(57)【要約】【課題】試料ガス中の微量成分（不純物）の濃度を、ＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光光度計）用いて定量的に求める場合に、バックグラウンドガスの測定に起因するドリフトやノイズを低減化し、微量成分（不純物）ガス濃度を正確に測定する。【解決手段】バックグラウンドガスのＦＴＩＲ測定を行ってシングルビームスペクトルSB(BG)［Ｃ］と合成シングルビームスペクトルSSB(BG)［Ｄ］とを求め、試料ガスのＦＴＩＲ測定を行ってシングルビームスペクトルSB(Samp)［Ｅ］と合成シングルビームスペクトルSSB(Samp)［Ｆ］とを求め、次式で表される試料ガスのダブルシンセティック吸光度スペクトルDSAbsを算出し（ステップＴ９）、前記試料ガス中の微量成分（不純物）の濃度を求める。  DSAbs＝−log[SB(Samp) SSB(BG)/ SSB(Samp) SB(BG)]【選択図】図４
2008232820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ガス中の濃度が未知の微量成分の濃度を、ＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光光度計）を用いて定量的に求める方法であって、
試料ガスと、その試料ガスの測定波数領域を特定し、
前記測定波数領域に吸収を持たないバックグラウンドガスを特定し、
前記バックグラウンドガスのＦＴＩＲ測定を行ってシングルビームスペクトルSB(BG)と合成シングルビームスペクトルSSB(BG)とを求め、
前記試料ガスのＦＴＩＲ測定を行ってシングルビームスペクトルSB(Samp)と合成シングルビームスペクトルSSB(Samp)とを求め、
前記バックグラウンドガスのシングルビームスペクトルSB(BG)、前記バックグラウンドガスの合成シングルビームスペクトルSSB(BG)、前記試料ガスのシングルビームスペクトルSB(Samp)、及び前記試料ガスの合成シングルビームスペクトルSSB(Samp)に基づき、次式で表される試料ガスのダブルシンセティック吸光度スペクトルDSAbsを算出し、
DSAbs＝−log[SB(Samp) SSB(BG)/ SSB(Samp) SB(BG)] 
このダブルシンセティック吸光度スペクトルを、微量成分の濃度がわかっているガスの吸光度スペクトルの前記測定波数領域における積分値と、当該微量成分の濃度との関係を規定するデータである検量線に適用して、前記試料ガス中の微量成分の濃度を求めることを特徴とする、ガス濃度の定量分析方法。
【請求項２】
前記試料ガスのシングルビームスペクトルSB(Samp)、及び前記バックグラウンドガスのシングルビームスペクトルSB(BG)に基づき、次式で表される試料ガスのノーマル吸光度スペクトルAbs を算出し、
Abs＝−log SB(Samp)/SB(BG)
このノーマル吸光度スペクトルを、微量成分の濃度がわかっているガスの吸光度スペクトルの前記測定波数領域における積分値と、当該微量成分の濃度との関係を規定するデータである検量線に適用して、前記試料ガス中の微量成分の濃度を求める工程をさらに含む、請求項１記載のガス濃度の定量分析方法。
【請求項３】
前記試料ガスのシングルビームスペクトルSB(Samp)、及び前記試料ガスの合成シングルビームスペクトルSSB(Samp)に基づき、次式で表される試料ガスのシンセティック吸光度スペクトルSAbsを算出し、
SAbs＝−log SB(Samp)/SSB(Samp)
このシンセティック吸光度スペクトルを、微量成分の濃度がわかっているガスの吸光度スペクトルの前記測定波数領域における積分値と、当該微量成分の濃度との関係を規定するデータである検量線に適用して、前記試料ガス中の微量成分の濃度を求めることを特徴とする、請求項１記載のガス濃度の定量分析方法。
【請求項４】
前記試料ガスのシングルビームスペクトルSB(Samp)、及び前記バックグラウンドガスのシングルビームスペクトルSB(BG)に基づき、次式で表される試料ガスのノーマル吸光度スペクトルAbs を算出し、
Abs＝−log SB(Samp)/SB(BG)
このノーマル吸光度スペクトルを、微量成分の濃度がわかっているガスの吸光度スペクトルの前記測定波数領域における積分値と、当該微量成分の濃度との関係を規定するデータである検量線に適用して、前記試料ガス中の微量成分の濃度を求める工程と、
前記試料ガスのシングルビームスペクトルSB(Samp)、及び前記試料ガスの合成シングルビームスペクトルSSB(Samp)に基づき、次式で表される試料ガスのシンセティック吸光度スペクトルSAbsを算出し、
SAbs＝−log SB(Samp)/SSB(Samp)
このシンセティック吸光度スペクトルを、微量成分の濃度がわかっているガスの吸光度スペクトルの前記測定波数領域における積分値と、当該微量成分の濃度との関係を規定するデータである検量線に適用して、前記試料ガス中の微量成分の濃度を求める工程とをさらに含む、請求項１記載のガス濃度の定量分析方法。
【請求項５】
試料ガス中の濃度が未知の微量成分の濃度を、ＦＴＩＲを用いて定量的に求める装置であって、
ＦＴＩＲ測定装置と、
試料ガスと、その試料ガスの測定波数領域を特定する手段と、
前記測定波数領域に吸収を持たないバックグラウンドガスを特定する手段と、
前記バックグラウンドガスのＦＴＩＲ測定を行って、シングルビームスペクトルSB(BG)と合成シングルビームスペクトルSSB(BG)とを求める手段と、
前記試料ガスのＦＴＩＲ測定を行ってシングルビームスペクトルSB(Samp)と合成シングルビームスペクトルSSB(Samp)とを求める手段と、
前記バックグラウンドガスのシングルビームスペクトルSB(BG)、前記バックグラウンドガスの合成シングルビームスペクトルSSB(BG)、前記試料ガスのシングルビームスペクトルSB(Samp)、及び前記試料ガスの合成シングルビームスペクトルSSB(Samp)に基づき、次式で表される試料ガスのダブルシンセティック吸光度スペクトルDSAbsを算出する手段と、
DSAbs＝−log[SB(Samp) SSB(BG)/ SSB(Samp) SB(BG)] 
このダブルシンセティック吸光度スペクトルを、微量成分の濃度がわかっているガスの吸光度スペクトルの前記測定波数領域における積分値と、当該微量成分の濃度との関係を規定するデータである検量線に適用して、前記試料ガス中の微量成分の濃度を求める手段とを備えることを特徴とする、ガス濃度の定量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス中に混入した微量成分の濃度を定量する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フーリエ変換赤外分光光度計を用いたガス濃度の定量分析方法において、試料ガス中の微量成分ガスの濃度を定量測定する場合、測定精度の向上が課題となっている。このためには、ノイズに妨害されない正確な測定を行うことが必要となる。
そこで、例えば試料ガスとしてアンモニアガスを選び、微量成分ガスとして水を選んだ場合に、前記アンモニアガスのシングルビームスペクトルSB(Samp)を求め、水の測定波数領域に吸収を持たないバックグラウンドガス（例えば窒素ガス）のシングルビームスペクトルSB(BG)を求め、これら２種類のシングルビームスペクトルから吸光度スペクトルAbs を算出する方法が知られている。
【特許文献１】特開2002-22536号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしこの方法では、水分を１００％除去したバックグラウンドガスを使用することが不可能でありシックスナイン（６Ｎ）純度の窒素ガスを使用しても、０．０１ｐｐｍの水分を含むため、試料ガス中の微量水分定量は困難である。また、試料ガスを測定する条件とバックグラウンドガスを測定する条件とをまったく同一にできないので、時間経過に基づく温度変動などのドリフト要因が残ってしまう。
【０００４】
そこで、本発明は、バックグラウンドガスの測定に起因するドリフトやノイズを低減化し、微量成分ガス濃度を正確に測定することのできるガス濃度の定量分析方法及び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】
【０００５】
本発明のガス濃度の定量分析方法は、試料ガスと、その試料ガスの測定波数領域を特定し、前記測定波数領域に吸収を持たないバックグラウンドガスを特定し、前記バックグラウンドガスのＦＴＩＲ測定を行ってシングルビームスペクトルSB(BG)と合成シングルビームスペクトルSSB(BG)とを求め、前記試料ガスのＦＴＩＲ測定を行ってシングルビームスペクトルSB(Samp)と合成シングルビームスペクトルSSB(Samp)とを求め、前記バックグラウンドガスのシングルビームスペクトルSB(BG)、前記バックグラウンドガスの合成シングルビームスペクトルSSB(BG)、前記試料ガスのシングルビームスペクトルSB(Samp)、及び前記試料ガスの合成シングルビームスペクトルSSB(Samp)に基づき、次式で表される試料ガスのダブルシンセティック吸光度スペクトルDSAbsを算出し、
DSAbs＝−log[SB(Samp) SSB(BG)/ SSB(Samp) SB(BG)] (1)
このダブルシンセティック吸光度スペクトルDSAbsを、微量成分の濃度がわかっているガスの吸光度スペクトルの前記測定波数領域における積分値と、当該微量成分の濃度との関係を規定するデータである検量線に適用して、前記試料ガス中の微量成分の濃度を求める方法である。
【０００６】
この方法であれば、前記SB(Samp), SSB(BG), SSB(Samp), SB(BG)という４種類のシングルビームスペクトルを求めて、これらのシングルビームスペクトルから、試料ガスのダブルシンセティック吸光度スペクトルDSAbsを算出することができる。このダブルシンセティック吸光度スペクトルDSAbsは、試料ガスのシンセティック吸光度スペクトルSAbs
SAbs＝−log[SB(Samp)/ SSB(Samp)]  (2)
から、バックグラウンドガスのシンセティック吸光度スペクトル
−log SB(BG)/SSB(BG)    (3)
を引いた形になっている。
【０００７】
このバックグラウンドガスのシンセティック吸光度スペクトル(3)は、バックグラウンドガスの合成シングルビームスペクトルSSB(BG)をリファレンスとして表した、バックグラウンドガスのシングルビームスペクトルSB(BG)である。
一般にバックグラウンドガスは、ごくわずかであるが微量成分が入っている。このバックグラウンドガスの合成シングルビームスペクトル（(3)式の分母）は、前記微量成分を省いたシングルビームスペクトルである。そこで、バックグラウンドガスのシングルビームスペクトルSB(BG)を、このバックグラウンドガスの合成シングルビームスペクトルSSB(BG)で割ることにより、微量成分を含むバックグラウンドガスのみの吸光度スペクトル(3)を得ることができる。
【０００８】
そして、前記試料ガスのシンセティック吸光度スペクトルSAbs（(2)式）から、このバックグラウンドガスのみの吸光度スペクトル（(3)式）を割る、つまりそれらの対数どうしを引くことにより、ノイズやドリフトの低減された試料ガスの正確なダブルシンセティック吸光度スペクトルDSAbs（(1)式）を得ることができる。
これにより、微量成分固有の吸光度スペクトルを知ることができるので、検量線を使って、その濃度を求めることができる。
【０００９】
本発明のガス濃度の定量分析方法は、さらに試料ガスのノーマル吸光度スペクトルAbs を算出する手順を含んでいてもよい。
また、本発明のガス濃度の定量分析方法は、さらに試料ガスのシンセティック吸光度スペクトルSAbsを算出する手順を含んでいてもよい。
また、本発明のガス濃度の定量分析装置は、前記ガス濃度の定量分析方法の発明と実質同一発明にかかる装置である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、試料ガスの定量分析を行うための定量分析装置を示す図である。
同図において、試料ガスの入った試料ガスボンベ１１と、バックグラウンドガスの入ったガスボンベ１３は、ガスの流量を調節するマスフローコントローラ１２、開閉バルブ１４を通して、ガスセル１５のガス入口ＩＮにセットされる。試料ガスボンベ１１、ガスボンベ１３の切り替えはバルブで行う。
【００１１】
一方、ガスセル１５のガス出口ＯＵＴには調整バルブ１６、負圧を作るバキュームジェネレータ１７（圧力エジェクタでもよい）がつながれている。バキュームジェネレータ１７には、空気又は窒素の高圧ガスボンベ２５が接続されている。
ガスセル１５は、図１に示すように、筒状の一定容積のセル室１５ａと、このセル室１５ａの両端面に設けられた光透過窓１５ｂ，１５ｃとを含んでいる。セル室１５ａには、前記ガス入口ＩＮ及びガス出口ＯＵＴが設けられ、さらにセル室１５ａ内の圧力を測定するための圧力トランスデューサ１８につながるポートが設けられている。
【００１２】
前記マスフローコントローラ１２、調整バルブ１６及び圧力トランスデューサ１８は、圧力制御部１９に接続されている。圧力制御部１９は、圧力トランスデューサ１８の圧力測定値に基づいて、試料ガス、バックグラウンドガスの流量と調整バルブ１６の開閉度を調整することにより、ガスセル１５内の圧力を所定の圧力に保つ。
前記光透過窓１５ｂ，１５ｃは、例えば赤外線を透過させるサファイヤ透過窓である。
【００１３】
前記ガスセル１５は、所定温度に保ちやすいように、発泡スチロール等の断熱材（図示せず）で包囲されている。またガスセル１５の全体は、赤外線光源Ｇ、干渉計Ｓ、赤外線検出器Ｄとともに、保温容器（図示せず）に収納されている。保温容器内は、ヒータ又はペルチェ素子などにより一定温度に保たれる。
符号Ｇは、赤外線光源Ｇを示す。赤外線発生の方式は、任意のものでよく、例えばセラミックスヒータ（表面温度４５０℃）等が使用可能である。なお、赤外線光源Ｇで発生した光を、一定周期でしゃ断しながら通過させる回転するチョッパ（図示せず）を付加してもよい。
【００１４】
また、赤外線の波長を選択するための干渉計Ｓが設けられている。干渉計Ｓの構成は、凹面回折格子を用いた分光器など任意の構成を採用することができる。
赤外線光源Ｇから照射され、前記干渉計Ｓを通り、光透過窓１５ｃを通してガスセル１５に入った光は、前記光透過窓１５ｂを通してガスセル１５から出射され、赤外線検出器Ｄによって検出される。前記赤外線検出器Ｄは、ＤｔＧｓ検出器（重水素トリグリシンサルフェイト検出器）、ＩｎＡｓ検出器又はＣＣＤ素子などからなる。
【００１５】
赤外線検出器Ｄの検出信号は、吸光度スペクトル／濃度測定部２０により解析される。この解析方法は後述する。
前記圧力制御部１９、吸光度スペクトル／濃度測定部２０の処理機能は、ＣＤ−ＲＯＭやハードディスクなど所定の媒体に記録されたプログラムを、パーソナルコンピュータが実行することにより実現される。また、吸光度スペクトル／濃度測定部２０に接続されるメモリ２０ａは、ハードディスクなどの記録媒体内に作られた、書き込み可能な設定ファイルにより実現される。
【００１６】
以上の定量分析装置において、ガスボンベ１１，１３に蓄えられた試料ガスやバックグラウンドガスは、ガスセル１５の中に導かれる。
ガスセル１５の中は、圧力トランスデューサ１８により圧力測定されている。そしてこの圧力測定値が目標値になるように、前記圧力制御部１９により、前記マスフローコントローラ１２及び前記調整バルブ１６の制御が行われる。このフィードバック制御によって、ガスセル１５の中は、最終的に所望かつ一定の圧力に保たれる。
【００１７】
この状態で、前記赤外線光源Ｇから光を照射し、前記干渉計Ｓをスペクトル走査させて、前記赤外線検出器Ｄによって、ガスセル１５を透過した光の強度を読み取る。このようにして、ガスセル１５に満たされた試料ガスやバックグラウンドガスのスペクトル光強度を測定することができる。
図２は、干渉計Ｓの内部構造を示す図である。干渉計Ｓとして、図示のようにマイケルソン干渉計を採用している。ここで、マイケルソン干渉計の測定原理を簡単に説明する。
【００１８】
「干渉」とは２つの波が重なったとき、強め合ったり打ち消し合ったりする現象のことである。干渉計は光に対してこの干渉を発生させる光学装置である。一般に、光源から出た光を複数の光路に分け、 両者間に光路差を作って再び合成することにより干渉を起こさせる構造を持っている。
干渉計Ｓは、半透鏡（ビームスプリッターＢＳ）と、１枚の固定された固定ミラーＭｆと１枚の移動可能な可動ミラーＭｍとで構成されている。ビームスプリッターＢＳは赤外線光源Ｇから入射した光の一部を透過し、残りを反射して光を２つに分割する役割を持つ。干渉計Ｓに入射した光束は、まずビームスプリッターＢＳで２つの光束に分割されて、分割された２つの光束は、それぞれ固定ミラーＭｆ、可動ミラーＭｍで反射されて、ビームスプリッターＢＳに戻り、ビームスプリッターＢＳで再び合成される。２つの光束の光路差をｘとする。
【００１９】
さまざまな波数の混ざった光が干渉計Ｓに入射するとする。合成光の強度Ｉ(x)を光路差ｘの関数として表すと、
Ｉ(x)＝∫Ｂ(ν)（１＋cos 2πνx）dν  (4)
となる（νは波数、積分はν=0から無限大まで、Ｂ(ν)は波数スペクトル）。この式(4)は直流分と交流分とからなっており、交流分を改めてＩ(x)とおくと、
Ｉ(x)＝∫Ｂ(ν) cos 2πνx dν    (5)
となる。
【００２０】
この式(5)は「インターフェログラム」と呼ばれ、これをフーリエ変換することによって、波数スペクトルＢ(ν)が得られる。
Ｂ(ν)＝∫Ｉ(x) cos 2πνx dx  (6)
積分はx=マイナス無限大から無限大までとる。この波数スペクトルＢ(ν)を「シングルビームスペクトル」という。前記「無限大」の値はあまり大きくとらなくても、ｘ＝０付近の、Ｉ(x)の強度の高い部分だけとれば十分に正確なよいスペクトルが得られるので、実際には積分範囲をx=0から上限値ｘ0までとれば十分である。上限値ｘ0は例えば１ｃｍとする。
【００２１】
前記(6)式において積分計算するとき、ｘのポイント数を減らしてフーリエ変換することにより、分解能をわざと落としたスペクトルが得られる。このスペクトルを「合成シングルビームスペクトル」という。この合成シングルビームスペクトルは、微量成分（不純物）に基づく細かな凹凸が除去されたスペクトルとなる。
本発明のガス濃度の定量分析方法では、吸光度スペクトル／濃度測定部２０において次の図３に示した手順に従ってデータ処理を行う。
【００２２】
本発明の実施の形態では、まずバックグラウンドガスとして、微量成分（不純物）の測定波数領域に吸収を持たない窒素Ｎ2を選び、試料ガスとしてアンモニアガスを選ぶ。アンモニアガスには水が微量成分（不純物）として入っている。また、バックグラウンドガスである窒素ガスの中にも、ごくわずか（４Ｎ〜６Ｎのオーダー）であるが、水が微量成分（不純物）として入っている。このアンモニアガス中の水の濃度を定量する。
【００２３】
なお、本発明の実施におけるガスの選定はこれらに限られるものではない。バックグラウンドガス、試料ガスとして他の種類のガスを選ぶことも可能である。例えばバックグラウンドガスとしてアルゴンガスのような赤外不活性ガス、試料ガスとしてＨＣｌ（塩化水素）などをあげることができる。
図３を参照して、まずユーザは、ガス濃度を定量するための解析メソッドを作成しメモリ２０ａに登録する（ステップＳ１）。この解析メソッドは、バックグラウンドガスと試料ガスのシングルビームスペクトルを使って解析する解析メソッド「通常モード」と、試料ガスのシングルビームスペクトルと合成シングルビームを使って解析する解析メソッド「シンセティック・モード」と、バックグラウンドガスと試料ガスのシングルビームスペクトルと合成シングルビームを使って解析する「ダブルシンセティック・モード」とがある。各解析メソッドを登録するときには、濃度既知のガスの吸光度スペクトルを測定した検量線データもそれぞれ設定し登録しておく。
【００２４】
通常モードで解析するときは、バックグラウンドガスと試料ガスの種類を特定し、それらのガスのインターフェログラムを測定し、フーリエ変換してシングルビームスペクトルを求めてそれに基づき吸光度スペクトル（ノーマル吸光度スペクトルという）を算出する。
シンセティック・モードで解析するときは、試料ガス、バックグラウンドガスの種類を特定し、試料ガスのシングルビームスペクトルを求めてそれに基づきノーマル吸光度スペクトルを求め、試料ガスの合成シングルビームスペクトルを求めてそれに基づき吸光度スペクトル（シンセティック吸光度スペクトルという）を算出する。
【００２５】
ダブルシンセティック・モードでは、試料ガス、バックグラウンドガスの種類を特定し、バックグラウンドガスのシングルビームスペクトルを求めてそれに基づきノーマル吸光度スペクトルを算出し、試料ガスのシングルビームスペクトルを求めてそれに基づきノーマル吸光度スペクトルを算出し、バックグラウンドガスの合成シングルビームスペクトルを求めてそれに基づきシンセティック吸光度スペクトルを算出し、試料ガスの合成シングルビームスペクトルを求めてそれに基づきシンセティック吸光度スペクトルを算出し、これらの吸光度スペクトルに基づきダブルシンセティック吸光度スペクトルを算出する。
【００２６】
次に測定条件を設定する（ステップＳ２）。測定条件には、分解能、測定波数領域がある。分解能は、例えば0.5 cm-1〜 2cm-1の中から選定するが、合成シングルビームスペクトルを求めるときと、シングルビームスペクトルを求めるときで分解能が違うので、それぞれに対して分解能を設定する。合成シングルビームスペクトルのほうが、分解能は粗くなっている。測定波数領域は微量成分（不純物）の高いピークが存在する領域を１又は複数選定するが、複数選定するときは、測定感度の向上のために、微量成分（不純物）の高いピークが存在する領域から順に選定する。
【００２７】
次に、保存するスペクトルの種類を設定する（ステップＳ３）。保存するスペクトルは、インターフェログラム、シングルビームスペクトル、ノーマル吸光度スペクトル、合成シングルビームスペクトル、シンセティック吸光度スペクトル、ダブルシンセティック吸光度スペクトルの中から１種類又は複数種類選ぶ。
次に、解析メソッドの選択をする（ステップＳ４）。解析メソッドには、前述した通常モード、シンセティック・モード、又はダブルシンセティック・モードの中から選択する。
【００２８】
次に、選択された解析メソッドに従って測定・解析を行う（ステップＳ６〜Ｓ８）。この測定解析内容を、図４を参照しながら詳しく説明する。
図４は、ノーマル吸光度スペクトル、シンセティック吸光度スペクトル、及び本発明に特徴的なダブルシンセティック吸光度スペクトルの求め方を説明するための手順図である。
【００２９】
通常モード測定・解析の場合、バックグラウンドガスのＦＴＩＲ測定を行ってインターフェログラムを得（ステップＴ１）、シングルビームスペクトルSB(BG)を求める（ステップＴ２）。次に、試料ガスのＦＴＩＲ測定を行ってインターフェログラムを得（ステップＴ４）、シングルビームスペクトルSB(Samp)を求める（ステップＴ５）。そしてこれらのシングルビームスペクトルを割り算してノーマル吸光度スペクトルAbsを求める（ステップＴ７）。
【００３０】
Abs＝−log SB(Samp)/SB(BG)    (7)
このノーマル吸光度スペクトルは、バックグラウンドガスのシングルビームスペクトルをリファレンスとした、試料ガスのシングルビームスペクトルを表している。これにより、試料ガスに含まれる微量成分（不純物）ガスを定量測定する場合に、温度などの変動による妨害を取り除くことができる。
【００３１】
シンセティック・モード測定・解析の場合、試料ガスのＦＴＩＲ測定を行ってインターフェログラムを得（ステップＴ４）、シングルビームスペクトルSB(Samp)を求める（ステップＴ５）。次に、試料ガスのＦＴＩＲ測定を行ってインターフェログラムを得、合成シングルビームスペクトルSSB(Samp)を求める（ステップＴ６）。そしてこれらのシングルビームスペクトルを割り算してシンセティック吸光度スペクトルSAbsを求める（ステップＴ８）。
【００３２】
SAbs＝−log SB(Samp)/SSB(Samp)    (8)
このシンセティック吸光度スペクトルSAbsは、微量成分（不純物）を含む試料ガスに対して、その試料ガスの合成シングルビームスペクトルSSB(Samp)をリファレンスとした、その試料ガスのシングルビームスペクトルSB(Samp)を表している。合成シングルビームスペクトルSSB(Samp)は、前述したように、微量成分（不純物）に基づく細かな凹凸が除去されたスペクトルであり、バックグラウンドガスのシングルビームスペクトルと同じく、温度などの変動成分による妨害を取り除くという機能を持つ。これにより、バックグラウンドガスの測定をしなくても、微量成分（不純物）を含む試料ガスに対して、その微量成分（不純物）を含む正確な吸光度スペクトルを得ることができる。
【００３３】
ダブルシンセティック・モード測定・解析の場合、バックグラウンドガスのインターフェログラムを得（ステップＴ１）、シングルビームスペクトルSB(BG)を求める（ステップＴ２）。次に、バックグラウンドガスのインターフェログラムに基づき、合成シングルビームスペクトルSSB(BG)を求める（ステップＴ３）。次に試料ガスのインターフェログラムを得（ステップＴ４）、シングルビームスペクトルSB(Samp)を求める（ステップＴ５）。次に、試料ガスのインターフェログラムに基づき、合成シングルビームスペクトルSSB(Samp)を求める（ステップＴ６）。
【００３４】
そしてこれらのバックグラウンドガスのシングルビームスペクトルSB(BG)、バックグラウンドガスの合成シングルビームスペクトルSSB(BG)、試料ガスのシングルビームスペクトルSB(Samp)、試料ガスの合成シングルビームスペクトルSSB(Samp)に基づき、ダブルシンセティック吸光度スペクトルDSAbsを算出する（ステップＴ９）。
DSAbs＝−log[SB(Samp) SSB(BG)/ SSB(Samp) SB(BG)] 
＝−[log SB(Samp)/SSB(Samp)−log SB(BG)/SSB(BG)］  (9)
このダブルシンセティック吸光度スペクトルの関数形(9)を見ればわかるように、シンセティック吸光度スペクトルSAbs（(8)式）から、バックグラウンドガスのシンセティック吸光度スペクトル
−log SB(BG)/SSB(BG)    (10)
を引いた形になっている。
【００３５】
このバックグラウンドガスのシンセティック吸光度スペクトル（(10)式）は、バックグラウンドガスの合成シングルビームスペクトルSSB(BG)をリファレンスとして表した、バックグラウンドガスのシングルビームスペクトルSB(BG)である。
バックグラウンドガスは、前述したように、ごくわずか（４Ｎ〜６Ｎのオーダー）であるが微量成分（不純物）が入っている。このバックグラウンドガスの合成シングルビームスペクトルSSB(BG)を求めることにより、前記微量成分（不純物）を省いたシングルビームスペクトルが得られる。そして、バックグラウンドガスのシングルビームスペクトルSB(BG)を、このバックグラウンドガスの合成シングルビームスペクトルSSB(BG)で割ることにより、微量成分（不純物）を含まないバックグラウンドガスのみの吸光度スペクトル(10)式を得ることができる。
【００３６】
そして、前記試料ガスのシンセティック吸光度スペクトルSAbs（(8)式）から、このバックグラウンドガスのみの吸光度スペクトル（(10)式）を割る、つまりそれらの対数どうしを引くことにより、ノイズの低減された試料ガスの正確なダブルシンセティック吸光度スペクトルDSAbs（(9)式）を得ることができる。
これにより、微量成分（不純物）の吸光度スペクトルを知ることができる。
【００３７】
次に、この微量成分（不純物）の吸光度スペクトルを、すでに同一温度、同一圧力などの条件下で作成した検量線に適用して、微量成分（不純物）の濃度を求める。
ここで検量線とは、測定波数領域における吸光度スペクトルの積分値とガス濃度との関係を規定するデータである。検量線は、微量成分濃度の分かっているガスと、その吸光度スペクトルとを用いて作成する。微量成分ガスの濃度を変えてみて、当該ガスの吸光度スペクトルを測定する。横軸を微量成分ガスの濃度にとり、縦軸を前記「測定波数領域における吸光度スペクトルの積分値」にとり、プロットし、最小自乗法などを用いて曲線形を決定する。この曲線形のデータを吸光度／濃度測定部２０のメモリ２０ａに記憶しておく。
【００３８】
以上のようにして、検量線を用いて、試料ガスに含まれる濃度が未知の微量成分（不純物）の濃度を定量的に求めることができる。
【実施例１】
【００３９】
バックグラウンドガスとして窒素ガスを選び、試料ガスとしてアンモニアガスを選び、インターフェログラム、シングルビームスペクトル、合成シングルビームスペクトル、吸光度スペクトルの測定を行ったので、グラフ（図５〜図１３）を用いて説明する。説明中の［Ａ］，［Ｂ］などは、図４中の符号に対応する。分解能はシングルビームスペクトルの場合２cm-1に、合成シングルビームスペクトルの場合８cm-1に選び、測定波数領域を3,000 cm-1(3.3μm)〜4,500cm-1(2.2μm)に選んだ。
【００４０】
図５は、バックグラウンドガスのインターフェログラム［Ａ］である。横軸にミラーＭｍの移動距離（単位：ポイント、この実施例では、１ポイントは１．２５μｍに相当する）を表している。ミラーＭｍは往復移動しているが、グラフでは、最大移動距離で折り返す前の「往き」と、折り返した後の「帰り」とを別々に描いている。光路差ｘ＝０のポイントを縦線で表している。
【００４１】
図６は、試料ガスのインターフェログラム［Ｂ］である。図５と比べると、ｘ＝０のポイント付近で微量成分（不純物）である水の信号が現れている。
図７は、バックグラウンドガスのシングルビームスペクトル[Ｃ]を示す。これはバックグラウンドガスのインターフェログラム［Ａ］をフーリエ変換処理したものである。
図８は、バックグラウンドガスの合成シングルビームスペクトル［Ｄ］を示す。バックグラウンドガスのインターフェログラム［Ａ］に分解能を落としてフーリエ変換処理したものである。
【００４２】
図９は、試料ガスのシングルビームスペクトル［Ｅ］を示す。試料ガスのインターフェログラム［Ｂ］にフーリエ変換処理したものである。
図１０は、試料ガスの合成シングルビームスペクトル［Ｆ］を示す。試料ガスのインターフェログラム［Ｂ］に分解能を落としてフーリエ変換処理したものである。
図１１は、試料ガスのノーマル吸光度スペクトルAbsのグラフである。このグラフは図７のグラフ[C]と、図９のグラフ[E]とから計算される。このグラフによれば、横軸に沿ってノーマル吸光度スペクトルAbsの平均値ないし直流成分が変動しておりドリフトが認められる。
【００４３】
図１２は、試料ガスのシンセティック吸光度スペクトルSAbsのグラフである。図９のグラフ[E]と、図１０のグラフ[Ｆ]とから計算される。このグラフによれば、横軸に沿ってノーマル吸光度スペクトルAbsの平均値ないし直流成分が変動しておらず、ドリフトがなくなっている。
図１３は、試料ガスのダブルシンセティック吸光度スペクトルDSAbsのグラフである。図７のグラフ[C]、図８のグラフ[D]、図９のグラフ[E]、図１０のグラフ[F]から計算される。図１２、 図１３において、実際に解析に使用する波数領域は、3659 cm-1から3681cm-1付近である。この波数領域では、バックグラウンドガスで較正することによりノイズ低減が実現されている。
【実施例２】
【００４４】
バックグラウンドガスとして窒素ガスを選び、試料ガスとして大気を選び、インターフェログラム、シングルビームスペクトル、合成シングルビームスペクトル、ノーマル吸光度スペクトルの測定を行ったので、グラフ（図１４〜図２２）を用いて説明する。説明中の［Ａ］，［Ｂ］などは、図４中の符号に対応する。分解能は、シングルビームスペクトル測定の場合２cm-1、合成シングルビームスペクトル測定の場合８cm-1に選び、測定波数領域を600 cm-1(3.3μm)〜4,500cm-1(2.2μm)に選んだ。
【００４５】
図１４は、バックグラウンドガスのインターフェログラム［Ａ］である。横軸にミラーＭｍの移動距離（単位：ポイント、この実施例では１ポイントは１．２５μｍに相当する）を表している。ミラーＭｍは往復移動しているが、グラフでは、最大移動距離で折り返す前の「往き」と、折り返した後の「帰り」とを別々に描いている。光路差ｘ＝０のポイントを縦線で表している。
【００４６】
図１５は、試料ガスのインターフェログラム［Ｂ］である。
図１６は、バックグラウンドガスのシングルビームスペクトル[Ｃ]を示す。これはバックグラウンドガスのインターフェログラム［Ａ］にフーリエ変換処理したものである。1,500cm-1のあたりに、微量成分（不純物）である水や二酸化炭素のスペクトルが現れている。これは、バックグラウンドガスである窒素ガスの中にも、ごくわずか（４Ｎ〜６Ｎのオーダー）であるが、水や二酸化炭素が微量成分（不純物）として入っているからである。
【００４７】
図１７は、バックグラウンドガスの合成シングルビームスペクトル［Ｄ］を示す。バックグラウンドガスのインターフェログラム［Ａ］に分解能を落としたフーリエ変換処理したものである。図１６と比べると、微量成分（不純物）である水や二酸化炭素の信号が消滅している。
図１８は、試料ガスのシングルビームスペクトル［Ｅ］を示す。試料ガスのインターフェログラム［Ｂ］にフーリエ変換処理したものである。フーリエ変換処理をすることにより、大気中の水分、CO2による吸収が現れている。
【００４８】
図１９は、試料ガスの合成シングルビームスペクトル［Ｆ］を示す。試料ガスのインターフェログラム［Ｂ］にポイント数を減らし、分解能を落としてフーリエ変換処理したものである。図１８と比べると、微量成分（不純物）である水や二酸化炭素の信号（1,500cm-1のあたり）が消滅している。
図２０は、試料ガスのノーマル吸光度スペクトルAbsのグラフである。図１６のグラフ[C]と、図１８のグラフ[E]とから計算される。このグラフによれば、横軸に沿ってノーマル吸光度スペクトルAbsの平均値ないし直流成分が変動しておりドリフトが顕著に認められる。
【００４９】
図２１は、試料ガスのシンセティック吸光度スペクトルSAbsのグラフである。図１８のグラフ[E]と、図１９のグラフ[Ｆ]と、から計算される。合成バックグラウンドを用いた吸収スペクトルである。図２０と比べると、横軸に沿ってノーマル吸光度スペクトルAbsの平均値ないし直流成分が変動しておらず、ドリフトの影響が相殺されている。
図２２は、試料ガスのダブルシンセティック吸光度スペクトルDSAbsのグラフである。図１６のグラフ[C]、図１７のグラフ[D]、図１８のグラフ[E]、図１９のグラフ[F]とから計算される。図２１のグラフと比べると、バックグラウンドガスで較正することにより、ノイズ低減が実現されていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】試料ガスを測定するための定量分析装置を示す概略図である。
【図２】干渉計Ｓの内部構造を示す光路図である。
【図３】本発明のガス濃度の定量分析手順を示すフローチャートである。
【図４】ノーマル吸光度スペクトル、シンセティック吸光度スペクトル、及びダブルシンセティック吸光度スペクトルの算出方法を説明するための手順図である。
【図５】実施例１にかかるバックグラウンドガスのインターフェログラム［Ａ］を示すグラフである。
【図６】実施例１にかかる試料ガスのインターフェログラム［Ｂ］を示すグラフである。
【図７】実施例１にかかるバックグラウンドガスのシングルビームスペクトル[Ｃ] を示すグラフである。
【図８】実施例１にかかるバックグラウンドガスの合成シングルビームスペクトル［Ｄ］を示すグラフである。
【図９】実施例１にかかる試料ガスのシングルビームスペクトル［Ｅ］を示すグラフである。
【図１０】実施例１にかかる試料ガスの合成シングルビームスペクトル［Ｆ］を示すグラフである。
【図１１】実施例１にかかる試料ガスのノーマル吸光度スペクトルのグラフである。
【図１２】実施例１にかかる試料ガスのシンセティック吸光度スペクトルのグラフである。
【図１３】実施例１にかかる試料ガスのダブルシンセティック吸光度スペクトルのグラフである。
【図１４】実施例２にかかるバックグラウンドガスのインターフェログラム［Ａ］を示すグラフである。
【図１５】実施例２にかかる試料ガスのインターフェログラム［Ｂ］を示すグラフである。
【図１６】実施例２にかかるバックグラウンドガスのシングルビームスペクトル[Ｃ]を示すグラフである。
【図１７】実施例２にかかるバックグラウンドガスの合成シングルビームスペクトル［Ｄ］を示すグラフである。
【図１８】実施例２にかかる試料ガスのシングルビームスペクトル［Ｅ］を示すグラフである。
【図１９】実施例２にかかる試料ガスの合成シングルビームスペクトル［Ｆ］を示すグラフである。
【図２０】実施例２にかかる試料ガスのノーマル吸光度スペクトルを示すグラフである。
【図２１】実施例２にかかる試料ガスのシンセティック吸光度スペクトルのグラフである。
【図２２】実施例２にかかる試料ガスのダブルシンセティック吸光度スペクトルのグラフである。
【符号の説明】
【００５１】
１１  試料ボンベ
１２  マスフローコントローラ
１３  ボンベ
１４  開閉バルブ
１５  ガスセル
１６  調整バルブ
１７  バキュームジェネレータ
１８  圧力トランスデューサ
１９  圧力制御部
２０  吸光度スペクトル／濃度測定部
２０ａ  メモリ
２５  高圧ガスボンベ
Ｇ  赤外線光源
Ｓ  干渉計
Ｄ  赤外線検出器
【図１】
2008232820.tif 000003
【図２】
2008232820.tif 000004
【図３】
2008232820.tif 000005
【図４】
2008232820.tif 000006
【図５】
2008232820.tif 000007
【図６】
2008232820.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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