(57)【要約】      （修正有）【課題】環境雰囲気中の複数のガス成分の濃度を迅速かつ簡便に低コストで推定可能なガス検知方法およびガス検知器を提供する。【解決手段】ガス検知方法は、既知濃度の溶液成分が複数含まれる混合溶液が取り扱われる環境雰囲気において、複数のガス成分を同時に検知可能な単一のガス検知センサを用いて、混合溶液に含まれる複数の溶液成分から揮発する複数のガス成分のそれぞれの濃度を推定する方法であり、複数の溶液成分のそれぞれの濃度を提供するステップと、複数の溶液成分のそれぞれの濃度に基づいて、複数のガス成分の混合比を推定するステップと、ガス検知センサにより複数のガス成分を検知して単一の検知信号を取得するステップと、複数のガス成分のそれぞれに対するガス検知センサの検知感度と、複数のガス成分の混合比と、単一の検知信号とから、複数のガス成分のそれぞれの濃度を算出するステップとを含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
既知濃度の溶液成分が複数含まれる混合溶液が取り扱われる環境雰囲気において、複数のガス成分を同時に検知可能な単一のガス検知センサを用いて、前記混合溶液に含まれる複数の溶液成分から揮発する複数のガス成分のそれぞれの濃度を推定するガス検知方法であって、
前記混合溶液に含まれる前記複数の溶液成分のそれぞれの濃度を提供するステップと、
提供された前記複数の溶液成分のそれぞれの濃度に基づいて、前記環境雰囲気中の前記複数のガス成分の混合比を推定するステップと、
前記ガス検知センサにより前記複数のガス成分を検知して単一の検知信号を取得するステップと、
前記複数のガス成分のそれぞれに対する前記ガス検知センサの検知感度と、推定された前記複数のガス成分の混合比と、前記ガス検知センサにより取得された単一の検知信号とから、前記複数のガス成分のそれぞれの濃度を算出するステップと
を含むガス検知方法。
【請求項２】
前記環境雰囲気の温度および／または湿度を測定するステップをさらに含み、
前記環境雰囲気中の前記複数のガス成分の混合比を推定するステップが、測定された前記環境雰囲気の温度および／または湿度に応じて実施される、
請求項１に記載のガス検知方法。
【請求項３】
前記環境雰囲気の温度および／または湿度を測定し、測定された温度および／または湿度に応じて、前記複数のガス成分のそれぞれに対する前記ガス検知センサの検知感度を補正するステップをさらに含む請求項１または２に記載のガス検知方法。
【請求項４】
前記環境雰囲気中の前記複数のガス成分の混合比を推定するステップが、提供された前記複数の溶液成分のそれぞれの濃度から、ラウールの法則を利用して、前記環境雰囲気中の前記複数のガス成分の混合比を算出することを含む、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス検知方法。
【請求項５】
前記複数のガス成分のうち少なくとも１つのガス成分に対する前記ガス検知センサの検知感度について、前記ガス成分の濃度と前記ガス検知センサの検知信号強度との関係が、前記ガス成分の濃度の２次関数で近似される、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス検知方法。
【請求項６】
既知濃度の溶液成分が複数含まれる混合溶液が取り扱われる環境雰囲気において、前記混合溶液に含まれる複数の溶液成分のそれぞれから揮発する複数のガス成分のそれぞれの濃度を推定するためのガス検知器であって、
前記複数のガス成分を同時に検知して単一の検知信号を出力する単一のガス検知センサと、
前記混合溶液に含まれる前記複数の溶液成分のそれぞれの濃度を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記複数の溶液成分のそれぞれの濃度に基づいて、前記環境雰囲気中の前記複数のガス成分の混合比を推定する第１演算部と、
前記複数のガス成分のそれぞれに対する前記ガス検知センサの検知感度と、推定された前記複数のガス成分の混合比と、前記ガス検知センサから出力された単一の検知信号とから、前記複数のガス成分のそれぞれの濃度を算出する第２演算部と
を含むガス検知器。
【請求項７】
前記環境雰囲気の温度および／または湿度を測定するセンサをさらに含み、
前記第１演算部が、前記記憶部に記憶された前記複数の溶液成分のそれぞれの濃度から、前記センサにより測定された温度および／または湿度に応じて、前記環境雰囲気中の前記複数のガス成分の混合比を推定する、
請求項６に記載のガス検知器。
【請求項８】
前記環境雰囲気の温度および／または湿度を測定するセンサと、
測定された温度および／または湿度に応じて、前記複数のガス成分のそれぞれに対する前記ガス検知センサの検知感度を補正する第３演算部と
をさらに含む請求項６または７に記載のガス検知器。
【請求項９】
前記第１演算部が、前記記憶部に記憶された前記複数の溶液成分のそれぞれの濃度から、ラウールの法則を利用して、前記環境雰囲気中の前記複数のガス成分の混合比を算出する、
請求項６〜８のいずれか１項に記載のガス検知器。
【請求項１０】
前記複数のガス成分のうち少なくとも１つのガス成分に対する前記ガス検知センサの検知感度について、前記ガス成分の濃度と前記ガス検知センサの検知信号強度との関係が、前記ガス成分の濃度の２次関数で近似される、
請求項６〜９のいずれか１項に記載のガス検知器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス検知方法およびガス検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機溶剤などの有害溶液成分を含む混合溶液を取り扱う作業環境においては、有害溶液成分が揮発することで有害ガスが発生し、その有害ガスが作業者の健康に悪影響を及ぼす危険性がある。このような作業環境においては、有害ガスの濃度を常に監視し、作業者の健康障害を未然に防止する必要がある。
【０００３】
作業環境中の有害ガスの濃度は、たとえばガスクロマトグラフを用いて測定することができる。ガスクロマトグラフでは、複数のガス成分の濃度を測定するために、複数のガス成分をカラムで分離した後に、複数のガス成分のそれぞれを別々に検出器で検知して濃度を測定する。ガスクロマトグラフは、複数のガス成分を分離することで、それぞれのガス成分の濃度を精度よく測定することができる。しかし、ガスクロマトグラフは、極めて高価である。また作業現場では迅速な対応が要求されるが、ガスクロマトグラフを用いた測定にはある程度の時間を要する。これらのことから、ガスクロマトグラフは時間とコスト面で簡易測定に不向きなため、あらゆる作業環境に導入することは難しい。
【０００４】
一方、複数のガス成分を分離することなく検知して、各ガス成分の濃度を低コストで測定する方法がいくつか提案されている。たとえば、特許文献１には、環境雰囲気中に含まれることが想定されるガス成分毎に適した複数のガス検知センサを用いて、複数のガス成分の濃度を測定する方法が開示されている。また、たとえば、特許文献２には、ガス検知センサの加熱温度の変化に応じたガス検出特性の変化がガス成分毎に異なることを利用して、複数のガス成分の濃度を測定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−６６３４７号公報
【特許文献２】特開昭６０−１９８４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上述した作業環境において監視が必要となるガス成分は１００種類以上あり、たとえば特許文献１の方法では、それらすべてのガス成分毎に適したガス検知センサを用意するとなると、莫大なコストがかかる。また、特許文献２の方法では、１００種類以上にもおよぶガス成分毎のガス検出特性の温度変化をデータベースとして用意しなければならず、また、実際の測定に際しても、ガス検知センサの加熱温度を変化させながら測定を行なわなければならないので、測定に時間がかかる。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みなされたもので、環境雰囲気中の複数のガス成分の濃度を迅速かつ簡便に低コストで推定可能なガス検知方法およびガス検知器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】
【０００８】
本発明のガス検知方法は、既知濃度の溶液成分が複数含まれる混合溶液が取り扱われる環境雰囲気において、複数のガス成分を同時に検知可能な単一のガス検知センサを用いて、前記混合溶液に含まれる複数の溶液成分から揮発する複数のガス成分のそれぞれの濃度を推定するガス検知方法であって、前記混合溶液に含まれる前記複数の溶液成分のそれぞれの濃度を提供するステップと、提供された前記複数の溶液成分のそれぞれの濃度に基づいて、前記環境雰囲気中の前記複数のガス成分の混合比を推定するステップと、前記ガス検知センサにより前記複数のガス成分を検知して単一の検知信号を取得するステップと、前記複数のガス成分のそれぞれに対する前記ガス検知センサの検知感度と、推定された前記複数のガス成分の混合比と、前記ガス検知センサにより取得された単一の検知信号とから、前記複数のガス成分のそれぞれの濃度を算出するステップとを含むことを特徴とする。
【０００９】
また、前記環境雰囲気の温度および／または湿度を測定するステップをさらに含み、前記環境雰囲気中の前記複数のガス成分の混合比を推定するステップが、測定された前記環境雰囲気の温度および／または湿度に応じて実施されることが好ましい。
【００１０】
また、前記環境雰囲気の温度および／または湿度を測定し、測定された温度および／または湿度に応じて、前記複数のガス成分のそれぞれに対する前記ガス検知センサの検知感度を補正するステップをさらに含むことが好ましい。
【００１１】
また、前記環境雰囲気中の前記複数のガス成分の混合比を推定するステップが、提供された前記複数の溶液成分のそれぞれの濃度から、ラウールの法則を利用して、前記環境雰囲気中の前記複数のガス成分の混合比を算出することを含むことが好ましい。
【００１２】
また、前記複数のガス成分のうち少なくとも１つのガス成分に対する前記ガス検知センサの検知感度について、前記ガス成分の濃度と前記ガス検知センサの検知信号強度との関係が、前記ガス成分の濃度の２次関数で近似されることが好ましい。
【００１３】
本発明のガス検知器は、既知濃度の溶液成分が複数含まれる混合溶液が取り扱われる環境雰囲気において、前記混合溶液に含まれる複数の溶液成分のそれぞれから揮発する複数のガス成分のそれぞれの濃度を推定するためのガス検知器であって、前記複数のガス成分を同時に検知して単一の検知信号を出力する単一のガス検知センサと、前記混合溶液に含まれる前記複数の溶液成分のそれぞれの濃度を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記複数の溶液成分のそれぞれの濃度に基づいて、前記環境雰囲気中の前記複数のガス成分の混合比を推定する第１演算部と、前記複数のガス成分のそれぞれに対する前記ガス検知センサの検知感度と、推定された前記複数のガス成分の混合比と、前記ガス検知センサから出力された単一の検知信号とから、前記複数のガス成分のそれぞれの濃度を算出する第２演算部とを含むことを特徴とする。
【００１４】
また、前記環境雰囲気の温度および／または湿度を測定するセンサをさらに含み、前記第１演算部が、前記記憶部に記憶された前記複数の溶液成分のそれぞれの濃度から、前記センサにより測定された温度および／または湿度に応じて、前記環境雰囲気中の前記複数のガス成分の混合比を推定することが好ましい。
【００１５】
また、前記環境雰囲気の温度および／または湿度を測定するセンサと、測定された温度および／または湿度に応じて、前記複数のガス成分のそれぞれに対する前記ガス検知センサの検知感度を補正する第３演算部とをさらに含むことが好ましい。
【００１６】
また、前記第１演算部が、前記記憶部に記憶された前記複数の溶液成分のそれぞれの濃度から、ラウールの法則を利用して、前記環境雰囲気中の前記複数のガス成分の混合比を算出することが好ましい。
【００１７】
また、前記複数のガス成分のうち少なくとも１つのガス成分に対する前記ガス検知センサの検知感度について、前記ガス成分の濃度と前記ガス検知センサの検知信号強度との関係が、前記ガス成分の濃度の２次関数で近似されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、環境雰囲気中の複数のガス成分の濃度を迅速かつ簡便に低コストで推定可能なガス検知方法およびガス検知器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るガス検知器の概略図である。
【図２】ガス成分の濃度とガス検知センサの検知信号強度との関係を示す模式図であり、（ａ）は、校正前を示し、（ｂ）は、校正後を示し、（ｃ）は、校正後の補正前後を示す。
【図３】ベンゼンおよびイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の二成分混合溶液の蒸気圧について、二成分混合溶液を理想溶液と仮定して、ラウールの法則のみを用いた算出方法によって算出した値と、二成分混合溶液を非理想溶液と仮定して、ラウールの法則と活量係数とを組み合わせた方法によって算出した値とを比較した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態に係るガス検知器およびガス検知方法を説明する。ただし、以下に示す実施形態は一例であり、本発明のガス検知器およびガス検知方法は、以下の例に限定されることはない。
【００２１】
本実施形態のガス検知器およびガス検知方法はそれぞれ、既知濃度の溶液成分が複数含まれる混合溶液が取り扱われる環境雰囲気において、混合溶液に含まれる複数の溶液成分のそれぞれから揮発する複数のガス成分のそれぞれの濃度を推定するために用いられる。本実施形態のガス検知器およびガス検知方法は、たとえば、トルエン、キシレン、酢酸エチルなどの揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を複数種類含む混合溶液を使用するような作業環境において、混合溶液から作業環境内の雰囲気中に揮発するガス成分の濃度を推定し、雰囲気中のガス成分の濃度を監視するために用いることができる。ただし、本発明のガス検知器およびガス検知方法は、そのような例に限定されることはなく、濃度が既知の溶液成分を複数含む混合溶液が取り扱われる環境において、その混合溶液から揮発するガス成分の濃度を推定する必要のある他の用途にも用いることができる。
【００２２】
混合溶液は、それぞれの濃度が既知である複数の溶液成分により構成され、取り扱われる環境内において複数のガス成分の揮発源となる物質である。混合溶液は、環境雰囲気内で取り扱われて、混合溶液を構成する複数の溶液成分のそれぞれに対応して、複数のガス成分を環境雰囲気中に放出する。混合溶液としては、それぞれの濃度が既知である複数の溶液成分により構成されていれば、特に限定されることはないが、たとえば、複数種類の揮発性有機化合物を溶液成分として含む混合溶液が例示され、より具体的には、塗料、印刷インキ、接着剤、防腐剤、断熱材、殺虫剤、防蟻剤、可塑剤、芳香剤、洗浄剤、ガソリン、灯油、シンナーなどが例示される。混合溶液中の溶液成分の濃度は、たとえば、安全データシート（ＳＤＳ）から入手することもできるし、公知の分析手段により測定することもできる。
【００２３】
混合溶液に含まれる溶液成分としては、環境雰囲気中で揮発するものであれば、特に限定されることはないが、たとえば上述した揮発性有機化合物が例示され、より具体的には、メタン、エタン、ｎ−ブタン、イソブタン、２，２−ジメチルブタン、２，３−ジメチルブタン、ｎ−ペンタン、２−メチルペンタン、２，４−ジメチルペンタン、ｎ−ヘキサン、３−メチルヘキサン、ｎ−ヘプタン、３−メチルヘプタン、ノナン、デカン、ウンデカン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ビシクロヘキシル、プロピレン、ｃｉｓ−２−ブテン、ｔｒａｎｓ−２−ブテン、２−メチル−２−ブテン、２−メチル−１−ブテン、１，３−ブタジエン、イソプレン、ｃｉｓ−２−ペンテン、ｔｒａｎｓ−２−ペンテン、１−ヘプテン、ジペンテン、ベンゼン、トルエン、キシレン、１，３，５−トリメチルベンゼン、エチルベンゼン、クメン、スチレン、ナフタレン、テトラリン、クロロメタン、ジクロロメタン、クロロホルム、臭化メチル、クロロエタン、１，２−ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、テトラフルオロエチレン、塩化ビニル、１，１−ジクロロエチレン、ｎ−プロピルブロマイド、１，２−ジクロロプロパン、塩化アリル、クロロベンゼン、ｏ−ジクロロベンゼン、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、イソブタノール、エチレングリコール、ベンジルアルコール、フェノール、メチルメルカプタン、エチルメルカプタン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチルセロソルブ、イソプロピルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル、酸化プロピレン、エチレンオキシド、エピクロロヒドリン、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、ギ酸メチル、酢酸エチル、トリフロロ酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸ビニル、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピオン酸、アクリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブロピルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルｎ−ブチルケトン、メチルアミルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、イソホロン、ジメチルスルホキシド、トリメチルアミン、トリエチルアミン、シクロヘキシルアミン、ピリジン、ピペリジン、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトニトリル、アクリロニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、トリフロロメチルプロフィルケトンなどが例示される。
【００２４】
環境雰囲気は、混合溶液が取り扱われる環境を占める空間内の雰囲気である。混合溶液が取り扱われる環境としては、混合溶液が使用され、製造され、放置されるなどして取り扱われる環境であればいかなる環境であってもよく、特に限定されることはない。混合溶液が取り扱われる環境は、たとえば、工場内、建築現場内、家屋内などが例示され、閉じられた環境に限られることはなく、開かれた環境であっても構わない。環境内の雰囲気としては、特に限定されることはなく、たとえば、大気雰囲気が例示されるが、大気成分とは異なるガス成分組成の雰囲気であってもよいし、大気雰囲気とは異なる圧力の雰囲気であってもよいし、常温よりも高い温度や低い温度の雰囲気であってもよい。
【００２５】
＜ガス検知器＞
ガス検知器１は、混合溶液から揮発する複数のガス成分を検知し、検知した複数のガス成分のそれぞれの環境雰囲気中の濃度を算出する。ガス検知器１は、図１に示されるように、複数のガス成分を同時に検知する単一のガス検知センサ２と、混合溶液中の溶液成分の濃度を記憶する記憶部３と、溶液成分の濃度からガス成分の混合比を推定する第１演算部４と、環境雰囲気中のガス成分の濃度を算出する第２演算部５とを含んでいる。ガス検知センサ２、記憶部３、第１演算部４および第２演算部５は、それぞれが以下で詳しく述べるように機能することができれば、その配置は特に限定されることはなく、すべてが同じ装置内に設けられてもよいし、記憶部３、第１演算部４および第２演算部５が、公知のパーソナルコンピュータや、タブレット端末およびスマートフォンなどの携帯端末など、ガス検知センサ２とは別の情報処理装置に設けられてもよい。
【００２６】
ガス検知センサ２は、複数のガス成分を同時に検知して単一の検知信号を出力する。ガス検知センサ２は、環境雰囲気内に複数のガス成分が導入される前後の環境雰囲気の変化を検知し、複数のガス成分の種類および／または濃度に応じた環境雰囲気の変化を検知信号として出力する。ガス検知センサ２として、本実施形態では熱線型半導体式センサを用いており、複数のガス成分が熱線型半導体式センサの半導体材料表面の吸着酸素との化学反応に伴い抵抗値が変化し、その抵抗値の変化を検知信号として出力する。ガス検知センサ２は、複数のガス成分を同時に検知して単一の検知信号を出力することができれば、特に限定されることはなく、たとえば、熱線型半導体式センサ以外にも、公知の基板型半導体式センサ、接触燃焼式センサなどを用いることができる。
【００２７】
ガス検知センサ２は、本実施形態では、熱線型半導体式センサが採用され、図１に示されるように、公知のホイートストンブリッジ回路として構成される検知回路Ｄ内に設けられる。検知回路Ｄは、ガス検知センサ２と、３つの固定抵抗Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２とがブリッジ状に配置され、電源Ｅによって常時または間欠的に通電される。環境雰囲気内に複数のガス成分が導入されると、複数のガス成分がガス検知センサ２の半導体材料表面上の吸着酸素との化学反応にともないガス検知センサ２の抵抗値が変化し、検知回路Ｄの電位差に変化が生じる。検知回路Ｄに生じる電位差の変化は、検知回路Ｄに設けられる電位差計Ｖによって測定され、検知信号として出力される。出力される検知信号は、検知回路Ｄに通信可能に接続される第１演算部４に送られる。ただし、ガス検知センサ２は、複数のガス成分を同時に検知して単一の検知信号を出力することができれば、本実施形態に限定されることはなく、たとえば検知回路Ｄに組み込まれることなく、他の回路に組み込まれてもよいし、単体として用いられてもよい。
【００２８】
記憶部３は、混合溶液に含まれる複数の溶液成分のそれぞれの濃度を記憶する。たとえば、記憶部３は、混合溶液に含まれる複数の溶液成分、各成分の濃度、検知センサの検知感度を記憶する。複数の溶液成分のそれぞれの濃度とは、混合溶液中でのそれぞれの溶液成分の割合のことを意味する。記憶部３は、図１に示されるように、第１演算部４に通信可能に接続されている。記憶部３に記憶される複数の溶液成分のそれぞれの濃度は、第１演算部４に送られる。記憶部３は、混合溶液に含まれる複数の溶液成分のそれぞれの濃度を記憶することができれば、特に限定されることはなく、たとえばハードディスク、固体メモリ、光記録媒体などを用いることができる。複数の溶液成分のそれぞれの濃度は、あらかじめ測定された濃度が図示しない入力手段によって入力されて記憶部３に記憶されてもよいし、図示しない分析手段によって測定された濃度が直接送信されて記憶部３に記憶されてもよい。また記憶部３に記憶される情報は、前記情報に限定されるものではなく、例えば演算処理の手法に応じた必要な情報が記憶されていればよい。
【００２９】
第１演算部４は、記憶部３に記憶された複数の溶液成分のそれぞれの濃度に基づいて、環境雰囲気中の複数のガス成分の混合比を推定する。複数のガス成分の混合比とは、混合溶液から揮発して生成した複数のガス成分のすべてにより構成されるガス（以下、「混合ガス」という）の中での、それぞれのガス成分の割合のことを意味する。第１演算部４は、図１に示されるように、ガス検知センサ２、記憶部３および第２演算部５に、通信可能に直接または間接的に接続されている。第１演算部４は、ガス検知センサ２から検知信号を受け取り、記憶部３から溶液成分の濃度を受け取り、後述する温度センサ６から環境雰囲気の温度情報を受け取り、ガス成分の混合比を推定して、推定したガス成分の混合比を第２演算部５に送る。ここで、混合溶液に含まれる複数の溶液成分は、それぞれの純液体の状態での蒸気圧が互いに異なるとともに、互いに混合されることでそれぞれの蒸気圧が純液体の状態の蒸気圧から変化する。したがって、環境雰囲気内においては、混合溶液内の各溶液成分は、その混合比（濃度）に比例した量で揮発することはなく、それぞれのガス成分の混合比は、混合溶液内の各溶液成分の混合比（濃度）とは異なることになる。本実施形態では、第１演算部４は、記憶部３に記憶された複数の溶液成分のそれぞれの濃度と、複数の溶液成分のそれぞれの純液体状態の蒸気圧とから、混合溶液状態での複数の溶液成分のそれぞれの蒸気圧を求めることによって、環境雰囲気中の複数のガス成分の混合比を算出する。より具体的には、第１演算部４は、記憶部３に記憶された複数の溶液成分のそれぞれの濃度から、ラウールの法則を利用して、環境雰囲気中の複数のガス成分の混合比を算出する。ラウールの法則によれば、混合溶液の各溶液成分の蒸気圧は、以下の数式１に示されるように、混合溶液中の各溶液成分の濃度（モル分率）ｘiと、各溶液成分の純液体状態での蒸気圧Ｐi0との積で表される。混合溶液中の各溶液成分の濃度は既知であるので、それぞれの純液体状態の蒸気圧から、混合溶液中での各溶液成分の蒸気圧を算出することができる。そして、混合溶液中の各溶液成分の蒸気圧の比は、環境雰囲気中における各ガス成分の混合比に対応するので、混合溶液中の各溶液成分の蒸気圧の比を求めることで、環境雰囲気中における各ガス成分の混合比を算出することができる。
【００３０】
Ｐi＝ｘi・Ｐi0    ［数式１］
Ｐi：混合溶液中の溶液成分ｉの蒸気圧
ｘi：混合溶液中の溶液成分ｉのモル分率
Ｐi0：溶液成分ｉの純液体状態の蒸気圧
【００３１】
なお、混合溶液の環境雰囲気との界面近傍の微小領域は、気化に伴い溶液の組成が変化するが、その微小領域における溶液の量に対して混合溶液全体の量が多ければ、その変化を無視することができる。このような場合には、混合溶液中の各溶液成分の元々の濃度を考慮して、上述したようにラウールの法則のような気液平衡論に基づいて環境雰囲気中のガス成分の混合比を求めることができる。一方、微小領域における溶液の量に対して混合溶液全体の量が少ない場合には、気化に伴う溶液の組成の変化が無視できなくなるので、環境雰囲気中のガス成分の混合比を算出するにあたり、混合溶液の組成の変化を考慮することが好ましい。さらに、混合溶液が液膜の状態であれば、混合溶液は全て気化するものとして、ガス成分の混合比を算出することが好ましい。このように、混合溶液の利用状況に応じて、ガス成分の混合比の算出方法を修正してもよい。
【００３２】
ここで、混合溶液中の溶液成分の蒸気圧は、環境雰囲気の温度に応じても変化し得る。したがって、環境雰囲気中のガス成分の混合比を推定する場合には、環境雰囲気の温度を考慮することが好ましい。本実施形態では、ガス検知器１は、図１に示されるように、環境雰囲気の温度を測定する温度センサ６をさらに含んでいる。温度センサ６は、第１演算部４に通信可能に接続され、測定した環境雰囲気の温度を第１演算部４に送信する。そして、第１演算部４は、記憶部３に記憶された複数の溶液成分のそれぞれの濃度から、温度センサ６により測定された温度に応じて、環境雰囲気中の複数のガス成分の混合比を推定する。より具体的には、第１演算部４は、温度センサ６によって測定された環境雰囲気の温度に対応した、各溶液成分の純液体状態の蒸気圧を用いて、各溶液成分の混合溶液中での蒸気圧を算出する。各溶液成分の純液体状態の蒸気圧は、温度センサ６によって測定された温度と対応させて、あらかじめ実測された実験値を用いてもよいし、公知のアントワン式などの実験式または経験式から求めた値を用いてもよいし、公知のクラウジウス・クラペイロン式などの理論式から求めた値を用いてもよい。ガス検知器１が温度センサ６を含むことにより、環境雰囲気の温度を考慮して環境雰囲気中のガス成分の混合比を推定することができるので、複数のガス成分の混合比をより精度よく推定することができる。ただし、環境雰囲気の温度は、環境雰囲気中に設けられた別の温度センサにより測定されてもよいし、あるいは、環境雰囲気が加熱も冷却もされずに室温がほぼ維持されている場合には、温度センサによって測定することなく、室温に近い特定の温度（たとえば２５℃）と仮定してもよい。例えば、前記温度センサによって温度を測定しない場合には、温度センサ６を含まない構成としてもよい。また温度センサ６を含む場合、温度情報は、記憶部３に通信されて、記憶されるようにしてもよい。この場合、第１演算部４は、ガス検知センサ２から検知信号を受け取り、記憶部３から溶液成分の濃度と環境雰囲気の温度情報を受け取り、ガス成分の混合比の推定を行う。
【００３３】
第１演算部４は、ラウールの法則に加えて、活量係数を用いて、混合溶液中の各溶液成分の蒸気圧を算出して、環境雰囲気中の複数のガス成分のそれぞれの混合比を算出することもできる。混合溶液が、ラウールの法則が成立する理想溶液（たとえば希薄溶液）に近い場合には、上述したラウールの法則を用いた算出方法が好適に採用されるが、混合溶液が、ラウールの法則が成立しない非理想溶液である場合には、ラウールの法則と活量係数とを組み合わせた方法が好適に採用される。後者の場合、以下の数式２に示されるように、混合溶液中の各溶液成分の蒸気圧は、各溶液成分の混合溶液中での活量係数γiと、混合溶液中の各溶液成分の濃度（モル分率）ｘiと、各溶液成分の純液体状態での蒸気圧Ｐi0との積で表される。対象とする混合溶液を、ラウールの法則が成立する理想溶液として取り扱うか、またはラウールの法則が成立しない非理想溶液として取り扱うかは、実験的および／または理論的な検討によって、混合溶液の種類に応じて適宜決定することができるが、たとえば、最終的に算出されるガス成分の濃度と他の手法で求められる濃度とを比較することによって、いずれが適しているかを決定することができる。
【００３４】
Ｐi＝γi・ｘi・Ｐi0    ［数式２］
Ｐi：混合溶液中の溶液成分ｉの蒸気圧
γi：混合溶液中の溶液成分ｉの活量係数
ｘi：混合溶液中の溶液成分ｉのモル分率
Ｐi0：溶液成分ｉの純液体状態の蒸気圧
【００３５】
なお、活量係数とは、現実の溶液系（非理想溶液）を熱力学的に取り扱えるような理想溶液として近似する場合に必要となる補正係数である。活量係数は、実験的に、経験的に、または理論的に求めることができ、特に限定されることはなく、たとえば、公知のＷｉｌｓｏｎ式、ＳＩＬＳ式、ＮＲＴＬ式などを用いて推算することができる。これらの公知の推算方法は、経験的ファクターにも依存するので、その経験的ファクターによって、最終的に算出する蒸気圧が左右される可能性がある。これらの公知の推算方法を採用する際には、あらかじめ、混合溶液中の溶液成分のモル分率に対する混合溶液の蒸気圧の変化（蒸気圧曲線）を推算して、推算された蒸気圧曲線と実測値とを比較したうえで、実測値に最も近い推算結果が得られる手法を採用することが好ましい。
【００３６】
第１演算部４は、記憶部３に記憶された複数の溶液成分のそれぞれの濃度に基づいて、環境雰囲気中の複数のガス成分の混合比を推定することができればよく、上述したラウールの法則を用いた方法やラウールの法則と活量係数とを組み合わせた方法を用いて推定することに限定されることはない。たとえば、あらかじめ、同じ混合溶液を同じ環境雰囲気に置いて、どのような混合比でガス成分が環境雰囲気中に導入されるかを調べておいて、その調べた結果を実際の環境雰囲気中のガス成分の混合比として推定してもよい。
【００３７】
また、混合溶液中の溶液成分の蒸気圧は、環境雰囲気の温度だけでなく湿度に応じても変化する場合があり得る。そのような場合には、環境雰囲気中のガス成分の混合比は、環境雰囲気の温度および／または湿度を考慮することにより、より精度よく推定することができる。その場合、ガス検知器１は、環境雰囲気の温度および／または湿度を測定するセンサ（図示せず）をさらに含んでいてもよい。温度および／または湿度を測定するセンサは、第１演算部４に通信可能に接続され、測定した環境雰囲気の温度および／または湿度を第１演算部４に送信する。そして、第１演算部４は、記憶部３に記憶された複数の溶液成分のそれぞれの濃度から、上記センサにより測定された温度および／または湿度に応じて、環境雰囲気中の複数のガス成分の混合比を推定してもよい。たとえば、第１演算部４は、測定された温度および／または湿度に応じて、各溶液成分の混合溶液中での蒸気圧を算出し、環境雰囲気中の複数のガス成分の混合比を推定してもよい。また、第１演算部４は、あらかじめ、同じ混合溶液を同じ環境雰囲気に置いて、どのような混合比でガス成分が環境雰囲気中に導入されるかを調べておいて、その調べた結果を実際の環境雰囲気中のガス成分の混合比として推定してもよい。上記センサが測定した温度および／または湿度情報は、温度センサ６が測定した温度情報と同様に、直接第１演算部４に送信されても、一旦記憶部３に送信されて、記憶されてもよい。また、上記センサは、温度センサと湿度センサとが一体となったものでもよいし、温度センサと湿度センサとが別体となったものでもよい。なお、混合溶液中の溶液成分の蒸気圧については、たとえば空気に対する水のモル分率を計算すると小さく、蒸気圧曲線から理想と近似しており、理想状態と仮定しても問題はないので、必ずしも湿度補正を行なわなくてもよい。
【００３８】
第１演算部４は、記憶部３に記憶された複数の溶液成分のそれぞれの濃度に基づいて、環境雰囲気中の複数のガス成分の混合比を推定することができれば、特に限定されることはなく、たとえば公知の中央処理装置（ＣＰＵ）などを用いて構成することができる。
【００３９】
第２演算部５は、複数のガス成分のそれぞれに対するガス検知センサ２の検知感度と、第１演算部４によって推定された複数のガス成分の混合比と、ガス検知センサ２から出力された単一の検知信号とから、複数のガス成分のそれぞれの濃度を算出する。複数のガス成分のそれぞれの濃度とは、環境雰囲気中でのガス成分のそれぞれの割合のことを意味する。第２演算部５は、図１に示されるように、第１演算部４に通信可能に接続され、ガス成分の推定された混合比を第１演算部４から受信する。また、第２演算部５は、任意で、算出された複数のガス成分のそれぞれの濃度を出力するために、液晶ディスプレイなどの表示装置やプリンタなどの印字装置などの出力部７に通信可能に接続されてもよい。
【００４０】
ここで、検知感度とは、検知対象であるガス成分の濃度と、その濃度のガス成分をガス検知センサ２が検知したときに出力される検知信号強度との比のことを意味する。たとえば、対象ガス成分の検知感度は、特定のガス（たとえば、トルエンガス）を基準ガスとして、所定の濃度の基準ガスに対して得られるガス検知センサ２の検知信号強度と、同じ所定の濃度の対象ガスを検知することで得られるガス検知センサ２の検知信号強度との比によって、基準ガスに対する相対的な検知感度（相対検知感度、感度比）として表わすこともできる。検知感度は、あらかじめ測定された値を用いても良いし、後述するように、あらかじめ測定された値から補正された値を用いても良い。検知感度は、たとえば、記憶部３に記憶される。
【００４１】
検知感度は、図２（ａ）に示されるように、検出対象であるガス成分の種類やガス検知センサの種類などに応じて変化する。図２（ａ）は、異なるガス成分の濃度と生の検知信号強度との関係の例を示している。ガス検知センサの種類によっては、図２（ａ）には示されていないが、ガス成分の濃度と生の検知信号強度との関係が線形性を有するなど、生の検知信号強度をそのまま用いてガス成分のガス濃度を求めることができる場合がある。そのような場合には、ガス検知センサの校正を行なう必要がない。一方で、ガス検知センサの種類によっては、図２（ａ）に示されるように、ガス成分の濃度と生の検知信号強度との関係が線形性を有さないなど、生の検知信号強度をそのまま用いてガス成分のガス濃度を求めることができない場合がある。そのような場合には、ガス検知器では、一般的に、ガス成分の種類やガス検知センサの種類などに応じて、ガス成分の濃度と検知信号強度との間の相関関係に線形性が得られるように校正が行なわれる（図２（ｂ）の基準ガスを参照）。そのように校正されたガス検知器では、基準ガスの検知感度（ガス成分の濃度と検知信号強度との比）は、ガス成分の濃度によらず一定の値（傾き）を有することになる。しかしながら、本実施形態のように、複数のガス成分を単一のガス検知センサで検知するような場合には、１つのガス成分についてガス検知器の校正を行なうと、他のガス成分については、ガス成分の濃度と検知信号強度との相関関係に線形性が必ずしも得られるとは限らず、検知感度（ガス成分の濃度と検知信号強度との比）が、ガス成分の濃度に応じて変化する場合がある。たとえば、図２（ｂ）に示された例では、他のガス成分Ａについては、ガス成分の濃度と検知信号強度との相関関係に線形性が見られるが、他のガス成分Ｂについては、ガス成分の濃度と検知信号強度との相関関係に線形性が見られない。そのような場合には、基準ガスとするガス成分については、ガス成分の濃度と検知信号強度との相関関係を一次関数で表わされるようにガス検知器を校正しておいて、他のガス成分については、ガス成分の濃度と検知信号強度との相関関係を、その相関関係を表すのに適した関数で近似するのが好ましい。他のガス成分について、ガス成分の濃度と検知信号強度との相関関係を、その相関関係を表すのに適した関数で近似することにより、ガス成分の濃度をより精度よく求めることができる。
【００４２】
ガス成分の濃度と検知信号強度との相関関係を表すのに適した関数は、特に限定されることはなく、ガス検知器により予め純ガス成分について得られた測定データから近似的に求めることができ、たとえば１次関数や、２次関数などの高次関数などを用いることができる。たとえば、複数のガス成分のうち少なくとも１つのガス成分に対するガス検知センサの検知感度について、ガス成分の濃度とガス検知センサの検知信号強度との相関関係が、ガス成分の濃度の２次関数で近似されてもよい。複数のガス成分のうちすべてについて１次関数で近似するのではなく、少なくとも１つのガス成分について２次関数で近似することにより、ガス成分の濃度をより精度よく求めることができる。たとえば、本実施形態のようにガス検知センサとして半導体式センサを用いるような場合には、図２（ａ）に示されるように、ガス成分の濃度と生の検知信号強度との相関関係は２次関数で近似することができない。たとえばトルエンなどの基準ガスについて、ガス成分の濃度と検知信号強度との間の相関関係に線形性が得られるようにガス検知器の校正を行なうことで、図２（ｂ）に示されるように、基準ガス以外の他のガス成分についてガス成分の濃度と検知信号強度との間の相関関係を２次関数で近似可能となる。したがって、任意に選択した基準ガスの濃度と検知信号強度との間の相関関係に線形性が得られるようにガス検知器の校正をしたうえで、その他のガス成分の濃度と検知信号強度との相関関係を２次関数で近似することが好ましい。
【００４３】
ガス成分の濃度と検知信号強度との相関関係を表す関数として２次関数を採用することで以下のような利点もある。ガス成分の濃度とガス検知センサの検知信号強度との相関関係を２次関数で近似する場合、図２（ｂ）に示されるように、２次関数曲線は原点（０、０）を通るので、２次関数の０次係数はゼロとなり、２次関数を決定するのに必要な変数は１次係数および２次係数の２つである。この２つの係数は、ガス検知センサにより濃度の異なる複数の同じガス成分を検知したときに得られる複数の測定データから近似的に求めることができる。ところが、検知感度は、同じ種類のガス検知センサであっても、出荷品の固体差や経時によって変化するため、出荷品の固体差や経時に応じて補正する必要がある。このとき、検知感度が変化する前の２次関数の２次係数を固定値として扱うことにより、検知感度が変化したとしても、検知感度が変化したガス検知センサにより１つの既知濃度のガス成分を検知することにより得られる測定点Ｐ（図２（ｃ）参照）のデータのみから、２次関数を補正することができる。より具体的には、固定値とした２次関数の２次係数と、検知感度が変化したガス検知センサにより得られる１点の測定点Ｐのガス成分の濃度Ｃ１および検知信号強度Ｉ１とから、検知感度が変化した後の２次関数の１次係数を求めることができるので、それによって２次関数を補正することができる。この方法によれば、同じ種類のガス検知センサの出荷品の固体差や経時によって検知感度が変化した場合であっても、１点の測定点Ｐを測定するだけで校正曲線の補正を行なうことができる。
【００４４】
本実施形態では、第２演算部５において、まず、複数のガス成分のそれぞれに対する検知感度と、環境雰囲気内における複数のガス成分のそれぞれの混合比とから、複数のガス成分のすべてにより構成される混合ガスの検知感度が算出される。つぎに、その混合ガスの検知感度と、ガス検知センサ２の単一の検知信号強度とから、環境雰囲気中の混合ガスの濃度が算出される。最後に、その環境雰囲気中の混合ガスの濃度と、複数のガス成分のそれぞれの混合比とから、複数のガス成分のそれぞれのガス濃度が算出される。
【００４５】
第２演算部５は、複数のガス成分のそれぞれに対するガス検知センサ２の検知感度と、第１演算部４によって推定された複数のガス成分の混合比と、ガス検知センサ２から出力された単一の検知信号とから、複数のガス成分のそれぞれの濃度を算出することができれば、特に限定されることはなく、たとえば第１演算部４と同様に公知の中央処理装置（ＣＰＵ）などを用いて構成することができる。また、第１演算部４および第２演算部５は、本実施形態ではガス検知器１にそれぞれ別に設けられているが、１つの演算部として設けられてもよい。
【００４６】
なお、複数のガス成分のそれぞれに対する検知感度は、環境雰囲気の温度および／または湿度に応じて変化し得る。したがって、複数のガス成分のそれぞれに対する検知感度を、環境雰囲気の温度および／または湿度に応じて補正してもよい。それによって、複数のガス成分のそれぞれの検知感度をより精度よく求めることができ、各ガス成分の濃度をより精度よく算出することができる。その目的のために、ガス検知器１は、環境雰囲気の温度および／または湿度を測定するセンサ（図示せず）と、測定された温度および／または湿度に応じて、複数のガス成分のそれぞれに対するガス検知センサ２の検知感度を補正する第３演算部（図示せず）とをさらに含んでもよい。たとえば、第３演算部は、あらかじめ測定された検知感度から導き出される実験式または経験式を用いて、温湿度センサにより測定された温度および／または湿度に対応した検知感度を算出することによって、検知感度を補正してもよい。補正された検知感度は、直接第２演算部５に送信されてもよいし、一旦記憶部３に送信されて、記憶されてもよい。なお、第３演算部は、他の演算部４、５と別に設けられていてもよいし、他の演算部４、５と一体として設けられていてもよい。
【００４７】
以上に示したように、本実施形態のガス検知器１は、環境雰囲気内の複数のガス成分に対して、単一のガス検知センサ２によって単一の検知信号を出力し、その単一の検知信号から複数のガス成分のそれぞれの濃度を算出する。ガス検知器１は、ガス成分の種類の数に応じて、複数のガス検知センサを用いて複数の検知信号を出力する必要もなく、また、複数のガス成分をあらかじめ分離する必要もない。したがって、本実施形態のガス検知器１によれば、環境雰囲気中の複数のガス成分の濃度を迅速かつ簡便に低コストで推定することができる。
【００４８】
つぎに、本実施形態のガス検知方法について説明する。以下においては、上述したガス検知器１を用いて複数のガス成分のそれぞれの濃度を推定する例をもとに、本実施形態のガス検知方法を説明する。しかし、本発明のガス検知方法は、以下の例に限定されることはなく、上述したガス検知器１以外の装置を用いても実施することができる。また、以下においては、本実施形態のガス検知方法に含まれる複数のステップを順に説明するが、複数のステップを実施する順は、以下の説明の順と同じであってもよいし、以下の説明の順と異なっていてもよい。
【００４９】
＜ガス検知方法＞
本実施形態のガス検知方法は、既知濃度の溶液成分が複数含まれる混合溶液が取り扱われる環境雰囲気において、複数のガス成分を同時に検知可能な単一のガス検知センサを用いて、混合溶液に含まれる複数の溶液成分から揮発する複数のガス成分のそれぞれの濃度を推定する方法である。
【００５０】
本実施形態のガス検知方法は、混合溶液に含まれる複数の溶液成分のそれぞれの濃度を提供するステップを含んでいる。上述したガス検知器１を用いた本実施形態では、複数の溶液成分のそれぞれの濃度は、記憶部３に提供され、記憶部３から第１演算部４に提供される。複数の溶液成分のそれぞれの濃度は、あらかじめ測定された濃度が公知の入力手段によって入力されて記憶部３に提供されてもよいし、公知の分析手段によって測定された濃度が記憶部３に提供されてもよい。ただし、複数の溶液成分のそれぞれの濃度は、後述するステップを実施するために提供されれば、特に本実施形態に限定されることはなく、たとえば記憶部３を介さずに第１演算部４に直接提供されてもよいし、ガス検知器１以外の装置の演算部に提供されてもよい。
【００５１】
本実施形態のガス検知方法はまた、提供された複数の溶液成分のそれぞれの濃度に基づいて、環境雰囲気中の複数のガス成分の混合比を推定するステップを含んでいる。上述したガス検知器１を用いた本実施形態では、第１演算部４を用いて、提供された複数の溶液成分のそれぞれの濃度に基づいて、環境雰囲気中の複数のガス成分の混合比を推定する。本実施形態では、第１演算部４を用いて、複数の溶液成分のそれぞれの濃度と、複数の溶液成分のそれぞれの純液体状態の蒸気圧とから、混合溶液状態での複数の溶液成分のそれぞれの蒸気圧を求めることによって、環境雰囲気中の複数のガス成分の混合比を算出する。より具体的には、環境雰囲気中の複数のガス成分の混合比を推定するステップが、提供された複数の溶液成分のそれぞれの濃度から、ラウールの法則を利用して、環境雰囲気中の複数のガス成分の混合比を算出することを含んでいる。ラウールの法則によれば、混合溶液の各溶液成分の蒸気圧は、上述の数式１に示されるように、混合溶液中の各溶液成分の濃度（モル分率）ｘiと、各溶液成分の純液体状態での蒸気圧Ｐi0との積で表される。混合溶液中の各溶液成分の濃度は既知であるので、それぞれの純液体状態の蒸気圧から、混合溶液中での各溶液成分の蒸気圧を算出することができる。そして、混合溶液中の各溶液成分の蒸気圧の比は、環境雰囲気中における各ガス成分の混合比に対応するので、混合溶液中の各溶液成分の蒸気圧の比を求めることで、環境雰囲気中における各ガス成分の混合比を算出することができる。
【００５２】
ここで、混合溶液中の溶液成分の蒸気圧は、環境雰囲気の温度に応じても変化し得る。したがって、環境雰囲気中のガス成分の混合比を推定する場合には、環境雰囲気の温度を考慮することが好ましい。本実施形態のガス検知方法は、環境雰囲気の温度を測定するステップをさらに含んでおり、環境雰囲気中の複数のガス成分の混合比を推定するステップが、測定された環境雰囲気の温度に応じて実施される。上述したガス検知器１を用いた本実施形態では、温度センサ６を用いて、環境雰囲気の温度を測定し、第１演算部４によって、測定された環境雰囲気の温度に対応した、各溶液成分の純液体状態の蒸気圧を用いて、各溶液成分の混合溶液中での蒸気圧を算出する。各溶液成分の純液体状態の蒸気圧は、温度センサ６によって測定された温度と対応させて、あらかじめ実測された実験値を用いてもよいし、公知のアントワン式などの実験式または経験式から求めた値を用いてもよいし、公知のクラウジウス・クラペイロン式などの理論式から求めた値を用いてもよい。環境雰囲気の温度を考慮して環境雰囲気中のガス成分の混合比を推定することで、複数のガス成分の混合比をより精度よく推定することができる。ただし、環境雰囲気の温度は、環境雰囲気中に設けられた別の温度センサによって測定されてもよいし、あるいは、環境雰囲気が加熱も冷却もされずに室温がほぼ維持されている場合には、温度センサにより測定することなく、室温に近い特定の温度（たとえば２５℃）と仮定してもよい。
【００５３】
また、本実施形態のガス検知方法は、環境雰囲気の温度および／または湿度を測定するステップをさらに含んでもよく、環境雰囲気中の複数のガス成分の混合比を推定するステップが、測定された環境雰囲気の温度および／または湿度に応じて実施されてもよい。上述したガス検知器１を用いた本実施形態では、温度および／または湿度を測定するセンサ（図示せず）を用いて、環境雰囲気の温度および／または湿度を測定し、第１演算部４によって、測定された環境雰囲気の温度および／または湿度に対応した、各溶液成分の純液体状態の蒸気圧を用いて、各溶液成分の混合溶液中での蒸気圧を算出する。なお、上記センサが測定した温度および／または湿度情報は、温度センサ６が測定した温度情報と同様に、直接第１演算部４に通信されても、一旦記憶部３に記憶されてもよい。
【００５４】
また、環境雰囲気中の複数のガス成分の混合比を推定するステップは、ラウールの法則に加えて、活量係数を用いて、混合溶液中の各溶液成分の蒸気圧を算出して、環境雰囲気中の複数のガス成分のそれぞれの混合比を算出することを含んでいてもよい。混合溶液が、ラウールの法則が成立する理想溶液（たとえば希薄溶液）に近い場合には、上述したラウールの法則を用いた算出方法が好適に採用されるが、混合溶液が、ラウールの法則が成立しない非理想溶液である場合には、ラウールの法則と活量係数とを組み合わせた方法が好適に採用される。後者の場合、上述の数式２に示されるように、混合溶液中の各溶液成分の蒸気圧は、各溶液成分の混合溶液中での活量係数γiと、混合溶液中の各溶液成分の濃度（モル分率）ｘiと、各溶液成分の純液体状態での蒸気圧Ｐi0との積で表される。対象とする混合溶液を、ラウールの法則が成立する理想溶液として取り扱うか、またはラウールの法則が成立しない非理想溶液として取り扱うかは、実験的および／または理論的な検討によって、混合溶液の種類に応じて適宜決定することができるが、たとえば、最終的に算出されるガス成分の濃度と他の手法で求められる濃度とを比較することによって、いずれが適しているかを決定することができる。
【００５５】
環境雰囲気中の複数のガス成分の混合比を推定するステップは、複数のガス成分の混合比を推定することができれば、上述したラウールの法則を用いた方法やラウールの法則と活量係数とを組み合わせた方法を用いて推定することに限定されることはない。たとえば、あらかじめ、同じ混合溶液を同じ環境雰囲気に置いて、どのような混合比でガス成分が環境雰囲気中に導入されるかを調べておいて、その調べた結果を実際の環境雰囲気中のガス成分の混合比として推定してもよい。また、環境雰囲気中の複数のガス成分の混合比を推定するステップは、本実施形態では、ガス検知器１の第１演算部４によって実施されるが、他の装置の演算部によって実施されてもよい。
【００５６】
本実施形態のガス検知方法はまた、ガス検知センサ２により複数のガス成分を検知して単一の検知信号を取得するステップを含んでいる。上述したガス検知器１を用いた本実施形態では、ガス検知センサ２が組み込まれた検知回路Ｄを用いて、環境雰囲気内に複数のガス成分が導入されることによって生じる検知回路Ｄにおける電位差の変化が単一の検知信号として取得される。ただし、単一の検知信号を取得するステップは、ガス検知センサにより複数のガス成分を検知して単一の検知信号を取得することができれば、本実施形態に限定されることはなく、他の回路に組み込まれたガス検知センサを用いて、あるいは単体としてガス検知センサを用いて、単一の検知信号を取得してもよい。
【００５７】
本実施形態のガス検知方法はまた、複数のガス成分のそれぞれに対するガス検知センサ２の検知感度と、推定された複数のガス成分の混合比と、ガス検知センサ２により取得された単一の検知信号とから、複数のガス成分のそれぞれの濃度を算出するステップを含んでいる。上述したガス検知器１を用いた本実施形態では、第２演算部５を用いて、複数のガス成分のそれぞれの濃度を算出する。本実施形態では、第２演算部５を用いて、まず、複数のガス成分のそれぞれに対する検知感度と、環境雰囲気内における複数のガス成分のそれぞれの混合比とから、複数のガス成分のすべてにより構成される混合ガスの検知感度を算出する。つぎに、その混合ガスの検知感度と、ガス検知センサ２の単一の検知信号強度とから、環境雰囲気中の混合ガスの成分濃度を算出する。最後に、その環境雰囲気中の混合ガスの濃度と、複数のガス成分のそれぞれの混合比とから、複数のガス成分のそれぞれのガス濃度を算出する。
【００５８】
複数のガス成分のそれぞれの濃度を算出するステップは、本実施形態ではガス検知器１の第２演算部５によって実施されるが、他の装置の演算部によって実施されてもよい。
【００５９】
本実施形態のガス検知方法はまた、環境雰囲気の温度および／または湿度を測定し、測定された温度および／または湿度に応じて、複数のガス成分のそれぞれに対するガス検知センサ２の検知感度を補正するステップをさらに含んでいてもよい。上述したガス検知器１を用いた本実施形態では、温度および／または湿度を測定するセンサ（図示せず）を用いて、環境雰囲気の温度および／または湿度を測定し、第３演算部によって、測定された環境雰囲気の温度および／または湿度に応じて、複数のガス成分のそれぞれに対するガス検知センサ２の検知感度を補正する。補正された検知感度は、上述した複数のガス成分のそれぞれの濃度を算出するステップにおいて用いることができる。本実施形態では、第３演算部を用いて、たとえば、あらかじめ測定された検知感度から導き出される実験式または経験式を用いて、上記センサにより測定された温度および／または湿度に対応した検知感度を算出することによって、検知感度を補正する。
【００６０】
本実施形態のガス検知方法は、環境雰囲気の圧力を測定し、測定された圧力に応じて、環境雰囲気中の複数のガス成分の混合比を推定するステップ、および／または複数のガス成分のそれぞれに対するガス検知センサ２の検知感度を補正するステップをさらに含んでいてもよい。その目的のために、上述したガス検知器１は、環境雰囲気の圧力を測定するための圧力センサ（図示せず）を備えていてもよい。本実施形態では、第３演算部によって、圧力センサにより得られた環境雰囲気の圧力に応じて、環境雰囲気中の複数のガス成分の混合比を推定し、および／または複数のガス成分のそれぞれに対するガス検知センサ２の検知感度を補正する。
【００６１】
以上に示したように、本実施形態のガス検知方法は、環境雰囲気内の複数のガス成分に対して、単一のガス検知センサによって単一の検知信号を取得し、その単一の検知信号から複数のガス成分のそれぞれの濃度を算出する。ガス検知方法は、ガス成分の種類の数に応じて、複数のガス検知センサを用いて複数の検知信号を取得する必要もなく、また、複数のガス成分をあらかじめ分離する必要もない。したがって、本実施形態のガス検知方法によれば、環境雰囲気中の複数のガス成分の濃度を迅速かつ簡便に低コストで推定することができる。
【実施例】
【００６２】
以下、実施例をもとに本発明のガス検知器およびガス検知方法の優れた効果を説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００６３】
＜実施例１＞
（１）検知センサ
ガス検知器の検知センサとして、公知の熱線型半導体式センサを用いた。検知センサの検知信号を取得するために、熱線型半導体式センサが組み込まれた新コスモス電機（株）製ＸＰ−３１２０−Ｖを用いた。前記機器に対して、予め求められた検知感度（相対検知感度）は、酢酸エチル：１５．６、トルエン：１、ｍ−キシレン：３．５、ベンゼン：０．３３、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）：１３．７６であった。
（２）混合溶液
（２−１）混合溶液１
２０℃の環境で、酢酸エチル０．３ｇ、トルエン３．０ｇ、ｍ−キシレン６．７ｇを撹拌して混合溶液１を得た。
（２−２）混合溶液２
２２℃の環境で、酢酸エチル１．０ｇ、トルエン１．０ｇ、ｍ−キシレン２．０ｇを撹拌して混合溶液２を得た。
（２−３）混合溶液３
２０℃の環境で、ベンゼン２．０ｇ、ＩＰＡ３．０ｇを攪拌して混合溶液３を得た。
（３）測定用サンプル
（３−１）測定用サンプル１
２０℃の環境で、純空気（住友精化（株）製；合成空気ＡＩＲ−Ｚｅｒｏ−Ａ）で充填した１ＬのＰＥＴ製サンプリングバッグ（近江オドエアーサービス（株）製、Ｆｌｅｋ−Ｓａｍｐｌｅｒ（登録商標））に混合溶液１を３ｍＬ加えて、２時間以上放置した。その後、得られた飽和蒸気のうち７０ｍＬを２１．１９５Ｌチャンバで希釈して、２０分間放置して測定用サンプル１を得た。チャンバ内は、２０℃、６０％ＲＨであった。
（３−２）測定用サンプル２
２２℃の環境で、純空気（住友精化（株）製；合成空気ＡＩＲ−Ｚｅｒｏ−Ａ）で充填した１ＬのＰＥＴ製サンプリングバッグ（近江オドエアーサービス（株）製、Ｆｌｅｋ−Ｓａｍｐｌｅｒ（登録商標））に混合溶液１を３ｍＬ加えて、２時間以上放置した。その後、得られた飽和蒸気のうち３０ｍＬを２１．１９５Ｌチャンバで希釈して、２０分間放置して測定用サンプル２を得た。チャンバ内は、２２℃、６３％ＲＨであった。
（３−３）測定用サンプル３
２０℃の環境で、清浄空気１Ｌで充填した２ＬのＰＶＦ製サンプリングバッグ（近江オドエアーサービス（株）製、テドラーバッグ（登録商標））に混合溶液３を３ｍＬ加えて、２時間以上放置した。その後、得られた飽和蒸気のうち１０ｍＬを２１．１９５Ｌチャンバで希釈して、２０分放置して測定用サンプル３を得た。チャンバ内は、２０℃、６０％ＲＨであった。
（４）ガス成分の混合比の推定方法
ガス成分の混合比を推定するために、混合溶液１、混合溶液２および混合溶液３をそれぞれ、理想溶液および非理想溶液と仮定して、上述した数式１および数式２を用いて混合溶液中の溶液成分の蒸気圧を算出した。溶液成分の純液体状態の蒸気圧は、公知のアントワン式を用いて算出した。また、混合溶液中の溶液成分の活量係数は、公知のＷｉｌｓｏｎ式を用いて算出した。
（５）ガス成分の濃度の算出方法
上述した方法で、複数のガス成分のそれぞれに対するガス検知センサの検知感度と、複数のガス成分の混合比と、ガス検知センサから出力された単一の検知信号とから、複数のガス成分のそれぞれの濃度を算出した。
（６）ガス成分の濃度の理論値の算出方法
上記（４）に従って、各成分の混合比から計算される混合溶液の飽和蒸気圧の成分分圧を理想溶液の場合と非理想溶液の場合について算出して、その各成分の分圧に、上記（３）における希釈倍率を掛けることにより得られる理想溶液と非理想溶液の各成分の濃度を理論値とした。
【００６４】
＜実施例２＞
（１）検知センサ
上述した実施例１と同じガス検知センサを使用した。機器における検知感度（相対検知感度）については、ガス成分の濃度とガス検知センサの検知信号強度との関係を、ガス成分の濃度の２次関数で近似して、測定用サンプル４については、アセトン：３０．８９、ＩＰＡ：２４．０５とし、測定用サンプル５については、アセトン：２６．２０、ベンゼン：０．２９、ＩＰＡ：２０．６５とした。
（２）混合溶液
（２−４）混合溶液４
２０℃の環境で、アセトン７．５ｇ、ＩＰＡ４２．５ｇを撹拌して混合溶液４を得た。
（２−５）混合溶液５
２０℃の環境で、アセトン２．５ｇ、ベンゼン４５．０ｇ、ＩＰＡ２．５ｇを撹拌して混合溶液５を得た。
（３）測定用サンプル
（３−４）測定用サンプル４
２０℃の環境で、ホウケイ酸ガラス製のＵ字管（１５φ、Ｕ字管高さ１３０ｍｍ）に混合溶液４を１５ｍＬ加えて、そのヘッドスペースの高さ３５ｍｍの空間にある混合溶液４の飽和蒸気をサンプルとした。このサンプルのうち３ｍＬを採取して、湿度６０〜６５％ＲＨに調整された空気で１／２０に希釈して測定用サンプル４を得た。
（３−５）測定用サンプル５
２０℃の環境で、ホウケイ酸ガラス製のＵ字管（１５φ、Ｕ字管高さ１３０ｍｍ）に混合溶液５を１５ｍＬ加えて、そのヘッドスペースの高さ３５ｍｍの空間にある混合溶液５の飽和蒸気をサンプルとした。このサンプルのうち３ｍＬを採取して、湿度６０〜６５％ＲＨに調整された空気で１／１０に希釈して測定用サンプル５を得た。
（４）ガス成分の混合比の推定方法
上述した実施例１と同じ方法でガス成分の混合比を推定した。
（５）ガス成分の濃度の算出方法
上述した実施例１と同じ方法で複数のガス成分のそれぞれの濃度を算出した。
（６）ガス成分の濃度の理論値の算出方法
上述した実施例１と同じ方法でガス成分の濃度の理論値を算出した。
【００６５】
測定用サンプル１および２について、混合溶液を理想溶液として仮定した場合の結果を表１に、混合溶液を非理想溶液として仮定した場合の結果を表２に示す。表１から、混合溶液を理想溶液と仮定した場合に、測定用サンプル１および２ともに、ガス成分の算出濃度と理論値とが比較的近い値を示していることが分かる。このことから、本実施形態によるガス検知器およびガス検知方法によれば、環境雰囲気中の複数のガス成分の濃度を迅速かつ簡便に低コストで推定することができることが分かる。一方、表２から、混合溶液を非理想溶液と仮定した場合には、混合溶液を理想溶液と仮定した場合と比べて、ガス成分の算出濃度と理論値とが少し離れた値を示していることが分かる。このことから、本実施例の混合溶液（酢酸エチル、トルエンおよびｍ−キシレンの混合溶液）を対象とする場合には、混合溶液を理想溶液として仮定する方が、非理想溶液と仮定するよりも、精度よくガス成分の濃度を算出することができることが分かる。
【００６６】
【表１】
2019078752.tif 000002
【００６７】
【表２】
2019078752.tif 000003
【００６８】
測定用サンプル３について、混合溶液を理想溶液として仮定した場合の結果を表３に、混合溶液を非理想溶液として仮定した場合の結果を表４に示す。表４から、混合溶液を非理想溶液と仮定した場合に、ガス成分の算出濃度と理論値とが比較的近い値を示していることが分かる。このことから、本実施形態によるガス検知器およびガス検知方法によれば、環境雰囲気中の複数のガス成分の濃度を迅速かつ簡便に低コストで推定することができることが分かる。一方、表３から、混合溶液を理想溶液と仮定した場合には、混合溶液を非理想溶液と仮定した場合と比べて、ガス成分の算出濃度と理論値とが少し離れた値を示していることが分かる。このことから、本実施例の混合溶液（ベンゼンおよびＩＰＡの混合溶液）を対象とする場合には、測定用サンプル１および２とは異なり、混合溶液を非理想溶液として仮定するほうが、理想溶液と仮定するよりも、精度よくガス成分の濃度を算出することができることが分かる。
【００６９】
【表３】
2019078752.tif 000004
【００７０】
【表４】
2019078752.tif 000005
【００７１】
測定用サンプル４について、混合溶液を理想溶液として仮定した場合の結果を表５に、混合溶液を非理想溶液として仮定した場合の結果を表６に示す。表６から、混合溶液を非理想溶液と仮定した場合に、ガス成分の算出濃度と理論値とが比較的近い値を示していることが分かる。このことから、本実施形態によるガス検知器およびガス検知方法によれば、環境雰囲気中の複数のガス成分の濃度を迅速かつ簡便に低コストで推定することができることが分かる。一方、表５から、混合溶液を理想溶液と仮定した場合には、混合溶液を非理想溶液と仮定した場合と比べて、ガス成分の算出濃度と理論値とが少し離れた値を示していることが分かる。このことから、本実施例の混合溶液（アセトンおよびＩＰＡの混合溶液）を対象とする場合には、測定用サンプル１および２とは異なり、混合溶液を非理想溶液として仮定するほうが、理想溶液と仮定するよりも、精度よくガス成分の濃度を算出することができることが分かる。なお、別に行なったガスクロマトグラフによるガス成分のそれぞれの濃度測定の結果も、混合溶液を非理想溶液と仮定した理論値と近い値を示しており、この結果も、混合溶液を非理想溶液として仮定するほうが、本実施例のガス成分の濃度の算出に、より適していることを示唆している。また、本実施例では、検知感度に関して、ガス成分の濃度とガス検知センサの検知信号強度との関係をガス成分の濃度の２次関数で近似したが、１次関数で近似した場合のアセトンおよびＩＰＡの算出濃度は、混合溶液を理想溶液と仮定した場合には、それぞれ１３．２６ｐｐｍ、１２．１７ｐｐｍで、混合溶液を非理想溶液と仮定した場合には、それぞれ１６．３０ｐｐｍ、８．０３ｐｐｍであった。これらの結果は、表５および表６の結果と比べて、理論値から少し離れた値を示している。このことから、本実施例では、検知感度に関して、ガス成分の濃度とガス検知センサの検知信号強度との関係をガス成分の濃度の２次関数で近似した方が、ガス成分の濃度をより精度よく求めることができることが分かる。
【００７２】
【表５】
2019078752.tif 000006
【００７３】
【表６】
2019078752.tif 000007
【００７４】
測定用サンプル５について、混合溶液を理想溶液として仮定した場合の結果を表７に、混合溶液を非理想溶液として仮定した場合の結果を表８に示す。表８から、混合溶液を非理想溶液と仮定した場合に、ガス成分の算出濃度と理論値とが比較的近い値を示していることが分かる。このことから、本実施形態によるガス検知器およびガス検知方法によれば、環境雰囲気中の複数のガス成分の濃度を迅速かつ簡便に低コストで推定することができることが分かる。一方、表７から、混合溶液を理想溶液と仮定した場合には、混合溶液を非理想溶液と仮定した場合と比べて、ガス成分の算出濃度と理論値とが少し離れた値を示していることが分かる。このことから、本実施例の混合溶液（アセトン、ベンゼンおよびＩＰＡの混合溶液）を対象とする場合には、測定用サンプル１および２とは異なり、混合溶液を非理想溶液として仮定するほうが、理想溶液と仮定するよりも、精度よくガス成分の濃度を算出することができることが分かる。なお、別に行なったガスクロマトグラフによるガス成分のそれぞれの濃度測定の結果も、混合溶液を非理想溶液と仮定した理論値と近い値を示しており、この結果も、混合溶液を非理想溶液として仮定するほうが、本実施例のガス成分の濃度の算出に、より適していることを示唆している。また、本実施例では、検知感度に関して、ガス成分の濃度とガス検知センサの検知信号強度との関係をガス成分の濃度の２次関数で近似したが、１次関数で近似した場合のアセトン、ベンゼンおよびＩＰＡの算出濃度は、混合溶液を理想溶液と仮定した場合には、それぞれ９．４７ｐｐｍ、５５．５１ｐｐｍ、１．５３ｐｐｍで、混合溶液を非理想溶液と仮定した場合には、それぞれ７．８７ｐｐｍ、３５．６６ｐｐｍ、４．０１ｐｐｍであった。これらの結果は、表７および表８の結果と比べて、理論値から少し離れた値を示している。このことから、本実施例では、検知感度に関して、ガス成分の濃度とガス検知センサの検知信号強度との関係をガス成分の濃度の２次関数で近似した方が、ガス成分の濃度をより精度よく求めることができることが分かる。
【００７５】
【表７】
2019078752.tif 000008
【００７６】
【表８】
2019078752.tif 000009
【００７７】
ここで、図３に、ベンゼンおよびＩＰＡの二成分混合溶液の蒸気圧について、二成分混合溶液を理想溶液と仮定して、ラウールの法則のみを用いた算出方法によって算出した値と、二成分混合溶液を非理想溶液と仮定して、ラウールの法則と活量係数とを組み合わせた方法によって算出した値とを比較した結果を示す。このとき、活量係数の推算には、Ｗｉｌｓｏｎ式を用いた。図３から、ラウールの法則と活量係数とを組み合わせた方法による算出値の方が、ラウールの法則のみを用いた算出値よりも、実測値により近いことが分かる（実測値は、I. Brown, W. Fock and F. Smith, “Thermodynamic properties of alcohol solutions. II. Ethanol and isopropanol systems”, Aust. J. Chem., 9(3), 364-372(1956)より引用）。このことは、ベンゼンおよびＩＰＡの二成分混合溶液の場合には、二成分混合溶液を非理想溶液として取り扱い、ラウールの法則と活量係数とを組み合わせた方法によって蒸気圧を算出する方が、より精度よく蒸気圧を算出することができることを示している。そして、このことは、上述した測定用サンプル３の結果とも整合する。また、ここでは活量係数の推算方法にＷｉｌｓｏｎ式を採用したが、Ｗｉｌｓｏｎ式を採用しても、問題なく、より実測値に近い値が得られることが分かる。このように、混合溶液中の溶液成分のモル分率に対する混合溶液の蒸気圧の変化（蒸気圧曲線）を推算して、推算された蒸気圧曲線と実測値とを比較することで、採用する推算方法の妥当性を検証することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１  ガス検知器
２  ガス検知センサ
３  記憶部
４  第１演算部
５  第２演算部
６  温度センサ
７  出力部
Ｄ  検知回路
Ｅ  電源
Ｐ  測定点
Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２  固定抵抗
Ｖ  電位差計
【図１】
2019078752.tif 000010
【図２】
2019078752.tif 000011
【図３】
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