(57)【要約】【課題】比重の小さな気体成分でも検出感度を上げ、より高精度に分析することにある。【解決手段】キャリアガスとともに供給される分析対象気体の気体成分の吸収・脱離を行う薬剤を利用し、分析対象気体から各気体成分を分離する気体分離管１と、この分離された各気体成分を周回する弾性表面波に順次接触させ、弾性表面波の信号変化を検出する球状弾性表面波素子４と、周回する弾性表面波に高周波信号を励起し、球状弾性表面波素子から受け取る励起された弾性表面波の信号変化を計測する信号励起計測手段１０とを備え、この球状弾性表面波素子４は、少なくとも一部を球形状とする球体表面の最大外周円を含む円環状領域を有する球形基体２４と、高周波信号で励起させた弾性表面波を当該円環状の領域の延出方向に沿って周回させるとともに、所定周回後に弾性表面波から得られる信号変化を検出する弾性表面波励起・検知手段とを有する気体分析装置である。【選択図】図１
2011196797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアガスとともに供給される分析対象気体に含む種々の気体成分の吸収・脱離を行う薬剤を内部に有し、当該薬剤によって前記気体成分ごとに異なる保持時間で排出されることで前記分析対象気体から前記各気体成分を分離する気体分離流路と、
この気体分離流路の出口側に接続される検出器内に設けられ、前記気体分離流路で分離された各気体成分を周回する弾性表面波に順次接触させ、この接触した気体成分の種類と濃度とに応じた当該弾性表面波の信号変化を検出する球状弾性表面波素子と、
前記周回する弾性表面波に高周波信号を励起し、前記球状弾性表面波素子から受け取る前記励起された弾性表面波の信号変化を計測し分析用に供する高周波信号励起計測手段とを備え、
この球状弾性表面波素子は、少なくとも一部を球形状とする球体表面の最大外周円を含む円環状の領域を少なくとも１つ有する球形基体と、前記高周波信号で励起させた弾性表面波を当該円環状の領域の延出方向に沿って周回させるとともに、所定の周回後に前記弾性表面波から得られる信号変化を検出する弾性表面波励起・検知手段とを有することを特徴とする気体分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の気体分析装置において、
第１のキャリアガスと第２のキャリアガスを選択的に使用して前記分析対象気体を前記気体分離流路に導く前記キャリア供給手段が設けられ、
前記第１のキャリアガスと前記第２のキャリアガスは異なる比重を有し、そのうち一方のキャリアガスの密度は１．７ｋｇ／ｍ3以上であることを特徴とする気体分析装置。
【請求項３】
請求項２に記載の気体分析装置において、
前記第１のキャリアガスと第２のキャリアガスは、前記分析対象気体の比重の大きさを考慮して選択的に使用することを特徴とする気体分析装置。
【請求項４】
請求項１または請求項３に記載の気体分析装置において、
前記前記分析対象気体としては、メタンを含むことを特徴とする気体分析装置。
【請求項５】
請求項１に記載の気体分析装置において、
前記弾性表面波励起・検知手段は、前記球形基体の円環状の領域の所望位置にすだれ状電極を配置することを特徴とする気体分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析対象気体中に含む複数の気体成分を分離し、各分離された気体成分を弾性表面波素子に作用させ、当該弾性表面波の信号変化を検出する気体分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、分析対象気体中に含む種々の気体成分を分離して検出する気体成分分離技術はガスクロマトグラフィーなどで知られている。この気体成分分離技術は、気体成分分離管の内表面に気体中に含む種々の気体成分を吸脱着する薬剤を塗布するか、または当該薬剤を含有あるいは塗布されたビーズを内装し、キャリアガスとともに分析対象気体を気体成分分離管に導入する。気体成分分離管内では、内部の薬剤が分析対象気体中に含む複数の気体成分ごとに異なる時間保持して排出することを利用し、分析対象気体に含む各気体成分を分離する方法である。
【０００３】
このように気体成分分離管から時間差を利用しつつ分離排出される複数の気体成分は、公知の分析手段によって検出され、分析対象気体中に含まれる各種の気体成分の種類や濃度を分析することができる。
【０００４】
これら公知の検出手段としては、熱伝導度利用式検出器、水素炎利用式検出器及び質量分析装置などが挙げられる。
【０００５】
熱伝導度利用式検出器は、前述した如く排出された種々の気体成分を含むキャリアガスが検出部に導入され、加熱ヒータの熱がガスを介して伝わる時の熱伝導度の値が変化することを利用し、各気体成分の種類と量（濃度）を分析する。
【０００６】
水素炎利用式検出器は、前述した如く排出された種々の気体成分の夫々を含むキャリアガスが水素炎に吹き付けられ、水素炎によるカーボンの電気伝導度の変化から各気体成分の種類と量（濃度）を分析する。
【０００７】
このように熱伝導度や水素炎のスペクトルの変化を利用した気体分析装置としては、様々な形態のものが実用化されている（特許文献１）。
【０００８】
さらに、弾性表面波素子を用いた検出器を備えたガスクロマトグラフィーが実用化されている。このガスクロマトグラフィーは、検出器として弾性表面波共振器（ＳＡＷ共振器）を用い、弾性表面波が伝搬する領域に分析対象気体をさらすことで、弾性表面波の伝搬状態が変化し、それに伴って弾性表面波共振器の共振周波数が変化することを利用して分析対象気体を検出する。
【０００９】
このガスクロマトグラフィーは、気体を燃焼させずに検出でき、共振周波数の計測回路が安価・小型に実現できることから、可搬用気体分析装置として広く利用されている。
【００１０】
ところで、近年、従来型の弾性表面波素子ではなく、球状弾性表面波素子とマイクロマシニング微細加工技術を用いて製作した気体分離流路（管）とを組合せることによる、より小型で高精度のガスクロマトグラフィーが提案されている（特許文献２）。
【００１１】
用いられる球状弾性表面波素子は、従来の平面型弾性表面波素子と異なり、反射器と呼ばれる電極パターンを持たない。このために、球形表面に沿って長い距離伝搬させることが可能であって、その伝搬の際の強度または減衰量を計測することにより、気体の圧力や密度変化を高精度に計測することが可能である。
【００１２】
この球状弾性表面波素子を用いたガスクロマトグラフィーは、ヘリウムをキャリアガスとして用いており、比較的沸点の高いガスを質量負荷効果により高感度で計測できる一方、低分子量のガスも弾性表面波の漏洩減衰の低下により計測できるので、低級炭化水素の検出にも応用可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開昭５５−０９４１５９号公報
【特許文献２】国際公開２００８／０５６４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、以上のようなガスクロマトグラフィーの検出器として、ガスの密度（あるいは比重）の違いからガスを検出する方法として、弾性表面波素子の共振状態を維持させるために必要な投入電力がその表面のガスの濃度や種類の違いによって変化する現象を観測する方法を採用するが、その精度は高くない。
【００１５】
また、球状弾性表面波素子を用いて、弾性表面波の強度の減衰量を、バースト信号入力後の減衰曲線から求める方法は、ヘリウムガスをキャリアガスとして使用するが、特に都市ガスや地下から噴出する燃焼ガスであるメタン（比重０．５５５）などの比重の小さな気体成分を検出する際に、ヘリウムガスの比重（０．１３８）も比較的小さく、弾性表面波素子の周回経路を伝搬する弾性波エネルギーの漏洩量（減衰率）の変化が少なく、高い感度を得るには限界がある。
【００１６】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであって、分析対象気体中に含む種々の気体成分を相互に分離させるガスクロマトグラフィー分析方法に基づいた気体分離流路（管）を使用し、特に比重の小さな気体成分の検出感度を上げつつ、より高精度に分析する気体分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明は、キャリアガスとともに供給される分析対象気体に含む種々の気体成分の吸収・脱離作用を有する薬剤を内部に有し、当該薬剤によって前記気体成分ごとに異なる保持時間で排出されることで前記分析対象気体から前記各気体成分を分離する気体分離流路（管）と、この気体分離流路（管）の出口側に接続される検出器内に設けられ、前記気体分離流路（管）で分離された各気体成分を周回する弾性表面波に順次接触させ、この接触した気体成分の種類と濃度とに応じた当該弾性表面波の信号変化を検出する球状弾性表面波素子と、前記周回する弾性表面波に高周波信号を励起し、前記球状弾性表面波素子から受け取る前記励起された弾性表面波の信号変化を計測して分析に供する高周波信号励起計測手段とを備え、
この球状弾性表面波素子は、少なくとも一部を球形状とする球体表面の最大外周円を含む円環状の領域を少なくとも１つ有する球形基体と、前記高周波信号で励起させた弾性表面波を当該円環状の領域の延出方向に沿って周回させるとともに、所定の周回後に前記弾性表面波から得られる信号変化を検出する弾性表面波励起・検知手段とを有することを特徴とする気体分析装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、分析対象気体中に含む種々の気体成分を相互に分離させるガスクロマトグラフィー分析方法に基づいた気体分離流路（管）を使用し、特に比重の小さな気体成分の検出感度を上げつつ、より高精度に分析する気体分析装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る気体分析装置の一実施形態を示す概略的な構成図。
【図２】球状弾性表面波素子と当該素子から分析するための信号を取得する例を説明する図。
【図３】代表的な球状弾性表面波素子の弾性表面波の周回数と弾性表面波の強度減衰の変化を説明する原理説明図。
【図４】同図（ａ），（ｂ）はヘリウムガスをキャリアガスとして二酸化炭素の濃度を計測する際の球状弾性表面波素子の出力とガスクロマトグラムを示す図であり、同図（ｃ），（ｄ）はアルゴンあるいはキセノンガスをキャリアガスとして用いてメタンを検出する際のガスクロマトグラムの振る舞いを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。  
図１は本発明に係る気体分析装置の一実施形態を示す概略的な構成図である。
【００２１】
この気体分析装置は、気体分離管１、キャリアガス供給手段２、インジェクターなどの分析対象気体注入手段３、球状弾性表面波素子４、この球状弾性表面波素子４を内装する検出器５及び分析処理系等で構成される。
【００２２】
分析処理系としては、球状弾性表面波素子４の表面を周回する弾性表面波を高周波バースト信号で励起し、検出器５内の球状弾性表面波素子４から送られてくる高周波電気信号の強度（減衰率）を計測する高周波信号励起計測手段１０と、高周波信号励起計測手段１０で計測された高周波電気信号の強度（減衰率）の変化から気体成分の濃度等を分析する弾性表面波出力分析手段１１と、この弾性表面波出力分析手段１１からの弁開閉制御指令に基づいて制御弁６〜８を制御する弁制御手段１２と、計測結果表示手段１３が設けられている。
【００２３】
気体分離管１は、内側表面に種々の気体成分を吸脱着する従来公知の薬剤が塗布され、または当該薬剤を含有あるいは粒状の薬剤が充填され、分析対象気体注入手段３から導入される分析対象気体（以下、必要に応じて分析対象ガスまたは単にガスと呼ぶ）に含む複数種類のガス成分に応じて異なる時間保持させ、時間差をもって排出することにより、各ガス成分を分離して取り出す機能を有する。気体分離管１は、ここでは、オープンチューブドカラムと呼ばれる、中心が中空に形成されるカラムが用いられている。
【００２４】
気体分離管１としては、例えば１ｍｍ2以下の断面積を有するものが用いられ、例えばシリコン等の平面基板にフォトリソグラフィー技術を用いて微細加工（マイクロマシニング）することで製作することが可能である。
【００２５】
また、別の製作例としては、薄い金属板をエッチングにより溝を形成し、その溝の形成側を別の金属板で加熱溶接により塞ぐことによって製作する。
【００２６】
キャリアガス供給手段２は、分析対象気体注入手段３から注入する分析対象ガスを気体分離管１に導くキャリアガスを供給する。ここでは、ヘリウムガスボンベ２ａとキセノンガスボンベ２ｂが設置され、何れのボンベ２ａ，２ｂに充填されたガスは制御弁６，７の弁開制御によって選択的に使用することができる。
【００２７】
キセノンガスの比重は４．５（密度５．９ｋｇ／ｍ3）以上あり、気体分離管１を通って検出器５の内部に流入すると、球状弾性表面波素子４の後記円環状の領域２３を周回する弾性表面波２１の強度を大きく減衰させる。これは、比重の大きなガスが弾性表面波２１の伝搬経路にあると、当該弾性表面波２１のエネルギーが比較的多くガス中に漏洩する為である。
【００２８】
その結果、分析対象気体注入手段３から注入される分析対象ガスに含むガス成分のうち、比重の小さなガス成分は、キャリアガスであるキセノンガスに混じって検出器５の内部に入ると相対的に比重が小さくなり、弾性表面波２１の漏洩が抑制されることから、弾性表面波２１の信号強度を検出することが可能となる。
【００２９】
一方、ヘリウムガスをキャリアガスとして用いた場合、ヘリウムの密度は小さく、弾性表面波２１のエネルギーを漏洩させて失わせる率は少ない。その結果、当該キャリアガスとともに比重の大きな分析対象ガスを、気体分離管１を通して検出器５の内部に流入すると、当該分析対象ガスによって弾性表面波２１のエネルギーが多く漏出して減衰が大きくなり、分析対象ガスの各ガス成分の濃度や種類を検出できる。つまり、ヘリウムを使用するときは比重の大きな分析対象ガスが高感度に検出され、逆に比重（密度）の大きなキャリアガスを使用するときは比重（密度）の小さな分析対象ガスが高感度に検出できる。
【００３０】
なお、キャリアガス供給手段２で使用するキャリアガスは、比重の小さな分析対象ガスを計測する場合、可能な限り比重の大きなキャリアガスを用いることが有効であり、化学的に安定で安価なアルゴンガスを用いることで低コストになる。アルゴンガスの密度は１．７ｋｇ／ｍ3であり、それ以上の密度のガスを用いることが望ましい。
【００３１】
キセノンガスは、アルゴンガスよりもさらに高感度になり望ましいが、価格の面で高価であるので、可能な限り少量を用いて計測することが求められる。その点，例えばマイクロマシン技術を用いて断面が０．５ｍｍ2以下の気体分離管１を使う場合、球状弾性表面波素子４を用いた検出器５に使用するキセノンガスが少量でよく、計測の低コスト化が可能であり、現実的であると言える。
【００３２】
キャリアガス供給手段２で使用するキャリアガスとして、例えばアルゴンの場合は比較的安価であるので実施する場合に望ましい。アルゴンの比重が１．３８、密度が１．７ｋｇ／ｍ3以上であり、メタンやエタンなどの分析対象ガスの計測に使用可能である。
【００３３】
また、二酸化炭素は、その比重が１．５２９、密度が１．９７６ｋｇ／ｍ3である一方、安定で固体として持ち運びが可能であり、かつ、安価であることから、本発明の実施には望ましい。
【００３４】
分析対象気体注入手段３は、キャリアガス供給手段２と気体分離管１の気体流入口との間に接続され、キャリアガス供給手段２から気体分離管１に向って流入するキャリアガス中に分析対象となるガスを注入する機能を有している。
【００３５】
分析対象ガスは手動でも注入できるが、一般には弁制御手段１２から出力される制御指令によって制御される制御弁８を通して所望量の分析対象ガスが注入される。
【００３６】
次に、球状弾性表面波素子４の構造及び作用について、図２を参照して具体的に説明する。  
球状弾性表面波素子４は、気体分離管１の気体流出口に接続される検出器５内に設けられる。球状弾性表面波素子４は、少なくとも一部を球形状とする球体表面の最大外周線（円２２）を含む円環状の領域である周回経路２３を有する球形基体２４と、この球形基体２４の周回経路２３に沿って周回する弾性表面波を高周波信号で励起させつつ周回させるとともに、所定の周回後の弾性表面波２１に対応した電気信号を発生させる弾性表面波励起・検知手段２５とを備えている。
【００３７】
すなわち、弾性表面波励起・検知手段２５は、高周波信号で励起された弾性表面波を周回させつつ、その周回する弾性表面波に気体分離管１で分離された各ガス成分を順次接触させつつ弾性表面波の信号変化を検出する。
【００３８】
球形基体２４は、例えば水晶，ランガサイト，ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3），タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）などの圧電性結晶材料で形成できる。本実施の形態では、最も安価に入手可能に水晶が使用され、その直径は気体分離管１から排出されるガス成分の流動が管内で乱流化して誤った保持時間が計測されないようにする必要があり、例えば１ｍｍ以下であることが望ましい。
【００３９】
圧電性結晶材料で球形基体２４を構成する場合、圧電性結晶材料の所定の結晶軸，例えば水晶のＺ軸（Ｃ軸）２６を法線とする平面と球形基体２４との交点よりなる最大外周線２２に沿って弾性表面波２１を励起させて伝搬させたとき、弾性表面波２１が最大外周線２２に沿い、かつ、最大外周線２２と直交する方向に拡散させることなく、繰り返し周回させることができるものであり、国際公開ＷＯ  ０１／０４５２５５号公報（特に図２及びその図２の関連説明）で既に公知である。
【００４０】
なお、上記実施形態では、外表面に１つの周回経路２３を形成した球形基体２４について説明したが、例えば球形基体２４の外表面に最大径の外周円，すなわち円環状の領域となる周回経路２３を複数形成することも可能である。球形基体２４に形成する周回経路２３の数は圧電性結晶材料の種類によって決まる。
【００４１】
また、球形基体２４は、完全な球体形状のものでもよいが、少なくとも一部を球形状とする球形基体２４であってもよい。つまり、一部を球形状とする周回経路２３を除けば、いかなる形状であっても良い。例えば周回経路２３の両側を相互に平行とした円盤形状でもよく、本発明はその形状によって制限されない。
【００４２】
高周波信号の励起によって周回経路２３を周回する弾性表面波２１は、当該弾性表面波２１に接触する周囲環境、すなわち周囲のガス環境や付着するガス分子の量や種類が変わると、伝搬速度や減衰率が変化し、その変化は周回数が増えるに従って積算される。このことは、多くの周回が可能になればなるほど、環境の僅かな変化を検出することが可能となり、環境の変化（ガス環境の変化）に対して高精度な検出が可能となる。
【００４３】
前記弾性表面波励起・検知手段２５としては、例えばすだれ状電極２５ａにより実現される。すだれ状電極２５ａは、公知のフォトリソグラフィ−法を用いて、球形基体２４の円環状の領域となる周回経路２３の所望位置に所要の寸法にて容易に形成できる。
【００４４】
周回経路２３を周回する弾性表面波２１の周波数は、球形基体２４の表面の弾性定数とすだれ状電極２５ａの電極枝周期とによって決定され、一般には電極枝の長さが弾性表面波ビームの幅となる。
【００４５】
この実施形態では、すだれ状電極２５ａの中心は最大径の外周線２２上に形成され、電極枝は最大外周線２２と直交するように配置される。
【００４６】
すだれ状電極２５ａには、弾性表面波２１の励起と検出の両方を担うものであるが、別々のすだれ状電極２５ａに弾性表面波２１の励起、検出を担わせるようにしてもよい。
【００４７】
高周波信号励起計測手段１０は、信号送受切替スイッチ１０ａと、高周波バースト信号を発生する高周波信号発生部１０ｂと、励起された弾性表面波２１によって発生する信号を受信して所定の増幅度で増幅する増幅器１０ｃと、弾性表面波出力計測部１０ｄからなる。
【００４８】
高周波信号励起計測手段１０は、弾性表面波出力分析手段１１から分析開始指示を受けると、弾性表面波出力計測部１０ｄが信号送受切替スイッチ１０ａを短い所要の時間高周波信号発生部１０ｂ側に切り替え、高周波信号発生部１０ｂからの高周波バースト信号をすだれ状電極２５ａに印加し、弾性表面波２１を励起する。
【００４９】
しかる後、所定時間経過後、弾性表面波出力計測部１０ｄが信号送受切替スイッチ１０ａを増幅器１０ｃ側に切替え、弾性表面波励起・検知手段２５で検知された弾性表面波２１の信号を取り込み、必要に応じて処理可能にデジタル信号に変換し、弾性表面波出力分析手段１１に送出する。
【００５０】
弾性表面波出力分析手段１１は、球状弾性表面波素子４から高周波信号励起計測手段１０を介して順次送られてくる高周波の信号の強度（減衰率）の変化をもとに周回経路２３を周回する弾性表面波２１に接触する気体成分の濃度を分析し、計測結果表示手段１３に表示する。
【００５１】
図３は球状弾性表面波素子４の出力信号の模式図とその出力信号から弾性表面波の強度（減衰率）に対応する数値を得る方法を説明する図である。
【００５２】
高周波信号励起計測手段１０から高周波バースト信号を受けてすだれ状電極２５ａで励起された弾性表面波２１は周回経路２３を１周回し、すだれ状電極位置に到達したときに発生される弾性表面波２１の信号電圧をすだれ状電極２５ａで検出する（図３の１周目の信号）。
【００５３】
そして、弾性表面波２１が３３周回したときの信号を拡大すると、図示するような拡大信号３１で表される。高周波信号励起計測手段１０はその弾性表面波２１における信号３１の強度（電圧の振幅値）Ｖを計測する。
【００５４】
図３から明らかなように、周回を重ねるに従って信号３１の強度は弱くなることから、多重周回することで減衰は重畳されてより高精度な計測ができる。弾性表面波２１の減衰は１周ごとに一定の比率（減衰率）で弱くなることから、弾性表面波２１における信号強度の周回毎の変化を示す曲線は指数関数となり、縦軸に対数をとって表示することで強度の減衰が直線で表される。
【００５５】
ここで、周回数を３３回ではなく、３３周回時間Ｔの約半分の１６周回程度で観察すれば、その感度は低くなるが、大きな減衰の変化があっても飽和することなく、その変化を確実に計測することが可能である。このことは、非常に広い範囲の濃度変化を計測できることを意味する。
【００５６】
次に、以上のような気体分析装置の作用について説明する。
【００５７】
分析対象ガスの種類や量に応じてキャリアガスの種類や量が決まるので、弾性表面波出力分析手段１１は、その決められた処理内容に従って弁開閉制御指令を弁制御手段１２に送出し、制御弁６〜８を開閉制御する。
【００５８】
この状態において、キャリアガス供給手段２から気体分離管１に向けてキャリアガスを流入させた後、分析対象気体注入手段３から手動あるいは制御弁６を介して自動的に所定量の分析対象ガスをキャリアガス中に注入する。
【００５９】
キャリアガスは、気体分離管１の内表面に塗布された薬剤あるいは気体分離管１内に保持させた薬剤、粉末、ビーズ等を変質させたり、検出器５内の球状弾性表面波素子４の球形基体２４や弾性表面波励起・検知手段２５を変質させないものが選択される。
【００６０】
以下に代表的なキャリアガスの比重（空気との密度の比率）を示す。
【００６１】
＊ガスの種類……    比重  
水素    …  ０．０６９５  
ヘリウム    …  ０．１３８１  
窒素    …  ０．９６７  
酸素    …  １．１０５  
メタン    …  ０．５５５  
エタン    …  １．０４９  
プロパン    …  １．５５４  
二酸化炭素    …  １．５２９  
ネオン    …  ０．６９６  
アルゴン    …  １．３８  
クリプトン    …  ２．８６８  
キセノン    …  ４．５２５  
ラドン    …  ７．７
以上のように、ヘリウムガスの比重が０．１３程度しかないことから、ヘリウムガスをキャリアガスとして用いて、弾性表面波の漏洩減衰によってヘリウムガスに混合されたガスを検出する際には、漏洩減衰が大きくなる比重の大きなガス成分の検出に有効であるが、例えばアルゴンガスを用いることで、水素を含む比重の小さなガス成分の検出を球状弾性表面波素子を多重周回する弾性表面波の減衰が小さくなる現象の観測に基づいて可能にする。
【００６２】
球状弾性表面波素子は、弾性表面波の周回に伴う減衰が小さくなればなるほど多数回周回し、弾性表面波の減衰率の変化に対する信号強度の変化率は大きく、その検知は高感度化する。これは他のＱＣＭと呼ばれるセンサやあるいは平面型の弾性表面波素子の共振周波数を用いるガスセンサでは困難である。特にクリプトンは比重が２．８を超えることからより高感度化する。よって、キセノンガスを利用してプロパンガス以下の低級炭化水素のガスクロマトグラフィーによる球状弾性表面波素子４における減衰率の低下（所定周回時における強度の増大）を計測可能である。特にメタンガスの場合は比重がさらに小さいのでより高感度に計測できる。
【００６３】
従来、キセノンなどの希ガスは高価なためにガスクロマトグラフィーに使用することができないが、マイクロマシン技術を利用して製作する流路断面が０．５ｍｍ2以下のカラムを使用したガスクロマトグラフィーで消費するガスは非常に少量であり、かつ、微細に製作可能な例えば直径１ｍｍの球形基体２４を用いた球状弾性表面波素子４を検出器５に用いることで、その消費量は抑制可能で実用性に優れたものとなる。
【００６４】
そこで、前述したようにキャリアガス供給手段２から気体分離管１に向けて所定の流量のキャリアガスを供給する間に分析対象気体注入手段３では分析するメタンガス成分を１０％大気に含む分析対象ガスを注入する。
【００６５】
この分析対象ガス中に含む各ガス成分は、気体分離管１を流れる間に気体分離管内表面の薬剤あるいは前述したビーズに保持される薬剤に対する吸着や離脱反応速度の違いから、キャリアガスの流れる方向に種々のガス成分が分離され、結果的に気体分離管１を通過するために必要な時間（保持時間）が異なる。
【００６６】
なお、予め分析対象ガス中に含む各ガス成分が判かっている場合、そのガス成分に応じて気体分離管１の出口に到達する概略の時間が把握できるので、検出器５内部の球状弾性表面波素子４にて検出する時間も判る。
【００６７】
弾性表面波出力分析手段１１は、分析対象気体注入手段３に分析対象ガスの注入を指示するとともに、球状弾性表面波素子４を動作させるために高周波信号励起計測手段１０に動作指令を送出する。
【００６８】
高周波信号励起計測手段１０は、動作指令に基づき高周波バースト信号をすだれ状電極２５ａに印加し、球形基体２４の円環状の領域である周回経路２３の延出方向に沿って周回している弾性表面波２１を励起する。
【００６９】
すだれ状電極２５ａは、励起された周回する弾性表面波２１に現れる信号を検知し、高周波信号励起計測手段１０を通して弾性表面波出力分析手段１１に渡す。
【００７０】
弾性表面波出力分析手段１１は、高周波信号励起計測手段１０から送られてくる所定の周回数における弾性表面波２１の信号強度や減衰量の変化をもとに、周回経路２３を周回する弾性表面波２１に接触する気体成分の濃度を分析し、計測結果表示手段１３に表示する。
【００７１】
次に、図４（ａ）、（ｂ）はヘリウムガスをキャリアガスとして二酸化炭素の濃度を分析する際の球状弾性表面波素子４の出力とガスクロマトグラムの振る舞いを説明する図である。
【００７２】
前述したようにヘリウムの比重は０．１３であり、二酸化炭素の比重は１．５２である。従って、ヘリウムをキャリアガスとして使用する場合、キャリアガスの比重が小さい為、周回経路２３を伝搬する弾性表面波２１の強度は周囲のヘリウム中に弾性エネルギーが多くは漏出せずに弾性表面波２１の周回に伴ってゆっくり減衰する。
【００７３】
しかし、気体分離管１から二酸化炭素を含むガス成分が排出される時刻では、二酸化炭素の濃度に応じて比重は大きくなり、漏洩する弾性表面波２１のエネルギーはより早く喪失する。
【００７４】
図４（ａ）では、球状弾性表面波素子４の出力は、検出器５内に二酸化炭素が到達していない場合、弾性表面波２１の周回に伴って破線で示すようにゆっくり減衰し、例えば所定の３３周回後に信号強度がＶ１となるが、検出器５内に二酸化炭素が到達して最も多く含む場合、弾性表面波２１の周回に伴って実線で示すように減衰も大きくなり、所定の３３周回後の信号強度はＶ２となる。
【００７５】
図４（ｂ）は、図４（ａ）の３３周回の信号強度の時間的変化を計測したもので、ガスクロマトグラムと呼ばれる。
【００７６】
これら図４（ａ），（ｂ）から明らかなように、二酸化炭素が検出器５内に流入する濃度に応じて信号強度がＶ１→Ｖ２に低下する。その結果、信号強度Ｖ１とＶ２の変化の形状解析から二酸化炭素の濃度を分析することができる。
【００７７】
図４（ｃ），（ｄ）はキセノンをキャリアガスとしてメタンの濃度を分析する際の球状弾性表面波素子４の出力とガスクロマトグラムの振る舞いを説明する図である。
【００７８】
キセノンの比重は４．５２５であり、メタンの比重は０．５５程度である。従って、キセノンをキャリアガスとして使用する場合、ヘリウムを使用した場合に比べて、キセノンガスの比重が大きい為、周回経路２３を伝搬する弾性表面波２１の強度はヘリウムガスを使用した場合（図４（ａ））に比べて、急激に低下する。
【００７９】
その結果、球状弾性表面波素子４の出力は、図４（ｃ）に示すように検出器５内にメタンが到達していない時刻の場合には破線で表すように大きく減衰し、例えば２０周回目の信号強度はＶ３として計測している。しかし、メタンが検出器５に到達すると、球状弾性表面波素子４の出力は破線から実線へと大きくなってＶ４となる。すなわち、球状弾性表面波素子４における弾性表面波２１の２０周回目の信号強度はメタンが検出器５に到達しない状態から到達した状態となると、図４（ｄ）に示すようにＶ３からＶ４ように変化する。
【００８０】
従って、２０周回目の信号強度の変化（図４（ｄ））に示すように、気体分離管１からメタンを含むガス成分が検出器５に流入するに従い、メタンを含む率が増えるに従って相対的に比重が小さくなり、漏洩する弾性表面波２１のエネルギーは小さく、球状弾性表面波素子４における弾性表面波２１の信号強度がＶ３からＶ４に大きくなる。
【００８１】
なお、以上のような球状弾性表面波素子４の出力やガスクロマトグラフィーの振る舞いは必要に応じて計測結果表示手段１３に表示して観察でき、また公知の記録手段に記録したり、プリンタなどに印字出力することもできる。
【００８２】
ところで、弾性表面波２１が伝搬する際、その単位長さ当たりにガス中に漏洩するエネルギーの量は、弾性学上計算可能であって、特に２種のガス混合系を仮定する場合にはよく説明できる。キセノンガスに含まれるメタンの濃度を正確に計測することも可能である。
【００８３】
ちなみに、本発明では、検出器５に到達したキャリアガス中のメタン濃度を計測するだけであれば意味はなく、むしろ注入したメタンガス濃度と、信号強度の変化の相関を得ることに意味がある。本実施の形態では、１００％のメタンガスを注入した場合の１００周回目の強度が２％低下したことから、その減衰量の増加とメタン濃度の増加とを対応させて計測しても良い。
【００８４】
なお、検出器５の内部に、夫々の外表面の円環状の領域に相互に異なる感応膜が設けられている複数の周回経路２３あるいは別個の複数の球状弾性表面波素子４を配置することもできる。
【００８５】
従って、以上のような実施の形態によれば、検出器５に弾性表面波素子を用いるが、特に球状弾性表面波素子４を用いることにより、球形基体２４の該表面の円環状の領域２３を周回する弾性表面波の強度から低比重の分析対象ガスを分析する際、比重の大きなキャリアガスを使用することで、低比重のガス成分の混入による減衰率の低下から、分析対象ガスを高感度で分析できる。
【００８６】
また、ヘリウムガスをキャリアガスとして使用したガスクロマトグラフィー計測と同時に、比重が１．７を超える好ましくはキセノンガスをキャリアガスとして用いるガスクロマトグラフィー計測を加えることにより、ヘリウムを用いた計測で比重の小さなメタンなどの分析対象ガスを分析できる。このことは、比重の小さなガス成分及び比重の大きなガス成分の何れについても、弾性表面波の伝搬に伴う信号強度の減衰の変化を高感度で計測することが可能である。
【００８７】
なお、本実施の形態では、ガスを検出する球状弾性表面波素子４の表面に必ずしも感応膜を必要としないだけでなく、球状弾性表面波素子４を用いてガス計測する際に、位相計測によるガス検知方法（弾性表面波素子の周回経路を周回する弾性表面波の伝搬速度の変化による計測方法）が周囲の温度変化に対して影響を受け易いのに比較して、強度情報によるガス検知方法（減衰率の変化を計測する方法）のみを使用して計測するために温度変化の影響を受けずに比較的安定に検知できる。
【００８８】
その他、本発明は、上記実施の形態及び実施例に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【符号の説明】
【００８９】
１…気体分離管、２…キャリアガス供給手段、３…分析対象気体注入手段、４…球状弾性表面波素子、５…検出器、１０…高周波信号励起計測手段、１０ａ…送受切替スイッチ、１０ｂ…高周波信号発生部、１０ｃ…増幅器、１０ｄ…弾性表面波出力計測部、１１…弾性表面波出力分析手段、１２…弁制御手段、１３…計測結果表示手段、２１…弾性表面波、２２…最大外周線、２３…周回経路（円環状の領域）、２４…球形基体、２５…弾性表面波励起・検知手段（２５ａ…すだれ状電極）、２６…水晶球のＣ軸。
【図１】
2011196797.tif 000003
【図２】
2011196797.tif 000004
【図３】
2011196797.tif 000005
【図４】
2011196797.tif 000006