JPH01197631A - ガス濃度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は赤外線ダイオードレーザ−を光源として排ガス
中のＣｏ、ＣＯ２，３０２などのガス成分濃度を分析測
定するためのガス濃度の測定方法に関する。

［従来の技術］ 各種工場、プラント、発電所など大気圧付近の条件で排
ガス濃度のリアルタイムモニタリングを行う場合や化学
工場において反応ガスや生成ガス濃度により反応工程の
管理を行う場合、そのガス濃度を精度よく求めるには非
接触でガスの分析が出来る赤外ダイオードレーザガス分
析装置が有効である。

このガス分析装置は、測定セル内に測定ガスを導入し、
測定セルを通して測定ガスに赤外レーザーを照射してそ
の透過光強度Ｉを測定し、他方赤外レーザーの入射光強
度Ｉｏとを求めこれら光強度からランバートベールの法
則より、そのガス濃度を測定するものである。

すなわち、透過光強度Ｉは、 Ｉ　＝　Ｉ　ｏ−ｅ　−ｋＣ’ で表わされる。

ここで、ｋは物質によって定まる吸光係数、Ｃは濃度、
Ｌは測定長である。

従って、ＩとＩｏを求めれば測定ガスの成分の濃度Ｃを
求めることができる。

−ｍに、この赤外ダイオードレーザによる赤外線分析計
は、従来プロセス計測で使われていた非分散形赤外線分
析計の欠点であった■　光強度が弱く、かつ成分検出感
度が低い、■　共存ガスの干渉、■　水分の影響を受け
る等の問題が解決できる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、赤外ダイオードレーザによる分析で測定
ガス圧が大気圧付近で測定する場合には吸収スペクトル
の線幅は圧力の影響をうけてブロード化し、検出濃度の
帯域が広くなり、このため吸収域の面積強度Ｓを求める
べく積分しても、積分範囲のどっかたで、その値が変化
してしまい測定精度が悪い問題がある。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、赤外ダイ
オードレーザ−でガス分析を行うにおいて、その測定精
度を向上できるガス濃度の測定方法を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記の目的を達成するために、測定ガスの濃度
を赤外線ダイオードレーザ−を光源とした吸収スペクト
ルから測定する方法において、測定で得られた吸収スペ
クトルの曲線を最小自乗法にてロレンツ間数で近似させ
、その近似させた関数の式より吸収スペクトルの面積強
度を求めるようにしたものである。

［作　用］ 上記構成によれば、測定データを最小自乗法にて近似の
ロレンツ関数を求め、その近似したロレンツ関数より吸
収ピーク高さｈと半値半幅Ｗを求めることで面積強度Ｓ
をＳ＝ｈ−ｗ・πで求めることができ、この面積強度Ｓ
よりガス濃度を求めることができる。

［実施例コ 以下本発明の好適実施例を添付図面に基づいて説明する
。

先ず、第２図により吸収スペクトルを求める装置を説明
する。

第２図において、１は測定セルで、その測定セル１に、
赤外ダイオードレーザ−光２を照射すると共にミラー３
で反射された透過光４を検出するレーザ発振測定装置５
が設けられる。

この測定セル１にはバルブ６を介して真空ポンプ７が接
続され、またその測定セル１内に排ガスや試料ガスなど
を導入するサンプリング装置８が接続される。また測定
セル１には圧力計９が接続される。

次にガス濃度を測定する方法を説明する。

先ず、第２図において、測定セル１内が真空ポンプ７に
て真空にされ、その状態でレーザ発振測定装置５よりレ
ーザ光２が照射されると共にその透過光４が測定される
。

次に測定セル１内に予め成分と濃度の判った試料ガスを
導入すると共に上述のようにその透過光４を検出する。

この真空で求めたリファレンススペクトルとサンプルス
ペクトルからなる試料ガスの吸収スペクトルから面積強
度Ｓを求める方法を第１図により説明する。

第１図（ａ）において、Ｐは、リファレンススペクトル
、Ｑはサンプルスペクトルで夫々測定により赤外線ダイ
オードレーザ−の波長に対する入射光強度Ｉｏと透過光
強度Ｉの曲線が得られる。

この吸収スペクトルからリファレンススペクトルＰの入
射光強度ＩｏとサンプルスペクトルＱの透過強度Ｉの比
（Ｉ／Ｉｏ）を第１図（ｂ）のように求めたのち、第１
図（Ｃ）に示すようスペクトル比の対数Ｊｏｇ（７０／
Ｉ）を求める。

次に第１図（Ｃ）で得られた曲線Ｒは実測データであり
、各種ノイズなどにより、比較的不規則な曲線である。

一般に吸収スペクトルの曲線は大気圧近くではロレンツ
関数の式 で表わされるため、第１図（Ｃ）で得られた曲線Ｒの各
波長に対するＪｌｏＯ（Ｉｏ／Ｉ）値の各点を最小自乗
法により第１図（ｄ）のように近似させた曲線Ｒｏを求
め、この曲線Ｒｏの式よりａとｂを算出する。この曲線
Ｒａより第１図（ｅ）に示すようにピーク高さはｂ２／
ａ２であり、また半値半幅はａであるため全面積強度は
高さＸ半値半幅Ｘπ、すなわち ａ となる。

この全面積強度は、第１図（Ｃ）で示した実測の曲線Ｒ
を積分して求めるのに対し、−旦ロレンツ関数で近似さ
せるため、積分範囲に影響されず、しかも正確な値を求
めることが可能となる。

次に本発明の方法と従来積分に求めた面積強度の値の正
確度を第４図〜第６図により説明する。

まず、第６図は一ωから＋ωの範囲の全面積強度Ｓｏに
対し、任意の積分範囲Ｘで求めた面積強度Ｓの関係を示
す、この場合半値半幅ａは測定ガス圧力により変化する
ため、パラメータとして積分範囲を半値半幅ａで割った
値）ｃ　／　ａを積分範囲とし、そのｘ　／　ａに対す
る全面積強度ＳＯと面積強度Ｓの比（Ｓ／Ｓｏ　）を示
している。

第６図から判るように面積強度比は積分範囲Ｘが大きけ
れば１に近づき、その面積強度Ｓは全面積強度ＳＯに近
づくが、半値半幅ａの２０倍以上の範囲で積分してもそ
の面積強度比は、０．９６８であり、未だ完全な積分範
囲とならない。

通常赤外ダイオードレーザは発振波長帯域は限られてお
り、従って積分範囲は限られてしまい、正確な全面積強
度ＳＯが得られなくなる。

次に本発明による方法と従来法による面積強度のデータ
について第４図、第５図により説明する。

先ず、上述したように試料ガスの濃度Ｃと測定セルの長
さしは予め判っているため、本発明及び従来法で求めた
面積強度Ｓより線強度Ｂ＝Ｓ／ｃ−Ｌを求める。

第４図は本発明の方法で求めた各面積強度Ｓから線強度
Ｂを求めた結果を示す、この場合、横軸はロレンツ関数
に近似させた波長のデータ範囲Ｘを半値半幅ａでわった
値を示している。

この第４図から判るように範囲Ｘが狭くても線強度Ｂは
一定０．８　ｘｌｏ−３（１／１ｏｒｒ−ｃｎ３　）で
ある。

このことは、レーザーの発振波長帯域が狭くてもロレン
ツ関数で近似させれば全面積強度ＳＯに近い正確な値を
求めることができるということにある。

一方、第５図は従来法により面積強度Ｓを積分で求めた
値を示す。

本例においては半値半幅ａ自体にバラツキがあるため、
便宜上横軸は実際の積分範囲（ｃｎ−’）で示した。同
図から判るように線強度Ｂはかなりのバラツキとなる。

換言すれば求めた面積強度Ｓは正確な値を示していない
ことが判る。

なお、同図において積分範囲が大きくなれば（この場合
積分範囲がより０に近づく）、バラツキが収束し線強度
Ｂが０．８　ｘ　１Ｏ−３（１／ｌｏｒｒ−ｃｎ３　）
に近づいて来ることが判る。

以上は予めその試料ガスのガス濃度が判っている場合の
測定法を述べたが、実際の測定ガスの面積強度Ｓを求め
る場合には第１図で示した方法にて同様に面積強度Ｓを
求める。・ また面積強度Ｓから測定ガスのガス濃度を算出する場合
には予めガス濃度の判った試料ガスの面積強度Ｓと濃度
Ｃの関係を第３図のように実験で求めておき、求めた面
積強度Ｓからガス濃度を求めることができる。

［発明の効果］ 以上説明してきたことから明らかなように本発明によれ
ば、次のごとき優れた効果を発揮する。

（１）　　吸収スペクトルの曲線を最小自乗法にてロレ
ンツ関数で近似させ、その近似させた式より面積強度を
求めることで、正確なガス濃度測定が行える。

（２）　　ダイオードレーザの発振波長帯域が広狭に係
わらず正確なガス濃度を求めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の過程を示す説明図、第２図は本
発明における測定装置の概略図、第３図は本発明におい
てガス濃度と吸収スペクトルの面積強度の関係を示す図
、第４図は本発明において測定範囲に対する線強度の関
係を示す図、第５図は従来法における積分範囲と線強度
の関係を示す図、第６図は半値半幅をパラメータにした
積分範囲と面積強度比の関係を示す図である。 図中、１は測定セル、２は赤外ダイオードレーザ光、４
は透過光、５はレーザ発振測定装置である。 特許出願人　　石川島播磨重工業株式会社代理人弁理士
　　絹　　　谷　　　信　　　雄第２図 力”ス膿度 第３図 第４図 舖今艶回＜ｃｒｒｒ’）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、測定ガスの濃度を赤外線ダイオードレーザを光源と
   した吸収スペクトルから測定する方法において、測定で
   得られた吸収スペクトルの曲線を最小自乗法にてロレン
   ツ関数で近似させ、その近似させた関数の式より吸収ス
   ペクトルの面積強度を求めることを特徴とするガス濃度
   測定方法。