロ調整回路(一般的にはＤ
／Ａ変換器によって制御されたオペレーションアンプ)
が、操作134において調整されている。そののち、操作1
36において出力信号Ｖoutが測定される。もし、信号Ｖo
utが適正範囲を逸脱したら再度ゼロ調整回路(図示せず)
に調整するためにプロセスの制御は操作134に戻る。信
号Ｖoutが操作138によって決定された範囲にあれば、処
理は140で指定されたように完了する。
行する操作126が詳細に記載されている。ベースライン
信号を設定するために操作132における信号Ｖsigが測定
される。当業者に認識されるように、信号Ｖoutが適切
な範囲に入っているようにゼロ調整回路(一般的にはＤ
／Ａ変換器によって制御されたオペレーションアンプ)
が、操作134において調整されている。そののち、操作1
36において出力信号Ｖoutが測定される。もし、信号Ｖo
utが適正範囲を逸脱したら再度ゼロ調整回路(図示せず)
に調整するためにプロセスの制御は操作134に戻る。信
号Ｖoutが操作138によって決定された範囲にあれば、処
理は140で指定されたように完了する。
【００４５】前述の発明が、明瞭性と理解との目的で幾
つかの詳細例で説明されたが、特許請求の範囲によって
画される発明の範囲内で変形及び変更がなされることは
明らかである。従って、本実施形態は単に本発明の説明
のためであり、限定するべきでなく本発明は詳細例に限
定されず、特許請求の範囲とその均等範囲内で変更し得
る。
つかの詳細例で説明されたが、特許請求の範囲によって
画される発明の範囲内で変形及び変更がなされることは
明らかである。従って、本実施形態は単に本発明の説明
のためであり、限定するべきでなく本発明は詳細例に限
定されず、特許請求の範囲とその均等範囲内で変更し得
る。
【００４６】
【図１】(ａ)は、本発明に係るガス検出器の側面図、
(ｂ)は、図１(ａ)の線分１Ａ−１Ａに沿った断面図
(ｂ)は、図１(ａ)の線分１Ａ−１Ａに沿った断面図
【図２】本発明に係るランプ端部アセンブリの拡大断面
図
図
【図３】本発明に係る石英窓アセンブリの拡大断面図
【図４】本発明に係る検出器端部アセンブリの拡大断面
図
図
【図５】本発明に係る機能的要素及び操作を示すブロッ
ク図
ク図
【図６】本発明に係る小さい濃度のガスの検出に含まれ
る操作を示すフローチャート
る操作を示すフローチャート
【図７】本発明に係るフォトメータをゼロ調整する手順
を含む操作を示すフローチャート。
を含む操作を示すフローチャート。
10…フォトメータ、12…細長形状試料セル、14…第１石
英窓アセンブリ、16…第２石英窓アセンブリ、18…ラン
プアセンブリ、20…、22…Ｖブロックユニット、24…ク
ランプユニット、26…ベース、30…検出器出力電子部
品、32、34及び36…カバー、40…Ｖ溝、38…Ｖ溝ブロッ
ク、42…ランプ、44…通路
英窓アセンブリ、16…第２石英窓アセンブリ、18…ラン
プアセンブリ、20…、22…Ｖブロックユニット、24…ク
ランプユニット、26…ベース、30…検出器出力電子部
品、32、34及び36…カバー、40…Ｖ溝、38…Ｖ溝ブロッ
ク、42…ランプ、44…通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 21/59 Ｇ０１Ｎ 21/59 Ｚ 33/00 33/00 Ｃ (72)発明者 マクダウエル， チャック アメリカ合衆国 カリフォルニア州 サン ロレンツォ， ビア チョロ 1635 (72)発明者 ハートマン， スティーブン ジェイ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 メン ロ パーク， ペギー レイン 920
Claims (29)
- 【請求項１】 第１端部及び第２端部並びに該第１端部
と該第２端部との間に延設される細長形状の通路を有
し、１５０℃よりも低い温度で機能する細長形状の試料
セルと、前記試料セルの前記第１端部に配設され且つ該
第１端部に近接した前記通路と連通する第１ポートを有
する第１石英窓アセンブリと、前記試料セルの前記第２
端部に配設され且つ該第２端部に近接した前記通路と連
通する第２ポートを有する第２石英窓アセンブリと、前
記第１石英窓、前記通路及び第２石英窓を通って電磁放
射を放射するように配設される電磁放射源と、前記電磁
放射源によって前記第２石英窓を通って放射される電磁
放射を受容するように配設される電磁放射検出器とを備
え、前記試料セルの長さと前記細長形状の通路の側方寸
法との比が少なくとも１００：１であることを特徴とす
るフォトメータ。 - 【請求項２】 前記試料セルが１００℃を超えない操作
温度を有する請求項１記載のフォトメータ。 - 【請求項３】 前記試料セルが周囲温度で操作される請
求項２記載のフォトメータ。 - 【請求項４】 前記試料セルの容量が０．２ｃｃを超え
ない請求項１記載のフォトメータ。 - 【請求項５】 前記通路と流体によって連通する前記第
１ポートを備えた前記通路の第１端部に対してシールさ
れた第１石英窓を前記第１窓アセンブリが備え、且つ、
前記通路と流体によって連通する前記第２ポートを備え
た前記通路の第２端部に向かってシールされた第２石英
窓を前記第２窓アセンブリが備える請求項１記載のフォ
トメータ。 - 【請求項６】 前記電磁放射源が紫外線ランプを含む請
求項１記載のフォトメータ。 - 【請求項７】 前記第１石英窓及び第２石英窓が２．５
ｍｍを超えない厚さを有する請求項５記載のフォトメー
タ。 - 【請求項８】 前記第１石英窓及び第２石英窓が１．２
５ｍｍを超えない厚さを有する請求項７記載のフォトメ
ータ。 - 【請求項９】 前記第１窓アセンブリと連結されている
第１窓ヒータと、前記第２窓アセンブリと連結されてい
る第２窓ヒータとをさらに備える請求項５記載のフォト
メータ。 - 【請求項１０】 前記第１石英窓上の凝縮物の蒸発を誘
発するため５０℃の最低温度で前記第１窓ヒータが前記
第１窓アセンブリの温度を維持し、且つ、前記第２石英
窓上の凝縮物の蒸発を誘発するため５０℃の最低温度で
前記第２窓ヒータが前記第２窓アセンブリの前記温度を
維持する請求項９記載のフォトメータ。 - 【請求項１１】 前記第１窓アセンブリ及び前記第２窓
アセンブリが少なくとも８０℃の温度に維持される請求
項１０記載のフォトメータ。 - 【請求項１２】 前記第１窓アセンブリに結合された第
１ヒートシンクと、前記第２窓アセンブリに結合された
第２ヒートシンクと、前記第１窓ヒータ及び第２窓ヒー
タに結合された窓温度制御器とをさらに備える請求項１
０記載のフォトメータ。 - 【請求項１３】 前記第１窓ヒータと前記第１ヒートシ
ンクとが同様の時定数を有し、前記第２窓ヒータと前記
第２ヒートシンクとが同様の時定数を有する請求項１２
記載のフォトメータ。 - 【請求項１４】 前記細長形状の試料セルを支持する複
数のＶブロックサポートをさらに備える請求項１記載の
フォトメータ。 - 【請求項１５】 前記複数のＶブロックに連結される複
数のクランプを備え、該クランプによって前記試料セル
が前記複数のＶブロックに前記複数のクランプでクラン
プされる請求項１４記載のフォトメータ。 - 【請求項１６】 前記第１ポート及び前記第２ポートの
１つが入り口であり、且つ、他の前記第１ポート及び前
記第２ポートが出口である請求項６記載のフォトメー
タ。 - 【請求項１７】 前記入り口に連結した水銀酸化物床を
さらに備え、該水銀酸化物床によって流体試料が前記水
銀酸化物床、前記入り口及び前記通路を通り、前記出口
から外へ流れさせられる請求項１６記載のフォトメー
タ。 - 【請求項１８】 前記水銀酸化物床を前記入り口に結合
する供給チューブをさらに備え、該供給チューブが少な
くとも５０℃まで加熱される請求項１７記載のフォトメ
ータ。 - 【請求項１９】 前記供給チューブが少なくとも８０℃
まで加熱される請求項１８記載のフォトメータ。 - 【請求項２０】 前記試料セルの材料がステンレススチ
ール、アルミニウム及びボロシリケートガラスのうち少
なくとも１つを含む請求項１記載のフォトメータ。 - 【請求項２１】 前記通路を形成する、前記試料セルの
材料がステンレススチールを含む請求項２０記載のフォ
トメータ。 - 【請求項２２】 前記通路を形成する、前記試料セルの
材料がボロシリケートガラスを含む請求項２０記載のフ
ォトメータ。 - 【請求項２３】 前記ボロシリケートガラスがガラスチ
ューブからなり、且つ前記試料セルの材料が前記ガラス
チューブを取り巻くステンレスチューブをさらに含む請
求項２２記載のフォトメータ。 - 【請求項２４】 前記セルのセンチメータ長さあたり前
記水銀蒸気濃度が２ｐｐｂを超えないとき、前記検出器
からの出力信号が前記セルの範囲内での水銀蒸発による
紫外線放射の吸収に直線的に比例している請求項１７記
載のフォトメータ。 - 【請求項２５】 水銀酸化物床と、次いで１５０℃より
低い温度で機能している細長形状の試料セルの通路とを
通って搬送ガスを流し、前記試料セルが、前記通路の側
方の寸法に対する前記試料セルの長さの比が少なくとも
１００対１であるように構成する手順と、前記セルを通
って検出器に入射するように紫外光をあてる手順と、該
検出器の出力信号をゼロ調整する手順と、前記搬送ガス
の流れにガス試料を導入し、該ガス試料が水銀酸化物床
と反応され得て水銀蒸気を生成する１つ又はそれ以上の
物質を備える手順と、前記セル中での水銀蒸気濃度に概
して比例している、前記検出器の出力信号を時間の関数
として分析する手順とを備えることを特徴とする水銀蒸
気濃度を測定する方法。 - 【請求項２６】 前記試料セルの温度が１００℃を超え
ない温度で維持される請求項２５記載の水銀蒸気濃度を
測定する方法。 - 【請求項２７】 前記試料セルの温度が８０℃を超えな
い温度で維持される請求項２６記載の水銀蒸気濃度を測
定する方法。 - 【請求項２８】 前記試料セルの温度が周囲温度で維持
される請求項２７記載の水銀蒸気濃度を測定する方法。 - 【請求項２９】 前記試料セルの２つの端部に石英窓が
備えられ、前記紫外光が前記石英窓を通る方向に向けら
れ、さらに前記石英窓上の凝縮物の前記蒸発を助長する
ように前記石英窓を加熱する手順を含む請求項２６記載
の水銀蒸気濃度を測定する方法。
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