JPH04225142A - 光吸収測定方法 - Google Patents
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- JPH04225142A JPH04225142A JP40761490A JP40761490A JPH04225142A JP H04225142 A JPH04225142 A JP H04225142A JP 40761490 A JP40761490 A JP 40761490A JP 40761490 A JP40761490 A JP 40761490A JP H04225142 A JPH04225142 A JP H04225142A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、気体、固体又は液体中
の物質成分を測定する光吸収測定方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来より、気体、固体又は液体中の物質
成分を測定する必要があった。気体の場合は、例えば、
石油精製プラントのオフガス成分を測定する場合である
。オフガス成分中の炭化水素の成分を知ることは、水素
リフォーマプラントの運転条件を適正化する上で重要で
ある。 【０００３】また、液体の場合は、例えば、潤滑油等の
定性的、定量的分析として、物質成分の測定を行う必要
がある。固体の場合は、例えば、ＧａＡｓ中に含まれる
Ｃ（炭素）濃度の測定や、ＰＳＧ（リンガラス）中のＯ
Ｈ基（水分）の測定等である。従来より、気体、固体又
は液体中の物質成分を測定する方法として、ガスクロマ
トグラフィ、質量分析法、又は白色光源と分光器を用い
て測定する赤外吸収分光法、紫外吸収分光法、可視吸収
分光法等がある。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの測定
方法を実施するための装置は大型であり、かつ高額であ
るという欠点があった。さらに一回ずつ試料を測定する
ので、測定に長時間かかるという欠点があった。本発明
の目的は、気体、固体又は液体中の物質成分を高速、高
精度に測定でき、かつ装置も小型にすることができる光
吸収測定方法を提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明の原理について説
明する。例えば光源として発振波長λの赤外線半導体レ
ーザを用い、試料セル内に存在する単一成分の気体試料
を照射する。このとき、その気体試料が、光源からの波
長λの赤外光を一部吸収したとすると、試料セルを通過
して赤外線検出器で検出される赤外光の信号強度Ｉは、
Ｉ＝Ｉｏ ・ｅｘｐ（−ａｃ） で表される。 【０００６】ここで、ａは波長λにおける気体試料の吸
収係数、ｃは気体試料の濃度である。Ｉｏ は試料セル
内に気体試料が存在しない場合の信号強度である。気体
試料による光の吸収の割合をＴとすると、Ｔ＝Ｉ／Ｉｏ
となる。ここで、 Ａ＝ｌｎ（１／Ｔ） と置くと、 Ａ＝ａｃ と表すことができる。 【０００７】次に、ｎ個の成分から構成される混合気体
の試料が、試料セル内に存在している場合について考え
る。ある波長λの光が、ｎ個の成分の混合気体により吸
収されるときの全体の吸収をＡＴ とすると、
ＡＴ ＝ａ１ ・ｃ１ ＋ａ２ ・ｃ２ ＋ａ３
・ｃ３ ＋・・・＋ａｎ ・ｃｎ と表せる。 【０００８】このとき、光源としてｎ個の赤外線半導体
レーザを用い、ｎ個の成分の混合気体の吸収係数が各々
異なるように、赤外線半導体レーザの発振波長λ１ ，
λ２ ，…、λｎ を選択する。個々の波長λ１ 〜λ
ｎ の光が、ｎ個の成分の混合気体により吸収されると
きの全体の吸収は、次式のように表すことができる。 Ａ１ ＝ａ１１・ｃ１ ＋ａ１２・ｃ２
＋ａ１３・ｃ３ ＋・・・＋ａ１ｎ・ｃｎ
Ａ２ ＝ａ２１・ｃ１ ＋ａ２２・ｃ２ ＋ａ２３・
ｃ３ ＋・・・＋ａ２ｎ・ｃｎ Ａ３ ＝
ａ３１・ｃ１ ＋ａ３２・ｃ２ ＋ａ３３・ｃ３ ＋・
・・＋ａ３ｎ・ｃｎ ・ ・ ・ Ａｎ ＝ａｎ１・ｃ１ ＋ａｎ２・ｃ２
＋ａｎ３・ｃ３ ＋・・・＋ａｎｎ・ｃｎ 【０００９
】これを、マトリックス形式で表すと、【００１０】 【数１】 となる。従って、ｎ個の成分の混合気体の個々の気体濃
度ｃ１ 、ｃ２ 、ｃ３ 、…、ｃｎ は、次式で表さ
れる。 【００１１】 【数２】 この式から、ｎ個の発振波長の半導体レーザ光を用いて
、混合気体による波長λ１ 〜λｎ の光の吸収を測定
することにより、ｎ成分からなる混合気体の個々の成分
の濃度を測定することができる。本発明の原理は、混合
気体の各成分の濃度測定について説明したが、一般的な
混合物（液体、固体）についても成立するのはもちろん
である。 【００１２】このように、本発明の目的は、発振波長の
それぞれ異なるｎ個の赤外線レーザを光源とし、ｎ種の
物質を含む試料による光吸収を検出するための前記ｎ個
の赤外線レーザに対応したｎ個の光検出器とを用い、前
記ｎ種の物質を含まない試料の場合の前記ｎ個の光検出
器の出力である参照出力を測定する第１の較正段階と、
前記ｎ種の物質の濃度が既知であるｎ個の試料の場合の
前記ｎ個の光検出器の出力から前記ｎ個の赤外線レーザ
の発振波長におけるそれぞれの前記ｎ種の物質の吸収係
数ａ１１〜ａｎｎを演算する第２の較正段階と、前記ｎ
種の物質の濃度が未知である試料の場合の前記ｎ個の光
検出器の出力と前記参照出力の比と前記ｎ種の物質の吸
収係数ａ１１〜ａｎｎから前記濃度が未知である試料の
前記ｎ種の物質の濃度を演算する測定段階とを有するこ
とを特徴とする光吸収測定方法によって達成される。 【００１３】 【作用】本発明によれば、気体、固体又は液体中の物質
成分を高速、高精度に測定でき、さらに光源が小型で分
光器を必要としない小型の光吸収測定装置による光吸収
測定を実現することができる。 【００１４】 【実施例】本発明の一実施例による光吸収測定方法を第
１図を用いて説明する。本実施例では、石油精製プラン
トのオフガス成分をリアルタイムで測定するシステムに
ついて述べる。オフガス成分は水素、メタン、エタン、
プロパンと若干の水蒸気で構成されており、炭化水素の
成分をリアルタイムで知ることは、水素リフォーマプラ
ントの運転条件を適正化する上で重要である。 【００１５】本実施例は、オフガス成分の内、メタン、
エタン、プロパンの３成分についての濃度を測定する場
合に適用したものである。本実施例で用いる光吸収測定
装置の構成について説明する。３個の赤外線半導体レー
ザ７〜９は、液体窒素で冷却された冷却装置（図示せず
）内に設置され、冷却装置には、赤外線半導体レーザの
駆動電源１〜３及び温度コントローラ４〜６が接続され
ている。駆動電源１〜３の駆動電流は０．２〜２０ｍＡ
、温度コントローラ４〜６の温度コントロール範囲は、
８０〜１２０Ｋ（安定度：５Ｅ−３Ｋ）である。 【００１６】３個の赤外線半導体レーザ７〜９は、Ｐｂ
Ｓレーザを用いている。赤外線半導体レーザ７の発振波
長λ１ は３３１４ｎｍとし、メタンガス（ＣＨ４ ）
の濃度測定用に、赤外線半導体レーザ８の発振波長λ２
は３３２６ｎｍとし、エタンガス（Ｃ２ Ｈ６ ）の
濃度測定用に、赤外線半導体レーザ９の発振波長λ３
は３４６４ｎｍとし、プロパンガス（Ｃ３ Ｈ８ ）の
濃度測定用にそれぞれ用いられる。 【００１７】赤外線半導体レーザ７〜９の光軸上に光軸
調整用のハーフミラー１１〜１３が設けられ、ハーフミ
ラー１１〜１３に対し、赤外線半導体レーザ７〜９の光
軸とほぼ直角方向に、Ｈｅ−Ｎｅガスレーザである光軸
調整用レーザ１０が設けられている。ハーフミラー１１
〜１３の先方に、赤外線半導体レーザ７〜９のレーザ光
を断続させるチョッパ１４〜１６が設けられている。チ
ョッパ１４〜１６のチョッピング周波数は１００Ｈｚで
ある。 【００１８】チョッパ１４〜１６の先方には、赤外線半
導体レーザ７〜９の各々の光軸を平行にして、試料セル
２１内に導入するための反射ミラー１７〜２０が設けら
れている。反射ミラー１８、１９の先方に、材質がＣａ
Ｆ２ のレーザ光入射窓を有する試料セル２１が設置さ
れている。試料セル２１には圧力計２２とガス導入口２
３及びガス排出口２４が設けられている。 【００１９】試料セル２１を通過した赤外線半導体レー
ザ７〜９の各々の光軸は反射ミラー２５、２６により、
それぞれ赤外線検出器２７〜２９に入力する。各赤外線
検出器２７〜２９は、ＩｎＳｂを用いたｐｎ接合型フォ
トダイオードで、感度波長は５μｍ以下、応答時間は１
μｓ以下である。赤外線検出器２７〜２９の出力信号は
、感度が１μＶ〜１Ｖで可変のロックインアンプ３０〜
３２に入力され、チョッパ１４〜１６からの信号に基づ
いて増幅され、コンピュータ３３に入力される。 【００２０】次に、動作を説明する。メタン、エタン、
プロパンの３成分の濃度をｃ１ 、ｃ２ 、ｃ３ とし
、前述のごとくマトリックス形式で表すと、 【００２１】 【数３】 となる。ただし、吸収長は一定で、吸収係数ａに含まれ
ると仮定している。また、オフガス成分には、若干の水
蒸気と水素が含まれているが、水蒸気と水素による光の
吸収は、光の波長が３μｍ帯では無視できる。まず、Ｈ
ｅ−Ｎｅガスレーザの光軸調整用レーザ１０を用いて赤
外線半導体レーザ７〜９の各々の光軸の調整を行う。 【００２２】次に、赤外線半導体レーザ７〜９の各々の
発振波長λ１ 、λ２ 、λ３ の調整を行う。赤外線
半導体レーザ用駆動電源１〜３及び温度コントローラ４
〜６を用いて行う。次に、試料セル２１内に試料が存在
しないブランク状態で、赤外線半導体レーザ７〜９のレ
ーザ光を試料セル２１内に照射し、各波長λ１ 、λ２
、λ３ に対する赤外線検出器２７〜２９の信号強度
Ｉｏ１０ 、Ｉｏ２０ 、Ｉｏ３０ を測定しておく。 【００２３】次に、既知濃度ｃ１ ′のメタンガスのみ
をガス導入口２３から試料セル２１内に導入する。赤外
線半導体レーザ７〜９のレーザ光を試料セル２１内に照
射し、赤外線検出器２７〜２９の信号強度Ｉｏ１１ 、
Ｉｏ２１ 、Ｉｏ３１ を測定し、各波長λ１ 、λ２
、λ３ に対するメタンガスの吸収係数ａ１１、ａ１
２、ａ１３を求めておく。 次に、ガス排出口２４からメタンガスを排出した後、既
知濃度ｃ２ ′のエタンガスのみをガス導入口２３から
試料セル２１内に導入する。赤外線半導体レーザ７〜９
のレーザ光を試料セル２１内に照射し、赤外線検出器２
７〜２９の信号強度Ｉｏ１２ 、Ｉｏ２２ 、Ｉｏ３２
を測定し、各波長λ１ 、λ２ 、λ３ に対するエ
タンガスの吸収係数ａ２１、ａ２２、ａ２３を求めてお
く。 【００２４】次に、ガス排出口２４からエタンガスを排
出した後、既知濃度ｃ３ ′のプロパンガスのみをガス
導入口２３から試料セル２１内に導入する。赤外線半導
体レーザ７〜９のレーザ光を試料セル２１内に照射し、
赤外線検出器２７〜２９の信号強度Ｉｏ１３ 、Ｉｏ２
３ 、Ｉｏ３３ を測定し、それぞれの波長λ１ 、λ
２ 、λ３ に対するプロパンガスの吸収係数ａ３１、
ａ３２、ａ３３を求めておく。 【００２５】以上のようにして求めた吸収係数のマトリ
ックスの要素ａを以下に示す。 【００２６】 【数４】 単位は１／［ｃｍ・％］である。従って、メタン、エタ
ン、プロパンの３成分の濃度ｃ１ 、ｃ２ 、ｃ３ は
、以下のごとく表すことができる。 【００２７】 【数５】 次に、ガス排出口２４からプロパンガスを排出した後、
未知濃度のメタン、エタン、プロパンを含むオフガスを
ガス導入口２３から試料セル２１内に導入する。赤外線
半導体レーザ７〜９のレーザ光を試料セル２１内に照射
し、それぞれの波長λ１ 、λ２ 、λ３ に対する赤
外線検出器２７〜２９の信号強度Ｉ１ 、Ｉ２ 、Ｉ３
を測定する。 【００２８】ここで、Ａは、 Ａ＝ｌｎ（Ｉｏ ／Ｉ） であり、Ｉｏ１０ 〜Ｉｏ３０ は既知であるから、Ａ
１ 〜Ａ３ の値はコンピュータによる計算で簡単に求
めることができる。従って、各ガスの未知濃度ｃ１ 、
ｃ２ 、ｃ３ も、上記連立１次方程式の解としてコン
ピュータによる計算で簡単に求めることができ、その濃
度をリアルタイムで計測することができる。 【００２９】本実施例によれば、気体成分の濃度を高速
かつ高精度に測定できるので、オフガス成分がリアルタ
イムで測定でき、プラントの最適運転条件が容易に得ら
れる光吸収測定装置を実現できる。また、光源に半導体
レーザを使用することにより、分解能の高い吸収スペク
トルが得られる。従って、分光器を用いる必要がなく、
装置の小形化が可能である。本発明は、上記実施例に限
らず種々の変形が可能である。 【００３０】例えば、赤外線を発する半導体レーザは、
順方向に電流を流すことにより発光し、その発光波長は
、ある範囲内で順方向電流値を変化させることにより変
化させることができるので、光源としての半導体レーザ
は、３個以下、例えば１個としてもよい。この場合、光
源としての半導体レーザの数は減らせるが、半導体レー
ザが安定するまで若干時間がかかるので、その分測定時
間は長くなる。 【００３１】 【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、気体、固
体又は液体中の物質成分を高速、高精度に測定でき、か
つ装置も小型にすることができる光吸収測定方法を実現
できる。
の物質成分を測定する光吸収測定方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来より、気体、固体又は液体中の物質
成分を測定する必要があった。気体の場合は、例えば、
石油精製プラントのオフガス成分を測定する場合である
。オフガス成分中の炭化水素の成分を知ることは、水素
リフォーマプラントの運転条件を適正化する上で重要で
ある。 【０００３】また、液体の場合は、例えば、潤滑油等の
定性的、定量的分析として、物質成分の測定を行う必要
がある。固体の場合は、例えば、ＧａＡｓ中に含まれる
Ｃ（炭素）濃度の測定や、ＰＳＧ（リンガラス）中のＯ
Ｈ基（水分）の測定等である。従来より、気体、固体又
は液体中の物質成分を測定する方法として、ガスクロマ
トグラフィ、質量分析法、又は白色光源と分光器を用い
て測定する赤外吸収分光法、紫外吸収分光法、可視吸収
分光法等がある。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの測定
方法を実施するための装置は大型であり、かつ高額であ
るという欠点があった。さらに一回ずつ試料を測定する
ので、測定に長時間かかるという欠点があった。本発明
の目的は、気体、固体又は液体中の物質成分を高速、高
精度に測定でき、かつ装置も小型にすることができる光
吸収測定方法を提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明の原理について説
明する。例えば光源として発振波長λの赤外線半導体レ
ーザを用い、試料セル内に存在する単一成分の気体試料
を照射する。このとき、その気体試料が、光源からの波
長λの赤外光を一部吸収したとすると、試料セルを通過
して赤外線検出器で検出される赤外光の信号強度Ｉは、
Ｉ＝Ｉｏ ・ｅｘｐ（−ａｃ） で表される。 【０００６】ここで、ａは波長λにおける気体試料の吸
収係数、ｃは気体試料の濃度である。Ｉｏ は試料セル
内に気体試料が存在しない場合の信号強度である。気体
試料による光の吸収の割合をＴとすると、Ｔ＝Ｉ／Ｉｏ
となる。ここで、 Ａ＝ｌｎ（１／Ｔ） と置くと、 Ａ＝ａｃ と表すことができる。 【０００７】次に、ｎ個の成分から構成される混合気体
の試料が、試料セル内に存在している場合について考え
る。ある波長λの光が、ｎ個の成分の混合気体により吸
収されるときの全体の吸収をＡＴ とすると、
ＡＴ ＝ａ１ ・ｃ１ ＋ａ２ ・ｃ２ ＋ａ３
・ｃ３ ＋・・・＋ａｎ ・ｃｎ と表せる。 【０００８】このとき、光源としてｎ個の赤外線半導体
レーザを用い、ｎ個の成分の混合気体の吸収係数が各々
異なるように、赤外線半導体レーザの発振波長λ１ ，
λ２ ，…、λｎ を選択する。個々の波長λ１ 〜λ
ｎ の光が、ｎ個の成分の混合気体により吸収されると
きの全体の吸収は、次式のように表すことができる。 Ａ１ ＝ａ１１・ｃ１ ＋ａ１２・ｃ２
＋ａ１３・ｃ３ ＋・・・＋ａ１ｎ・ｃｎ
Ａ２ ＝ａ２１・ｃ１ ＋ａ２２・ｃ２ ＋ａ２３・
ｃ３ ＋・・・＋ａ２ｎ・ｃｎ Ａ３ ＝
ａ３１・ｃ１ ＋ａ３２・ｃ２ ＋ａ３３・ｃ３ ＋・
・・＋ａ３ｎ・ｃｎ ・ ・ ・ Ａｎ ＝ａｎ１・ｃ１ ＋ａｎ２・ｃ２
＋ａｎ３・ｃ３ ＋・・・＋ａｎｎ・ｃｎ 【０００９
】これを、マトリックス形式で表すと、【００１０】 【数１】 となる。従って、ｎ個の成分の混合気体の個々の気体濃
度ｃ１ 、ｃ２ 、ｃ３ 、…、ｃｎ は、次式で表さ
れる。 【００１１】 【数２】 この式から、ｎ個の発振波長の半導体レーザ光を用いて
、混合気体による波長λ１ 〜λｎ の光の吸収を測定
することにより、ｎ成分からなる混合気体の個々の成分
の濃度を測定することができる。本発明の原理は、混合
気体の各成分の濃度測定について説明したが、一般的な
混合物（液体、固体）についても成立するのはもちろん
である。 【００１２】このように、本発明の目的は、発振波長の
それぞれ異なるｎ個の赤外線レーザを光源とし、ｎ種の
物質を含む試料による光吸収を検出するための前記ｎ個
の赤外線レーザに対応したｎ個の光検出器とを用い、前
記ｎ種の物質を含まない試料の場合の前記ｎ個の光検出
器の出力である参照出力を測定する第１の較正段階と、
前記ｎ種の物質の濃度が既知であるｎ個の試料の場合の
前記ｎ個の光検出器の出力から前記ｎ個の赤外線レーザ
の発振波長におけるそれぞれの前記ｎ種の物質の吸収係
数ａ１１〜ａｎｎを演算する第２の較正段階と、前記ｎ
種の物質の濃度が未知である試料の場合の前記ｎ個の光
検出器の出力と前記参照出力の比と前記ｎ種の物質の吸
収係数ａ１１〜ａｎｎから前記濃度が未知である試料の
前記ｎ種の物質の濃度を演算する測定段階とを有するこ
とを特徴とする光吸収測定方法によって達成される。 【００１３】 【作用】本発明によれば、気体、固体又は液体中の物質
成分を高速、高精度に測定でき、さらに光源が小型で分
光器を必要としない小型の光吸収測定装置による光吸収
測定を実現することができる。 【００１４】 【実施例】本発明の一実施例による光吸収測定方法を第
１図を用いて説明する。本実施例では、石油精製プラン
トのオフガス成分をリアルタイムで測定するシステムに
ついて述べる。オフガス成分は水素、メタン、エタン、
プロパンと若干の水蒸気で構成されており、炭化水素の
成分をリアルタイムで知ることは、水素リフォーマプラ
ントの運転条件を適正化する上で重要である。 【００１５】本実施例は、オフガス成分の内、メタン、
エタン、プロパンの３成分についての濃度を測定する場
合に適用したものである。本実施例で用いる光吸収測定
装置の構成について説明する。３個の赤外線半導体レー
ザ７〜９は、液体窒素で冷却された冷却装置（図示せず
）内に設置され、冷却装置には、赤外線半導体レーザの
駆動電源１〜３及び温度コントローラ４〜６が接続され
ている。駆動電源１〜３の駆動電流は０．２〜２０ｍＡ
、温度コントローラ４〜６の温度コントロール範囲は、
８０〜１２０Ｋ（安定度：５Ｅ−３Ｋ）である。 【００１６】３個の赤外線半導体レーザ７〜９は、Ｐｂ
Ｓレーザを用いている。赤外線半導体レーザ７の発振波
長λ１ は３３１４ｎｍとし、メタンガス（ＣＨ４ ）
の濃度測定用に、赤外線半導体レーザ８の発振波長λ２
は３３２６ｎｍとし、エタンガス（Ｃ２ Ｈ６ ）の
濃度測定用に、赤外線半導体レーザ９の発振波長λ３
は３４６４ｎｍとし、プロパンガス（Ｃ３ Ｈ８ ）の
濃度測定用にそれぞれ用いられる。 【００１７】赤外線半導体レーザ７〜９の光軸上に光軸
調整用のハーフミラー１１〜１３が設けられ、ハーフミ
ラー１１〜１３に対し、赤外線半導体レーザ７〜９の光
軸とほぼ直角方向に、Ｈｅ−Ｎｅガスレーザである光軸
調整用レーザ１０が設けられている。ハーフミラー１１
〜１３の先方に、赤外線半導体レーザ７〜９のレーザ光
を断続させるチョッパ１４〜１６が設けられている。チ
ョッパ１４〜１６のチョッピング周波数は１００Ｈｚで
ある。 【００１８】チョッパ１４〜１６の先方には、赤外線半
導体レーザ７〜９の各々の光軸を平行にして、試料セル
２１内に導入するための反射ミラー１７〜２０が設けら
れている。反射ミラー１８、１９の先方に、材質がＣａ
Ｆ２ のレーザ光入射窓を有する試料セル２１が設置さ
れている。試料セル２１には圧力計２２とガス導入口２
３及びガス排出口２４が設けられている。 【００１９】試料セル２１を通過した赤外線半導体レー
ザ７〜９の各々の光軸は反射ミラー２５、２６により、
それぞれ赤外線検出器２７〜２９に入力する。各赤外線
検出器２７〜２９は、ＩｎＳｂを用いたｐｎ接合型フォ
トダイオードで、感度波長は５μｍ以下、応答時間は１
μｓ以下である。赤外線検出器２７〜２９の出力信号は
、感度が１μＶ〜１Ｖで可変のロックインアンプ３０〜
３２に入力され、チョッパ１４〜１６からの信号に基づ
いて増幅され、コンピュータ３３に入力される。 【００２０】次に、動作を説明する。メタン、エタン、
プロパンの３成分の濃度をｃ１ 、ｃ２ 、ｃ３ とし
、前述のごとくマトリックス形式で表すと、 【００２１】 【数３】 となる。ただし、吸収長は一定で、吸収係数ａに含まれ
ると仮定している。また、オフガス成分には、若干の水
蒸気と水素が含まれているが、水蒸気と水素による光の
吸収は、光の波長が３μｍ帯では無視できる。まず、Ｈ
ｅ−Ｎｅガスレーザの光軸調整用レーザ１０を用いて赤
外線半導体レーザ７〜９の各々の光軸の調整を行う。 【００２２】次に、赤外線半導体レーザ７〜９の各々の
発振波長λ１ 、λ２ 、λ３ の調整を行う。赤外線
半導体レーザ用駆動電源１〜３及び温度コントローラ４
〜６を用いて行う。次に、試料セル２１内に試料が存在
しないブランク状態で、赤外線半導体レーザ７〜９のレ
ーザ光を試料セル２１内に照射し、各波長λ１ 、λ２
、λ３ に対する赤外線検出器２７〜２９の信号強度
Ｉｏ１０ 、Ｉｏ２０ 、Ｉｏ３０ を測定しておく。 【００２３】次に、既知濃度ｃ１ ′のメタンガスのみ
をガス導入口２３から試料セル２１内に導入する。赤外
線半導体レーザ７〜９のレーザ光を試料セル２１内に照
射し、赤外線検出器２７〜２９の信号強度Ｉｏ１１ 、
Ｉｏ２１ 、Ｉｏ３１ を測定し、各波長λ１ 、λ２
、λ３ に対するメタンガスの吸収係数ａ１１、ａ１
２、ａ１３を求めておく。 次に、ガス排出口２４からメタンガスを排出した後、既
知濃度ｃ２ ′のエタンガスのみをガス導入口２３から
試料セル２１内に導入する。赤外線半導体レーザ７〜９
のレーザ光を試料セル２１内に照射し、赤外線検出器２
７〜２９の信号強度Ｉｏ１２ 、Ｉｏ２２ 、Ｉｏ３２
を測定し、各波長λ１ 、λ２ 、λ３ に対するエ
タンガスの吸収係数ａ２１、ａ２２、ａ２３を求めてお
く。 【００２４】次に、ガス排出口２４からエタンガスを排
出した後、既知濃度ｃ３ ′のプロパンガスのみをガス
導入口２３から試料セル２１内に導入する。赤外線半導
体レーザ７〜９のレーザ光を試料セル２１内に照射し、
赤外線検出器２７〜２９の信号強度Ｉｏ１３ 、Ｉｏ２
３ 、Ｉｏ３３ を測定し、それぞれの波長λ１ 、λ
２ 、λ３ に対するプロパンガスの吸収係数ａ３１、
ａ３２、ａ３３を求めておく。 【００２５】以上のようにして求めた吸収係数のマトリ
ックスの要素ａを以下に示す。 【００２６】 【数４】 単位は１／［ｃｍ・％］である。従って、メタン、エタ
ン、プロパンの３成分の濃度ｃ１ 、ｃ２ 、ｃ３ は
、以下のごとく表すことができる。 【００２７】 【数５】 次に、ガス排出口２４からプロパンガスを排出した後、
未知濃度のメタン、エタン、プロパンを含むオフガスを
ガス導入口２３から試料セル２１内に導入する。赤外線
半導体レーザ７〜９のレーザ光を試料セル２１内に照射
し、それぞれの波長λ１ 、λ２ 、λ３ に対する赤
外線検出器２７〜２９の信号強度Ｉ１ 、Ｉ２ 、Ｉ３
を測定する。 【００２８】ここで、Ａは、 Ａ＝ｌｎ（Ｉｏ ／Ｉ） であり、Ｉｏ１０ 〜Ｉｏ３０ は既知であるから、Ａ
１ 〜Ａ３ の値はコンピュータによる計算で簡単に求
めることができる。従って、各ガスの未知濃度ｃ１ 、
ｃ２ 、ｃ３ も、上記連立１次方程式の解としてコン
ピュータによる計算で簡単に求めることができ、その濃
度をリアルタイムで計測することができる。 【００２９】本実施例によれば、気体成分の濃度を高速
かつ高精度に測定できるので、オフガス成分がリアルタ
イムで測定でき、プラントの最適運転条件が容易に得ら
れる光吸収測定装置を実現できる。また、光源に半導体
レーザを使用することにより、分解能の高い吸収スペク
トルが得られる。従って、分光器を用いる必要がなく、
装置の小形化が可能である。本発明は、上記実施例に限
らず種々の変形が可能である。 【００３０】例えば、赤外線を発する半導体レーザは、
順方向に電流を流すことにより発光し、その発光波長は
、ある範囲内で順方向電流値を変化させることにより変
化させることができるので、光源としての半導体レーザ
は、３個以下、例えば１個としてもよい。この場合、光
源としての半導体レーザの数は減らせるが、半導体レー
ザが安定するまで若干時間がかかるので、その分測定時
間は長くなる。 【００３１】 【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、気体、固
体又は液体中の物質成分を高速、高精度に測定でき、か
つ装置も小型にすることができる光吸収測定方法を実現
できる。
【図１】本発明の一実施例による光吸収測定方法を示す
図である。
図である。
１〜３…電源
４〜６…温度コントローラ
７〜９…赤外線半導体レーザ
１０…光軸調整用レーザ
１１〜１３…ハーフミラー
１４〜１６…チョッパ
１７〜２０…反射ミラー
２１…試料セル
２２…圧力計
２３…ガス導入口
２４…ガス排出口
２５、２６…反射ミラー
２７〜２９…赤外線検出器
３０〜３２…ロックインアンプ
３３…コンピュータ
Claims (1)
- 【請求項１】 発振波長のそれぞれ異なるｎ個の赤外
線レーザを光源とし、ｎ種の物質を含む試料による光吸
収を検出するための前記ｎ個の赤外線レーザに対応した
ｎ個の光検出器とを用い、前記ｎ種の物質を含まない試
料の場合の前記ｎ個の光検出器の出力である参照出力を
測定する第１の較正段階と、前記ｎ種の物質の濃度が既
知であるｎ個の試料の場合の前記ｎ個の光検出器の出力
から前記ｎ個の赤外線レーザの発振波長におけるそれぞ
れの前記ｎ種の物質の吸収係数ａ１１〜ａｎｎを演算す
る第２の較正段階と、前記ｎ種の物質の濃度が未知であ
る試料の場合の前記ｎ個の光検出器の出力と前記参照出
力の比と前記ｎ種の物質の吸収係数ａ１１〜ａｎｎから
前記濃度が未知である試料の前記ｎ種の物質の濃度を演
算する測定段階とを有することを特徴とする光吸収測定
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40761490A JPH04225142A (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | 光吸収測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40761490A JPH04225142A (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | 光吸収測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04225142A true JPH04225142A (ja) | 1992-08-14 |
Family
ID=18517182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP40761490A Pending JPH04225142A (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | 光吸収測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04225142A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07188932A (ja) * | 1993-10-29 | 1995-07-25 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 赤外線センサを有するワークピース処理装置および方法 |
| JP2008534964A (ja) * | 2005-03-29 | 2008-08-28 | ザ ダウ ケミカル カンパニー | 分光分析および制御本発明は、政府が本発明における特定の所有権を有するエネルギ省規約ｄｅ−ｆｃ０７−０２１１ｄ１４４２８の下で成された。 |
| WO2009060750A1 (ja) | 2007-11-07 | 2009-05-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 炭化水素濃度測定装置および炭化水素濃度測定方法 |
| JP2009522541A (ja) * | 2005-12-29 | 2009-06-11 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア | 媒体中で化学化合物の相同性及び非相同性ならびに濃度を決定する方法 |
| JP2010210594A (ja) * | 2009-03-12 | 2010-09-24 | Toyota Motor Corp | 炭化水素濃度測定装置および炭化水素濃度測定方法 |
| JP2012108156A (ja) * | 2012-02-29 | 2012-06-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガス濃度計測方法および装置 |
-
1990
- 1990-12-27 JP JP40761490A patent/JPH04225142A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07188932A (ja) * | 1993-10-29 | 1995-07-25 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 赤外線センサを有するワークピース処理装置および方法 |
| JP2008534964A (ja) * | 2005-03-29 | 2008-08-28 | ザ ダウ ケミカル カンパニー | 分光分析および制御本発明は、政府が本発明における特定の所有権を有するエネルギ省規約ｄｅ−ｆｃ０７−０２１１ｄ１４４２８の下で成された。 |
| JP2009522541A (ja) * | 2005-12-29 | 2009-06-11 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア | 媒体中で化学化合物の相同性及び非相同性ならびに濃度を決定する方法 |
| WO2009060750A1 (ja) | 2007-11-07 | 2009-05-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 炭化水素濃度測定装置および炭化水素濃度測定方法 |
| JP2009115654A (ja) * | 2007-11-07 | 2009-05-28 | Toyota Motor Corp | 炭化水素濃度測定装置および炭化水素濃度測定方法 |
| JP2010210594A (ja) * | 2009-03-12 | 2010-09-24 | Toyota Motor Corp | 炭化水素濃度測定装置および炭化水素濃度測定方法 |
| JP2012108156A (ja) * | 2012-02-29 | 2012-06-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガス濃度計測方法および装置 |
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