JP3151670U

JP3151670U - ガスセル

Info

Publication number: JP3151670U
Application number: JP2009002487U
Authority: JP
Inventors: 田中　豊彦; 豊彦田中
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2009-07-02
Anticipated expiration: 2019-04-17

Abstract

【課題】組み立て精度によって光路の安定度が影響されない多重反射型ガスセルを提供する。【解決手段】内部に充填された気体に光を透過させて気体の定性・定量分析を行うガスセルにおいて、中心軸に垂直な両端面を有する円筒と、前記円筒端面の外周の径より大きな径を有する２個の凹面鏡と、前記２個の凹面鏡のそれぞれの反射面を、互いに対向させて前記円筒における両端面の外周に付勢する手段を備えている。凹面鏡の位置がわずかに移動しても、円筒外周全域が反射面に内接している限り、凹面鏡の光軸は変位しないため、凹面鏡の保持位置の精度を緩めることが可能である。【選択図】図１

Description

本考案は種々の気体中の微量成分の分析を行うためのガスセルに関する。

環境汚染や大気汚染の原因となる排気ガス中にはＨ_２ＳやＳＯ_ｘなどのイオウ化合物、ＮＯ_ｘやＮＨ_３などの窒素化合物、種々の炭化水素等が含まれており、環境状態、特に住民の健康状態に対するこれらの物質の影響が指摘され、空気中におけるこれらの濃度の測定が重要視されている。一方、温室効果ガスとしての二酸化炭素やメタンなどの空気中における濃度の測定も益々広く行われている。

これらガス分析では一般に、ガスセルに試料を充填し、これに光を透過させ、目的成分による光吸収を測定し、これより目的成分の濃度を求めている。この際、比較的少量の容量の試料ガスを用いて、できる限り高感度で測定するために、ガスセル内での光路長を拡大する多重反射ガスセルが一般的に使用され、その測定精度を向上させるための工夫が種々提案されている（たとえば特許文献１参照）。

一般的に使用されている多重反射ガスセルの一例を図３に示す。図３におけるガスセルは、試料ガスを収容する円筒１と、その両端にボルト９で取り付けられた２個の凹面鏡ホルダー３、４と、凹面鏡ホルダー３、４の内面に接着などの方法で保持されて、互いに反射面を対向させている２枚の凹面鏡２を主要構成要素とする。円筒１には側面に試料ガスを導入するガス導入孔５と、測定後の試料ガスを排出するガス排出孔６が設けられている。また凹面鏡ホルダー４には測定用の光を入射するための入射窓１１と、ガスセルから光が出射する出射窓１２が設けられ、入射窓１１と出射窓１２の内部には、それぞれ光透過性の窓板７が窓板押え８によって保持されている。ガスセル内部の気密性を確保するため、凹面鏡ホルダー３、４と円筒１の接触部と、窓板７と凹面鏡ホルダー４の接触部にはガスケット１０が挟持されている。

実際の測定には、試料ガスが図示されていないポンプやバルブなどの手段でガス導入孔５を通じて導入され、ガスセル内部を満たす。次に、図３には示されていない光源からの光が入射窓１１から窓板７を通してガスセル内に入射する。この光は２枚の凹面鏡２の反射面間をある回数だけ反復反射したのち、窓板７を通して出射窓１２から外部へ出射する。出射した光は、図３には示されていない検出器に送られて、測定が行われる。

特開２００６−５８００９号公報

多重反射ガスセルが設計の意図した通りに正確に動作するためには、２枚の凹面鏡２の焦点距離の精度（凹面鏡の表面形状精度）と両凹面鏡間の距離の正確度が設計通りに製作されており、さらに２枚の互いに対向する凹面鏡の光軸が正確に一致している場合にのみ、入射窓１１から入射した光が、２枚の凹面鏡２の間で所定の回数多重反射されたのち、光が正確に出射窓１２から取り出される。

しかしながら、図３に示す従来のガスセルにおいて、２枚の凹面鏡２に光軸を精度よく一致させるためには、それぞれの凹面鏡２のきわめて精度の良い位置決めが求められ、凹面鏡ホルダー３、４および円筒１の加工をきわめて高精度に行わなくてはならない。また、必要ならば、凹面鏡２の位置を微調節するための複雑な機構を設置する必要がある。このことにより、部品加工コストおよび調節コストが増加する問題点がある。

本考案にかかるガスセルは、中心軸に垂直な両端面を有する円筒と、前記円筒端面の外周の径より大きな径を有する２個の凹面鏡と、前記２個の凹面鏡のそれぞれの反射面を互いに対向させて前記円筒の両端面の外周にそれぞれ付勢する付勢手段を備えたものである。
したがって、本考案は、上記の問題点を解決するため、凹面鏡の設置位置の精度が性能に影響を及ぼさないガスセルを供給する。

２個の凹面鏡を用いるガスセルにおいて、凹面鏡の位置精度が光路の変動の原因にならないため、組み立て工程が短縮できると共に、部品加工コストも低減できる。

本考案にかかるガスセルの一実施例を示す図である。本考案にかかるガスセルの一変形実施例を示す図である。従来のガスセルの一例を示す図である。凹面鏡と円筒の模式図である。

本考案にかかるガスセルは、「円筒をその軸と直交する面で切った端面（円）を、円筒の径より大きい径の球面に押し当てた時、円筒の端の円で囲まれる部分球面の中心軸は、常に円筒の軸と一致する」という幾何学的事実に依拠しており、軸に直角の両端面を持つ１個の円筒と、その両端に反射面を互いに対向させて配設された一対の凹面鏡とを主な構成要素とする。

本考案の一実施例を図１に示す。本図におけるガスセルは、円筒１と、これにボルト９によって配設された凹面鏡ホルダー３、４と、凹面鏡ホルダー３、４に包摂された一対の凹面鏡２を主要構成要素とする。

円筒１の両端には最外周の径より小さい外径を有する円筒形の突出部が設けられており、この突出部の終端面は円筒１の中心軸に対して直角をなす平面に加工されている。

２枚の凹面鏡２の外径は上記の円筒１の終端の突出部の外形より大きく、突出部外周が凹面鏡２の凹面に接触する状態で、凹面鏡ホルダー３、４の内部に配設されたバネ１３によって円筒１に付勢されて圧接されている。

右側の凹面鏡ホルダー４には、ガスセル内に測定用の光束を導入するための入射窓１１と、ガスセル内で多重反射した後の光束を外部に取り出すための出射窓１２が設けられている。入射窓１１および出射窓１２の内部には、それぞれ窓板７が窓板押え８によって保持されている。

円筒１にはその壁を貫通してガス導入孔５およびガス排出孔６が設けられており、これらを通じて試料ガスの導入・排出が行われる。ガスセル内の必要個所にはゴム製Ｏリング等のガスケット１０が配設され、ガスセルの気密性が保持される。

実際の測定には、試料ガスが図示されていないポンプやバルブなどの手段でガス導入孔５を通じて導入され、ガスセル内部を満たす。次に、図示しない光源からの光が入射窓１１から窓板７を通してガスセル内に入射する。この光は２枚の凹面鏡２の反射面間をある回数だけ反復反射したのち、窓板７を通して出射窓１２から外部へ出射する。出射した光は、図１には示されていない検出器に送られ、測定される。

図２に、本考案の一変形実施例を示す。この例において、測定用光束は、凹面鏡ホルダー４に設けられた入射窓１１よりガスセル内に導入されるが、凹面鏡２によって多重反射されたのちの光束は、対向するもう一方の凹面鏡ホルダー３に穿設された出射窓１２より取り出される。この形のガスセルは、光源と検出器がガスセルを挟んで互いに反対方向にある測定系に応用できる。

図１および図２のガスセルの特徴は、凹面鏡２の反射面に円筒１の端部外周円が内接している点にある。図４に模式的に示すように、円筒１の端部外周が凹面鏡２の球面に内接していれば、円筒の外周円で切り取られる部分球面の中心は必ず円筒の軸上にある。言い換えれば、図４に示す通り、凹面鏡２の位置が矢印のように大きく変位しても、有効な球面の光軸は円筒１の軸に一致して、変化しない。したがって、図１のガスセルにおいても、凹面鏡２の反射面に円筒１の端部の外周が内接していれば、凹面鏡の光軸は変化しない。このことによって、凹面鏡２の微細な位置調節は不要となり、凹面鏡ホルダーの加工精度の要求も軽減される。なお、上記においては、凹面鏡２を円筒１に付勢する手段としてバネ１３の弾力を利用する実施例を示したが、バネではなくゴム材を介在させる方式も実施可能であり、図示例には限定されない。

本考案は、本考案は種々の気体中の微量成分の分析、特にガスセルを使用する吸光分析に利用可能である。

１円筒
２凹面鏡
３、４凹面鏡ホルダー
５ガス導入孔
６ガス排出孔
７窓板
８窓板押え
９ボルト
１０ガスケット
１１入射窓
１２出射窓
１３バネ

Claims

内部に充填された気体に光を透過させて気体の定性・定量分析を行うガスセルであって、中心軸に垂直な両端面を有する円筒と、前記円筒端面の外周の径より大きな径を有する２個の凹面鏡と、前記２個の凹面鏡のそれぞれの反射面を互いに対向させて前記円筒の両端面の外周にそれぞれ付勢する付勢手段を備えたことを特徴とするガスセル。