JPH06117972A - 標準ガス調製方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 希釈工程を用いずに、極低濃度で、濃度が既
知の標準ガスを調製する。 【構成】 試料容器９が収容される蒸発室７に接続され
ている窒素ガス供給路３に圧力調整器４および流量コン
トローラ５を介設する。蒸発室７に試料容器９の周囲の
温度を制御する温度調整器１２を設備する。温度調整器
１２によって蒸発室７の温度を変更調整して、試料容器
７に収容された水１０から蒸発する水蒸気１１の量を制
御する。 【効果】 蒸発した水蒸気１１と窒素ガス１とが混合さ
れて標準ガス２０が発生される。その所望する標準ガス
濃度に対応する温度を温度調整器１２に指定することに
より、水蒸気１１の蒸発量が指定した温度に対応した値
に制御されるため、発生された標準ガスの濃度は所望の
濃度に調製される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、標準ガス調製技術、特
に、試料の蒸気が極低濃度含有されている標準ガスを得
るための技術に関し、例えば、ガス分析装置に使用され
る検量線を作成するために必要な標準ガスを得るのに利
用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガス分析装置に使用される検量
線が作成されるに際しては、ガス中に既知の濃度の試料
蒸気が含有されている標準ガスが使用される。そこで、
検量線を作成するためには、まず、ガス中に既知の濃度
の試料蒸気が含有されている標準ガスを調製する必要が
ある。

【０００３】例えば、液体試料の蒸気の濃度がｐｐｂ
（１０^-9）レベル、或いは、それ以下の極低濃度の標準
ガスを得るための標準ガス調製装置として、特開平４−
８１６５０号公報に記載されているものがある。

【０００４】すなわち、この標準ガス調製装置は、一流
路のガス配管の途中に圧力調整器、流量コントローラ
と、液体試料が入った穴あき容器を内包する試料室とを
ガスの流れ方向に沿ってこの順序に配置した高濃度標準
ガス発生機構と、この高濃度標準ガス発生機構に直結さ
れた蒸気試料供給流路と、少なくとも１つの分岐管を持
ち、高濃度標準ガス発生機構に近い方から、奇数番目の
分岐部分は、流量コントローラを配置したガス排出口に
接続し、偶数番目の分岐部分は、ガスの流れ方向に沿っ
てこの順に圧力調整器と流量コントローラとを配置した
ガス導入口が接続されることを特徴とする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記した従来
の標準ガス調製装置においては、高濃度標準ガス発生機
構によって発生された一定濃度の標準ガスを複数段にて
希釈するように構成されているため、次の問題点がある
ことが本発明者によって明らかにされた。

【０００６】 高価格の流量コントローラが複数基使
用されているため、標準ガス調製装置全体が高価格にな
ってしまう。

【０００７】 高い希釈率を得るに際して、流量コン
トローラによって流量が精密に制御されることになるた
め、その流量コントローラの制御誤差によって、標準ガ
ス濃度に誤差が発生する。

【０００８】 複雑な分岐管が使用されているため、
配管の内側表面から脱離ガスが発生し易く、また、発生
した試料蒸気の吸着脱離時間が長くなる。

【０００９】本発明の目的は、多数段の希釈工程を用い
ずに、極低濃度で、しかも、その濃度が既知の標準ガス
を直接的に発生かつ調製することができる標準ガス調製
技術を提供することにある。

【００１０】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通り
である。

【００１２】すなわち、キャリアガス供給源に接続され
ているキャリアガス供給路と、この供給路にそれぞれ介
設されている圧力調整器および流量コントローラと、固
体または液体の試料が収容される容器と、前記キャリア
ガス供給路が接続されており、前記容器を収容する蒸発
室と、蒸発室の雰囲気温度を制御する温度調整器とを備
えており、前記温度調整器によって前記蒸発室の雰囲気
温度が変更調整されることにより、前記容器に収容され
た試料から蒸発する蒸気の量が制御され、蒸発した試料
蒸気が前記キャリアガス供給路からのキャリアガスと混
合されることによって低濃度の標準ガスが発生かつ調製
されることを特徴とする。

【００１３】

【作用】前記した手段において、蒸発室の温度は温度調
整器によって所望の温度に変更調整される。ここで、液
体の蒸発量とその液体の雰囲気温度との関係には一定の
相関があるため、蒸発室に収容された試料が液体である
場合には、液体試料は蒸発室の調整された温度に対応す
る蒸発量をもって蒸発することになる。そこで、予め、
液体の蒸発量と周囲温度との相関を求めておくことによ
り、蒸発室の調整温度における試料の蒸発量を制御する
ことができる。つまり、蒸発室の現在の温度を所望の蒸
発量が得られる温度に調整することにより、試料を当該
所望の蒸発量に制御することができる。

【００１４】他方、前記した手段において、キャリアガ
スは圧力調整器によって一定の圧力に調整されるととも
に、流量コントローラによって一定の流量に制御され
て、蒸発室に供給されている。したがって、蒸発室にお
ける現在のキャリアガスの容積（嵩）を所定の値に制御
することができる。

【００１５】そして、液体試料が蒸発して成る試料蒸気
は、蒸発室に常時供給され続けているキャリアガスに混
合される。この混合によって標準ガスが発生されたこと
になる。ここで、試料を所望の蒸発量をもって蒸発させ
て得られる試料蒸気の量は、前述した通り所望の値に制
御することができ、また、蒸発室におけるキャリアガス
の容積も、前述した通り所望の値に制御することができ
るため、蒸発室における試料蒸気の量と、蒸発室におけ
るキャリアガスの容積との割合、すなわち、発生された
標準ガスの濃度は所望の値に制御することが可能という
ことになる。

【００１６】また、以上の説明から明らかな通り、試料
蒸気量の値およびキャリアガス量の値は知得可能である
から、現在の試料蒸気量の値とキャリアガス量の値とか
ら、その割合である現在の標準ガス濃度を求めることが
できる。そして、試料の蒸発量は極微量であるため、そ
の試料蒸気のキャリアガスに占める割合、すなわち、標
準ガスの濃度は極低くなる。

【００１７】なお、固体の昇華量とその固体の周囲温度
との関係には一定の相関があるため、蒸発室に収容され
た試料が固体である場合にも、以上説明した液体試料の
場合と同様に、極低濃度で、しかも、その濃度が既知の
標準ガスを直接的に発生、かつ、調製することができ
る。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の一実施例である標準ガス調製
装置を示す模式図である。図２はその作用を説明するた
めの線図である。

【００１９】本実施例において、本発明に係る標準ガス
調製装置は、キャリアガスとしての窒素ガスに極低濃度
の水蒸気を含む標準ガスを発生すると同時に、その標準
ガスを所望の濃度に調製するものとして構成されてい
る。

【００２０】本実施例に係る標準ガス調製装置は、キャ
リアガスとしての窒素ガス１を供給するための供給源で
あるボンベ２を備えており、このボンベ２にはガス供給
路３が接続されている。ガス供給路３には圧力調整器４
および流量コントローラ５が、上流側からこの順に配さ
れて介設されており、ガス供給路３に供給された窒素ガ
ス１は圧力調整器４によって圧力が調整されるととも
に、流量コントローラ５によって流量が制御されるよう
になっている。

【００２１】ガス供給路３における流量コントローラ５
の下流側には不純物除去機構６が介設されており、この
不純物除去機構６の下流側においてガス供給路３は蒸発
室７に流体的に接続されている。そして、不純物除去機
構６はモレキュラシーブ等が使用されており、圧力調整
器４および流量コントローラ５を通過した窒素ガス１中
に含有されている水や有機物等の不純物を除去して蒸発
室７へ供給するように構成されている。

【００２２】ちなみに、不純物除去機構６によって除去
される不純物の発生源としては、ボンベ２から取り出さ
れる窒素ガス１に元来含まれているものと、圧力調整器
４および流量コントローラ５からの脱離成分とがある。
圧力調整器４や流量コントローラ５が高温加熱と通ガス
によって充分にクリーニングすることができない場合に
は、試料濃度がｐｐｂレベルか、それ以下の標準ガスの
調製方法においては、これらの不純物が障害物質となる
ため、不純物除去機構６を使用することが不可欠にな
る。

【００２３】ガス供給路３が接続された蒸発室７には取
出路８が接続されており、蒸発室７において発生された
後記する標準ガスがこの取出路８によって取り出される
ようになっている。ちなみに、取出路８は標準ガスが必
要とされる任意の負荷（図示せず）に適宜流体的に接続
し得るように構成されている。

【００２４】蒸発室７の室内には試料を貯留するための
容器９が収容されるようになっており、この容器９には
口径が０．１〜５ｍｍである蒸発口が開設されている。
本実施例において、この容器９には液体試料として水
（Ｈ₂ Ｏ）１０が貯留されており、水１０が蒸発して成
る水蒸気１１が容器９の蒸発口から蒸発室７の室内に放
出されるようになっている。

【００２５】また、蒸発室７は温度調整器１２によって
その室内温度が指定された所望の温度に変更調整される
ようになっており、水１０の蒸気圧、ひいては、窒素ガ
ス１の気流中への水蒸気１１の放出量が一定に維持され
るようになっている。

【００２６】温度調整器１２は、その槽内室によって蒸
発室７を実質的に構成している恒温槽１３と、恒温槽１
３の雰囲気を加熱および冷却することにより、その雰囲
気温度を指定された温度に変更調整し、かつ、維持する
ように構成されている加熱冷却装置１４と、マイクロコ
ンピュータ等から構成されて加熱冷却装置１４を自動的
に制御するコントローラ１５と、蒸発室７の現在の温度
を検出して検出温度をコントローラ１５に送信する温度
センサ１６とを備えている。そして、コントローラ１５
は恒温槽１３の雰囲気温度を指定された温度に維持する
ように加熱冷却装置１４の運転をシーケンス制御すると
ともに、温度センサ１６からの現在の検出温度に基づい
て加熱冷却装置１４の運転をフィードバック制御するよ
うに構成されている。

【００２７】次に、前記構成に係る標準ガス調製装置に
よる本発明の一実施例である標準ガス２０の発生兼調製
方法について説明する。

【００２８】ボンベ２から取り出されたキャリアガスと
しての窒素ガス１は、圧力調整器４によって一定の圧力
に調整されるとともに、流量コントローラ５によって一
定の流量に制御されて、蒸発室７に供給される。したが
って、蒸発室７における現在の窒素ガス１の容積（嵩）
は所定の値に維持された状態に常時制御されていること
になる。

【００２９】他方、蒸発室７には容器９に貯留された状
態で、液体試料としての水１０が収容される。そして、
蒸発室７における現在の窒素ガス１の容積が所定の値で
安定した状態において、温度調整器１２におけるコント
ローラ１５には、調製すべき標準ガスの濃度に対応する
温度が指定されて入力される。

【００３０】コントローラ１５は蒸発室７を指定された
温度に維持すべく加熱冷却装置１４の運転をシーケンス
制御する。また、コントローラ１５は温度センサ１６か
ら送信されて来る現在の検出温度に基づいて、蒸発室７
の現在の温度を指定温度に維持すべくフィードバック制
御を実行する。したがって、蒸発室７の雰囲気温度は温
度調整器１２によって指定された温度に正確に変更調整
され、かつ、その温度に維持された状態になっている。

【００３１】ここで、水蒸気の飽和蒸気圧とその温度と
の関係には一定の相関があることが知られている。そし
て、この水蒸気の飽和蒸気圧における単位面積当たりの
絶対湿度は一定であるから、一定の温度に対応する飽和
水蒸気圧下における単位面積当たりの水蒸気の重量は定
まっている。また、容器９の形状と、水とキャリアガス
との間の拡散係数を用いた計算式によって、湿り空気に
おける飽和蒸気圧での水蒸気の重量は理論的に求めるこ
とができる。但し、本実施例においては、蒸発室７にお
ける窒素ガス１に含まれる水蒸気１１の重量が求められ
るべきであるから、窒素に対して較正することが望まし
い。

【００３２】これを要するに、一定の雰囲気下における
水蒸気の蒸発量と、その雰囲気温度との関係には一定の
相関があるため、一定の窒素ガス１の雰囲気に維持され
た蒸発室７における水１０は、温度調整器１２によって
調整された蒸発室７の温度に対応する蒸発量をもって水
蒸気１１を発生することになる。そして、この水蒸気１
１の重量は、指定された温度に照合して求めることがで
きる。

【００３３】蒸発室７において水１０から蒸発した水蒸
気１１は、蒸発室７に常時供給され続けている窒素ガス
１に混合される。この混合によって、窒素ガス１に水蒸
気１１が含まれた標準ガス２０が発生された状態にな
る。蒸発室７において発生された標準ガス２０は取出路
８によって取り出され、取出路８から負荷に直接的に供
給される。

【００３４】ここで、標準ガス２０中における水蒸気１
１の重量は指定された温度に対応する値に制御されてお
り、他方、窒素ガス１の容積も圧力調整器４および流量
コントローラ５によって指定された値に制御されている
ため、標準ガス２０における水蒸気１１の重量と、蒸発
室７における窒素ガス１の容積との割合、すなわち、標
準ガス２０の濃度は指定された温度に対応した値に調整
された値になる。

【００３５】また、以上の説明から明らかな通り、指定
された温度下における水蒸気量の値および窒素ガス量の
値は求めることが可能であるため、指定された温度に対
応する水蒸気量の値と、現在供給されている窒素ガス量
の値とから、現在発生されている標準ガス２０の水蒸気
濃度の値を求めることができる。

【００３６】そして、水１０の蒸発量は極微量であるた
め、その水蒸気１１が窒素ガス１に占める割合、すなわ
ち、標準ガスの濃度は極低くなる。したがって、このよ
うにして得られた標準ガス２０は希釈しなくとも、ｐｐ
ｂレベルの値を示すことになる。つまり、得ようとする
標準ガス濃度に対応する温度を温度調整器１２に指定す
ることにより、指定した温度に対応する極低濃度の標準
ガス２０が蒸発室７において発生されるとともに、この
発生された標準ガス２０は同時に所定の極低濃度に調製
されることになる。

【００３７】なお、以上説明した標準ガス調製装置にお
ける温度調整器１２に対する指定温度と、指定された温
度によって得られるべき標準ガス濃度との相関は、次の
ような実験方法によって較正することができる。すなわ
ち、蒸発室７の温度を較正対象温度に調整維持してお
き、窒素ガス１を所定の一定圧一定流量をもって長時間
（１０時間程度）流し続け、その時の水１０の重量の減
少量を精密天秤によって実測することにより、実際に水
１０から蒸発した水蒸気１１の重量を求める。

【００３８】例えば、水１０が貯留された容器９の蒸発
口の口径が直径０．８ｍｍ、ガス流量が１０００ｃｃ／
分、蒸発室７の調整温度が４０℃の時、９時間の通ガス
での水１０の重量の減少量は、約１．１ｍｇ、である。
したがって、この場合の標準ガス２０の濃度は、約２．
８５ｐｐｍ、になる。

【００３９】これに対して、ガス流量が１０００ｃｃ／
分、蒸発室７の調整温度が２０℃の時、９時間の通ガス
での水１０の重量の減少量は、約０．３３ｍｇである。
したがって、この場合の標準ガス２０の濃度は、約０．
８１ｐｐｍ、になる。

【００４０】また、ガス流量が１０００ｃｃ／分、蒸発
室７の調整温度が１０℃の時、９時間の通ガスでの水１
０の重量の減少量は、約０．１７ｍｇ、である。したが
って、この場合の標準ガス２０の濃度は、約３９０ｐｐ
ｂになる。

【００４１】なお、図２は温度と容器９からの２０℃で
の水分蒸発量に対する比蒸発率との関係を示す線図であ
る。図２によれば、温度から２０℃での水の蒸発量に対
するその温度での蒸発量が求められる。この蒸発量から
標準ガスの濃度を求めることができる。

【００４２】前記実施例によれば次の効果が得られる。 水１０を蒸発室７に収容するとともに、蒸発室７に
窒素ガス１を一定圧一定流量をもって供給しつつ、得よ
うとする標準ガス濃度に対応する温度を温度調整器１２
に指定することにより、指定した温度に対応する極低濃
度の標準ガス２０を蒸発室７において調製することがで
きる。

【００４３】 水１０からの水蒸気１１の蒸発量は極
微量であるため、その水蒸気１１が窒素ガス１に占める
割合、すなわち、標準ガス２０の濃度は極低くなる。し
たがって、希釈しなくともｐｐｂレベルの標準ガス２０
を得ることができる。

【００４４】 極低濃度の標準ガス２０を発生し、か
つ、調製することにより、多段の希釈工程を省略するこ
とができるため、標準ガス調製装置を小型化することが
できるとともに、価格を低減することができる。

【００４５】 温度調整器１２の温度に対する指定を
変更することにより、標準ガスの濃度を変更することが
できるため、ガス分析装置や質量分析計の検量線を作成
するに際して、その作成作業が簡単になり、また、自動
化を実現することができる。

【００４６】 ガス供給路３の蒸発室７の上流側に不
純物除去機構６を介設することにより、窒素ガス１に含
まれている不純物を除去することができるため、標準ガ
スに対するバックグランド濃度を低減させることができ
る。

【００４７】図３は本発明の実施例２である標準ガス調
製装置を示す模式図である。

【００４８】本実施例２が前記実施例１と異なる点は、
コントローラ１５に連動されたマイクロコンピュータ等
から構成されている圧力コントローラ１８を備えている
圧力制御弁１７が取出路８に介設されており、この圧力
制御弁１７によって蒸発室７の圧力が制御されるように
構成されている点にある。

【００４９】本実施例２によれば、圧力制御弁１７によ
って蒸発室７の内圧を変更調整することにより、水１０
の蒸発量の変化幅を広く変更調整することができるた
め、この標準ガス調製装置から発生される標準ガス２０
の濃度についての制御幅を広げることができる。

【００５０】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【００５１】例えば、試料としては、水を使用するに限
らず、他の液体または固体を使用することができる。な
お、固体の昇華量とその固体の周囲温度との関係には一
定の相関があるため、前記実施例において説明した液体
試料の一例である水の場合と同様に、極低濃度で、しか
も、その濃度が既知の標準ガスを直接的に調製すること
ができる。

【００５２】温度調整器および圧力制御弁は、コントロ
ーラによって自動的に制御されるように構成するに限ら
ず、作業者がモニタを見ながら手動操作し得るように構
成してもよい。

【００５３】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。

【００５４】試料容器が収容される蒸発室に接続されて
いるキャリアガス供給路に圧力調整器および流量コント
ローラをそれぞれ介設するとともに、その蒸発室に試料
容器の周囲の温度を制御する温度調整器を設備し、この
温度調整器によって蒸発室の温度を変更調整して試料容
器に収容された試料から蒸発する蒸気の量を制御するこ
とにより、蒸発した試料蒸気をキャリアガス供給路から
のキャリアガスと混合させて標準ガスを発生させると同
時に、所望する標準ガス濃度に対応する温度を温度調整
器に指定することにより、指定した温度に対応する極低
濃度の標準ガスを調製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である標準ガス調製装置を示
す模式図である。

【図２】その作用を説明するための線図である。

【図３】本発明の実施例２である標準ガス発生装置を示
す模式図である。

【符号の説明】

１…窒素ガス（キャリアガス）、２…ボンベ（キャリア
ガス供給源）、３…ガス供給路（キャリアガス供給
路）、４…圧力調整器、５…流量コントローラ、６…不
純物除去機構、７…蒸発室、８…取出路、９…試料容
器、１０…水（液体試料）、１１…水蒸気（試料蒸
気）、１２…温度調整器、１３…恒温槽、１４…加熱冷
却装置、１５…コントローラ、１６…温度センサ、１７
…圧力制御弁、１８…圧力コントローラ、２０…標準ガ
ス。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料が収容されている蒸発室にキャリア
   ガスが供給され、この蒸発室の雰囲気温度または圧力、
   あるいは両方が指定された値に調整されて維持されるこ
   とにより、前記試料からの蒸気の蒸発量が制御され、こ
   の蒸気が前記キャリアガスに混合されることによって標
   準ガスが発生されると同時に、この標準ガスの濃度が前
   記指定温度または圧力に対応する前記蒸気の蒸発量に見
   合う値に調製されることを特徴とする標準ガスの調製方
   法。
2. 【請求項２】 キャリアガス供給源に接続されているキ
   ャリアガス供給路と、この供給路にそれぞれ介設されて
   いる圧力調整器および流量コントローラと、固体または
   液体の試料が収容される容器と、前記キャリアガス供給
   路が接続されており、前記容器を収容する蒸発室と、蒸
   発室の雰囲気温度を調整する温度調整器とを備えてお
   り、前記温度調整器によって前記蒸発室の雰囲気温度が
   変更調整されることにより、前記容器に収容された試料
   から蒸発する蒸気の量が制御され、蒸発した試料蒸気が
   前記キャリアガス供給路からのキャリアガスと混合され
   ることによって低濃度の標準ガスが発生、かつ、調製さ
   れることを特徴とする標準ガス調製装置。
3. 【請求項３】 前記蒸発室に蒸発室内の圧力を制御する
   圧力制御弁が接続されており、前記蒸発室の温度の変更
   調整と共に、この圧力制御弁によって蒸発室内の雰囲気
   圧力が変更調整されることにより、前記容器に収容され
   た試料から蒸発する試料蒸気の量が制御されることを特
   徴とする請求項２に記載の標準ガス調製装置。
4. 【請求項４】 前記温度調整器は、コントローラによっ
   て自動的に制御されることにより、指定された所望の温
   度雰囲気を作り出して維持するように構成されているこ
   とを特徴とする請求項２に記載の標準ガス調製装置。
5. 【請求項５】 前記圧力制御弁は、コントローラによっ
   て自動的に制御されることにより、指定された所望の圧
   力雰囲気を作り出して維持するように構成されているこ
   とを特徴とする請求項３に記載の標準ガス調製装置。