JP2003501653A - 分析装置 - Google Patents
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
-
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- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、測定対象である物質で満たした吸収領域・チャンバー（１３）において放射の濃度依存性の分子特異的消衰を測定することによって、混合物中の一種以上の物質の濃度を測定するための装置に係わる。 前記装置は、一つの放射源（１１）を有し、その放射は、二台の受信器（１７，１９）に方向づけられ且つ相当する放射経路に分割されるが、ここにおいて測定数値が、受信器（１７，１９）の測定強度を比較することによって得られる。該放射源（１１）から受信器（１７，１９）に到る放射経路は何れも、吸収領域・チャンバー（１３）内の物質を通過するが、長さは異なる。
Description
【０００１】
本発明は、放射の濃度依存性、分子特異的消衰を測定することによって一種
以上の物質の濃度を測定するための、特許請求の範囲の請求項１に規定した分析
装置に係わる。ある混合物中のある物質の濃度を測定するための非分散性光度計
は、広く知られており、多種多様な測定作業において使用されている。即ち、呼
気中のＣＯ2含量を測定するための、商業化された医療用測定計器、所謂カプノ
メーターは、この原理を用いたものである。前記装置は、下記するランバートー
メーアーの法則に従って試料中に存在するＣＯ2濃度として、ＣＯ2に特徴的な４
．２６ミクロンなる波長において生起する、導入赤外放射の減衰を測定数値化す
るものである：即ち、 Ｉ＝ Ｉ0ｅｘｐ［−ｋＣＬ］ なお上式において、 Ｉ： 検出強度 Ｉ0： 放射強度 ｋ： 比消衰係数 Ｃ： 濃度 Ｌ： 光学的経路長 最も単純な形式として、非分散性光度計は、単一ビーム法に従って作動する（
ＥＰ ０７９４ ４２３Ａ）。
以上の物質の濃度を測定するための、特許請求の範囲の請求項１に規定した分析
装置に係わる。ある混合物中のある物質の濃度を測定するための非分散性光度計
は、広く知られており、多種多様な測定作業において使用されている。即ち、呼
気中のＣＯ2含量を測定するための、商業化された医療用測定計器、所謂カプノ
メーターは、この原理を用いたものである。前記装置は、下記するランバートー
メーアーの法則に従って試料中に存在するＣＯ2濃度として、ＣＯ2に特徴的な４
．２６ミクロンなる波長において生起する、導入赤外放射の減衰を測定数値化す
るものである：即ち、 Ｉ＝ Ｉ0ｅｘｐ［−ｋＣＬ］ なお上式において、 Ｉ： 検出強度 Ｉ0： 放射強度 ｋ： 比消衰係数 Ｃ： 濃度 Ｌ： 光学的経路長 最も単純な形式として、非分散性光度計は、単一ビーム法に従って作動する（
ＥＰ ０７９４ ４２３Ａ）。
【０００２】
強度が一定であると想定されるＩＲ放射は、放射源から試験対象である試料が
貫通する容積・容量中を通過し、その後に放射受信装置として光電検出器を用い
ることによってその強度を測定するのである。当該物質の検出感度は、放射装置
の後方又は受信器の前方のいずれかに配置された狭帯フィルターによって、当該
ＩＲスペクトルを特性波長に限定することにより確保するのである。
貫通する容積・容量中を通過し、その後に放射受信装置として光電検出器を用い
ることによってその強度を測定するのである。当該物質の検出感度は、放射装置
の後方又は受信器の前方のいずれかに配置された狭帯フィルターによって、当該
ＩＲスペクトルを特性波長に限定することにより確保するのである。
【０００３】
又はその代わりに、フィルター処理していない光を、測定対象である物質で満
たした密閉チャンバー内の吸収チャンバーの後方に通過させるが、この際吸収チ
ャンバー内では、放射源の放射エネルギーが吸収チャンバー内に存在する濃度に
従って特性波長において減衰せしめられて、正確に特性波長において光学的励起
によって熱エネルギーに変換され、圧力として検出される（光空気圧検出器）の
である。
たした密閉チャンバー内の吸収チャンバーの後方に通過させるが、この際吸収チ
ャンバー内では、放射源の放射エネルギーが吸収チャンバー内に存在する濃度に
従って特性波長において減衰せしめられて、正確に特性波長において光学的励起
によって熱エネルギーに変換され、圧力として検出される（光空気圧検出器）の
である。
【０００４】
必要な測定精度に要求されるＳＮ（信号対雑音）比を実現するために、当該信
号の周期的変調が絶対的に必要である。このことは古典的には、回転式ビームチ
ョッピングディスク、所謂チョッパーを用いて実施されている。このチョッパー
は機械的動作部品であるため、このような解決策には、実現可能な最小寸法、外
部力の作用に起因した妨害を受け易いこと及び振動又は音など回転による揺動効
果に関連した固有の欠点・不利がある。従って近代的な装置においては、クロッ
ク処理された電流で駆動され、その結果周期的に変調された放射を発射する、コ
ンパクトで、薄膜又は厚膜の熱式放射源が、使用される。
号の周期的変調が絶対的に必要である。このことは古典的には、回転式ビームチ
ョッピングディスク、所謂チョッパーを用いて実施されている。このチョッパー
は機械的動作部品であるため、このような解決策には、実現可能な最小寸法、外
部力の作用に起因した妨害を受け易いこと及び振動又は音など回転による揺動効
果に関連した固有の欠点・不利がある。従って近代的な装置においては、クロッ
ク処理された電流で駆動され、その結果周期的に変調された放射を発射する、コ
ンパクトで、薄膜又は厚膜の熱式放射源が、使用される。
【０００５】
しかしながら、単一の放射源と単一の受信器を用いた単一ビーム法は、殆ど適
用されることはない。その理由は、放射源の温度と強度とが変動し且つ放射源、
光学的要素や受信器が老化する現象が生起するため、出力信号が強度にドリフト
するに到るからである。前記した効果を補償するために、通常は参照として使用
する物質の影響を受けない第二の放射経路を利用する二重ビーム法が用いられる
。 第一の（測定）放射経路及び第二の（参照）放射経路の信号を分割して、そ
の比を濃度を測定するために使用するのである。
用されることはない。その理由は、放射源の温度と強度とが変動し且つ放射源、
光学的要素や受信器が老化する現象が生起するため、出力信号が強度にドリフト
するに到るからである。前記した効果を補償するために、通常は参照として使用
する物質の影響を受けない第二の放射経路を利用する二重ビーム法が用いられる
。 第一の（測定）放射経路及び第二の（参照）放射経路の信号を分割して、そ
の比を濃度を測定するために使用するのである。
【０００６】
二重ビーム法は、放射源からの放射を二台の受信器に到る測定経路と参照経路
とに分割するのであるが、放射源、セル及び/又は受信器の数がそれぞれ異なる
光学装置を用いて実現することが出来る。二台の放射源、一つのセル及び二台の
受信器を用いた装置については、例えばＵＳ ３、７３４、６３１号に記載があ
る。当該セル内における熱的影響及び老化影響の補償は、この方法に固有のこと
である。更には、例えば二台の放射源から発射される放射エネルギーをセルを横
断しないうちに測定するための二台の追加受信器を使用することなどによって、
二台の放射源の放射出力を一定に維持するために、測定及び自動制御に係わる相
当な努力が必要となる。放射経路の双方を一台の受信器に通じさせることによっ
てこのような組立て装置を簡略化することは、ＵＳ ４，８９９、０５３号に記
載されている。しかしながら、二台の放射源の強度を安定化させることについて
は一切記載がなされていない。
とに分割するのであるが、放射源、セル及び/又は受信器の数がそれぞれ異なる
光学装置を用いて実現することが出来る。二台の放射源、一つのセル及び二台の
受信器を用いた装置については、例えばＵＳ ３、７３４、６３１号に記載があ
る。当該セル内における熱的影響及び老化影響の補償は、この方法に固有のこと
である。更には、例えば二台の放射源から発射される放射エネルギーをセルを横
断しないうちに測定するための二台の追加受信器を使用することなどによって、
二台の放射源の放射出力を一定に維持するために、測定及び自動制御に係わる相
当な努力が必要となる。放射経路の双方を一台の受信器に通じさせることによっ
てこのような組立て装置を簡略化することは、ＵＳ ４，８９９、０５３号に記
載されている。しかしながら、二台の放射源の強度を安定化させることについて
は一切記載がなされていない。
【０００７】
温度変動による強度の変動、即ち放射源の老化徴候は、二つの放射経路、即ち
参照放射経路と測定放射経路を同一の放射源から作動されている場合、固有に補
償される。かかる目的のために、ビームスプリッティング行う必要があるが、こ
れは典型的には、吸収チャンバーの前方又は後方に配置したプリズム又は半透明
の、部分二色性ミラーによって実行される（ＥＰ ０８３４ ７３２ Ａ２）。
参照放射経路と測定放射経路を同一の放射源から作動されている場合、固有に補
償される。かかる目的のために、ビームスプリッティング行う必要があるが、こ
れは典型的には、吸収チャンバーの前方又は後方に配置したプリズム又は半透明
の、部分二色性ミラーによって実行される（ＥＰ ０８３４ ７３２ Ａ２）。
【０００８】
しかしながら、このような光学的構成部分は、強度を減少させるものであり、
そのせいで更にＳＮ比が低下し、かくして検出下限を劣悪化させる。さらには、
このような要素のスペクトル特性は、腐食性媒質による積層物又は作用によって
経時的に変化し得るものであり、その結果測定経路と参照経路との間における強
度比が変動することになり得る。
そのせいで更にＳＮ比が低下し、かくして検出下限を劣悪化させる。さらには、
このような要素のスペクトル特性は、腐食性媒質による積層物又は作用によって
経時的に変化し得るものであり、その結果測定経路と参照経路との間における強
度比が変動することになり得る。
【０００９】
有利なビームスプリッティングとして、強度減衰性を有する要素を用いること
なく試料チャンバー内でミラー像形成ミラーを経由して行うビームスプリッティ
ングが、ＤＥ ４４３７１８８ Ｃ２に記載されている。参照経路についての主
要な要件は、その強度が、測定対象である物質中の濃度変化によって全く影響を
受けないか又は受けたとしても測定対象より実質的に少ない、ということである
。かかる目的のために、当該参照経路は、内部が、測定対象である物質によって
光の減衰が全く生起しないフッ化カルシウムの透明ブロック中をほぼ完全に導か
れるのである。しかしながら、このようなブロックは、腐食性媒質による作用を
受けて経時的に曇る可能性がある。また、調節可能なミラーは、ギャップや同様
の空洞を形成し、そのため測定対象である物質の交換が遅延され、その結果メモ
リー効果が生じることになる。
なく試料チャンバー内でミラー像形成ミラーを経由して行うビームスプリッティ
ングが、ＤＥ ４４３７１８８ Ｃ２に記載されている。参照経路についての主
要な要件は、その強度が、測定対象である物質中の濃度変化によって全く影響を
受けないか又は受けたとしても測定対象より実質的に少ない、ということである
。かかる目的のために、当該参照経路は、内部が、測定対象である物質によって
光の減衰が全く生起しないフッ化カルシウムの透明ブロック中をほぼ完全に導か
れるのである。しかしながら、このようなブロックは、腐食性媒質による作用を
受けて経時的に曇る可能性がある。また、調節可能なミラーは、ギャップや同様
の空洞を形成し、そのため測定対象である物質の交換が遅延され、その結果メモ
リー効果が生じることになる。
【００１０】
ＥＰ０７８０６８１ Ａ２に従えば、参照ビームは,参照ガスを満たした参照
セルを横断するのであるが、このことは、プリズムによるビームスプリッティン
グの係わる上記した欠点を伴なう。さらには、これによっても、測定セルの光学
特性の変化を検出することが可能となるのではない。またこのような組み立て装
置の小型化にも限界がある。
セルを横断するのであるが、このことは、プリズムによるビームスプリッティン
グの係わる上記した欠点を伴なう。さらには、これによっても、測定セルの光学
特性の変化を検出することが可能となるのではない。またこのような組み立て装
置の小型化にも限界がある。
【００１１】
またこの代わりに、測定ビームと参照ビームの双方を測定セル中に導いて貫通
させて、異なる波長領域で測定を行う。この参照ビームは、測定対象である物質
の特性波長における消衰によって生起する強度変化が無関係となるような広帯域
で測定されるか,又は測定ビームと同様に、但し別の波長において狭帯域で測定
される。第一の方法の欠点は、温度変動、即ち老化徴候、に起因して放射源のス
ペクトル分布に変化がおきた場合、通常は測定信号と参照信号とは異なる態様で
影響を受けることになる、ということである。第二の方法の欠点は、未知の物質
による参照波長での吸収が生起しないことについて不確実さがある、ということ
である。このようなことは、有毒ガスを検出するため大気をモニターしている場
合は特に危険である。その理由は、参照波長での吸収は、測定経路での感度の低
下につながるからである。
させて、異なる波長領域で測定を行う。この参照ビームは、測定対象である物質
の特性波長における消衰によって生起する強度変化が無関係となるような広帯域
で測定されるか,又は測定ビームと同様に、但し別の波長において狭帯域で測定
される。第一の方法の欠点は、温度変動、即ち老化徴候、に起因して放射源のス
ペクトル分布に変化がおきた場合、通常は測定信号と参照信号とは異なる態様で
影響を受けることになる、ということである。第二の方法の欠点は、未知の物質
による参照波長での吸収が生起しないことについて不確実さがある、ということ
である。このようなことは、有毒ガスを検出するため大気をモニターしている場
合は特に危険である。その理由は、参照波長での吸収は、測定経路での感度の低
下につながるからである。
【００１２】
本発明は、透過測定により濃度を測定するための分析装置であって、小型で且
つ外部の機械的及び熱的影響に対して安定でありまた数ｐｐｍから数十パーセン
トまでの広範囲な濃度領域を信頼度良く且つ連続的に測定することを可能とする
分析装置を提供するという課題に基くものである。
つ外部の機械的及び熱的影響に対して安定でありまた数ｐｐｍから数十パーセン
トまでの広範囲な濃度領域を信頼度良く且つ連続的に測定することを可能とする
分析装置を提供するという課題に基くものである。
【００１３】
このことは、本発明によれば特許請求の範囲の請求項１において特徴ずけられ
る分析装置によって実現することが出来る。従属請求項は、本発明に従った分析
装置の有利な実施態様を記述するものである。
る分析装置によって実現することが出来る。従属請求項は、本発明に従った分析
装置の有利な実施態様を記述するものである。
【００１４】
本発明に従えば、二つの放射経路、即ち放射源から第一の受信器に到る第一の
放射経路及び放射源から第二の受信器に到る第二の放射経路が、濃度を測定する
べき物質と共に試料を含む吸収チャンバーを横断する。
放射経路及び放射源から第二の受信器に到る第二の放射経路が、濃度を測定する
べき物質と共に試料を含む吸収チャンバーを横断する。
【００１５】
これら経路の双方において、測定は同一波長において行われる。しかし、これ
ら二つの放射経路は、長さが異なるのであって、第一の経路は、第二の経路より
も実質的に長く、具体的には少なくとも四倍は長い。このため、検出するべき物
質の存在下では当該放射は、第一の長い経路に沿って通過する過程で、第二の短
い経路に沿った放射よりも消衰する度合いが大きくなる。
ら二つの放射経路は、長さが異なるのであって、第一の経路は、第二の経路より
も実質的に長く、具体的には少なくとも四倍は長い。このため、検出するべき物
質の存在下では当該放射は、第一の長い経路に沿って通過する過程で、第二の短
い経路に沿った放射よりも消衰する度合いが大きくなる。
【００１６】
先行技術との境界づけを行うに際して、これら二つの放射経路は、試料中を完
全に誘導通過するだけでなく、同一波長において測定されるのである。この結果
、これら二つのビームの光学的等価が生起し、それによって従来記載されてきた
アプローチが持つ本質的な欠点が回避されるのである。等価のビームコントロー
ルのお蔭で、経時的に生起する可能性のある強度消衰をもたらす揺動効果が、二
つの放射経路の双方に同等に作用する。同一波長において二つのの放射経路を測
定するため、測定結果は、この場合も二つの経路が同等に影響を受けることなり
、放射源のスペクトル分布、光学的要素のスペクトル特性又は老化効果によるそ
の変化とは独立することになる。
全に誘導通過するだけでなく、同一波長において測定されるのである。この結果
、これら二つのビームの光学的等価が生起し、それによって従来記載されてきた
アプローチが持つ本質的な欠点が回避されるのである。等価のビームコントロー
ルのお蔭で、経時的に生起する可能性のある強度消衰をもたらす揺動効果が、二
つの放射経路の双方に同等に作用する。同一波長において二つのの放射経路を測
定するため、測定結果は、この場合も二つの経路が同等に影響を受けることなり
、放射源のスペクトル分布、光学的要素のスペクトル特性又は老化効果によるそ
の変化とは独立することになる。
【００１７】
更には二つの放射経路において吸収経路が大幅に異なるため、当該装置の動的
領域を有利に広げることが出来る。測定対象である物質の濃度が高いとき、長い
放射経路における吸収は極めて強くなり、その結果検出器に到達する信号がノイ
ズ限界以下となった場合は、短い放射経路からの信号はそのまま直接数値として
得ることが出来る。実現可能な動的利点は、これら二つの吸収経路の比に相当す
る。
領域を有利に広げることが出来る。測定対象である物質の濃度が高いとき、長い
放射経路における吸収は極めて強くなり、その結果検出器に到達する信号がノイ
ズ限界以下となった場合は、短い放射経路からの信号はそのまま直接数値として
得ることが出来る。実現可能な動的利点は、これら二つの吸収経路の比に相当す
る。
【００１８】
それぞれの受信器によって測定された放射強度は、強度比較値、例えば第一と
第二の受信器によって測定された強度の商・比率が導かれるが、かかる測定済み
強度比較値又は強度の商・比率は、測定対象である物質のある濃度に対応する。
上記したランバートーベアーの法則を二つの放射経路に適用し、二つの放射の商
・比率を算出し、対数をとり,次いで解いて濃度を求めた場合、下記が得られる
。 C ＝ −１／(ｋＬ1 − ｋＬ2)ｌｎ（Ｉ1／Ｉ2）
第二の受信器によって測定された強度の商・比率が導かれるが、かかる測定済み
強度比較値又は強度の商・比率は、測定対象である物質のある濃度に対応する。
上記したランバートーベアーの法則を二つの放射経路に適用し、二つの放射の商
・比率を算出し、対数をとり,次いで解いて濃度を求めた場合、下記が得られる
。 C ＝ −１／(ｋＬ1 − ｋＬ2)ｌｎ（Ｉ1／Ｉ2）
【００１９】
他方では、これら二つの式の対数をとり、次に相応に展開し、相互に引き算を
し、次いで解いて放射強度を求める。これによって下記が得られる： Ｉ0 ＝ ｅｘｐ［Ｌ1ｌｎＩ2 − Ｌ2ｌｎＩ1／（Ｌ1 − Ｌ2） 二つの受信器の信号の数値化は、単に濃度Cの決定を可能とするだけではなく
また放射出力Ｉ0に係わる記述を行うことが出来る。
し、次いで解いて放射強度を求める。これによって下記が得られる： Ｉ0 ＝ ｅｘｐ［Ｌ1ｌｎＩ2 − Ｌ2ｌｎＩ1／（Ｌ1 − Ｌ2） 二つの受信器の信号の数値化は、単に濃度Cの決定を可能とするだけではなく
また放射出力Ｉ0に係わる記述を行うことが出来る。
【００２０】
仮にこの数値が、技術的な理由によって放射源を制御するために使用されない
としても、当該分析装置の余分な機能試験に使用することが出来る。
としても、当該分析装置の余分な機能試験に使用することが出来る。
【００２１】
この方法は、単にシングルチャンネル方式、即ち試料中の一つの物質の濃度を
測定決定するためだけでなく、マルチチャンネル方式、即ち混合物中の複数の物
質の濃度を同時に測定するためにも実施することが出来る。後者の場合、一対の
放射経路、つまり第一の長い放射経路と第二の短い放射経路とが、それぞれの測
定するべき個別のチャンネルに必要である。しかしながら、本発明に従えば、全
てのチャンネルの放射経路は、同一の放射源から動作され、また同一試料に誘導
・通過せしめられる。
測定決定するためだけでなく、マルチチャンネル方式、即ち混合物中の複数の物
質の濃度を同時に測定するためにも実施することが出来る。後者の場合、一対の
放射経路、つまり第一の長い放射経路と第二の短い放射経路とが、それぞれの測
定するべき個別のチャンネルに必要である。しかしながら、本発明に従えば、全
てのチャンネルの放射経路は、同一の放射源から動作され、また同一試料に誘導
・通過せしめられる。
【００２２】
本発明に従った分析装置又は分光器は、特にガス混合物中の物質を測定・決定
するために適用可能である。しかしながら、液体中のある物質の濃度を測定・決
定するためにも使用することが出来る。
するために適用可能である。しかしながら、液体中のある物質の濃度を測定・決
定するためにも使用することが出来る。
【００２３】
一体式の組立て装置であること及びそのために機械的強度・安定性が得られる
ので、本発明に従った分析装置は、耐圧縮性を有しまた対ヘリウム気密性を有す
る。従って、例えば真空から１０バールまでの圧力範囲での多くの測定に使用す
ることが出来る。
ので、本発明に従った分析装置は、耐圧縮性を有しまた対ヘリウム気密性を有す
る。従って、例えば真空から１０バールまでの圧力範囲での多くの測定に使用す
ることが出来る。
【００２４】
放射としては、具体的には赤外放射を使用する。赤外放射源は、分析対象であ
る試料を照射し、受信器又は検出器が、ＩＲ放射の消衰を測定するのである。あ
る種の物質に対する感度は、当該物質が特性波長領域において分子振動によって
可能な限り最大限に光を吸収する領域にまで光を狭帯フィルターすることによっ
て得られる。
る試料を照射し、受信器又は検出器が、ＩＲ放射の消衰を測定するのである。あ
る種の物質に対する感度は、当該物質が特性波長領域において分子振動によって
可能な限り最大限に光を吸収する領域にまで光を狭帯フィルターすることによっ
て得られる。
【００２５】
ＩＲ放射源としては、好ましくは熱ＩＲ放射源を使用する；即ち、好ましくは
熱受信器、例えば高温検出器（pyrodetector）又は熱電対列を使用する。しかし
ながら、これに代わる電気光学放射源、例えば低温で作動するダイオードレーザ
ー又はガスレーザーなどを使用することも可能である。受信器としては、量子受
信器を使用することも出来る。
熱受信器、例えば高温検出器（pyrodetector）又は熱電対列を使用する。しかし
ながら、これに代わる電気光学放射源、例えば低温で作動するダイオードレーザ
ー又はガスレーザーなどを使用することも可能である。受信器としては、量子受
信器を使用することも出来る。
【００２６】
吸収チャンバー内で一つのチャンネルに属する長さの異なる二つの光学的経路
を形成するために、好ましくは当該吸収チャンバー内に二つのミラーを配設する
が、これらのミラーは、ＩＲ放射源から異なる距離に配置され且つ放射源の放射
を第一及び第二の受信器に反射させるのである。
を形成するために、好ましくは当該吸収チャンバー内に二つのミラーを配設する
が、これらのミラーは、ＩＲ放射源から異なる距離に配置され且つ放射源の放射
を第一及び第二の受信器に反射させるのである。
【００２７】
ミラーは、本発明に従えば好ましくは凹面ミラーにより形成されるが、好まし
くは非球面ミラー、特に表面が回転楕円体の一断面で形成されるミラーが使用さ
れる。即ち、放射源から発射される光が、殆ど完全に受信器を焦点にして集束す
るのである。
くは非球面ミラー、特に表面が回転楕円体の一断面で形成されるミラーが使用さ
れる。即ち、放射源から発射される光が、殆ど完全に受信器を焦点にして集束す
るのである。
【００２８】
従って放射源としては、本発明によれば薄膜又は厚膜技法によって製造される
ＩＲ平面放射体が使用される。平面放射体は、コサインの法則に従って放射の角
分布を有しており、そのため点放射体乃至線放射体とは異なって強度に前方配向
した放射を発射するので、その放射は、格別有利に受信器を焦点として集束させ
ることが出来るのである。反応性の強いガス類を測定した場合のガスとの接触や
分解によって生起する老化から保護するために、放射源は、好ましくは吸収チャ
ンバー外に配置される、即ち吸収チャンバーから、従って測定対象となる物質か
らは光学窓によってガス気密状に分離されるのである。
ＩＲ平面放射体が使用される。平面放射体は、コサインの法則に従って放射の角
分布を有しており、そのため点放射体乃至線放射体とは異なって強度に前方配向
した放射を発射するので、その放射は、格別有利に受信器を焦点として集束させ
ることが出来るのである。反応性の強いガス類を測定した場合のガスとの接触や
分解によって生起する老化から保護するために、放射源は、好ましくは吸収チャ
ンバー外に配置される、即ち吸収チャンバーから、従って測定対象となる物質か
らは光学窓によってガス気密状に分離されるのである。
【００２９】
測定対象である物質に特性的であるＩＲ放射の波長領域をフィルターで除去す
るためのフィルターは、シングルチャンネル測定の場合は放射源又は二つの受信
器の双方に配置することが出来る。マルチチャンネル測定の場合は、これらのフ
ィルターは、受信器の遠方に設置しなければならない。
るためのフィルターは、シングルチャンネル測定の場合は放射源又は二つの受信
器の双方に配置することが出来る。マルチチャンネル測定の場合は、これらのフ
ィルターは、受信器の遠方に設置しなければならない。
【００３０】
フィルターを受信器の前方に設置した場合は、これらフィルターの光学的特性
は、対として厳密に同一でなければならない。光学的特性の差異は、幾つかの製
造上の理由によりフィルター材料の異なるバッチ間やまたフィルターのあるディ
スク又は同一ディスク面における不均質さが原因で生じるが、このような差異を
回避するために、一つのチャンネルに属するフィルターは、あるディスク又は同
一ディスク面の隣接する領域から切り出すことが特に好ましい。
は、対として厳密に同一でなければならない。光学的特性の差異は、幾つかの製
造上の理由によりフィルター材料の異なるバッチ間やまたフィルターのあるディ
スク又は同一ディスク面における不均質さが原因で生じるが、このような差異を
回避するために、一つのチャンネルに属するフィルターは、あるディスク又は同
一ディスク面の隣接する領域から切り出すことが特に好ましい。
【００３１】
本発明に従った分析装置は、一体組み立て装置であるのが好ましい。即ち、ミ
ラーは、内部が吸収チャンバーとなるハウジングと一体に形成されるのである。
ハウジングとの一体形成を行うために、ミラーは、ハウジングを注型する場合は
ハウジングの内側を機械切削加工し、ミラーを形成することによって製造するこ
とが出来る。かくして、ミラーを設置したりまたミラーを調節するまでもない。
ラーは、内部が吸収チャンバーとなるハウジングと一体に形成されるのである。
ハウジングとの一体形成を行うために、ミラーは、ハウジングを注型する場合は
ハウジングの内側を機械切削加工し、ミラーを形成することによって製造するこ
とが出来る。かくして、ミラーを設置したりまたミラーを調節するまでもない。
【００３２】
ハウジングの内部に手が届くようにするために、ハウジングは、好ましくは分
割・仕切り型である。ミラーは同一のハウジングパーツと一体に形成されるのが
好ましい。このような一体型組み立て式装置であるため、シール・封止は殆ど必
要ではない。
割・仕切り型である。ミラーは同一のハウジングパーツと一体に形成されるのが
好ましい。このような一体型組み立て式装置であるため、シール・封止は殆ど必
要ではない。
【００３３】
ハウジングの内部は、同時に吸収チャンバーを形成するため、本発明に従った
分析装置の一体型設計2よれば、ハウジングとミラーとの間に分離表面、無駄な
空間・容積又は取付け物が一切ない。かくして、メモリ効果を伴なうことなく急
速な媒質交換が実現出来るだけでなく、また温度変化又は機械的な影響があった
場合は、本発明に従った装置の結像形状寸法を信頼性高く保持できる。
分析装置の一体型設計2よれば、ハウジングとミラーとの間に分離表面、無駄な
空間・容積又は取付け物が一切ない。かくして、メモリ効果を伴なうことなく急
速な媒質交換が実現出来るだけでなく、また温度変化又は機械的な影響があった
場合は、本発明に従った装置の結像形状寸法を信頼性高く保持できる。
【００３４】
ミラーを設けるハウジング又はハウジングパーツの一つとミラーとを一体に形
成することによって、温度変化による熱膨張により一つのチャンネルに属する二
つの光学的経路の長さが相互に変化することになる場合があっても、このような
熱膨張を一次補償することが出来る。同時に、ハウジング又はハウジングパーツ
の一つとミラーとを一体に形成することによって、機械的強度が高くなり、かく
して外部機械的影響に起因した信号変化を効率的に防止出来る。
成することによって、温度変化による熱膨張により一つのチャンネルに属する二
つの光学的経路の長さが相互に変化することになる場合があっても、このような
熱膨張を一次補償することが出来る。同時に、ハウジング又はハウジングパーツ
の一つとミラーとを一体に形成することによって、機械的強度が高くなり、かく
して外部機械的影響に起因した信号変化を効率的に防止出来る。
【００３５】
このハウジングは、好ましくは金属製である。このことによって、高硬度及び
高機械強度のみならず特に金属の高い熱伝導度と低い熱容量による急速な温度補
償が確保され、従って急速な温度バランスが確保される。
高機械強度のみならず特に金属の高い熱伝導度と低い熱容量による急速な温度補
償が確保され、従って急速な温度バランスが確保される。
【００３６】
適当な金属としては、内部歪による緩徐なドリフトを防止し、かくして長期安
定性を高くするために、具体的にはアルミニウム材料、即ちアルミニウム金属又
はアルミニウム合金、具体的には焼戻し・焼鈍金属又はアルミウム材料が適当で
あることが判明している。
定性を高くするために、具体的にはアルミニウム材料、即ちアルミニウム金属又
はアルミニウム合金、具体的には焼戻し・焼鈍金属又はアルミウム材料が適当で
あることが判明している。
【００３７】
このことは別にして、アルミニウム材を用いれば、例えば機械加工によるミラ
ーの加工を容易にすることが出来る。更には、アルミ二ウム材料のミラー表面は
、ＩＲ反射率が高い。アルミ二ウム材料のミラー表面はまた、大抵の媒質に対し
て不活性であるか又は例えば酸素（空気）又はフッ素含有化合物に対してＡｌ2
Ｏ3又はＡｌＦ3保護層を介して腐蝕防止性の保護層を形成する。この層は、通常
は極めて薄いため、光学的性質は影響を受けることは無い。
ーの加工を容易にすることが出来る。更には、アルミ二ウム材料のミラー表面は
、ＩＲ反射率が高い。アルミ二ウム材料のミラー表面はまた、大抵の媒質に対し
て不活性であるか又は例えば酸素（空気）又はフッ素含有化合物に対してＡｌ2
Ｏ3又はＡｌＦ3保護層を介して腐蝕防止性の保護層を形成する。この層は、通常
は極めて薄いため、光学的性質は影響を受けることは無い。
【００３８】
更には金属ハウジングは、電気的及び磁気的シールディングを確保するが、か
かるシールディングは、特に極めて小さな信号には重要である。信号処理用装置
を受容する電子的ハウジングは、吸収チャンバーを有する光度計、放射源、二台
の受信器及び二つのミラーに固定することが出来、かくして全体の信号経路に対
する良好なシールディングが確保される。電子的ハウジングは、かかる目的のた
めにはまた温度膨張係数が異なるために生じる温度歪を防止するためにも、好ま
しくは光度計ハウジングと同一材料で製作される。
かるシールディングは、特に極めて小さな信号には重要である。信号処理用装置
を受容する電子的ハウジングは、吸収チャンバーを有する光度計、放射源、二台
の受信器及び二つのミラーに固定することが出来、かくして全体の信号経路に対
する良好なシールディングが確保される。電子的ハウジングは、かかる目的のた
めにはまた温度膨張係数が異なるために生じる温度歪を防止するためにも、好ま
しくは光度計ハウジングと同一材料で製作される。
【００３９】
放射源の放射は、受信器サイドでのバックグラウンド放射から独立するために
好ましくは変調される。機械的移動パーツ（チョッパー）を用いずに済ましたい
場合は、放射源は、電気Ｔ系に変調できるように設計しなければならない。
好ましくは変調される。機械的移動パーツ（チョッパー）を用いずに済ましたい
場合は、放射源は、電気Ｔ系に変調できるように設計しなければならない。
【００４０】
本発明に従った分析装置は、例えば環境上有害又は有毒なガス、具体的には排
気ガスの継続的なモニタリング、例えば排気ガス浄化装置をモニタリングするた
め使用することが出来る。本発明に従った分析装置によって分析することが出来
る環境上有害なガスは、具体的には不活性なフッ素含有ガス、例えばフッ素化又
は過フッ素化炭化水素、三フッ化窒素又は六フッ化硫黄である。
気ガスの継続的なモニタリング、例えば排気ガス浄化装置をモニタリングするた
め使用することが出来る。本発明に従った分析装置によって分析することが出来
る環境上有害なガスは、具体的には不活性なフッ素含有ガス、例えばフッ素化又
は過フッ素化炭化水素、三フッ化窒素又は六フッ化硫黄である。
【００４１】
本発明に従った分析装置によって、例えば１ｐｐｍ以下乃至５０％以上もの一
種以上の物質の濃度を信頼度高く且つ連続的に測定・決定することが出来る。
種以上の物質の濃度を信頼度高く且つ連続的に測定・決定することが出来る。
【００４２】
以下において、本発明の分析装置のシングルチャンネル及びダブルチャンネル
での実施態様を、図面を参照して実施例として説明する。
での実施態様を、図面を参照して実施例として説明する。
【００４３】
【実施例１】
本装置は従って、図1において破線で示した寸法が実質的に等しいハウジング
パーツを有するのである。
パーツを有するのである。
【００４４】
図2に従えば、ハウジングのハーフ部材１，２は、例えばアルミに上側間仕切
り部材料製の実質的に立方体形状である。ハウジングハーフ部材１，２の間には
、シーリングリング３が設けられる。孔４，５は、ハウジングハーフ部材１，２
を一体に螺子止めするためのものである。
り部材料製の実質的に立方体形状である。ハウジングハーフ部材１，２の間には
、シーリングリング３が設けられる。孔４，５は、ハウジングハーフ部材１，２
を一体に螺子止めするためのものである。
【００４５】
一つの空洞部をハウジングハーフ部材２の内部６に加工配設して、凹面ミラー
７を形成する。さらに、突起部８をハウジングハーフ部材２の内部６に加工配設
し、次いでより小さい凹面ミラー９を突起部８の先端に設ける。第一の凹面ミラ
ー７は、第二の凹面ミラー９よりもＩＲ放射源１１からは実質的に遠距離に配置
する。凹面ミラー７，９は、ハウジングパーツ２と一体であり、それぞれ回転楕
円体の一段面を形成し、第一の凹面ミラー７の回転楕円体の軸は従って、第二の
凹面ミラー９の回転楕円体の軸よりも大きい。二つの回転楕円体は、放射源と受
信器のうちの一台が、何れの場合にも焦点に位置するように配置する。ハウジン
グパーツ１の内部１２も、特に突起部８を受容するための空洞部を一つ有する。
７を形成する。さらに、突起部８をハウジングハーフ部材２の内部６に加工配設
し、次いでより小さい凹面ミラー９を突起部８の先端に設ける。第一の凹面ミラ
ー７は、第二の凹面ミラー９よりもＩＲ放射源１１からは実質的に遠距離に配置
する。凹面ミラー７，９は、ハウジングパーツ２と一体であり、それぞれ回転楕
円体の一段面を形成し、第一の凹面ミラー７の回転楕円体の軸は従って、第二の
凹面ミラー９の回転楕円体の軸よりも大きい。二つの回転楕円体は、放射源と受
信器のうちの一台が、何れの場合にも焦点に位置するように配置する。ハウジン
グパーツ１の内部１２も、特に突起部８を受容するための空洞部を一つ有する。
【００４６】
ハウジングパーツ２、１の内部にある空洞部は、取り付けたハウジングの吸収
チャンバー１３を形成する（図１）。
チャンバー１３を形成する（図１）。
【００４７】
分析対象である媒質は、ハウジングパーツ２の壁部にある孔１４を経由して、
ミラー７に対向する吸収チャンバー１３に供給される（図２ｂ）。媒質は、ハウ
ジングパーツ１又は２にあるもう一つの孔（図示していない）を経由して流出す
る。
ミラー７に対向する吸収チャンバー１３に供給される（図２ｂ）。媒質は、ハウ
ジングパーツ１又は２にあるもう一つの孔（図示していない）を経由して流出す
る。
【００４８】
ＩＲ放射源１１は、平面放射体として形成され、ハウジングパーツ１の外側の
開口部１６に配置される。更には、第一に受信器１７が、開口部１８に設けられ
、また第二の受信器１９は、ハウジングパーツ１にある別の開口部２１に設けら
れる（図２）。
開口部１６に配置される。更には、第一に受信器１７が、開口部１８に設けられ
、また第二の受信器１９は、ハウジングパーツ１にある別の開口部２１に設けら
れる（図２）。
【００４９】
図1に従えば、放射源１１からの放射は、ミラー７に対面するミラー９の縁端
部において放射経路２２及び２３に、好ましくは及び特に有利には同等に分離さ
れる。放射源１１から受信器１７，１９に到る放射経路２２，２３は、吸収チャ
ンバー１３を横断し、かくして分析対象である物質が、その中に封入される。放
射源からの放射一部が、大きいミラー７により反射される際の放射経路２２は、
他のミラー９に反射される放射経路２２よりも実質的に大きな距離を有する。
部において放射経路２２及び２３に、好ましくは及び特に有利には同等に分離さ
れる。放射源１１から受信器１７，１９に到る放射経路２２，２３は、吸収チャ
ンバー１３を横断し、かくして分析対象である物質が、その中に封入される。放
射源からの放射一部が、大きいミラー７により反射される際の放射経路２２は、
他のミラー９に反射される放射経路２２よりも実質的に大きな距離を有する。
【００５０】
図３ａ／ｂに示すダブルチャンネル構成図は、図２ａ/ｂに示すシングルチャ
ンネル構成図とは受信器の数とミラーの形成法において異なるだけである。シン
グルチャンネル構成図におけるハウジング開口部１８及び２１における単一の受
信器の代わりに、二台の受信器をハウジング開口部１８及び２１、１８ａ及び２
１ａ内に挿入する（図３ａ）。ダブルチャンネル構成図においては、シングルチ
ャンネル構成図のミラー７及び９が、図1における平面内において切断され、次
いでそこから直角方向に傾斜させて、ハウジング開口部１６内の放射源及び開口
部１８及び２１、１８ａ及び２１ａ内の受信器が、何れの場合にもミラー7及び
９、７ａ及び９ａの焦点に位置するようにする（図３ｂ）。
ンネル構成図とは受信器の数とミラーの形成法において異なるだけである。シン
グルチャンネル構成図におけるハウジング開口部１８及び２１における単一の受
信器の代わりに、二台の受信器をハウジング開口部１８及び２１、１８ａ及び２
１ａ内に挿入する（図３ａ）。ダブルチャンネル構成図においては、シングルチ
ャンネル構成図のミラー７及び９が、図1における平面内において切断され、次
いでそこから直角方向に傾斜させて、ハウジング開口部１６内の放射源及び開口
部１８及び２１、１８ａ及び２１ａ内の受信器が、何れの場合にもミラー7及び
９、７ａ及び９ａの焦点に位置するようにする（図３ｂ）。
【図１】 本装置の放射経路の図を概略的に示す。
【図２】 ２ａ及び２ｂは、開放状態における本装置に係わるハウジングの二
つのハーフ部材の透視図を示す。
つのハーフ部材の透視図を示す。
【図３】 ３ａ及び３ｂは、開放状態におけるダブルチャンネル装置に係わる
ハウジングの二つのハーフ部材の透視図を示す。
ハウジングの二つのハーフ部材の透視図を示す。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年４月３０日（２００１．４．３０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】分析装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射の濃度依存性、分子特異的消衰を測定することによって一種
以上の物質の濃度を測定するための、特許請求の範囲の請求項１に規定した分析
装置に係わる。ある混合物中のある物質の濃度を測定するための非分散性光度計
は、広く知られており、多種多様な測定作業において使用されている。即ち、呼
気中のＣＯ2含量を測定するための、商業化された医療用測定計器、所謂カプノ
メーターは、この原理を用いたものである。前記装置は、下記するランバートー
メーアーの法則に従って試料中に存在するＣＯ2濃度として、ＣＯ2に特徴的な４
．２６ミクロンなる波長において生起する、導入赤外放射の減衰を測定数値化す
るものである：即ち、 Ｉ＝ Ｉ0ｅｘｐ［−ｋＣＬ］ なお上式において、 Ｉ： 検出強度 Ｉ0： 放射強度 ｋ： 比消衰係数 Ｃ： 濃度 Ｌ： 光学的経路長 最も単純な形式として、非分散性光度計は、単一ビーム法に従って作動する（
ＥＰ ０７９４ ４２３Ａ）。
以上の物質の濃度を測定するための、特許請求の範囲の請求項１に規定した分析
装置に係わる。ある混合物中のある物質の濃度を測定するための非分散性光度計
は、広く知られており、多種多様な測定作業において使用されている。即ち、呼
気中のＣＯ2含量を測定するための、商業化された医療用測定計器、所謂カプノ
メーターは、この原理を用いたものである。前記装置は、下記するランバートー
メーアーの法則に従って試料中に存在するＣＯ2濃度として、ＣＯ2に特徴的な４
．２６ミクロンなる波長において生起する、導入赤外放射の減衰を測定数値化す
るものである：即ち、 Ｉ＝ Ｉ0ｅｘｐ［−ｋＣＬ］ なお上式において、 Ｉ： 検出強度 Ｉ0： 放射強度 ｋ： 比消衰係数 Ｃ： 濃度 Ｌ： 光学的経路長 最も単純な形式として、非分散性光度計は、単一ビーム法に従って作動する（
ＥＰ ０７９４ ４２３Ａ）。
【０００２】
強度が一定であると想定されるＩＲ放射は、放射源から試験対象である試料が
貫通する容積・容量中を通過し、その後に放射受信装置として光電検出器を用い
ることによってその強度を測定するのである。当該物質の検出感度は、放射装置
の後方又は受信器の前方のいずれかに配置された狭帯フィルターによって、当該
ＩＲスペクトルを特性波長に限定することにより確保するのである。
貫通する容積・容量中を通過し、その後に放射受信装置として光電検出器を用い
ることによってその強度を測定するのである。当該物質の検出感度は、放射装置
の後方又は受信器の前方のいずれかに配置された狭帯フィルターによって、当該
ＩＲスペクトルを特性波長に限定することにより確保するのである。
【０００３】
又はその代わりに、フィルター処理していない光を、測定対象である物質で満
たした密閉チャンバー内の吸収チャンバーの後方に通過させるが、この際吸収チ
ャンバー内では、放射源の放射エネルギーが吸収チャンバー内に存在する濃度に
従って特性波長において減衰せしめられて、正確に特性波長において光学的励起
によって熱エネルギーに変換され、圧力として検出される（光空気圧検出器）の
である。
たした密閉チャンバー内の吸収チャンバーの後方に通過させるが、この際吸収チ
ャンバー内では、放射源の放射エネルギーが吸収チャンバー内に存在する濃度に
従って特性波長において減衰せしめられて、正確に特性波長において光学的励起
によって熱エネルギーに変換され、圧力として検出される（光空気圧検出器）の
である。
【０００４】
必要な測定精度に要求されるＳＮ（信号対雑音）比を実現するために、当該信
号の周期的変調が絶対的に必要である。このことは古典的には、回転式ビームチ
ョッピングディスク、所謂チョッパーを用いて実施されている。このチョッパー
は機械的動作部品であるため、このような解決策には、実現可能な最小寸法、外
部力の作用に起因した妨害を受け易いこと及び振動又は音など回転による揺動効
果に関連した固有の欠点・不利がある。従って近代的な装置においては、クロッ
ク処理された電流で駆動され、その結果周期的に変調された放射を発射する、コ
ンパクトで、薄膜又は厚膜の熱式放射源が、使用される。
号の周期的変調が絶対的に必要である。このことは古典的には、回転式ビームチ
ョッピングディスク、所謂チョッパーを用いて実施されている。このチョッパー
は機械的動作部品であるため、このような解決策には、実現可能な最小寸法、外
部力の作用に起因した妨害を受け易いこと及び振動又は音など回転による揺動効
果に関連した固有の欠点・不利がある。従って近代的な装置においては、クロッ
ク処理された電流で駆動され、その結果周期的に変調された放射を発射する、コ
ンパクトで、薄膜又は厚膜の熱式放射源が、使用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単一の放射源と単一の受信器を用いた単一ビーム法は、殆ど適
用されることはない。その理由は、放射源の温度と強度とが変動し且つ放射源、
光学的要素や受信器が老化する現象が生起するため、出力信号が強度にドリフト
するに到るからである。前記した効果を補償するために、通常は参照として使用
する物質の影響を受けない第二の放射経路を利用する二重ビーム法が用いられる
。 第一の（測定）放射経路及び第二の（参照）放射経路の信号を分割して、そ
の比を濃度を測定するために使用するのである。
用されることはない。その理由は、放射源の温度と強度とが変動し且つ放射源、
光学的要素や受信器が老化する現象が生起するため、出力信号が強度にドリフト
するに到るからである。前記した効果を補償するために、通常は参照として使用
する物質の影響を受けない第二の放射経路を利用する二重ビーム法が用いられる
。 第一の（測定）放射経路及び第二の（参照）放射経路の信号を分割して、そ
の比を濃度を測定するために使用するのである。
【０００６】
二重ビーム法は、放射源からの放射を二台の受信器に到る測定経路と参照経路
とに分割するのであるが、放射源、セル及び/又は受信器の数がそれぞれ異なる
光学装置を用いて実現することが出来る。二台の放射源、一つのセル及び二台の
受信器を用いた装置については、例えばＵＳ ３、７３４、６３１号に記載があ
る。当該セル内における熱的影響及び老化影響の補償は、この方法に固有のこと
である。更には、例えば二台の放射源から発射される放射エネルギーをセルを横
断しないうちに測定するための二台の追加受信器を使用することなどによって、
二台の放射源の放射出力を一定に維持するために、測定及び自動制御に係わる相
当な努力が必要となる。放射経路の双方を一台の受信器に通じさせることによっ
てこのような組立て装置を簡略化することは、ＵＳ ４，８９９、０５３号に記
載されている。しかしながら、二台の放射源の強度を安定化させることについて
は一切記載がなされていない。
とに分割するのであるが、放射源、セル及び/又は受信器の数がそれぞれ異なる
光学装置を用いて実現することが出来る。二台の放射源、一つのセル及び二台の
受信器を用いた装置については、例えばＵＳ ３、７３４、６３１号に記載があ
る。当該セル内における熱的影響及び老化影響の補償は、この方法に固有のこと
である。更には、例えば二台の放射源から発射される放射エネルギーをセルを横
断しないうちに測定するための二台の追加受信器を使用することなどによって、
二台の放射源の放射出力を一定に維持するために、測定及び自動制御に係わる相
当な努力が必要となる。放射経路の双方を一台の受信器に通じさせることによっ
てこのような組立て装置を簡略化することは、ＵＳ ４，８９９、０５３号に記
載されている。しかしながら、二台の放射源の強度を安定化させることについて
は一切記載がなされていない。
【０００７】
温度変動による強度の変動、即ち放射源の老化徴候は、二つの放射経路、即ち
参照放射経路と測定放射経路を同一の放射源から作動されている場合、固有に補
償される。かかる目的のために、ビームスプリッティング行う必要があるが、こ
れは典型的には、吸収チャンバーの前方又は後方に配置したプリズム又は半透明
の、部分二色性ミラーによって実行される（ＥＰ ０８３４ ７３２ Ａ２）。
参照放射経路と測定放射経路を同一の放射源から作動されている場合、固有に補
償される。かかる目的のために、ビームスプリッティング行う必要があるが、こ
れは典型的には、吸収チャンバーの前方又は後方に配置したプリズム又は半透明
の、部分二色性ミラーによって実行される（ＥＰ ０８３４ ７３２ Ａ２）。
【０００８】
しかしながら、このような光学的構成部分は、強度を減少させるものであり、
そのせいで更にＳＮ比が低下し、かくして検出下限を劣悪化させる。さらには、
このような要素のスペクトル特性は、腐食性媒質による積層物又は作用によって
経時的に変化し得るものであり、その結果測定経路と参照経路との間における強
度比が変動することになり得る。
そのせいで更にＳＮ比が低下し、かくして検出下限を劣悪化させる。さらには、
このような要素のスペクトル特性は、腐食性媒質による積層物又は作用によって
経時的に変化し得るものであり、その結果測定経路と参照経路との間における強
度比が変動することになり得る。
【０００９】
有利なビームスプリッティングとして、強度減衰性を有する要素を用いること
なく試料チャンバー内でミラー像形成ミラーを経由して行うビームスプリッティ
ングが、ＤＥ ４４３７１８８ Ｃ２に記載されている。参照経路についての主
要な要件は、その強度が、測定対象である物質中の濃度変化によって全く影響を
受けないか又は受けたとしても測定対象より実質的に少ない、ということである
。かかる目的のために、当該参照経路は、内部が、測定対象である物質によって
光の減衰が全く生起しないフッ化カルシウムの透明ブロック中をほぼ完全に導か
れるのである。しかしながら、このようなブロックは、腐食性媒質による作用を
受けて経時的に曇る可能性がある。また、調節可能なミラーは、ギャップや同様
の空洞を形成し、そのため測定対象である物質の交換が遅延され、その結果メモ
リー効果が生じることになる。
なく試料チャンバー内でミラー像形成ミラーを経由して行うビームスプリッティ
ングが、ＤＥ ４４３７１８８ Ｃ２に記載されている。参照経路についての主
要な要件は、その強度が、測定対象である物質中の濃度変化によって全く影響を
受けないか又は受けたとしても測定対象より実質的に少ない、ということである
。かかる目的のために、当該参照経路は、内部が、測定対象である物質によって
光の減衰が全く生起しないフッ化カルシウムの透明ブロック中をほぼ完全に導か
れるのである。しかしながら、このようなブロックは、腐食性媒質による作用を
受けて経時的に曇る可能性がある。また、調節可能なミラーは、ギャップや同様
の空洞を形成し、そのため測定対象である物質の交換が遅延され、その結果メモ
リー効果が生じることになる。
【００１０】
ＥＰ０７８０６８１ Ａ２に従えば、参照ビームは,参照ガスを満たした参照
セルを横断するのであるが、このことは、プリズムによるビームスプリッティン
グの係わる上記した欠点を伴なう。さらには、これによっても、測定セルの光学
特性の変化を検出することが可能となるのではない。またこのような組み立て装
置の小型化にも限界がある。
セルを横断するのであるが、このことは、プリズムによるビームスプリッティン
グの係わる上記した欠点を伴なう。さらには、これによっても、測定セルの光学
特性の変化を検出することが可能となるのではない。またこのような組み立て装
置の小型化にも限界がある。
【００１１】
またこの代わりに、測定ビームと参照ビームの双方を測定セル中に導いて貫通
させて、異なる波長領域で測定を行う。この参照ビームは、測定対象である物質
の特性波長における消衰によって生起する強度変化が無関係となるような広帯域
で測定されるか,又は測定ビームと同様に、但し別の波長において狭帯域で測定
される。第一の方法の欠点は、温度変動、即ち老化徴候、に起因して放射源のス
ペクトル分布に変化がおきた場合、通常は測定信号と参照信号とは異なる態様で
影響を受けることになる、ということである。第二の方法の欠点は、未知の物質
による参照波長での吸収が生起しないことについて不確実さがある、ということ
である。このようなことは、有毒ガスを検出するため大気をモニターしている場
合は特に危険である。その理由は、参照波長での吸収は、測定経路での感度の低
下につながるからである。
させて、異なる波長領域で測定を行う。この参照ビームは、測定対象である物質
の特性波長における消衰によって生起する強度変化が無関係となるような広帯域
で測定されるか,又は測定ビームと同様に、但し別の波長において狭帯域で測定
される。第一の方法の欠点は、温度変動、即ち老化徴候、に起因して放射源のス
ペクトル分布に変化がおきた場合、通常は測定信号と参照信号とは異なる態様で
影響を受けることになる、ということである。第二の方法の欠点は、未知の物質
による参照波長での吸収が生起しないことについて不確実さがある、ということ
である。このようなことは、有毒ガスを検出するため大気をモニターしている場
合は特に危険である。その理由は、参照波長での吸収は、測定経路での感度の低
下につながるからである。
【００１２】
ＵＳ４，２８１，２４８によれば、ＩＲ放射源の放射が、交互に参照放射経路 及び測定放射経路を経由して光空気圧検出器に供給される。測定対象であるガス は、測定放射経路中の長いセル及び参照放射経路中の短いセルをそれぞれ貫流す るのである。
【００１３】
ＵＳ５，８７６，６７４によれば、放射源の放射が、二つの放射経路に分割さ れ、測定対象であるガスは、吸収チャンバー中を導かれるが、この吸収チャンバ ーは各放射経路中において、それぞれ異なる距離にて心合わせしたガラス棒とし て形成した二つの光学的要素を有する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、透過測定により濃度を測定するための分析装置であって、小型で且
つ外部の機械的及び熱的影響に対して安定でありまた数ｐｐｍから数十パーセン
トまでの広範囲な濃度領域を信頼度良く且つ連続的に測定することを可能とする
分析装置を提供するという課題に基くものである。
つ外部の機械的及び熱的影響に対して安定でありまた数ｐｐｍから数十パーセン
トまでの広範囲な濃度領域を信頼度良く且つ連続的に測定することを可能とする
分析装置を提供するという課題に基くものである。
【００１５】
このことは、本発明によれば特許請求の範囲の請求項１において特徴づけられ
る分析装置によって実現することが出来る。従属請求項は、本発明に従った分析
装置の有利な実施態様を記述するものである。
る分析装置によって実現することが出来る。従属請求項は、本発明に従った分析
装置の有利な実施態様を記述するものである。
【００１６】
【発明を実施する形態】
本発明に従えば、二つの放射経路、即ち放射源から第一の受信器に到る第一の
放射経路及び放射源から第二の受信器に到る第二の放射経路が、濃度を測定する
べき物質と共に試料を含む吸収チャンバーを横断する。
放射経路及び放射源から第二の受信器に到る第二の放射経路が、濃度を測定する
べき物質と共に試料を含む吸収チャンバーを横断する。
【００１７】
これら経路の双方において、測定は同一波長において行われる。しかし、これ
ら二つの放射経路は、長さが異なるのであって、第一の経路は、第二の経路より
も実質的に長く、具体的には少なくとも四倍は長い。このため、検出するべき物
質の存在下では当該放射は、第一の長い経路に沿って通過する過程で、第二の短
い経路に沿った放射よりも消衰する度合いが大きくなる。
ら二つの放射経路は、長さが異なるのであって、第一の経路は、第二の経路より
も実質的に長く、具体的には少なくとも四倍は長い。このため、検出するべき物
質の存在下では当該放射は、第一の長い経路に沿って通過する過程で、第二の短
い経路に沿った放射よりも消衰する度合いが大きくなる。
【００１８】
先行技術との境界づけを行うに際して、これら二つの放射経路は、試料中を完
全に誘導通過するだけでなく、同一波長において測定されるのである。この結果
、これら二つのビームの光学的等価が生起し、それによって従来記載されてきた
アプローチが持つ本質的な欠点が回避されるのである。等価のビームコントロー
ルのお蔭で、経時的に生起する可能性のある強度消衰をもたらす揺動効果が、二
つの放射経路の双方に同等に作用する。同一波長において二つのの放射経路を測
定するため、測定結果は、この場合も二つの経路が同等に影響を受けることなり
、放射源のスペクトル分布、光学的要素のスペクトル特性又は老化効果によるそ
の変化とは独立することになる。
全に誘導通過するだけでなく、同一波長において測定されるのである。この結果
、これら二つのビームの光学的等価が生起し、それによって従来記載されてきた
アプローチが持つ本質的な欠点が回避されるのである。等価のビームコントロー
ルのお蔭で、経時的に生起する可能性のある強度消衰をもたらす揺動効果が、二
つの放射経路の双方に同等に作用する。同一波長において二つのの放射経路を測
定するため、測定結果は、この場合も二つの経路が同等に影響を受けることなり
、放射源のスペクトル分布、光学的要素のスペクトル特性又は老化効果によるそ
の変化とは独立することになる。
【００１９】
更には二つの放射経路において吸収経路が大幅に異なるため、当該装置の動的
領域を有利に広げることが出来る。測定対象である物質の濃度が高いとき、長い
放射経路における吸収は極めて強くなり、その結果検出器に到達する信号がノイ
ズ限界以下となった場合は、短い放射経路からの信号はそのまま直接数値として
得ることが出来る。実現可能な動的利点は、これら二つの吸収経路の比に相当す
る。
領域を有利に広げることが出来る。測定対象である物質の濃度が高いとき、長い
放射経路における吸収は極めて強くなり、その結果検出器に到達する信号がノイ
ズ限界以下となった場合は、短い放射経路からの信号はそのまま直接数値として
得ることが出来る。実現可能な動的利点は、これら二つの吸収経路の比に相当す
る。
【００２０】
それぞれの受信器によって測定された放射強度は、強度比較値、例えば第一と
第二の受信器によって測定された強度の商・比率が導かれるが、かかる測定済み
強度比較値又は強度の商・比率は、測定対象である物質のある濃度に対応する。
上記したランバートーベアーの法則を二つの放射経路に適用し、二つの放射の商
・比率を算出し、対数をとり,次いで解いて濃度を求めた場合、下記が得られる
。 C ＝ −１／(ｋＬ1 − ｋＬ2)ｌｎ（Ｉ1／Ｉ2）
第二の受信器によって測定された強度の商・比率が導かれるが、かかる測定済み
強度比較値又は強度の商・比率は、測定対象である物質のある濃度に対応する。
上記したランバートーベアーの法則を二つの放射経路に適用し、二つの放射の商
・比率を算出し、対数をとり,次いで解いて濃度を求めた場合、下記が得られる
。 C ＝ −１／(ｋＬ1 − ｋＬ2)ｌｎ（Ｉ1／Ｉ2）
【００２１】
他方では、これら二つの式の対数をとり、次に相応に展開し、相互に引き算を
し、次いで解いて放射強度を求める。これによって下記が得られる： Ｉ0 ＝ ｅｘｐ［Ｌ1ｌｎＩ2 − Ｌ2ｌｎＩ1／（Ｌ1 − Ｌ2） 二つの受信器の信号の数値化は、単に濃度Cの決定を可能とするだけではなく
また放射出力Ｉ0に係わる記述を行うことが出来る。
し、次いで解いて放射強度を求める。これによって下記が得られる： Ｉ0 ＝ ｅｘｐ［Ｌ1ｌｎＩ2 − Ｌ2ｌｎＩ1／（Ｌ1 − Ｌ2） 二つの受信器の信号の数値化は、単に濃度Cの決定を可能とするだけではなく
また放射出力Ｉ0に係わる記述を行うことが出来る。
【００２２】
仮にこの数値が、技術的な理由によって放射源を制御するために使用されない
としても、当該分析装置の余分な機能試験に使用することが出来る。
としても、当該分析装置の余分な機能試験に使用することが出来る。
【００２３】
この方法は、単にシングルチャンネル方式、即ち試料中の一つの物質の濃度を
測定決定するためだけでなく、マルチチャンネル方式、即ち混合物中の複数の物
質の濃度を同時に測定するためにも実施することが出来る。後者の場合、一対の
放射経路、つまり第一の長い放射経路と第二の短い放射経路とが、それぞれの測
定するべき個別のチャンネルに必要である。しかしながら、本発明に従えば、全
てのチャンネルの放射経路は、同一の放射源から動作され、また同一試料に誘導
・通過せしめられる。
測定決定するためだけでなく、マルチチャンネル方式、即ち混合物中の複数の物
質の濃度を同時に測定するためにも実施することが出来る。後者の場合、一対の
放射経路、つまり第一の長い放射経路と第二の短い放射経路とが、それぞれの測
定するべき個別のチャンネルに必要である。しかしながら、本発明に従えば、全
てのチャンネルの放射経路は、同一の放射源から動作され、また同一試料に誘導
・通過せしめられる。
【００２４】
本発明に従った分析装置又は分光器は、特にガス混合物中の物質を測定・決定
するために適用可能である。しかしながら、液体中のある物質の濃度を測定・決
定するためにも使用することが出来る。
するために適用可能である。しかしながら、液体中のある物質の濃度を測定・決
定するためにも使用することが出来る。
【００２５】
一体式の組立て装置であること及びそのために機械的強度・安定性が得られる
ので、本発明に従った分析装置は、耐圧縮性を有しまた対ヘリウム気密性を有す
る。従って、例えば真空から１０バールまでの圧力範囲での多くの測定に使用す
ることが出来る。
ので、本発明に従った分析装置は、耐圧縮性を有しまた対ヘリウム気密性を有す
る。従って、例えば真空から１０バールまでの圧力範囲での多くの測定に使用す
ることが出来る。
【００２６】
放射としては、具体的には赤外放射を使用する。赤外放射源は、分析対象であ
る試料を照射し、受信器又は検出器が、ＩＲ放射の消衰を測定するのである。あ
る種の物質に対する感度は、当該物質が特性波長領域において分子振動によって
可能な限り最大限に光を吸収する領域にまで光を狭帯フィルターすることによっ
て得られる。
る試料を照射し、受信器又は検出器が、ＩＲ放射の消衰を測定するのである。あ
る種の物質に対する感度は、当該物質が特性波長領域において分子振動によって
可能な限り最大限に光を吸収する領域にまで光を狭帯フィルターすることによっ
て得られる。
【００２７】
ＩＲ放射源としては、好ましくは熱ＩＲ放射源を使用する；即ち、好ましくは
熱受信器、例えば高温検出器（pyrodetector）又は熱電対列を使用する。しかし
ながら、これに代わる電気光学放射源、例えば低温で作動するダイオードレーザ
ー又はガスレーザーなどを使用することも可能である。受信器としては、量子受
信器を使用することも出来る。
熱受信器、例えば高温検出器（pyrodetector）又は熱電対列を使用する。しかし
ながら、これに代わる電気光学放射源、例えば低温で作動するダイオードレーザ
ー又はガスレーザーなどを使用することも可能である。受信器としては、量子受
信器を使用することも出来る。
【００２８】
吸収チャンバー内で一つのチャンネルに属する長さの異なる二つの光学的経路
を形成するために、好ましくは当該吸収チャンバー内に二つのミラーを配設する
が、これらのミラーは、ＩＲ放射源から異なる距離に配置され且つ放射源の放射
を第一及び第二の受信器に反射させるのである。
を形成するために、好ましくは当該吸収チャンバー内に二つのミラーを配設する
が、これらのミラーは、ＩＲ放射源から異なる距離に配置され且つ放射源の放射
を第一及び第二の受信器に反射させるのである。
【００２９】
ミラーは、本発明に従えば好ましくは凹面ミラーにより形成されるが、好まし
くは非球面ミラー、特に表面が回転楕円体の一断面で形成されるミラーが使用さ
れる。即ち、放射源から発射される光が、殆ど完全に受信器を焦点にして集束す
るのである。
くは非球面ミラー、特に表面が回転楕円体の一断面で形成されるミラーが使用さ
れる。即ち、放射源から発射される光が、殆ど完全に受信器を焦点にして集束す
るのである。
【００３０】
従って放射源としては、本発明によれば薄膜又は厚膜技法によって製造される
ＩＲ平面放射体が使用される。平面放射体は、コサインの法則に従って放射の角
分布を有しており、そのため点放射体乃至線放射体とは異なって強度に前方配向
した放射を発射するので、その放射は、格別有利に受信器を焦点として集束させ
ることが出来るのである。反応性の強いガス類を測定した場合のガスとの接触や
分解によって生起する老化から保護するために、放射源は、好ましくは吸収チャ
ンバー外に配置される、即ち吸収チャンバーから、従って測定対象となる物質か
らは光学窓によってガス気密状に分離されるのである。
ＩＲ平面放射体が使用される。平面放射体は、コサインの法則に従って放射の角
分布を有しており、そのため点放射体乃至線放射体とは異なって強度に前方配向
した放射を発射するので、その放射は、格別有利に受信器を焦点として集束させ
ることが出来るのである。反応性の強いガス類を測定した場合のガスとの接触や
分解によって生起する老化から保護するために、放射源は、好ましくは吸収チャ
ンバー外に配置される、即ち吸収チャンバーから、従って測定対象となる物質か
らは光学窓によってガス気密状に分離されるのである。
【００３１】
測定対象である物質に特性的であるＩＲ放射の波長領域をフィルターで除去す
るためのフィルターは、シングルチャンネル測定の場合は放射源又は二つの受信
器の双方に配置することが出来る。マルチチャンネル測定の場合は、これらのフ
ィルターは、受信器の遠方に設置しなければならない。
るためのフィルターは、シングルチャンネル測定の場合は放射源又は二つの受信
器の双方に配置することが出来る。マルチチャンネル測定の場合は、これらのフ
ィルターは、受信器の遠方に設置しなければならない。
【００３２】
フィルターを受信器の前方に設置した場合は、これらフィルターの光学的特性
は、対として厳密に同一でなければならない。光学的特性の差異は、幾つかの製
造上の理由によりフィルター材料の異なるバッチ間やまたフィルターのあるディ
スク又は同一ディスク面における不均質さが原因で生じるが、このような差異を
回避するために、一つのチャンネルに属するフィルターは、あるディスク又は同
一ディスク面の隣接する領域から切り出すことが特に好ましい。
は、対として厳密に同一でなければならない。光学的特性の差異は、幾つかの製
造上の理由によりフィルター材料の異なるバッチ間やまたフィルターのあるディ
スク又は同一ディスク面における不均質さが原因で生じるが、このような差異を
回避するために、一つのチャンネルに属するフィルターは、あるディスク又は同
一ディスク面の隣接する領域から切り出すことが特に好ましい。
【００３３】
本発明に従った分析装置は、一体組み立て装置であるのが好ましい。即ち、ミ
ラーは、内部が吸収チャンバーとなるハウジングと一体に形成されるのである。
ハウジングとの一体形成を行うために、ミラーは、ハウジングを注型する場合は
ハウジングの内側を機械切削加工し、ミラーを形成することによって製造するこ
とが出来る。かくして、ミラーを設置したりまたミラーを調節するまでもない。
ラーは、内部が吸収チャンバーとなるハウジングと一体に形成されるのである。
ハウジングとの一体形成を行うために、ミラーは、ハウジングを注型する場合は
ハウジングの内側を機械切削加工し、ミラーを形成することによって製造するこ
とが出来る。かくして、ミラーを設置したりまたミラーを調節するまでもない。
【００３４】
ハウジングの内部に手が届くようにするために、ハウジングは、好ましくは分
割・仕切り型である。ミラーは同一のハウジングパーツと一体に形成されるのが
好ましい。このような一体型組み立て式装置であるため、シール・封止は殆ど必
要ではない。
割・仕切り型である。ミラーは同一のハウジングパーツと一体に形成されるのが
好ましい。このような一体型組み立て式装置であるため、シール・封止は殆ど必
要ではない。
【００３５】
ハウジングの内部は、同時に吸収チャンバーを形成するため、本発明に従った
分析装置の一体型設計2よれば、ハウジングとミラーとの間に分離表面、無駄な
空間・容積又は取付け物が一切ない。かくして、メモリ効果を伴なうことなく急
速な媒質交換が実現出来るだけでなく、また温度変化又は機械的な影響があった
場合は、本発明に従った装置の結像形状寸法を信頼性高く保持できる。
分析装置の一体型設計2よれば、ハウジングとミラーとの間に分離表面、無駄な
空間・容積又は取付け物が一切ない。かくして、メモリ効果を伴なうことなく急
速な媒質交換が実現出来るだけでなく、また温度変化又は機械的な影響があった
場合は、本発明に従った装置の結像形状寸法を信頼性高く保持できる。
【００３６】
ミラーを設けるハウジング又はハウジングパーツの一つとミラーとを一体に形
成することによって、温度変化による熱膨張により一つのチャンネルに属する二
つの光学的経路の長さが相互に変化することになる場合があっても、このような
熱膨張を一次補償することが出来る。同時に、ハウジング又はハウジングパーツ
の一つとミラーとを一体に形成することによって、機械的強度が高くなり、かく
して外部機械的影響に起因した信号変化を効率的に防止出来る。
成することによって、温度変化による熱膨張により一つのチャンネルに属する二
つの光学的経路の長さが相互に変化することになる場合があっても、このような
熱膨張を一次補償することが出来る。同時に、ハウジング又はハウジングパーツ
の一つとミラーとを一体に形成することによって、機械的強度が高くなり、かく
して外部機械的影響に起因した信号変化を効率的に防止出来る。
【００３７】
このハウジングは、好ましくは金属製である。このことによって、高硬度及び
高機械強度のみならず特に金属の高い熱伝導度と低い熱容量による急速な温度補
償が確保され、従って急速な温度バランスが確保される。
高機械強度のみならず特に金属の高い熱伝導度と低い熱容量による急速な温度補
償が確保され、従って急速な温度バランスが確保される。
【００３８】
適当な金属としては、内部歪による緩徐なドリフトを防止し、かくして長期安
定性を高くするために、具体的にはアルミニウム材料、即ちアルミニウム金属又
はアルミニウム合金、具体的には焼戻し・焼鈍金属又はアルミウム材料が適当で
あることが判明している。
定性を高くするために、具体的にはアルミニウム材料、即ちアルミニウム金属又
はアルミニウム合金、具体的には焼戻し・焼鈍金属又はアルミウム材料が適当で
あることが判明している。
【００３９】
このことは別にして、アルミニウム材を用いれば、例えば機械加工によるミラ
ーの加工を容易にすることが出来る。更には、アルミ二ウム材料のミラー表面は
、ＩＲ反射率が高い。アルミ二ウム材料のミラー表面はまた、大抵の媒質に対し
て不活性であるか又は例えば酸素（空気）又はフッ素含有化合物に対してＡｌ2
Ｏ3又はＡｌＦ3保護層を介して腐蝕防止性の保護層を形成する。この層は、通常
は極めて薄いため、光学的性質は影響を受けることは無い。
ーの加工を容易にすることが出来る。更には、アルミ二ウム材料のミラー表面は
、ＩＲ反射率が高い。アルミ二ウム材料のミラー表面はまた、大抵の媒質に対し
て不活性であるか又は例えば酸素（空気）又はフッ素含有化合物に対してＡｌ2
Ｏ3又はＡｌＦ3保護層を介して腐蝕防止性の保護層を形成する。この層は、通常
は極めて薄いため、光学的性質は影響を受けることは無い。
【００４０】
更には金属ハウジングは、電気的及び磁気的シールディングを確保するが、か
かるシールディングは、特に極めて小さな信号には重要である。信号処理用装置
を受容する電子的ハウジングは、吸収チャンバーを有する光度計、放射源、二台
の受信器及び二つのミラーに固定することが出来、かくして全体の信号経路に対
する良好なシールディングが確保される。電子的ハウジングは、かかる目的のた
めにはまた温度膨張係数が異なるために生じる温度歪を防止するためにも、好ま
しくは光度計ハウジングと同一材料で製作される。
かるシールディングは、特に極めて小さな信号には重要である。信号処理用装置
を受容する電子的ハウジングは、吸収チャンバーを有する光度計、放射源、二台
の受信器及び二つのミラーに固定することが出来、かくして全体の信号経路に対
する良好なシールディングが確保される。電子的ハウジングは、かかる目的のた
めにはまた温度膨張係数が異なるために生じる温度歪を防止するためにも、好ま
しくは光度計ハウジングと同一材料で製作される。
【００４１】
放射源の放射は、受信器サイドでのバックグラウンド放射から独立するために
好ましくは変調される。機械的移動パーツ（チョッパー）を用いずに済ましたい
場合は、放射源は、電気Ｔ系に変調できるように設計しなければならない。
好ましくは変調される。機械的移動パーツ（チョッパー）を用いずに済ましたい
場合は、放射源は、電気Ｔ系に変調できるように設計しなければならない。
【００４２】
本発明に従った分析装置は、例えば環境上有害又は有毒なガス、具体的には排
気ガスの継続的なモニタリング、例えば排気ガス浄化装置をモニタリングするた
め使用することが出来る。本発明に従った分析装置によって分析することが出来
る環境上有害なガスは、具体的には不活性なフッ素含有ガス、例えばフッ素化又
は過フッ素化炭化水素、三フッ化窒素又は六フッ化硫黄である。
気ガスの継続的なモニタリング、例えば排気ガス浄化装置をモニタリングするた
め使用することが出来る。本発明に従った分析装置によって分析することが出来
る環境上有害なガスは、具体的には不活性なフッ素含有ガス、例えばフッ素化又
は過フッ素化炭化水素、三フッ化窒素又は六フッ化硫黄である。
【００４３】
本発明に従った分析装置によって、例えば１ｐｐｍ以下乃至５０％以上もの一
種以上の物質の濃度を信頼度高く且つ連続的に測定・決定することが出来る。
種以上の物質の濃度を信頼度高く且つ連続的に測定・決定することが出来る。
【００４４】
【実施例】
以下において、本発明の分析装置のシングルチャンネル及びダブルチャンネル
での実施態様を、図面を参照して実施例として説明する。
での実施態様を、図面を参照して実施例として説明する。
【００４５】
【実施例１】
本装置は従って、図1において破線で示した寸法が実質的に等しいハウジング
パーツを有するのである。
パーツを有するのである。
【００４６】
図2に従えば、ハウジングのハーフ部材１，２は、例えばアルミに上側間仕切
り部材料製の実質的に立方体形状である。ハウジングハーフ部材１，２の間には
、シーリングリング３が設けられる。孔４，５は、ハウジングハーフ部材１，２
を一体に螺子止めするためのものである。
り部材料製の実質的に立方体形状である。ハウジングハーフ部材１，２の間には
、シーリングリング３が設けられる。孔４，５は、ハウジングハーフ部材１，２
を一体に螺子止めするためのものである。
【００４７】
一つの空洞部をハウジングハーフ部材２の内部６に加工配設して、凹面ミラー
７を形成する。さらに、突起部８をハウジングハーフ部材２の内部６に加工配設
し、次いでより小さい凹面ミラー９を突起部８の先端に設ける。第一の凹面ミラ
ー７は、第二の凹面ミラー９よりもＩＲ放射源１１からは実質的に遠距離に配置
する。凹面ミラー７，９は、ハウジングパーツ２と一体であり、それぞれ回転楕
円体の一段面を形成し、第一の凹面ミラー７の回転楕円体の軸は従って、第二の
凹面ミラー９の回転楕円体の軸よりも大きい。二つの回転楕円体は、放射源と受
信器のうちの一台が、何れの場合にも焦点に位置するように配置する。ハウジン
グパーツ１の内部１２も、特に突起部８を受容するための空洞部を一つ有する。
７を形成する。さらに、突起部８をハウジングハーフ部材２の内部６に加工配設
し、次いでより小さい凹面ミラー９を突起部８の先端に設ける。第一の凹面ミラ
ー７は、第二の凹面ミラー９よりもＩＲ放射源１１からは実質的に遠距離に配置
する。凹面ミラー７，９は、ハウジングパーツ２と一体であり、それぞれ回転楕
円体の一段面を形成し、第一の凹面ミラー７の回転楕円体の軸は従って、第二の
凹面ミラー９の回転楕円体の軸よりも大きい。二つの回転楕円体は、放射源と受
信器のうちの一台が、何れの場合にも焦点に位置するように配置する。ハウジン
グパーツ１の内部１２も、特に突起部８を受容するための空洞部を一つ有する。
【００４８】
ハウジングパーツ２、１の内部にある空洞部は、取り付けたハウジングの吸収
チャンバー１３を形成する（図１）。
チャンバー１３を形成する（図１）。
【００４９】
分析対象である媒質は、ハウジングパーツ２の壁部にある孔１４を経由して、
ミラー７に対向する吸収チャンバー１３に供給される（図２ｂ）。媒質は、ハウ
ジングパーツ１又は２にあるもう一つの孔（図示していない）を経由して流出す
る。
ミラー７に対向する吸収チャンバー１３に供給される（図２ｂ）。媒質は、ハウ
ジングパーツ１又は２にあるもう一つの孔（図示していない）を経由して流出す
る。
【００５０】
ＩＲ放射源１１は、平面放射体として形成され、ハウジングパーツ１の外側の
開口部１６に配置される。更には、第一に受信器１７が、開口部１８に設けられ
、また第二の受信器１９は、ハウジングパーツ１にある別の開口部２１に設けら
れる（図２）。
開口部１６に配置される。更には、第一に受信器１７が、開口部１８に設けられ
、また第二の受信器１９は、ハウジングパーツ１にある別の開口部２１に設けら
れる（図２）。
【００５１】
図1に従えば、放射源１１からの放射は、ミラー７に対面するミラー９の縁端
部において放射経路２２及び２３に、好ましくは及び特に有利には同等に分離さ
れる。放射源１１から受信器１７，１９に到る放射経路２２，２３は、吸収チャ
ンバー１３を横断し、かくして分析対象である物質が、その中に封入される。放
射源からの放射一部が、大きいミラー７により反射される際の放射経路２２は、
他のミラー９に反射される放射経路２２よりも実質的に大きな距離を有する。
部において放射経路２２及び２３に、好ましくは及び特に有利には同等に分離さ
れる。放射源１１から受信器１７，１９に到る放射経路２２，２３は、吸収チャ
ンバー１３を横断し、かくして分析対象である物質が、その中に封入される。放
射源からの放射一部が、大きいミラー７により反射される際の放射経路２２は、
他のミラー９に反射される放射経路２２よりも実質的に大きな距離を有する。
【００５２】
図３ａ／ｂに示すダブルチャンネル構成図は、図２ａ/ｂに示すシングルチャ
ンネル構成図とは受信器の数とミラーの形成法において異なるだけである。シン
グルチャンネル構成図におけるハウジング開口部１８及び２１における単一の受
信器の代わりに、二台の受信器をハウジング開口部１８及び２１、１８ａ及び２
１ａ内に挿入する（図３ａ）。ダブルチャンネル構成図においては、シングルチ
ャンネル構成図のミラー７及び９が、図1における平面内において切断され、次
いでそこから直角方向に傾斜させて、ハウジング開口部１６内の放射源及び開口
部１８及び２１、１８ａ及び２１ａ内の受信器が、何れの場合にもミラー7及び
９、７ａ及び９ａの焦点に位置するようにする（図３ｂ）。
ンネル構成図とは受信器の数とミラーの形成法において異なるだけである。シン
グルチャンネル構成図におけるハウジング開口部１８及び２１における単一の受
信器の代わりに、二台の受信器をハウジング開口部１８及び２１、１８ａ及び２
１ａ内に挿入する（図３ａ）。ダブルチャンネル構成図においては、シングルチ
ャンネル構成図のミラー７及び９が、図1における平面内において切断され、次
いでそこから直角方向に傾斜させて、ハウジング開口部１６内の放射源及び開口
部１８及び２１、１８ａ及び２１ａ内の受信器が、何れの場合にもミラー7及び
９、７ａ及び９ａの焦点に位置するようにする（図３ｂ）。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 コパッツキ、エッカート
ドイツ国、 デー−85635 ヘーエンキル
ヒェン−ジーガーツブルン、アム・ガンタ
ー、４
Ｆターム(参考） 2G045 CB22 DB01 FA25 FA29
2G059 AA01 BB01 BB12 CC04 CC16
EE01 EE12 GG01 GG07 HH01
HH06 JJ01 JJ02 JJ13 JJ14
JJ24 KK01 KK03 LL04 MM01
NN01 NN02
Claims (9)
- 【請求項１】 測定対象である試料で満たした吸収チャンバー、放射源及び
一対となって当該混合物の各成分の濃度測定に関連する、二台又は二で割り切れ
る台数の受信器とから構成され、かくして： ― 放射源からの放射を二又は二で割り切れる数の、該受信機に到る放射経路に
分割すること、 ― 放射源から受信器に到る全ての放射経路が、吸収チャンバー内の該物質を横
断すること、 ― 放射源から受信器に到る全ての放射経路が、同一数及び対として同じ光学要
素を横断すること、 ― それぞれの一対の受信器に到る二つの放射経路が、吸収チャンバー内におい
て異なる光学的長さを有すること、 ― 一対の受信器に到るそれぞれの放射経路における消光が、同一波長において
測定されること、及び ― 測定された単一又は複数の数値が、一対の受信器 （１７，１９）によって
測定された強度を比較することによって決定されること； の一連の操作を含んで成る、放射の濃度依存性、分子特異的消衰を測定すること
によって混合物中の一種以上の物質の濃度を決定・測定するための装置において
、放射源（１１）からの放射を分割するために、一対の受信器（１７，１９）を
配設した凹面ミラー(７、７ａ、９、９ａ)を設けて、放射源（１１）から到達す
る放射を受信器（１７，１９）に焦点として収束させ、この際一対の受信器（１
７，１９）に配設した凹面ミラー(７、７ａ、９、９ａ)を照射源（１１）から異
なる距離に配置させ、かくして吸収チャンバー（１３）内において異なる光学的
長さの放射経路を形成させることを特徴とする前記装置。 - 【請求項２】 一対の受信器（１７，１９）に配設した凹面ミラー(７、７
ａ、９、９ａ)の内の少なくとも一つを非球面状凹面ミラーとして形成すること
を特徴とする、請求項１において記載された装置。 - 【請求項３】 非球面状凹面ミラー(７、７ａ、９、９ａ)が、回転楕円体の
断面を構成することを特徴とする、請求項２において記載された装置。 - 【請求項４】 放射源（１１）が、電気的に変調可能な平面放射体であるこ
とを特徴とする、請求項１ないし３の内のいずれか一項において記載された装置
。 - 【請求項５】 吸収チャンバー（１３）が、ハウジング（１，２）の内部空
間から形成され、且つ凹面ミラー(７、７ａ、９、９ａ)が、ハウジング（１，２
）と一体に形成されることを特徴とする、請求項１ないし４の内のいずれか一項
において記載された装置。 - 【請求項６】 ハウジング（１，２）が、分割可能に形成され又凹面ミラー
(７、７ａ、９、９ａ)が、同じハウジングパーツ（２）と一体に形成されること
を特徴とする、請求項５において記載された装置。 - 【請求項７】 放射源（１１）及び受信器（１７，１９）が、他のハウジン
グパーツ（１）に配設されることを特徴とする、請求項６において記載された装
置。 - 【請求項８】 少なくとも凹面ミラー(７、７ａ、９、９ａ)を備えたハウジ
ングパーツ（２）が、金属から製作されることを特徴とする、請求項６又は７に
おいて記載された装置。 - 【請求項９】金属が、アルミニウム材料であることを特徴とする、請求項８
において記載された装置。
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|---|---|
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