(57)【要約】【課題】高感度化とセル窓汚れの低減の両立、およびクエンチングの影響の低減を達成することが可能な発光セルを提供する。【解決手段】セル窓２０を有するセル本体１２と、セル本体に連結された複数のガス導入管１４、１６とを備え、これらガス導入管からセル本体内に複数種のガスＳ、Ｚを同時に導入し、これらのガスをセル本体内で混合して化学発光Ｍを生じさせ、この化学発光をセル窓を通して光検出器６０に検出させる発光セルにおいて、前記複数のガス導入管のガス出口をセル窓の近傍に配置するとともに、ガス導入管のガス出口からセル本体内に流出したガス流の向きをセル窓に向かわない方向Ｐに方向転換させる方向転換部材２４をセル本体内に設置する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セル窓を有するセル本体と、セル本体に連結された複数のガス導入管とを備え、前記ガス導入管からセル本体内に複数種のガスを同時に導入し、これら複数種のガスをセル本体内で混合して化学発光を生じさせ、この化学発光をセル窓を通して光検出器に検出させる発光セルにおいて、前記複数のガス導入管のガス出口をセル窓の近傍に配置するとともに、前記ガス出口からセル本体内に流出したガス流の向きをセル窓に向かわない方向に方向転換させる方向転換部材をセル本体内に設置したことを特徴とする発光セル。
【請求項２】
ガス導入管は多重管構造のものであることを特徴とする請求項１に記載の発光セル。
【請求項３】
セル本体の上部にガス導入管を連結し、セル本体の下部にセル窓を設け、ガス導入管の先端をセル窓の近傍まで延ばすとともに、セル本体の上部に排気口を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の発光セル。
【請求項４】
方向転換部材はガス導入管に固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光セル。
【請求項５】
方向転換部材はガス導入管に着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光セル。
【請求項６】
ガス導入管が内管および外管からなる二重管構造のものであり、ガス導入管からセル本体内に試料ガスおよびオゾン含有ガスを同時に導入するものであり、化学発光方式による窒素酸化物測定装置の発光セルとして使用されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光セル。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光セルを用いたことを特徴とする化学発光方式による窒素酸化物測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部で複数種のガスを混合して化学発光を生じさせ、その発光強度を測定するための発光セルに関する。本発明の発光セルは、例えば、化学発光方式による窒素酸化物測定装置の発光セルとして好適に使用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
大気中や工場排ガス中に含まれる窒素酸化物の濃度を測定する装置として、化学発光方式によるものがある。この窒素酸化物測定装置は、試料ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）とオゾン（Ｏ３）との反応によって生じる化学発光強度が一酸化窒素濃度と比例関係にあることを利用して、試料ガス中に含まれる一酸化窒素濃度を測定するものである。二酸化窒素（ＮＯ２）を測定する場合は、試料ガスをコンバータに通して測定した窒素酸化物（一酸化窒素濃度と二酸化窒素の合計量）濃度から、コンバータを通さない場合の測定値（一酸化窒素濃度）を差し引いて求める。より具体的には、上記窒素酸化物測定装置では、一酸化窒素がオゾンと反応すると励起状態の二酸化窒素が生成し、これが基底状態に戻る際に波長範囲５９０〜２５００ｍｍの化学発光を発することを利用し、この化学発光を光電子増倍管やシリコンフォトダイオードなどで計測して一酸化窒素濃度を求める（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
化学発光方式による窒素酸化物測定装置の構成例を図５に示す。この装置は流路切換方式のもので、図中１０２は試料ガス入口、１０４はダストフィルタ、１０６は流量制御部、１０８は切換弁、１１０はコンバータ、１１２は流路抵抗、１１４は切換弁、１１６はオゾン源ガス入口、１１８はオゾン発生器、１２０は発光セル、１２２は光検出器、１２４は増幅器、１２６は指示記録計、１２８は試料ガス吸引ポンプ、１３０はガス排出口を示す。
【０００４】
また、化学発光方式による窒素酸化物測定装置において、試料ガスとオゾン含有ガスとを混合して化学発光を生じさせ、その発光強度を測定するための発光セルとして、従来、図６および図７に示すものが知られている。
【０００５】
図６において、１５０は発光セル、１６０は化学発光を選択的に透過させる光学フィルタ、１７０は光検出器を示す。本例の発光セルは、略半球ドーム状のセル本体１５１の頂部に外管１５２および内管１５３からなる二重管構造のガス導入管１５４が連結されている。また、セル本体１５１の底部近傍には排気口１５５が形成されている。本例の発光セル１５０では、外管１５２を通ってセル本体１５１内に試料ガスＳが導入され、内管１５３を通ってセル本体１５１内にオゾン含有ガスＺが導入される。そして、外管１５２および内管１５３の出口近傍で試料ガスＳとオゾン含有ガスＺとが混合接触し（混合箇所Ｍを点線で示す）、化学発光が生じる。この化学発光は、セル窓１５６を通って光検出器１７０で検出される。また、排ガスＷは排気口１５５から排出される。
【０００６】
図７において、１８０は発光セル、１６０は化学発光を選択的に透過させる光学フィルタ、１７０は光検出器を示す。本例の発光セル１８０は、略半球ドーム状のセル本体１８１の高さ方向中間部近傍に先端側が下向傾斜した試料ガス導入管１８２およびオゾン導入管１８３が連結され、これら試料ガス導入管１８２およびオゾン導入管１８３の出口はセル本体１８１内の高さ方向中間部近傍で対向している。また、セル本体１８１の頂部には排気口１８４が形成されている。本例の発光セル１８０では、試料ガス導入管１８２を通ってセル本体１８１内に試料ガスＳが導入され、オゾン導入管１８３を通ってセル本体１８１内にオゾン含有ガスＺが導入される。そして、試料ガス導入管１８２およびオゾン導入管１８３の出口近傍で試料ガスＳとオゾン含有ガスＺとが混合接触し（混合箇所Ｍを点線で示す）、化学発光が生じる。この化学発光は、セル窓１８５を通って光検出器１７０で検出される。また、排ガスＷは排気口１８４から排出される。
【０００７】
【非特許文献１】
ＪＩＳ−Ｂ−７９５３−１９９７
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述した化学発光方式による窒素酸化物測定装置において、化学発光の反応速度は速く、一酸化窒素とオゾンが混合接触する箇所で発光の大部分が起こる。よって、試料ガスとオゾン含有ガスとの混合箇所、すなわち発光点を検出器に近づけることで、集光効率を上げることができる。一方、試料ガス中にアンモニアが含まれていると、このアンモニアがオゾンと反応して、セル窓に硝酸アンモニウム塩が析出することが知られている。析出した硝酸アンモニウム塩はセル窓の透過率を下げ、感度低下をもたらすため、定期的なセル窓洗浄が必要である。反応セルの構造により、硝酸アンモニウム塩の影響度は異なるが、一般にセル窓と試料ガスおよびオゾン含有ガスの混合箇所との距離が近く、混合ガスをセル窓に吹き付けるような構造では、硝酸アンモニウム塩の影響が顕著である。このため、感度向上を目的として、図６、図７の発光セルにおいて外管１５２、内管１５３、試料ガス導入管１８２、オゾン導入管１８３を延ばし、図８、図９に示すように混合箇所Ｍをセル窓に近づけると、セル窓汚れの影響が大きくなる。なお、図８、図９おいて、図６、図７と同一の構成部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【０００９】
また、化学発光方式による窒素酸化物測定装置を排ガス測定に用いる場合は、二酸化炭素等などによるクエンチング（消光）の影響が問題となる。これは励起二酸化窒素分子が二酸化炭素等の分子に衝突し、励起状態のエネルギーが化学発光を生じることなく運動エネルギーとして失われる過程である。クエンチングによる負の干渉は、クエンチング分子と励起状態二酸化窒素分子との衝突確率で決まるため、試料ガス流量を減らすとともにオゾン含有ガス流量を増加させ、試料ガスを希釈することで、クエンチングの影響を低減させている。しかし、先に述べたように、化学発光の反応速度は速く、試料ガス流とオゾン含有ガス流が衝突した瞬間に大部分の発光が完了する。つまり、混合（希釈）が十分に行われないうちに発光が起こることになる。このため、試料ガスとオゾン含有ガスの流量比変更による希釈を行っても、クエンチングの影響の低減効果は少ない。一方、一酸化窒素感度は一酸化窒素の分子数で決まるため、試料ガス流量にほぼ比例する。つまり、流量比変更による希釈は、感度低下は大きいがクエンチングの影響の低減効果は小さく、非効率である。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、化学発光方式による窒素酸化物測定装置の発光セルなどとして使用される発光セルであって、高感度化とセル窓汚れの低減の両立、およびクエンチングの影響の低減を達成することが可能な発光セルを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するため、セル窓を有するセル本体と、セル本体に連結された複数のガス導入管とを備え、前記ガス導入管からセル本体内に複数種のガスを同時に導入し、これら複数種のガスをセル本体内で混合して化学発光を生じさせ、この化学発光をセル窓を通して光検出器に検出させる発光セルにおいて、前記複数のガス導入管のガス出口をセル窓の近傍に配置するとともに、前記ガス出口からセル本体内に流出したガス流の向きをセル窓に向かわない方向に方向転換させる方向転換部材をセル本体内に設置したことを特徴とする発光セルを提供する。
【００１２】
本発明の発光セルは、ガス導入管のガス出口をセル窓の近傍に配置したので、発光点を光検出器に近づけることができ、そのため高感度化を図ることができる。また、ガス出口からセル本体内に流出するガス流の向きをセル窓に向かわない方向に方向転換させる方向転換部材をセル本体内に設置したので、混合ガスがセル窓に吹き付けられることを防止することができ、その結果セル窓汚れの低減を図ることができる。さらに、上記方向転換部材によって複数種のガス流が最初に衝突する部分の発光を光検出器から遮蔽することができ、混合希釈が進んだ後の化学発光のみを検出することができるので、クエンチングの影響を低減することができる。
【００１３】
この場合、本発明では、ガス導入管を多重管構造のもの、例えば内管および外管からなる二重管構造のものとすることが適当である。これにより、発光点を光検出器に確実に近づけることができ、高感度化を確実に達成することができる。
【００１４】
また、本発明では、セル本体の上部にガス導入管を連結し、セル本体の下部にセル窓を設け、ガス導入管の先端をセル窓の近傍まで延ばすとともに、セル本体の上部に排気口を形成することが好ましい。これにより、ガス出口からセル本体内に流出したガスが流れる向きを確実にセル窓から遠ざかる方向とすることができ、セル窓汚れの低減を確実に達成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明につきさらに詳しく説明する。本発明の発光セルは、例えば化学発光方式による窒素酸化物測定装置の発光セルとして使用する場合、ガス導入管を内管および外管からなる二重管構造のものとし、このガス導入管からセル本体内に試料ガスおよびオゾン含有ガスを同時に導入する構造を採ることができる。この発光セルの例を図１に示す。
【００１６】
図１において、１０は発光セル、５０は化学発光を選択的に透過させる光学フィルタ、６０は光検出器を示す。本例の発光セルは、略半球ドーム状のセル本体１２の頂部に外管１４および内管１６からなる二重管構造のガス導入管１８が連結されている。また、セル本体１２の下部に透明なセル窓２０が設けられており、ガス導入管１８の先端はセル窓２０の近傍まで延ばされている。さらに、セル本体１２の上部には排気口２２が形成されている。
【００１７】
また、本例の発光セルにおいては、ガス導入管１８の先端に、ガス導入管１８のガス出口からセル本体１２内に流出したガス流の向きをセル窓２０に向かわない方向に方向転換させる方向転換部材２４が固定されている。この方向転換部材２４は、図２、図３に示すように、径が外管１４の径とほぼ等しい円盤状のものである。具体的には、本例では、外管１４を内管１６より長くし、外管１４の先端に内方に延びる鍔部２６を形成し、この鍔部２６の中央に径が内管１６の径とほぼ等しい円柱状のつなぎ部２８を連結し、つなぎ部２８の下部に方向転換部材２４を連結してある。また、鍔部２６には複数のガス出口３０を形成してある。
【００１８】
本例の発光セル１０では、外管１４を通ってセル本体１２内に試料ガスＳが導入され、内管１６を通ってセル本体１２内にオゾン含有ガスＺが導入される。そして、外管１４および内管１６の出口近傍で試料ガスＳとオゾン含有ガスＺとが混合接触し（混合箇所Ｍを点線で示す）、化学発光が生じる。この化学発光は、セル窓２０を通って光検出器６０で検出される。
【００１９】
上述のように、本例の発光セル１０では、試料ガスＳとオゾン含有ガスＺをガス導入管１８で光検出器６０の近くに導き、混合させる。このとき、外管１４の先端部を方向転換部材２４を有する形状として、試料ガスＳとオゾン含有ガスＺとの混合ガスがセル窓２０に対して側方に流れるようにする（ガス流の向きを矢印Ｐで示す）。さらに、排気口２２をセル本体１２の上部に設けることで、混合ガスの流れをセル窓２０から遠ざかる方向とする（ガス流の向きを矢印Ｑで示す）。これにより、混合箇所Ｍを光検出器６０に近づけて集光効率を上げると同時に、混合ガスがセル窓２０に直接当たらない構造として、高感度化とセル窓汚れ防止を両立させることができる。
【００２０】
また、方向転換部材２４により、試料ガスＳとオゾン含有ガスＺとが最初に衝突する部分の発光を光検出器６０から遮蔽することができ、混合希釈が進んだ後の化学発光のみを検出することができるので、クエンチングの影響の低減することができる（検出する化学発光部分を円Ｒで示す）。この場合、発光強度が強い部分を遮蔽するため感度低下が起こるが、クエンチング影響が問題になる排ガス測定では、比較的高濃度なサンプルが測定対象であり、感度低下の影響は小さい。また、集光効率向上による高感度化の効果もあり、実測上十分な感度が得られる。
【００２１】
さらに、試料ガスの種類に応じて方向転換部材の面積を変更すること、例えば図４に示すように方向転換部材２４の面積を大きくすることで、感度とクエンチング影響度の調整が可能である。また、内管１６の上下方向の配置位置を変更することによって、内管１６の下部での反応ガスの混合・希釈の進行の度合いを調節し、感度とクエンチング影響度の調整が可能である。また、方向転換部材は図１の例のようにガス導入管に固定してもよいが、方向転換部材を適宜構造によりガス導入管に着脱可能に取り付け、試料ガスの種類に応じて面積の異なる方向転換部材を使用するようにしてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の発光セルによれば、高感度化とセル窓汚れの低減の両立、およびクエンチングの影響の低減を達成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発光セルの一例を示す概略図である。
【図２】図１の発光セルのガス導入管１８の先端部分を示す断面図である。
【図３】図２のＩ  Ｉ  Ｉ−  Ｉ  Ｉ  Ｉ断面図である。
【図４】本発明に係る発光セルの一例を示す概略図である。
【図５】化学発光方式による窒素酸化物測定装置の構成例を示すフロー図である。
【図６】従来の発光セルの一例を示す概略図である。
【図７】従来の発光セルの一例を示す概略図である。
【図８】従来の発光セルの一例を示す概略図である。
【図９】従来の発光セルの一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１０  発光セル
１２  セル本体
１４  外管
１６  内管
１８  ガス導入管
２０  セル窓
２２  排気口
２４  方向転換部材
２６  鍔部
２８  つなぎ部
３０  ガス出口
５０  光学フィルタ
６０  光検出器
Ｓ  試料ガス
Ｚ  オゾン含有ガス
Ｍ  混合箇所
Ｐ  ガス流の向き
Ｑ  ガス流の向き
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005003497.tif 000009
【図８】
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【図９】
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