JPS5972048A - 吸光分析計 - 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】 本発明は、測定対象成分の濃度を吸光法で測定する吸光
式分析計に関し、殊に大気中に含まれるオゾン等の極低
濃度成分の測定に好適な吸光式分析計に関する。

大気中に含まれるオゾン濃度を吸光法で測定する場合、
例れば０．ＩＰＰＭのオゾンにおいては通過光量の０．
１％程吸光するにすぎないのに対し、光源は、０．１％
程ｆ動する。このため、通常の吸光法による測定ではオ
ゾン濃度の測定は不可能である。

このような光源の変動を除去して、オゾン濃度の測定を
可能ならしめるものとして従来は特開昭５１−２９１７
６号公報に記載された測定回路がある。この回路は、原
理的には４ｆｊ１図に示すように測定セル１を通過した
光を検出する検出器２と、光源３からの光を直接検出す
る検出器４と、各検出器２，４の検出信号をＶ−Ｆ変換
するＶ−Ｆ変換器５．６と、各変換６５，６より出力さ
れるパルス信号をカウントするアップダウンカウンタ７
゜８とから成っている。この回路の使用法は、測定に先
って、まず測定セル１にゼロガスを入れる。

この状態で各検出器２，４からＶ−Ｆ変換器５゜６を経
て得るパルス信号をカウントアツプする。

アップダウンカウンタ７のカウント値（第２図中の折れ
線７′、尚、同図中、８′はアップダウンカウンタ８の
カウント値を示す。）が一定値例えばＫに達したとき両
カウンタ７．８のカウントを停止させる。

次に、測定セル１に測定ガスを入れ、この状態における
Ｖ−Ｆｆ換器５，６より発するパルス信号をアップダウ
ンカウンタ７．８に加え、前回のカウント値からダウン
カウントさせる。そして、アップダウンカウンタ８のカ
ウント値が零になったときをもって両カウンタ７．８の
カウントを停止させる。このカウント停止時におけるア
ップダウンカウンタ７のカウント値Ｖ（第２図参照）が
出力データとなる。この場合、測定セルｌのセル長を１
１ガス濃度をｘ１吸光係敢をＣとすればカウント値Ｖは
ｖ＝Ｋｃｌｘとなる。

この従来手段においては、以上の如く光量が一定値に達
するまで積算するという方式をとっているので、光源変
効の影響は除去される。従って、オゾン等低濃度成分の
正確な測定が可能となるのである。

しかし乍ら、この従来手段において、低濃度成分の測定
を実際に可能ならしめるためには、２台のＶ−Ｆ変換器
がともに前記濃度に相当するオーダーの精度をもち、ま
た２台のアップダウンカウンタともそのオーダーまでの
カウントができるものでなければならず、そのために装
置が非常に高価につくという欠点をもつ。たとえば、Ｉ
ＰＰＭのオゾンを０．１％の精度で測定しようとすれば
、光源光量をｌｏ−６の精度で測定しなければならず、
必然的にＶ−Ｆ変換器にはｌｏ−６のオーダーもの精度
が要求されるし、アップダウンカウンタは６桁もの計数
ができるものが必要となる。

加えて、この従来手段では、光量の積算値が一定値に達
するまで測定信号を積算するという方式をとっており基
準側及び測定側が共に連続的に指示がでる連続信号の測
定には使用できるが、測定側のみピーク値として指示が
でる場合には使用できないという欠点がある。なぜなら
従来手段は測定信号にも、光源の直接光を検出する検出
器の信号にも、光量の変動が同様にあられれているから
結果的に光源の変動による影響を相殺することができる
のである。

しかしながら、固体試料を燃焼しガス化して吸光分析計
で分析する場合等、測定信号が短周期の単発パルスとし
てあられれるものの測定が必要とされる場合も少なくな
く、バッチ測定も０Ｔ能であることの必要性は高い。

本発明はこのような点にあって、積算器等の使用機器に
精度や表示桁数のあまり高くない安価なものが使用でき
、それでいてオゾン等濃度の測定対象成分を光源の変動
等の影響を受けることなく測定でき、また更にバッチ測
定に対しても使用できるという優れた吸光式分析計を提
供するものである。

而して、本発明は、光源と２個の光検出器と、光源から
光検出器までの光路中に配置された少くとも１個のセル
とを有し、該セルに比較又は測定試料の内一方の試料を
流す第１の工程と、前記セルに他方の試料を流す第２の
工程とを経て測定対象成分を分析する吸光分析計におい
て、第１の光検出器にて検出された信号のゲインをコン
トロールするゲインコントロール回路と、該コントロー
ル回路を１ｆｆｌす、ゲインをコントロールされた信号
と、第２の光検出器にて検出された信号との差を増幅す
る差動増幅器と、該差動増幅器の出力信号を積算する第
１の積算器と、前記第２の光検出器の信号を積算する第
２の積算器と、これら積算器の出力を演算処理する演算
処理回路とを備え、前記第１の工程においては、第］の
光検出器からの信号と、第２の光検出器からの信号とが
所定の精度で等しくなるように前記ゲインコントロール
１．０１路のゲインを調整し、同定した後、該固定され
たゲインで、差動増幅器より発する信号を第１の積算器
で一定時間積算すると共に、この積算と同時に同一時間
第２の積算器にも積算を行なわせ、第２の工程において
は、ゲインコントロール回路のゲインを第１の工程で調
整されたゲインに固定した状態で差動増幅器から発する
信号を第１の積算器で、文集２の光検出器の信号を第２
の積算器で夫々同時にかつ第１の工程におけると同一時
間積算し、演算処理回路で第１の工程における２つの積
算器の積算値の比と第２の工程における２つの積算器の
積算値の比との差を求めるようにしたことを要旨として
いる。ここで、セルを光源から検出器までの光路中に配
置する態様としては、光源から１つの検出器までの光路
中にのみ配置するシングルセル方式と、光源から２つの
検出器までの２つの光路中に各別のセルを配置するダブ
ルセル方式とがある。シングルセル方式の場合、当該セ
ルは光源から第１の検出器までの光路若しくは第２の検
出器までの光路のいずれの光路中に配置しても実施する
ことができる。そして、シングルセル方式の場合、＠１
の工程においては、該セルにゼロガスが流され、第２の
工程においては試料ガスが流される。一方、ダブルセル
方式の場合、一方のセルにはゼロガスを絶えず流し、他
方のセルには第１の工程においてゼロガスを、第２の工
程において試料ガスを流す方法と、第１の工程において
一方のセルにゼロガスを他方のセルに試料ガスを流し、
第２の工程において、ガスの流れを切換えて一方のセル
に試料ガスを、他方のセルにゼロガスを流す方法との２
つの方法を採ることができる。また、これらのダブルセ
ル方式で使用するゼロガスは、試料ガスをゼロガス精製
器に加えて測定対象成分のみ除去した（干渉成分はその
まま残存している）ガスを用いることが望ましい。これ
らいずれのセル配置方式によっても本発明を実施できる
ものである。

以下、図面に基づき本発明の一実施例を説明する。

４ｆＪ３図は、１個のセル２１が光源２２と第１の光検
出器２３との間に配置されたシングルセル方式に本発明
を適用した例を示し、図中２４は第２の光検出器、２５
．２６はプリアンプ、２７はゲインコントロール回路、
２８は差動増幅器、２９は差動増幅器２Ｂの出力信号を
積算する第１の積算器で、Ｖ−Ｆコンバータ３０とカウ
ンタ３１とから構成されている。３２は第２の光検出器
２４の信号を積算する＠２の積算器で、第１の積算器と
同じ（、Ｖ−Ｆコンバータ３３とカウンタ３４とから構
成されている。３５は前記２つの演算器２９．３２の出
力を演算処理する演算処理回路である。この回路３５は
マイクロコンピュータ等で構成することにより、上記演
算処理の他に各カウンタ３１．３４のカウントスタート
、ストップ制御、リセットを行なうようにしている。カ
ウントスタート、ストップは各カウンタ３１．３４とも
同時に行なわれ、またカウントスタートからストップま
での時間は一定時間に設定されている。この時間は演算
処理回路３５を操作することにより変更できる。３６は
演算処理回路３５の出力をホールドするサンプルホール
ド回路である。

上記構成において第１の工程は次のように遂行される。

先ずセル２１にゼロガスを流す。このとき、第１の検出
器２３からゲインコントロール回＠２７を通じて得られ
た信号■０と第２の検出器ｚ４からプリアンプ２６を通
じて得られた信号ＪＯとの差を差動増幅器２８で増幅し
、両信号Ｉｏ。

ＪｏＯ値が所定の精度まで等しくなるように差動増幅器
２８の出力信号によってゲインコントロール回路２７の
ゲインが調整され、そのゲインに固定される。ここで所
定の精度としては、例えば、１Ｏ−６のオーダーの精度
で測定しようとする場合であればｌｏ−３のオーダーの
精度が適当である。

ゲインコントロール回路２７のゲインがこのオーダーで
調整されれば、両信号１ｏ、Ｊｏは１０−３のオーダー
までは一致することとなる。しかし、そのオーダーより
も高いオーダ一つまり１０−４〜１Ｏ−６のオーダーの
範囲では両信号は一致しているとはいえない。従って差
動増幅器２８の出力に両信号Ｉｏ、Ｊｏの差である。、
　　ｔｉｌｌ−’　〜１０−６までのオーダーの一致し
ていない範囲の信号があられれる。但し、差動増幅器２
８の増幅率は通常１０００倍敗いはそれ以上高いため、
両信号１ｏ。

Ｊｏの差の信号値はもとの信号Ｉｏ、Ｊｏと同程度の大
きさまで増幅されている。

カくシてゲインコントロール回路２７のゲインが固定さ
れると、演算処理回路３５がスタート信号を発し、２つ
の積算器２９．３２のカウンタ３１゜３４を同時にスタ
ートさせる。カウンタ３１は差動増幅器２８の出力信号
を、カウンタ３４は第２の光検出器２４の信号を夫々カ
ウントする。カウントスタート時からある一定時間が経
過すると、演算処理回路３５からストップ信号が発せら
れ、両カウンタ３１．３４はカウントストップする。

このときの両カウンタのカウント値は演算処理回路に出
力される。カウンタ３１の出力を島７、カウンタ３４の
出力をＤ２１とすると、演算処理回路３５は両カウント
値の比Ｄ１１／Ｔ）２．を求め、その値を記憶する。以
上で第１の工程を終了する。この工程の終了後、１４２
の工程の開始前にカウンタ３１゜３４はリセットされる
。

＄２の工程においては、セル２１内にゼロガスに代えて
試料ガスが流される。この試料ガスを通過した光は＄１
の検出器２３で検出され、第４の工程で調整固定された
ゲインのゲインコントロール回路２７を経て差動増幅器
２８に加えられる。

差動増幅器２８には光源２２の光を直接検出した信号Ｉ
／　Ｏが加えられているので、この信号Ｊ　Ｏ／と前記
ゲインコントロール回路２７を通過した信号１１との差
の信号が増幅されて差動増幅器２８の出力にあられれる
。カウンタ３１はスタート信号によって差動増幅器２８
の出力信号をカウントするが、カウンタ３１のスタート
・ストップは第１の工程におけると同様、他方のカウン
タ３４と同時に行なわれ、かつカウント時間も第１の工
程における時間と同じに設定される。かくて、両カウン
タ３１，３４がカウントストップするとその時点でのカ
ウント値が演算処理回路３５に入力される。

カウンタ３１のカウント値をＤｉｔ、カウンタ３４のカ
ウント値をＤｏとすると演算処理回路３５は、両カウン
ト値の比Ｄｖ　／　Ｄ２２を求め、この比を第１の工程
終了時に求めた比Ｄｏ　／　Ｄｚｔから減算する。

減算値は、 ｃ；、　＝　Ｄ＋＋　／　Ｄ、、　　　”　／Ｄｔｚで
あられされ、この値はサンプルホールド回路３６にホー
ルドされ、出力データとして出力される。この出力デー
タが求めようとする測定対象成分の濃度を示す。出力デ
ータが測定対象成分の濃度を示す理由は、冒頭に述べた
積算値固定方式の吸光分析計と対比すれば明らかである
。即ち、積算値固定方式は、第２の光検出器で検出され
る光源光量の積算値が一定値に達するまで第１の光検出
器で測定セルの透過光を検出し、積算するもので、これ
は結果的には測定セルの透過光の積算値を光源光量の積
算値で除すという除算を行なっているものである。従っ
て、Ｄｕ　／　Ｄ２１．　ＤＩ２７Ｄｎという比を求め
る本発明構成も基本的には従来手段と等価なのである。

よってＤ１〆’Ｄｏ　　Ｄ＋Ｖ／Ｄ２２を演算すること
により、測定対象成分の濃度を求めることができるので
ある。ただ、本発明構成は積算値固定方式でなく、積算
時間を一定時間に固定する方式をとっているので、従来
手段と異なり、バッチ測定にも使用することができるの
である。第４図に第１、第２の工程におけるカウンタ３
１゜３４及び演算処理回路の動作を示す。

更に加えて、本発明構成においては、第１の検出器側と
第２の検出器側の信号とは所定（１ｏ−’のオーダー）
の精度までは一致するようにゲインコントロール回路２
７のゲインが調整され、そのゲインが第１１第２の工程
の間（この期間を１サイクルという。）は固定されてい
るので、積算器２９を構成するＶ−Ｆコンバータ３Ｑ、
カウンタ３１は、ゲインコントロール回路２７で−１り
し得なかった或いは一致しているという保障のないオー
ター　（ｔ　ｏ−’〜ｔ　ｏ　−６）　ｌｉ！：ツイテ
Ｖ−Ｆ変換し、カウントすることを保障できればよく、
そのためＶ−Ｆコンバータの精度は測定に要求される精
度（ｉｏ　　’）をゲインコントロール回路２７の精度
（ｌｏ　　’）で除して求められる精度で足るし、カウ
ンタ３１の桁数はＶ−Ｆコンバータ３ｏに要求される精
度の指数値に等しい桁数（３桁）で足りることになる。

このため従来手段に比して、入手容易な部品で安価に構
成できるのである。

尚、既述した如く本発明はシングルセル方式だけでなく
、第５図に示すように光源２２から２つの検出器２３．
２４に至る２つの光路中にセル２１゜３２を設けたダブ
ルセル方式に適用することもできる。この場合、セル３
２にはゼロガスを流し、セル２１には第１の工程ではゼ
ロガスを、第２の工程では試料ガスを流すようにすれば
よい。こめとき、ゼロガスは試料ガスをゼロガス精製品
を通して得た、干渉成分を含んでいるものを用いるのが
望ましい。このダブルセル方式においても、シングルセ
ル方式においても、シングルセル方式の場合と同様、Ｄ
ｏ／　Ｄ２１−　ＤＩ２／　Ｄ２□の演算を行なうこと
により測定対象成分の濃度を測定することができる。特
にこの方式では、干渉成分ガスの影響が相殺されるので
その杉蕃が出力にあられれないという利点がある。

また、上記と同様なダブルセル構成において、′ｆＪ１
の工程では−”方のセル２１に試料ガスを他方のセル３
２にゼロガスを、第２の工程では一方のセル２１にゼロ
ガスを、他方のセル３２に試料ガスを流すといういわゆ
るクロスフロ一方式に本発明を適用することもできる。

この場合は出力が２倍となるというクロスフロ一方式の
特徴が発揮され、より高精度な測定が一’ＴＥとなる。

更に詳細な説明は省略するが、シングルセル方式におい
て第３図の構成とは逆にセル２１を光源αつ ２２と第２の検出器２４との間に設けても、第３図の構
成と略々同様な測定が可能である。

本発明に係る吸光分析計は以上説明した如く構成したの
で次のような効果がある。

■　ゲインコントロール回路によってｖＪｌの検出器側
と第２検出器側の信号を所定の精度まで等しく調整固定
するものであるから、低濃度成分を高精度に測定できる
ものでありながら、第１の積算器として使用する機器を
一般に入手し易い低精度のものを採用することができる
。また同様の理由から演算処理回路も比較的低精度のも
のを採用することができる。従って装置全体を安価に構
成することができる。

■　第１１第２の積算器を一定時間積算するという積算
時間固定方式を採っているので、バッチ測定にも使用で
き、広範囲な測定対象の分析が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の吸光式分析計の原理的な回路図、第２図
は第１図の回路の測定動作を説明する図、第３図は本発
明の一実施例を示す全体回路図、第４図は第３図の回路
の測定動作を説明する図、第５図は本発明の適用可能な
セル方式を示す図である。 ２１．３２・・・セル、２２・・・光源、２３・・・第
１の検出器、２４・・第２の検出器、２７・・・ゲイン
コントロール回路、２８・・・差動増１隔器、２９・・
第１の積算器、３２・・・第２の積算器、３５・・・演
算処理回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源と、２個の光検出器と、光源から光検出器までの光
   路中に配置された少くとも１個のセルとを有し、該セル
   に比較又は測定試料の内一方の試料を流す第１の工程と
   、前記セルに他方の試料を流す第２の工程とを経て測定
   対象成分を分析する吸光分析計において、 第１の光検出器にて検出された信号のゲインをコントロ
   ールするゲインコントロール回路ト、該コントロール回
   路を通り、ゲインをコントロールされた信号と、第２の
   光検出器にて検出された信号との差を増幅する差動増幅
   器と、該差動増幅器の出力信号を積算する第］の積算器
   と、前記＠２の光検出器の信号を積算する第２の積算器
   と、これら積算器の出力を演算処理する演算処理回路と
   を備え、 前記第１の工程においては、第１の光検出器からの信号
   と、第２の光検出器からの信号とが所定の精度で等しく
   なるように前記ゲインコントロール回路のゲインを調整
   し、固定した後、該固定されたゲインで、差動増幅器よ
   り発する信号を第１の積算器で一定時間積算すると共に
   、この積算と同時に同一時闇第２の積算器にも積算を行
   なわせ、第２の工程においては、ゲインコントロール回
   路のゲインを第１の工程で調整されたゲインに固定した
   状態で差動増幅器から発する信号を第１の積算器で、文
   集２の光検出器の信号を第２の積算器で夫々同時にかつ
   第１の工程におけると同一時間積算し、演算処理回路で
   第１の工程における２つの積算器の積算値の比と第２の
   工程における２つの積算器の積算値の比との差を求める
   ようにしたことを特徴とする吸光分析計。