(57)【要約】【課題】エチレンに含まれる微量なメタン及びエタンを精度良く測定することが可能なガス濃度分析装置を提供する。【解決手段】ガス濃度分析装置１は、波長が３．４２μｍ以上３．７１μｍ以下の波長領域に含まれる光を、測定対象ガスＸ（微量なメタン及びエタンが含まれるエチレン）に照射し、照射した光の吸光度に基づいて測定対象ガスＸの濃度を測定する。ガス濃度分析装置１が測定対象ガスＸに照射する光の波長は３．４２μｍ以上３．５０μｍ以下の波長領域に含まれることが望ましく、更には３．４３９μｍ以上３．４４２μｍ以下、或いは３．４５１μｍ以上３．４５５μｍ以下の波長領域に含まれることが望ましい。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象ガスに光を照射し、該光の吸光度に基づいて前記測定対象ガスの濃度を測定するガス濃度分析装置において、
前記測定対象ガスは、微量なメタン及びエタンが含まれるエチレンであり、
前記測定対象ガスに照射される光は、波長が３．４２μｍ以上３．７１μｍ以下の波長領域に含まれる光であることを特徴とするガス濃度分析装置。
【請求項２】
前記測定対象ガスに照射される光は、波長が３．４２μｍ以上３．５０μｍ以下の波長領域に含まれる光であることを特徴とする請求項１記載のガス濃度分析装置。
【請求項３】
前記測定対象ガスに照射される光は、波長が３．４３９μｍ以上３．４４２μｍ以下、或いは３．４５１μｍ以上３．４５５μｍ以下の波長領域に含まれる光であることを特徴とする請求項２記載のガス濃度分析装置。
【請求項４】
前記測定対象ガスに照射される光は、メタン又はエタンの吸収ピークのスペクトル線幅と同程度以下のスペクトル線幅のレーザ光であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のガス濃度分析装置。
【請求項５】
前記測定対象ガスに照射する光の波長を、前記波長領域内で変化させることが可能な波長可変光源を備えることを特徴とする請求項４記載のガス濃度分析装置。
【請求項６】
前記波長可変光源を１つのみ備えており、
前記波長可変光源から射出される前記レーザ光を用いて前記エチレンに含まれる前記メタン及び前記エタンを同時に測定する
ことを特徴とする請求項５記載のガス濃度分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス濃度分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エチレン（Ｃ２Ｈ４）は、エチレンプラントと呼ばれる生産設備において、ナフサを主とする炭化水素を水蒸気と混合して８００〜９００℃程度の高温で熱分解し、熱分解ガスを蒸留分離することによって生産される。熱分解ガスには不純物としてのメタン（ＣＨ４）及びエタン（Ｃ２Ｈ６）が含まれるため、熱分解ガスからメタン及びエタンを除去する工程が精製工程の途中で行われる。但し、メタン及びエタンを完全に除去することは困難なため、最終製品としてのエチレンには微量なメタン及びエタンが含まれてしまう。このため、エチレンプラントでは、生産されたエチレンに含まれる微量なメタン及びエタンの測定が行われる。
【０００３】
従来、エチレンに含まれる微量なメタン及びエタンの測定は、ガスクロマトグラフを用いて行われていた。ガスクロマトグラフを用いることで、エチレンに含まれる微量なメタン及びエタンを高精度に測定することができる。しかしながら、ガスクロマトグラフは、測定に長時間を要するとともに、測定対象ガスを移動させるためのキャリアガス（例えば、ヘリウム、水素等）を用いる必要があることからコストが高くなるという欠点がある。
【０００４】
以下の特許文献１には、エチレンに含まれる微量なメタン及びエタンの測定に関するものではないが、炭化水素を含む測定対象ガスに照射した光の吸光度に基づいて、測定対象ガスに含まれる単数又は複数の化学種のうち、共通の吸収領域の波長帯の光を吸収する化学種の濃度の和を算出する点が開示されている。また、以下の非特許文献１には、測定対象ガスにレーザ光を照射し、測定対象ガスを透過したレーザ光の吸収スペクトルに基づいて、測定対象ガスに含まれる成分及びその濃度等を測定するレーザガス分析計が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１１５６５４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】田村一人，他３名，「レーザガス分析計ＴＤＬＳ２００とその産業プロセスへの応用」，横河技報，Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ．２，２０１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した特許文献１に開示された技術では、測定対象ガスがエンジン等の排気ガスのように炭化水素の濃度及び組成が変化するガスであっても、リアルタイムで且つ精度良く測定対象ガスに含まれる炭化水素の濃度を測定することが可能である。しかしながら、上述した特許文献１に開示された技術は、化学種の濃度の和（例えば、アルカン及びアルケンの濃度の和）を検出するものであることから、エチレンに含まれる微量なメタンとエタンとを個別に測定することはできない。
【０００８】
上述した非特許文献１に開示されたレーザガス分析計では、エチレンに含まれる微量なメタンとエタンとを個別に測定することが可能であると考えられる。しかしながら、上述した非特許文献１に開示されたレーザガス分析計は、波長を可変することが可能な範囲がある程度制限される。このため、エチレンに含まれる微量なメタンとエタンとを個別に測定するには、メタン測定用の光源及び受光素子と、エタン測定用の光源及び受光素子とが必要になり、コストの上昇を招いてしまうという問題が考えられる。コストの上昇を招くことなくエチレンに含まれる微量なメタン及びエタンを測定するには、例えばエチレンの吸光度が極力小さく、且つメタン及びエタンの双方の吸光度が大きな適切な波長領域を吟味して選択する必要がある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、エチレンに含まれる微量なメタン及びエタンを精度良く測定することが可能なガス濃度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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のガス濃度分析装置は、測定対象ガス（Ｘ）に光（Ｌ）を照射し、該光の吸光度に基づいて前記測定対象ガスの濃度を測定するガス濃度分析装置（１）において、前記測定対象ガスが、微量なメタン及びエタンが含まれるエチレンであり、前記測定対象ガスに照射される光が、波長が３．４２μｍ以上３．７１μｍ以下の波長領域（Ｒ１）に含まれる光であることを特徴としている。
また、本発明のガス濃度分析装置は、前記測定対象ガスに照射される光が、波長が３．４２μｍ以上３．５０μｍ以下の波長領域（Ｒ２）に含まれる光であることを特徴としている。
また、本発明のガス濃度分析装置は、前記測定対象ガスに照射される光が、波長が３．４３９μｍ以上３．４４２μｍ以下、或いは３．４５１μｍ以上３．４５５μｍ以下の波長領域（Ｒ３、Ｒ４）に含まれる光であることを特徴としている。
また、本発明のガス濃度分析装置は、前記測定対象ガスに照射される光が、メタン又はエタンの吸収ピークのスペクトル線幅と同程度以下のスペクトル線幅のレーザ光であることを特徴としている。
また、本発明のガス濃度分析装置は、前記測定対象ガスに照射する光の波長を、前記波長領域内で変化させることが可能な波長可変光源を備えることを特徴としている。
また、本発明のガス濃度分析装置は、前記波長可変光源を１つのみ備えており、前記波長可変光源から射出される前記レーザ光を用いて前記エチレンに含まれる前記エタン及び前記メタンを同時に測定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、波長が３．４２μｍ以上３．７１μｍ以下の波長領域に含まれる光を、測定対象ガスＸ（微量なエタン及びメタンが含まれるエチレン）に照射し、照射した光の吸光度に基づいて測定対象ガスＸの濃度を測定するようにしているため、エチレンに含まれる微量なメタン及びエタンを精度良く測定することが可能であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】微量なメタンの検出に適した候補波長領域である７．３〜８．６μｍの吸収スペクトルを示す図である。
【図２】微量なエタンの検出に適した候補波長領域の１つである６．５μｍ帯の吸収スペクトルを示す図である。
【図３】微量なエタンの検出に適したもう１つの候補波長領域である３．４μｍ帯の吸収スペクトルを示す図である。
【図４】外部機関に依頼して得られたエチレンの３．４μｍ帯における吸収スペクトルを示す図である。
【図５】外部機関に依頼して得られたエチレンの３．４μｍ帯における吸収スペクトルの拡大図である。
【図６】外部機関に依頼して得られたエチレンの３．４μｍ帯における吸収スペクトルの拡大図である。
【図７】図６の横軸を拡大した図である。
【図８】本発明の一実施形態によるガス濃度分析装置の要部構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の一実施形態によるガス濃度分析装置の電気的構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態によるガス濃度分析装置について詳細に説明する。本発明の一実施形態によるガス濃度分析装置は、エチレンに含まれる微量なメタンとエタンとを個別に測定することが可能なものである。このようなガス濃度分析装置において、コストの上昇を招くことなくエチレンに含まれる微量なメタン及びエタンを測定するには、例えばエチレンの吸光度が極力小さく、且つメタン及びエタンの双方の吸光度が大きな適切な波長領域を吟味して選択することが極めて重要になる。このため、以下では、ガス濃度分析装置の装置構成を説明する前に、ガス濃度分析装置で用いられる光の波長について説明する。
【００１４】
〔ガス濃度分析装置で用いられる光の波長〕
本出願の発明者は、既存のデータベース（種々のガスの吸収スペクトルを示すデータが収納されているデータベース）から得られるデータを用い、エチレン、メタン、及びエタンの吸光度を詳細に検討した。既存のデータベースからは、高純度（１００％に近い純度（例えば、９９．５％程度の純度））のエチレン、メタン、及びエタンの吸光度を示すデータが得られる。これらデータによると、エチレンの吸光度に対してメタンの吸光度が大きくなる波長領域は、７．３〜８．６μｍの波長領域であった。また、エチレンの吸光度に対してエタンの吸光度が大きくなる波長領域は、３．４μｍ帯、又は、６．５μｍ帯であった。これらの波長領域が、エチレンに含まれる微量なメタン及びエタンの測定に適した波長領域の候補（候補波長領域）として挙げられる。
【００１５】
図１〜図３は、エチレンに含まれる微量なメタン及びエタンの測定に適した候補波長領域の吸収スペクトルを示す図である。図１は、微量なメタンの検出に適した候補波長領域である７．３〜８．６μｍの吸収スペクトルを示す図である。図２は、微量なエタンの検出に適した候補波長領域の１つである６．５μｍ帯の吸収スペクトルを示す図である。図３は、微量なエタンの検出に適したもう１つの候補波長領域である３．４μｍ帯の吸収スペクトルを示す図である。
【００１６】
尚、図１〜図３に示す吸収スペクトルは、上述した既存のデータベースから得られるデータを加工して作成したものである。具体的には、既存のデータベースから得られる高純度（１００％に近い純度）のメタン及びエタンのデータの縦軸を濃度に応じて縮小し、高純度（１００％に近い純度）のエチレンのデータに重ね合わせて作成したものである。このように作成された吸収スペクトルは、純度がほぼ１００％であるエチレンに、微量のエタン（例えば、５００ｐｐｍ程度）と微量のメタン（例えば、１５００ｐｐｍ程度）とが含まれている測定対象ガスの吸収スペクトルを模したものということができる。
【００１７】
図１を参照すると、メタンの吸光度がエチレンの吸光度よりも大きくなり、メタンの吸収スペクトルの形状が特徴的な形状（例えば、複数のピークを有する形状）になる波長が存在することが分かる。このため、図１に示す波長領域（７．３〜８．６μｍ）の光を用いればエチレンに含まれる微量なメタンの測定が可能であると考えられる。また、図２を参照すると、エタンの吸光度は、図１に示すメタンの吸光度に比べると小さいが、エタンの吸光度がエチレンの吸光度よりも大きくなる波長が存在することが分かる。このため、図２に示す波長領域（６．５μｍ帯）の光を用いればエチレンに含まれる微量なエタンの測定が可能であると考えられる。
【００１８】
以上から、図１に示す波長領域（７．３〜８．６μｍ）の光と、図２に示す波長領域（６．５μｍ帯）の光とを用いれば、エチレンに含まれる微量なメタン及びエタンを測定することができると考えられる。但し、これらの波長領域を用いる場合は、各々の波長領域の光を射出する光源が必要になることから、コストの上昇を招いてしまう可能性が考えられる。
【００１９】
図３を参照すると、メタンの吸収スペクトルの形状が特徴的な形状（例えば、複数のピークを有する形状）になり、且つエタンの吸光度がエチレンの吸光度よりも大きくなるとともにエタンの吸収スペクトルの形状が特徴的な形状になる波長が存在することが分かる。このため、図３に示す波長領域（３．４μｍ帯）の光を用いることができれば、複数の光源を用いることなく（コストの上昇を招くことなく）エチレンに含まれる微量なメタン及びエタンを測定できる可能性があるとも考えられる。しかしながら、図３を参照すると、メタンの吸光度はエチレンの吸光度よりも著しく小さいため、当業者であれば図３に示す波長領域を用いることはできないと考えるのが自然である。
【００２０】
ここで、本出願の発明者は、純度が極めて高いエチレン（純度が９９．９９９％のエチレン）の３．４μｍ帯における吸収スペクトルの測定を外部機関に依頼し、その測定結果を検証した。図４は、外部機関に依頼して得られたエチレンの３．４μｍ帯における吸収スペクトルを示す図である。図４において、符号Ｑで指し示されている波形が、外部機関に依頼して得られたエチレンの吸収スペクトルである。尚、図４においては、比較のため、図３に示したエチレン及びエタンの吸収スペクトルを重ねて図示している。
【００２１】
図４を参照すると、外部機関に依頼して得られたエチレンの吸収スペクトルは、図３に示したエチレンの吸収スペクトルとは異なっており、３．４μｍ帯（図中破線で囲われた波長領域）における吸光度が全体的に小さくなっていることが分かる。また、図４を参照すると、外部機関に依頼して得られたエチレンの吸収スペクトルは、吸光度がほぼ零になる波長が存在することも分かる。これにより、３．４μｍ帯においては、メタンの吸光度がエチレンの吸光度よりも大きくなり、且つ、エタンの吸光度がエチレンの吸光度よりも大きくなる波長が存在する可能性があることが分かった。
【００２２】
そこで、本出願の発明者は、エチレンに含まれる微量なメタン及びエタンを測定するのに適した波長領域を具体的に選択する作業を行った。図５，図６は、外部機関に依頼して得られたエチレンの３．４μｍ帯における吸収スペクトルの拡大図である。尚、図５（ｂ）は、図５（ａ）の縦軸を拡大した図であり、図６は、図５（ａ）と同じ図である。また、図５，図６においては、図３に示したメタン及びエタンの吸収スペクトルを重ねて図示している。
【００２３】
図５を参照すると、エチレンに含まれる微量なメタン及びエタンを測定することが可能な波長領域（おおむね、メタン及びエタンの吸光度がエチレンの吸光度よりも大きくなり、メタン及びエタンの吸収スペクトルの形状が特徴的な形状となる波長が含まれる領域）として、３．４２〜３．７１μｍ（図中、符号Ｒ１が付された波長領域）が挙げられる。また、図６を参照すると、図５に示す波長領域Ｒ１の中で、エタンの吸光度が大きく、且つメタンの吸収スペクトルの形状が特徴的な形状となっていて、メタン及びエタンの測定を容易に行うことができる波長領域として、３．４２〜３．５０μｍ（図中、符号Ｒ２が付された波長領域）が挙げられる。
【００２４】
図７は、図６の横軸を拡大した図である。図７に示す通り、図６に示す波長領域Ｒ２の中で、エチレンに含まれる微量なメタン及びエタンを測定するのに適した波長領域として、３．４３９〜３．４４２μｍ（図中、符号Ｒ３が付された波長領域）と、３．４５１〜３．４５５μｍ（図中、符号Ｒ４が付された波長領域）とが挙げられる。これらの波長領域Ｒ３，Ｒ４では、エタンの吸光度がエチレンの吸光度よりも大きくなっているのは勿論のこと、メタンの吸光度が大きく、メタンの吸光度がエチレンの吸光度と同程度（或いは、メタンの吸光度がエチレンの吸光度よりも大）になっている。加えて、メタン及びエタンの吸収スペクトルの形状が特徴的な形状になっている。
【００２５】
このようにして、本出願の発明者は、エチレンに含まれる微量なメタン及びエタンを測定することが可能な波長領域として、３．４２〜３．７１μｍ（図５中の波長領域Ｒ１）を見出した。また、本出願の発明者は、上記波長領域Ｒ１の中で、エタンの測定を容易に行うことができる波長領域として、３．４２〜３．５０μｍ（図６中の波長領域Ｒ２）を見出した。更に、本出願の発明者は、上記波長領域Ｒ３の中で、エチレンに含まれる微量なメタン及びエタンを測定するのに適した波長領域として、３．４３９〜３．４４２μｍ（図７中の波長領域Ｒ３）と、３．４５１〜３．４５５μｍ（図７中の波長領域Ｒ４）を見出した。
【００２６】
〔ガス濃度分析装置〕
図８は、本発明の一実施形態によるガス濃度分析装置の要部構成を示すブロック図である。図８に示す通り、本実施形態のガス濃度分析装置１は、煙道（測定対象ガスＸが導かれる管路Ｐ）を挟むように対向して設置された発光部１０及び受光部２０を備えており、管路Ｐを流れる測定対象ガスＸにレーザ光を照射し、測定対象ガスを透過したレーザ光の吸収スペクトルに基づいて、測定対象ガスＸに含まれる成分及びその濃度等を測定する。このガス濃度分析装置１は、レーザガス分析計と呼ばれるものである。尚、管路Ｐを流れる測定対象ガスＸは、微量なメタン及びエタンが含まれるエチレンであるものとする。
【００２７】
発光部１０は、管路Ｐの側壁に形成された枝管路Ｂ１の固定フランジＦ１に取り付けられており、管路Ｐを流れる測定対象ガスＸに照射するレーザ光を射出する。このレーザ光は、図５中の波長領域Ｒ１（３．４２〜３．７１μｍ）内の波長を有するレーザ光であり、好ましくは図６中の波長領域Ｒ２（３．４２〜３．５０μｍ）内の波長を有するレーザ光であり、より好ましくは図７中の波長領域Ｒ３（３．４３９〜３．４４２μｍ）又は波長領域Ｒ４（３．４５１〜３．４５５μｍ）内の波長を有するレーザ光である。
【００２８】
発光部１０から射出されるレーザ光の線幅（スペクトル線幅）は、波長領域Ｒ１〜Ｒ４におけるメタン又はエタンの吸収ピークの最小スペクトル線幅と同程度以下のスペクトル線幅である。また、発光部１０から射出されるレーザ光の波長は、上記の波長領域Ｒ１〜Ｒ４内において、所定の波長範囲だけ変化させることが可能である。尚、発光部１０から射出されたレーザ光は、枝管路Ｂ１の内部を介して管路Ｐに導かれる。
【００２９】
発光部１０は、発光部本体１０ａ及び光軸調整機構１０ｂからなる。発光部本体１０ａは、射出する光の波長が可変な半導体レーザ等の発光素子（波長可変光源：図示省略）、コリメートレンズ等の光学素子（図示省略）等を収容しており、管路Ｐを流れる測定対象ガスＸに照射するレーザ光を射出する。光軸調整機構１０ｂは、発光部１０の光軸を調整するための機構である。
【００３０】
受光部２０は、管路Ｐの側壁に形成された枝管路Ｂ２（枝管路Ｂ１と同一直線上に配置されるように形成された枝管路）の固定フランジＦ２に取り付けられており、管路Ｐを流れる測定対象ガスＸを透過したレーザ光を受光して吸収スペクトルを求め、この吸収スペクトルに基づいて測定対象ガスＸに含まれる成分及びその濃度等を測定する。具体的には、測定対象ガスＸとしてのエチレンに含まれる微量なメタン及びエタンの濃度を測定する。尚、測定対象ガスＸを透過したレーザ光は、枝管路Ｂ２の内部を介して受光部２０に導かれる。
【００３１】
受光部２０は、受光部本体２０ａ及び光軸調整機構２０ｂからなる。受光部本体２０ａは、集光レンズ等の光学素子（図示省略）、フォトダイオード等の受光素子（図示省略）等を収容しており、測定対象ガスＸを透過したレーザ光を受光し、測定対象ガスＸに含まれる成分及びその濃度等を測定する。また、この受光部本体２０ａには、測定対象ガスＸの測定結果等を表示する表示器Ｄが設けられている。光軸調整機構２０ｂは、受光部２０の光軸を調整するための機構である。
【００３２】
図９は、本発明の一実施形態によるガス濃度分析装置の電気的構成を示すブロック図である。図９に示す通り、ガス濃度分析装置１の発光部１０は、発光モジュール１１、入力部１２、及び制御部１３を備える。また、ガス濃度分析装置１の受光部２０は、上述した表示器Ｄに加えて、受光モジュール２１、演算制御部２２、メモリ２３、及び出力部２４を備える。
【００３３】
発光モジュール１１は、前述した波長が可変な半導体レーザ等の発光素子（波長可変光源：図示省略）を１つ備えており、制御部１３の制御の下で、管路Ｐを流れる測定対象ガスＸに照射するレーザ光Ｌを射出する。具体的に、発光モジュール１１は、図５〜図７に示す波長領域Ｒ１〜Ｒ４内の波長を有するレーザ光であって、線幅（スペクトル線幅）が、波長領域Ｒ１〜Ｒ４におけるメタン又はエタンの吸収ピークの最小スペクトル線幅（０．２ｎｍ程度）と同程度以下、例えば０．２ｎｍ程度の線幅のレーザ光を射出する。上記の半導体レーザとして、例えばＱＣＬ（Quantum Cascade Laser：量子カスケードレーザ）、又はＩＣＬ（Interband Cascade Laser：インターバンドカスケードレーザ）を用いることができる。ＱＣＬを用いた場合には、０．００１ｎｍ程度のスペクトル線幅のレーザ光を射出可能である。
【００３４】
発光モジュール１１から射出されるレーザ光の波長は、上記の波長領域Ｒ１〜Ｒ４内において、所定の波長範囲だけ変化させることが可能である。入力部１２は、受光部２０に設けられた出力部２４とケーブルＣＢを介して接続されており、出力部２４から出力される透過率信号（レーザ光Ｌの透過率を示す信号）を入力して制御部１３に出力する。
【００３５】
制御部１３は、発光モジュール１１を制御して、測定対象ガスＸに照射するレーザ光Ｌを射出させる。具体的に、制御部１３は、発光モジュール１１に設けられた発光素子に流れる電流の検出結果、或いは発光モジュール１１から射出されるレーザ光Ｌの検出結果に基づいて、レーザ光Ｌの強度が一定となるように発光モジュール１１を制御する。また、制御部１３は、発光モジュール１１を制御してレーザ光Ｌの波長を変化させ、上述した波長領域Ｒ１〜Ｒ４内の所定の波長範囲を掃引させる。制御部１３は、ＣＰＵやＦＰＧＡ等で構成することができる。
【００３６】
受光モジュール２１は、フォトダイオード等の受光素子を備えており、レーザ光Ｌを受光して得られる受光信号を演算制御部２２に出力する。演算制御部２２は、受光モジュール２１からの受光信号を用いてレーザ光Ｌの吸収スペクトルを求め、この吸収スペクトルに基づいて測定対象ガスＸに含まれる成分及びその濃度、レーザ光Ｌの透過率、測定対象ガスＸの温度等を測定する。
【００３７】
演算制御部２２は、例えば２ｆ法又はスペクトル面積法を用いて測定対象ガスＸに含まれる成分の濃度を測定する。ここで、上記の２ｆ法とは、周波数ｆで変調されたレーザ光Ｌを測定対象ガスＸに照射し、受光信号に含まれる２倍の周波数成分（２ｆ）のスペクトルを用いた測定法である。また、スペクトル面積法とは、測定対象ガスＸの吸収スペクトルの１本の吸収線の面積を測定し、測定された面積から濃度を算出する測定方法である。また、演算制御部２２は、表示器Ｄを駆動制御し、測定対象ガスＸの複数の測定結果（測定対象ガスＸに含まれる成分及びその濃度、レーザ光Ｌの透過率、測定対象ガスＸの温度等）を表示器Ｄに表示させる。演算制御部２２は、ＣＰＵやＦＰＧＡ等で構成することができる。
【００３８】
メモリ２３は、フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）やＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable ＲＯＭ）等の不揮発性のメモリであり、各種データを記憶する。例えば、メモリ２３は、演算制御部２２が測定対象ガスＸに含まれる成分及びその濃度を算出する際に用いるデータ（例えば、ある波長領域におけるエチレン、メタン、エタンの吸収スペクトルを示すデータ）を記憶する。
【００３９】
出力部２４は、ケーブルＣＢを介して発光部１０の入力部１２に接続されており、演算制御部２２で求められたレーザ光Ｌの透過率を示す透過率信号を出力する。この透過率信号はディジタル信号であり、ノイズの影響を受けることなくケーブルＣＢを介して発光部１０に伝送される。
【００４０】
次に、上記構成におけるガス濃度分析装置１の測定時の動作について簡単に説明する。測定が開始されると、まず制御部１３によって発光モジュール１１が制御され、レーザ光Ｌの発光が開始される。すると、発光モジュール１１からは、図５〜図７に示す波長領域Ｒ１〜Ｒ４内の波長を有し、線幅（スペクトル線幅）が０．２ｎｍ程度のレーザ光Ｌが射出される。
【００４１】
発光モジュール１１から射出されたレーザ光Ｌは、枝管路Ｂ１（図８参照）の内部を介して管路Ｐに導かれる。管路Ｐに導かれたレーザ光Ｌのうち、管路Ｐを流れる測定対象ガスＸを透過したレーザ光Ｌは、枝管路Ｂ２（図８参照）を介した後に受光部２０に導かれて受光モジュール２１で受光される。レーザ光Ｌが受光モジュール２１で受光されると、その受光信号が演算制御部２２に出力される。
【００４２】
また、レーザ光Ｌの発光が開始されると、レーザ光Ｌの波長が変化するように（上述した波長領域Ｒ１〜Ｒ４内の所定の波長範囲を掃引するように）、発光モジュール１１が制御部１３によって制御される。尚、レーザ光Ｌの波長が変化しても、レーザ光Ｌの線幅（スペクトル線幅）は０．２ｎｍ程度に維持される。波長が変化したレーザ光Ｌも、管路Ｐに導かれ、管路Ｐを流れる測定対象ガスＸを透過した後に、受光部２０に導かれて受光モジュール２１で受光される。レーザ光Ｌが受光モジュール２１で受光されると、その受光信号が演算制御部２２に出力される。
【００４３】
レーザ光Ｌの波長が変化する度に、上述の動作と同様の動作が行われ、これにより波長に応じた受光信号の強度変化を示す吸収スペクトルが得られる。吸収スペクトルが得られると、前述した２ｆ法又はスペクトル面積法を用いて測定対象ガスＸに含まれる成分の濃度を測定する処理が演算制御部２２で行われる。具体的には、測定対象ガスＸとしてのエチレンに含まれる微量なメタン及びエタンの濃度を同時に測定する処理が行われる。この処理が完了すると、エチレンに含まれる微量なメタン及びエタンの濃度が表示器Ｄに表示される。
【００４４】
以上の通り、本実施形態では、測定対象ガスＸ（微量なエタン及びメタンが含まれるエチレン）に対し、波長領域Ｒ１（３．４２〜３．７１μｍ）の光を照射し、測定対象ガスＸを透過したレーザ光Ｌの吸光度に基づいて測定対象ガスＸの濃度を測定するようにしている。波長領域Ｒ１では、エチレンの吸光度が小さく、メタン及びエタンの吸光度が高いため、エチレンに含まれる微量なメタン及びエタンを精度良く測定することができる。
【００４５】
ここで、上記波長領域Ｒ１内の波長領域Ｒ２（３．４２〜３．５０μｍ）では、エタンの吸光度が大きくなり、且つメタンの吸収スペクトルの形状が特徴的な形状となるため、波長領域Ｒ２の光を用いれば、メタン及びエタンの測定を容易に行うことができる。また、上記波長領域Ｒ２内の波長領域Ｒ３（３．４３９〜３．４４２μｍ）又は波長領域Ｒ４（３．４５１〜３．４５５μｍ）では、エタンの吸光度がエチレンの吸光度よりも大きくなっているのは勿論のこと、メタンの吸光度が大きく、メタンの吸光度がエチレンの吸光度と同程度（或いは、メタンの吸光度がエチレンの吸光度よりも大）になっている。加えて、メタン及びエタンの吸収スペクトルの形状が特徴的な形状になっている。このため、波長領域Ｒ３又は波長領域Ｒ４の光を用いれば、エチレンに含まれる微量なメタン及びエタンをより精度良く測定することができる。
【００４６】
また、本実施形態では、上記の波長領域Ｒ１の光を用いることで、メタン測定用の光源及び受光素子と、エタン測定用の光源及び受光素子とを共用することができる（つまり、これらを別々に設ける必要は無い）。このため、コストの上昇を招くことなく、エチレンに含まれる微量なメタン及びエタンを測定することができる。
【００４７】
以上、本発明の一実施形態によるガス濃度分析装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、ガス濃度分析装置１としてレーザガス分析計を例に挙げたが、本発明のガス濃度分析装置は、レーザガス分析計に限られる訳ではない。本発明のガス濃度分析装置は、レーザガス分析計以外に、例えば、ＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光光度計）を用いるガス濃度分析装置、フィルタを用いた分光器を用いるガス濃度分析装置、グレーティングを用いた分光器を用いるガス濃度分析装置等の任意のガス濃度分析装置であって良い。
【符号の説明】
【００４８】
１      ガス濃度分析装置
Ｌ      レーザ光
Ｒ１    波長領域
Ｒ２    波長領域
Ｒ３    波長領域
Ｒ４    波長領域
Ｘ      測定対象ガス
【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】
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【図８】
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【図９】
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