JP2019066477A - 分析装置及び分析方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記セル1は、前記測定対象成分の吸収波長帯域において光の吸収がほとんどない石英、フッ化カルシウム、フッ化バリウムなどの透明材質で光の入射・出射口が形成されたものである。このセル1には、図示しないが、ガスを内部に導入するためのインレットポートと、内部のガスを排出するためのアウトレットポートが設けられており、前記サンプルガスは、このインレットポートから当該セル1内に導入されて封入される。
光源制御部5は、複数の半導体レーザ2それぞれをパルス発振させるとともに、レーザ光の発振波長を所定の周波数で変調させるものである。また、光源制御部5は、複数の半導体レーザ2がそれぞれ異なる測定対象成分に対応した発振波長となるように制御するものであり、互いに同じ発振周期で且つそれらの発振タイミングが互いに異なるようにパルス発振する。
第1算出部71は、サンプルガスが封入され、その中の測定対象成分による光吸収が生じる状態での測定セル1を透過したレーザ光(以下、測定対象光ともいう。)の光強度と、光吸収が実質的にゼロ状態での測定セル1を透過したレーザ光(以下、参照光ともいう。)の光強度との比の対数(以下、強度比対数ともいう。)を算出するものである。
具体的には、ゼロガスがセル1に封入された状態での光検出器3からの出力信号を受信し、信号分離部6が各半導体レーザ2の信号に分離して、信号処理部7は、その値をメモリに格納する。この参照測定における各半導体レーザ2による信号の値、すなわち参照光強度を時系列グラフで表すと、図9(a)のようになる。すなわち、レーザの駆動電流(電圧)の変調による光出力の変化のみが光検出器3の出力信号に表れている。
一般的に、吸光度信号A(t)をフーリエ級数展開すると、次式(数2)で表される。
なお、式(数2)におけるanが測定対象成分の濃度に比例する値であり、この値anに基づいて前記第2算出部73が測定対象成分の濃度を示す濃度指示値を算出する。
以上が、サンプルガスに測定対象成分以外の干渉成分が含まれていない場合の分析装置100の動作例である。
測定対象成分と干渉成分の光吸収スペクトルは形状が違うため、それぞれの成分が単独で存在する場合の吸光度信号は波形が異なり、各周波数成分の割合が異なる(線形独立)。このことを利用し、測定された吸光度信号の各周波数成分の値と、あらかじめ求めた測定対象成分と干渉成分の吸光度信号の各周波数成分との関係を用いて、連立方程式を解くことにより、干渉影響が補正された測定対象成分の濃度を得ることができる。
すなわち、この場合の分析装置100は、メモリの所定領域に、例えば事前にスパンガスを流して予め測定するなどして、測定対象成分及び干渉成分が単独で存在する場合のそれぞれの吸光度信号の周波数成分a1m、a2m、a1i、a2i(単独周波数成分)を記憶している。具体的には、前例同様、測定対象成分及び干渉成分それぞれにおいて、測定対象光強度と参照光強度とを測定して、それらの強度比対数(吸光度信号)を算出し、該強度比対数からロックイン検波するなどして前記周波数成分a1m、a2m、a1i、a2iを求め、これらを記憶する。なお、前記周波数成分ではなく、単位濃度当たりの吸光度信号Am(t)、Ai(t)(単独対数強度比)を記憶して、前記式(数4)から周波数成分a1m、a2m、a1i、a2iを算出するようにしてもよい。
その後、周波数成分抽出部72が、強度比対数を前記変調周波数fm及びその2倍の周波数2fmを有する参照信号でロックイン検波して、各周波数成分a1、a2(ロックインデータ)を抽出し、メモリの所定領域に格納する。
例えば、前記実施形態では、半導体レーザ2の発振波長を変調するものであったが、半導体レーザ2の発振波長を固定したものであってもよい。
1 ・・・測定セル
2 ・・・光源(半導体レーザ)
3 ・・・光検出器
6 ・・・信号分離部
Claims (11)
- サンプルが導入される測定セルにパルス発振された光を照射して、前記サンプル中に含まれる測定対象成分を分析する分析装置であって、
パルス発振される光源と、
前記光源により射出されて前記測定セルを通過した光を検出する光検出器と、
前記光検出器により得られた光強度信号から、前記光源のパルス発振の一部分に対応する信号を分離する信号分離部と、を備える分析装置。 - 前記信号分離部は、前記光強度信号から、前記光源のパルス発振の後半部分に対応する信号を分離するものである、請求項1記載の分析装置。
- 前記光源は、パルス発振用の駆動電流又は駆動電圧と波長変調用の駆動電流又は駆動電圧とにより、パルス発振されるとともに、発振波長が所定の周波数で変調されるものである、請求項1又は2記載の分析装置。
- 前記信号分離部により分離された複数の信号を集めることにより1つの光吸収スペクトルとする、請求項1乃至3の何れか一項に記載の分析装置。
- 前記信号分離部は、
前記光源のパルス発振の一部分に対応する信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、
前記サンプルホールド回路により得られた信号をデジタル変換するAD変換器とを備える、請求項1乃至4の何れか一項に記載の分析装置。 - 前記信号分離部は、前記光強度信号から、前記光源のパルスオフ時の信号であるオフセット信号を分離する、請求項1乃至5の何れか一項に記載の分析装置。
- 互いに異なるタイミングでパルス発振される複数の光源を備えており、
前記複数の光源は、順次パルス発振されるものである、請求項1乃至6の何れか一項に記載の分析装置。 - 前記複数の光源は、光が互いに重複しないようにパルス発振されるものである、請求項7記載の分析装置。
- 前記信号分離部は、前記光源毎のパルス発振のタイミングと同期したタイミングで、前記光強度信号から前記光源毎の信号を分離する、請求項7又は8記載の分析装置。
- 前記複数の光源は、それぞれ異なる測定対象成分に対応した発振波長である、請求項7乃至9の何れか一項に記載の分析装置。
- サンプルが導入される測定セルにパルス発振された光を照射して、前記サンプル中に含まれる測定対象成分を分析する分析方法であって、
光源をパルス発振させて前記測定セルに光を照射し、光検出器により前記測定セルを通過した光を検出し、前記光検出器により得られた光強度信号から、前記光源のパルス発振の一部分に対応する信号を分離する分析方法。
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