ガス検出用セル及びこれを備えたガス検出装置
【課題】応答速度及び検出感度の両方を高水準に達成できるガス検出用セル及びこれを備えたガス検出装置を提供すること。
【解決手段】本発明に係るガス検出用セル１は、検査対象ガスに含まれる可燃性ガスの触媒酸化反応によって発光する触媒化学発光素子３と、この触媒化学発光素子３が有する触媒層３ａの表面と平行に形成され且つ上記触媒層３ａが露出している流路４と、上記触媒層３ａを加熱するヒータ３ｂとを備える。また、本発明に係るガス検出装置１０は、上記本発明のガス検出用セル１と、このガス検出用セル１の流路４を通じて触媒層３ａに検査対象ガスを供給するガス供給手段２と、上記触媒層３ａにおける可燃性ガスの触媒酸化反応によって発生する発光スペクトルを計測するスペクトル計測手段７とを備える。
【解決手段】本発明に係るガス検出用セル１は、検査対象ガスに含まれる可燃性ガスの触媒酸化反応によって発光する触媒化学発光素子３と、この触媒化学発光素子３が有する触媒層３ａの表面と平行に形成され且つ上記触媒層３ａが露出している流路４と、上記触媒層３ａを加熱するヒータ３ｂとを備える。また、本発明に係るガス検出装置１０は、上記本発明のガス検出用セル１と、このガス検出用セル１の流路４を通じて触媒層３ａに検査対象ガスを供給するガス供給手段２と、上記触媒層３ａにおける可燃性ガスの触媒酸化反応によって発生する発光スペクトルを計測するスペクトル計測手段７とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象ガスに含まれる可燃性ガスを検出するためのガス検出用セル及びこれを備えたガス検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
検査対象のガスに含まれるガス種の識別及び定量を目的とするガス検出器として、以下のものが知られている。（１）ガスの吸着により電気伝導度が変化する半導体素子を備えた検出器、（２）ガスの吸収により質量が変化するガス吸収膜を有する水晶振動子を備えた検出器、（３）ガスの吸収により弾性波の伝播特性が変化するガス吸収膜を有する弾性表面波素子を備えた検出器、（４）ガスの触媒酸化反応に伴って化学発光が生じる触媒化学発光素子を備えた検出器などである。
【０００３】
上記のガス検出器のうち、（４）触媒化学発光素子を備えた検出器は、ガス濃度に対するセンサ出力の直線性及び再現性、並びに、応答速度のすべてを高水準に達成し得るという特長を有している。
【０００４】
触媒化学発光素子を収容する暗箱をなすガス検出用セルについて、これまでに種々のタイプのものが提案されている。例えば、特許文献１には、耐熱基板上に設けられたガス検出体及び光検出器を収容する暗箱が記載されている。特許文献２には、複数の発光素子を収容する暗箱が記載されている。特許文献３，４には、検査対象ガスをセンサ触媒に吹き付けるべく、連通口を有する分離壁で内部の空間が仕切られたセンサ収容部が記載されている。
【特許文献１】特開平４−１７２２３５号公報
【特許文献２】特許第３７４２９７５号公報
【特許文献３】特開２００５−６９９４３号公報
【特許文献４】特開２００５−２８３２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１，２に記載のガス検出装置は、暗箱内における検査対象ガスの流れについては特に考慮されておらず、暗箱内でガスの乱流及び滞留が生じる可能性があり、ガス検出の安定性、再現性及び応答速度の点で改善の余地があった。また、特許文献３，４に記載のガス検出器は、検査対象ガスが連通口を通じて吹き付けられるため、比較的安定した出力が得られるものの、センサ収容部内の空間にガスの滞留が生じやすく、応答速度の点で改善の余地があった。
【０００６】
また、特許文献１〜４に記載のガス検出装置に共通する改善すべき点として、暗箱の内壁面へのガスや反応生成物の吸着又は付着が挙げられる。例えば、反応生成物の付着によって暗箱の内面が汚染されれば、微弱な光を光検出器で十分に検出できなくなるおそれがある。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、応答速度及び検出感度の両方を高水準に達成できるガス検出用セル及びこれを備えたガス検出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】
【０００８】
本発明に係るガス検出用セルは、検査対象ガスに含まれる可燃性ガスの触媒酸化反応によって発光する触媒化学発光素子と、この触媒化学発光素子が有する触媒層の表面と平行に形成され且つ上記触媒層が露出している流路と、上記触媒層を加熱するヒータとを備える。
【０００９】
本発明に係るガス検出用セルによれば、検査対象ガスの流量を調整することで、流路内に層流を生じさせることができる。これにより、流路内でのガスの滞留が抑制され、高い応答速度を達成できる。更に、このガス検出用セルによれば、流路を十分扁平なものとすることができる。このことにより、ガス検出用セルの薄型化が図れるのみならず、触媒化学発光素子（以下、単に「発光素子」という。）と光検出器とを互いに十分に近づけて配置することができるため、検出感度を向上させることができる。また、発光素子と光検出器とを近づけて配置することによって、発光素子の触媒層を加熱するためのヒータの熱が流路の内壁面や光検出用の開口部に十分に伝わりやすくなるため、当該領域に可燃性ガスやその反応生成物が付着することを十分に抑制でき、高い検出感度を十分に維持できる。
【００１０】
本発明に係るガス検出装置は、上記本発明のガス検出用セルと、このガス検出用セルの流路を通じて触媒層に検査対象ガスを供給するガス供給手段と、上記触媒層における可燃性ガスの触媒酸化反応によって発生する発光スペクトルを計測するスペクトル計測手段とを備える。
【００１１】
本発明に係るガス検出装置によれば、ガス検出用セルの流路内に層流を生じさせることにより、流路内でのガスの滞留が抑制され、高い応答速度を達成できる。更に、発光素子と光検出器とを互いに十分に近づけて配置することができるため、検出感度を向上させることができる。また、発光素子と光検出器とを近づけて配置することによって、発光素子の触媒層を加熱するためのヒータの熱が流路の内壁面や光検出用の開口部に十分に伝わりやすくなるため、当該領域に可燃性ガスやその反応生成物が付着することを十分に抑制でき、高い検出感度を十分に維持できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、応答速度及び検出感度の両方を高水準に達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
＜ガス検出装置＞
図１は、本発明に係るガス検出用セルの第１実施形態を示す斜視図である。図２は、図１に図示したガス検出用セル１を備えたガス検出装置の概略断面図であり、図２におけるガス検出用セル１の断面図は、図１に示すII−II線断面を示すものである。
【００１５】
本実施形態に係るガス検出装置１０は、検査対象ガスに含まれる複数の種類の可燃性ガスを検出するためのものであり、図２に示すように、ガス検出用セル１と、ガス分離ユニット２と、光学フィルタユニット６と、光検出器７と、解析ユニット８とを備える。検査対象ガスは、ガス分離カラムなどを備えるガス分離ユニット２を介してガス検出用セル１内に導入される。ガス検出用セル１は、光検出器７が装着されると外部から光が入らないようになっている。
【００１６】
ガス検出用セル１内には１つの発光素子３が収容されており、発光素子３から発せられる光が開口部に装着された光学フィルタユニット６を経て光検出器７において計測される。光検出器７からの電気信号が解析ユニット８へと送られ、そこでガス種の同定及びその濃度などについての解析がなされる。本実施形態においては、光学フィルタユニット６、光検出器７及び解析ユニット８によってスペクトル計測手段が構成される。
【００１７】
本実施形態に係るガス検出用セル１は、図１，２に示すように、発光素子３が有する触媒層３ａの表面と平行に形成され且つ触媒層３ａが露出している検査対象ガスの流路４を有する。この流路４は、図２に示すように、その下面から上面までの高さを１．５ｍｍ程度と極めて扁平であるため、発光素子３と光検出器７と互いに十分に近づけて配置することができる。
【００１８】
ガス検出用セル１は、その底面に設けられた２つの開口と流路４とをそれぞれ連通するガス導入路４ａ及びガス排出路４ｂを有する。ガス分離ユニット２を通じてガス導入路４ａから導入される検査対象ガスは、流路４内を流れ、触媒層３ａと接した後、ガス排出路４ｂを通じて排出される（図２に示した矢印を参照）。
【００１９】
ガス検出用セル１においては、発光素子が有するヒータ３ｂの熱によって加熱される領域に、５００℃以上の耐熱性を有する材質からなる保護層５ａ，５ｂが設けられている。また、触媒層３ａと光学フィルタユニット６との間には、計測すべき波長帯の光を透過し且つ５００℃以上の耐熱性を有するガラス板５ｃを設けられている。このガラス板５ｃは、流路４側の面が流路４の内壁面の一部をなすものであり、流路４の他の内壁面と面一となるように配置されている。このことにより、流路４内のガスの流れが乱れることを十分に防止できる。
【００２０】
上記の保護層５ａ，５ｂやガラス板５ｃとして使用する材質は、３００Ｋにおける熱伝導率が５Ｗ／ｍ／Ｋ以下のものが好ましく、具体的には、ガラス、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス及びセラミックスなどを例示できる。これらのなかでも石英ガラス及びパイレックスガラスは、高い耐熱性を有し且つ熱伝導度が低いことに加え、小熱容量であるとともに熱衝撃に強い点で特に好適である。
【００２１】
ガス分離ユニット２は、ガス検出用セル１のガス導入路４ａの上流側に配設されており、検査対象ガスに含まれる複数の可燃性ガスを分離した状態でガス検出用セル１内に導入するためのものである。ガス分離ユニット２は、ガス分離カラム、キャリアガス用流量コントローラ及び検査対象ガスと空気（酸素）とを混合する装置などによって構成することができる。
【００２２】
発光素子３は、検査対象ガスに含まれるガス種の同定及び濃度の測定を行うためのものである。この発光素子３は、複数の触媒成分からなる触媒層３ａと、この触媒層３ａを加熱するためのヒータ３ｂとを備える。ヒータ３ｂとしては、例えば、基板上に設けられたプリント配線などを採用できる。ガス検出を行う際、ヒータ３ｂによって触媒層３ａの温度を一定に保ったり、所定の条件で昇温したりできるようになっている。
【００２３】
触媒層３ａは、第１の希土類元素及び電気絶縁性を有する第１の触媒担体を含む第１の触媒成分と、第２の希土類元素及び電気絶縁性を有する第２の触媒担体を含む第２の触媒成分とを少なくとも含有する。すなわち、触媒層３ａは、希土類元素と電気絶縁性を有する触媒担体とを含む第１〜第ｎの触媒成分を含有する（ｎは２以上の整数を示す）。触媒を構成する触媒成分の数を多くすることにより、細かいスペクトル分布を測定でき、多種類のガスの同定が可能になる。
【００２４】
ここで、複数の触媒成分のうち、任意に選択した一の触媒成分を触媒成分Ｉと表記し、残りの触媒成分から任意に選択した一の触媒成分を触媒成分IIと表記する。これらの触媒成分に含まれる希土類元素及び触媒担体を希土類元素Ｉａ，IIａ及び触媒担体Ｉｂ，IIｂとそれぞれ表記する。
【００２５】
触媒層３ａが触媒成分Ｉ，IIを含有する場合、これらの触媒成分からの発光によってガス種を効率的に識別する観点から、希土類元素Ｉａと希土類元素IIａとは互いに異なる元素であり且つ触媒担体Ｉｂと触媒担体IIｂとは互いに異なる物質であることが好ましい。なお、場合によっては、触媒担体Ｉｂと触媒担体IIｂとは同一であってもよい。
【００２６】
触媒層３ａを形成する触媒は、触媒担体をなす物質に希土類元素をドープして得られた触媒粉末をそれぞれ調製し、これらを混合することによって得ることができる。この混合粉をスラリー状にし、ヒータをなすプリント配線板上などに塗布して触媒層３ａを形成してもよく、あるいは、上記混合粉を所定の形状に焼結して触媒層３ａを形成してもよい。
【００２７】
本実施形態において使用可能な希土類元素は、Ｌａ（ランタン）、Ｃｅ（セリウム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホルミニウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｌｕ（ルテチウム）、Ｓｃ（スカンジウム）及びＹ（イットリウム）である。なお、Ｐｍ（プロメチウム）も希土類元素に分類されるが、Ｐｍは放射性元素であり、実際上自然界に存在しないものである。本実施形態においては、一の触媒成分に上記希土類元素を単独で含有せしめてもよく、あるいは、２種以上を含有せしめてもよい。
【００２８】
触媒担体として使用可能な物質としては、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＣａＣＯ３（炭酸カルシウム）、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）、ＢａＳＯ４（硫酸バリウム）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、ＢＮ（窒化ホウ素）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）及びＢ４Ｃ（炭化ホウ素）などが挙げられる。一の触媒成分において上記物質を触媒担体として単独で使用してもよく、あるいは、２種以上を混合して使用してもよい。
【００２９】
触媒担体に対する希土類元素のドープ量は、発光素子３の用途又は要求性能等に応じて適宜設定すればよい。なお、３価の希土類元素を２価の陽イオンを含む触媒担体（例えば、ＢａＳＯ４、ＣａＣＯ３）にドープする場合、電荷補償のために希土類元素と同量の１価の陽イオン（例えば、Ｎａ）を触媒担体にドープすることが好ましい。
【００３０】
触媒に含まれる各触媒成分は、検査対象ガスに含まれる可燃性ガスの酸化反応を促進する金属元素（燃焼触媒）を更に含有することが好ましい。可燃性ガスの酸化反応が促進されることにより、発光素子３の応答速度が一層向上するという効果が奏される。ここで、触媒成分Ｉが金属元素Ｉｃを含有し、触媒成分IIが金属元素IIｃを含有するものであるとした場合、金属元素Ｉｃ及び金属元素IIｃは必ずしも互いに異なる元素である必要はなく、両者は同一であってもよい。
【００３１】
本実施形態において燃焼触媒として使用可能な金属種は、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ａｕ（金）などの貴金属、Ｓｎ（スズ）、Ｆｅ（鉄）などである。触媒担体に対する上記金属元素の担持量は、発光素子３の用途又は要求性能等に応じて適宜設定すればよい。
【００３２】
光学フィルタユニット６は、検出すべきピーク波長にそれぞれ相当する複数のバンドパスフィルタ（図示せず）を有しており、これらのバンドパルフィルタを適宜切り替えることで、１つの光検出器７で複数の希土類元素からそれぞれ発せられる固有の発光スペクトルを分離できる。
【００３３】
光検出器７は、発光素子３から発せられる光を検出するためのものである。光検出器７としては、光電子増倍管などを採用できる。光検出器７に光学フィルタユニット６を通じて光が入射すると、光検出器７から電気信号が出力される。光検出器７からの電気信号は、解析ユニット８に送られ、ガス種の同定及びその他の解析（ガス濃度等）が行われる。
【００３４】
＜ガス検出方法＞
次に、ガス検出装置１０を用いたガス検出方法について説明する。本実施形態に係るガス検出方法は、可燃性ガスを含む検査対象ガスと、発光素子３の触媒層３ａとを接触させることにより可燃性ガスの触媒酸化反応を生じさせ、この触媒酸化反応によって希土類元素から発生する発光スペクトルを光検出器７で計測する工程を備える。
【００３５】
ガス検出用セル１内に検査対象ガスを導入するにあたっては、高い応答速度を達成する観点から、流路４に検査対象ガスの層流が生じさせることが好ましい。したがって、ガス検出用セル１のサイズにもよるが、検査対象ガスは１００ｍｌ／分以下の流量とすることが好ましい。
【００３６】
希土類元素を含有する触媒層３ａに可燃性ガス及び酸素が供給されると、これらの分子が触媒層３ａの表面に吸着する。すると、吸着した可燃性ガスの分子及び酸素分子からそれぞれ生じた電子及びホールは触媒層３ａ内を移動し、これらが希土類金属を介して再結合する際、希土類元素固有の電子準位状態を反映した発光スペクトルが生じる。この発光機構に基づく発光スペクトルの強度は、触媒反応によって生じた反応生成物の量に比例し、他方、この反応生成物の生成される種類及び量は、検知対象ガスの種類と濃度に依存する。したがって、希土類元素固有の発光スペクトルの強度を計測すれば、検査対象ガスに含まれる可燃性ガスの濃度を知ることができる。
【００３７】
上記の通り、本実施形態に係るガス検出方法は、可燃性ガスの酸化反応を伴うものであるため、ガス種を同定すべきガスが酸素を含有しない場合、当該ガスと酸素含有ガス（典型的には空気）とを混合して、予め検査対象ガスを調製する。
【００３８】
ガス検出装置１０を用いて検査対象ガスに含まれる複数の可燃性ガスを検出するには、まず、ヒータ３ｂによって触媒層３ａを約５００℃にまで昇温する。ただし、この温度は検査対象ガスによって変化させてもよい。その後、検査対象ガスをガス分離ユニット２に導入し、ガス分離カラムによって複数の可燃性ガスを分離する。ガス分離ユニット２からキャリアガス（空気）とともに排出される複数の可燃性ガスをガス導入路４ａを通じて流路４へと順次導入する。すると、発光素子３の触媒層３ａにおいて可燃性ガスの酸化反応が順次生じ、可燃性ガスごとに互いに異なる発光スペクトルを有する発光が生じる。
【００３９】
触媒層３ａは、複数の触媒成分（希土類元素）を含有しているため、そこから放射される発光スペクトルを光検出器７で計測することで、可燃性ガスごとに異なる発光スペクトルのデータを取得できる。種々のガス種に対して予め計測された発光スペクトルのデータと比較することで、検査対象ガスに含まれる可燃性ガスの種類を識別できる。また、光検出器７によって計測された発光強度に基づいて可燃性ガスの濃度を求めることができる。
【００４０】
以上の通り、ガス検出装置１０は、流路４を有するガス検出用セル１を備えたものであるため、流路４内の検査対象ガスの流れを層流とすることにより、流路４内でのガスの滞留が抑制され、高い応答速度を達成できる。更に、発光素子３と光検出器７とを互いに十分に近づけて配置することができるため、検出感度を向上させることができる。また、流路４を扁平にすることで、触媒層３ａを加熱するためのヒータ３ｂの熱が流路４の内壁面や光検出用の開口部に十分に伝わりやすくなるため、当該領域に可燃性ガスや反応生成物が付着することを十分に抑制できる。したがって、高い検出感度を十分に維持することができ、分解して内部を洗浄する頻度を低くできる。また、ガス検出装置１０は、流路４が極めて扁平であるとともに、ガス検出に要する発光素子及び光検出器がそれぞれ１つであるため、十分な薄型化及び小型化を達成できる。
【００４１】
なお、光検出器７が発光素子３のヒータ３ｂによって過熱される場合は、ガス検出用セル１と光検出器７との間に、空気層を設けたり、断熱材を挿入したりして断熱性を高めればよい。ただし、ガス検出用セル１全体を高い温度にする必要がない場合（固体表面に吸着しにくいガスの検出に専ら使用する場合など）は、ヒータ３ｂからガス検出用セル１の本体部への熱伝導が小さくなるように、図２に示すように、ヒータ３ｂの下方に空洞部９を設けて両者の接触面積を小さくしたり、保護層５ａの厚さを薄くしたりすればよい。
【００４２】
ガス検出装置１０の発光素子３は、互いに異なるガス感度特性を有する複数の触媒成分からなる触媒層３ａを有する。触媒層３ａを構成する触媒成分の種類及び数を適宜選択することにより、特定のガスに対して所望のスペクトルを生じる触媒化学センサを作製することができる。また、混合する各種触媒成分の割合を調整することにより、触媒発光ピークの強度比を自由に設計できるので、特定の可燃性ガス成分に対する感度の高低を自由に選択することもできる。しかも、ガス種に応じて異なるスペクトルが生じるように、触媒成分を適宜選択するという比較的容易な手法によって、発光素子３を作製することが可能である。
【００４３】
上述した通り、触媒化学発光素子は、元来、ガス濃度に対するセンサ出力の直線性及び再現性、並びに、応答速度のすべてを高水準に達成し得るものであり、ガス検出装置１０もこのような特長を具備するものである。したがって、ガス検出装置１０をガスクロマトグラフの検出器として利用することにより、ＧＣ／ＭＳと同様のガスの分離及び定量分析が可能となる。また、ガス検出装置１０は、多種の可燃性ガスを識別できるため、においセンサなどにも適用することができる。
【００４４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、互いに異なる希土類元素を含有する複数の触媒成分からなる触媒層３ａを例示したが、ガス検出装置の用途や要求性能等によっては、触媒層３ａの代わりに、希土類元素などの発光体を１種類のみ含有する触媒層を採用してもよく、このような触媒層を流路４内に複数並べて配置してもよい。複数の発光素子及び目的に合わせた各種光学フィルタをガス検出用セルに設置することで、ガス分離ユニット２で成分毎に分離しなくても定性及び定量分析が可能となる。
【００４５】
更に、上記実施形態においては、検査対象ガスに複数の可燃性ガスが含まれる場合を例示したが、単独の可燃性ガスの種類を識別するためにガス検出装置１０を使用してもよい。この場合、ガス分離ユニット２を使用せず、検査対象ガスを直接ガス検出用セル１内へと導入すればよい。
【００４６】
上記実施形態のガス検出用セル１は、発光素子３の暗箱をなすものであるが、ガス検出用セル１を収容する暗箱を更に準備してもよい。この暗箱内にガス検出用セル１を収容することで、ガス検出を行う際、発光素子３の発光成分以外の迷光入射をより一層確実に防止できる。
【００４７】
上記実施形態では、ヒータ３ｂの熱によって加熱される領域に保護層５ａ，５ｂを設ける場合を例示したが、温度条件によっては、図３に図示したガス検出用セル２１のように、保護層５ｂを設けることなく、発光素子３と当接する保護層５ａのみであってもよい（第２実施形態）。また、図４に図示したガス検出用セル３１のように、流路４、ガス導入路４ａ及びガス排出路４ｂの内壁面にガスが吸着することをより一層防止する観点から、これらの内壁面全体を保護層５ａ，５ｂで覆ってもよい（第３実施形態）。更には、図５に図示したガス検出用セル４１のように、ガス検出用セルの本体部４１ａ全体を高い耐熱性を有する材質で形成してもよい（第４実施形態）。
【００４８】
図５に示すように、ガス検出用セル４１の本体部４１ａ全体を耐熱性材料で形成する場合、その材料は、加工性、価格、ガス耐久性、耐熱性、遮光性など、要求される項目を満足するのであれば、金属、樹脂、ゴム、セラミックス、ガラス等から適宜選択することができる。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００５０】
（実施例１）
図２に示すガス検出装置と同様の構成の装置を準備し、希土類元素を含有する触媒層を有する触媒化学発光素子をガス検出用セル内の流路に配置した。ただし、本実施例では空気にエタノールガスのみを添加したものを検査対象ガスとしたため、ガス分離ユニットを通さず、検査対象ガスを直接ガス検出用セルに導入した。
【００５１】
触媒層の温度を４５０℃に設定した後、１００ｍｌ／分の流量で検査対象ガスを触媒層へと供給した。ガス検出の応答速度を評価するため、本実施例においては、一定のエタノールガス濃度の検査対象ガスを所定時間供給した後、エタノール濃度を段階的に変化させた。具体的には、まず、エタノール濃度０ｐｐｍのガス（空気）の供給を開始し、その後、１９ｐｐｍ、３８ｐｐｍ、５７ｐｐｍ、７６ｐｐｍ、９５ｐｐｍ、１９ｐｐｍ、０ｐｐｍと順次異なるエタノール濃度の検査対象ガスを供給した。図７（ａ）は本実施例において計測された光検出強度を示すグラフである。
【００５２】
（比較例１）
図６に示す構成の従来のガス検出装置を使用したことの他は、実施例１と同様にしてガス検出の応答速度の評価を行った。すなわち、本比較例では、検査対象ガスを触媒化学発光素子に吹き付けるための連通口を有する分離壁で内部の空間が仕切られたガス検査用セルを使用した。図７（ｂ）は本比較例において計測された光検出強度を示すグラフである。
【００５３】
図７に示すグラフから明らかなように、比較例１に係るガス検出装置と比較すると、実施例１に係るガス検出装置は、エタノール濃度の変更に伴い、光検出強度が階段状に変化しており、高い応答速度を達成できることが確認された。また、図７の２つのグラフの縦軸（光検出強度）のスケールを比較すると、グラフ（ｂ）は最大値が３０（ｋｃｐｓ）であるのに対し、グラフ（ａ）は最大値が１００（ｋｃｐｓ）であり、実施例１に係るガス検出装置によれば、高い検出感度も達成できることが確認された。
【００５４】
（実施例２）
検査対象ガスの流量を１０ｍｌ／分としたことの他は、実施例１と同様にして光検出強度を計測し、センサ出力の直線性を評価した。実施例１，２の結果を図８に示す。
【００５５】
図８に示すグラフから明らかなように、実施例１（流量１００ｍｌ／分）及び実施例２（流量１０ｍｌ／分）の両方ともに、エタノールガス濃度と光検出強度とがほぼ比例関係であることが確認された。検査対象ガスの流量が１０ｍｌ／分と少ない場合でも、このような比例関係が維持されることから、本発明に係るガス検出用セルは、分析ガスの導入機構及び排出機構を低流量に設定することができ、携帯型ガス検出装置などを小型化するのに極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係るガス検出用セルの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示すガス検出用セルを備えたガス検出装置を示す断面図である。
【図３】本発明に係るガス検出用セルの第２実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明に係るガス検出用セルの第３実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明に係るガス検出用セルの第４実施形態を示す断面図である。
【図６】比較例１に係る従来のガス検出装置を示す断面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は実施例１及び比較例１における光検出強度の計測結果をそれぞれ示すグラフである。
【図８】実施例１，２における光検出強度の計測結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１…ガス検出用セル、２…ガス分離ユニット（ガス供給手段）、３…発光素子（触媒化学発光素子）、３ａ…触媒層、３ｂ…ヒータ、４…流路、４ａ…ガス導入路、４ｂ…ガス排出路、５ａ，５ｂ…保護層、５ｃ…ガラス板、６…光学フィルタユニット、７…光検出器、８…解析ユニット、９…空洞部、１０…ガス検出装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象ガスに含まれる可燃性ガスを検出するためのガス検出用セル及びこれを備えたガス検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
検査対象のガスに含まれるガス種の識別及び定量を目的とするガス検出器として、以下のものが知られている。（１）ガスの吸着により電気伝導度が変化する半導体素子を備えた検出器、（２）ガスの吸収により質量が変化するガス吸収膜を有する水晶振動子を備えた検出器、（３）ガスの吸収により弾性波の伝播特性が変化するガス吸収膜を有する弾性表面波素子を備えた検出器、（４）ガスの触媒酸化反応に伴って化学発光が生じる触媒化学発光素子を備えた検出器などである。
【０００３】
上記のガス検出器のうち、（４）触媒化学発光素子を備えた検出器は、ガス濃度に対するセンサ出力の直線性及び再現性、並びに、応答速度のすべてを高水準に達成し得るという特長を有している。
【０００４】
触媒化学発光素子を収容する暗箱をなすガス検出用セルについて、これまでに種々のタイプのものが提案されている。例えば、特許文献１には、耐熱基板上に設けられたガス検出体及び光検出器を収容する暗箱が記載されている。特許文献２には、複数の発光素子を収容する暗箱が記載されている。特許文献３，４には、検査対象ガスをセンサ触媒に吹き付けるべく、連通口を有する分離壁で内部の空間が仕切られたセンサ収容部が記載されている。
【特許文献１】特開平４−１７２２３５号公報
【特許文献２】特許第３７４２９７５号公報
【特許文献３】特開２００５−６９９４３号公報
【特許文献４】特開２００５−２８３２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１，２に記載のガス検出装置は、暗箱内における検査対象ガスの流れについては特に考慮されておらず、暗箱内でガスの乱流及び滞留が生じる可能性があり、ガス検出の安定性、再現性及び応答速度の点で改善の余地があった。また、特許文献３，４に記載のガス検出器は、検査対象ガスが連通口を通じて吹き付けられるため、比較的安定した出力が得られるものの、センサ収容部内の空間にガスの滞留が生じやすく、応答速度の点で改善の余地があった。
【０００６】
また、特許文献１〜４に記載のガス検出装置に共通する改善すべき点として、暗箱の内壁面へのガスや反応生成物の吸着又は付着が挙げられる。例えば、反応生成物の付着によって暗箱の内面が汚染されれば、微弱な光を光検出器で十分に検出できなくなるおそれがある。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、応答速度及び検出感度の両方を高水準に達成できるガス検出用セル及びこれを備えたガス検出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】
【０００８】
本発明に係るガス検出用セルは、検査対象ガスに含まれる可燃性ガスの触媒酸化反応によって発光する触媒化学発光素子と、この触媒化学発光素子が有する触媒層の表面と平行に形成され且つ上記触媒層が露出している流路と、上記触媒層を加熱するヒータとを備える。
【０００９】
本発明に係るガス検出用セルによれば、検査対象ガスの流量を調整することで、流路内に層流を生じさせることができる。これにより、流路内でのガスの滞留が抑制され、高い応答速度を達成できる。更に、このガス検出用セルによれば、流路を十分扁平なものとすることができる。このことにより、ガス検出用セルの薄型化が図れるのみならず、触媒化学発光素子（以下、単に「発光素子」という。）と光検出器とを互いに十分に近づけて配置することができるため、検出感度を向上させることができる。また、発光素子と光検出器とを近づけて配置することによって、発光素子の触媒層を加熱するためのヒータの熱が流路の内壁面や光検出用の開口部に十分に伝わりやすくなるため、当該領域に可燃性ガスやその反応生成物が付着することを十分に抑制でき、高い検出感度を十分に維持できる。
【００１０】
本発明に係るガス検出装置は、上記本発明のガス検出用セルと、このガス検出用セルの流路を通じて触媒層に検査対象ガスを供給するガス供給手段と、上記触媒層における可燃性ガスの触媒酸化反応によって発生する発光スペクトルを計測するスペクトル計測手段とを備える。
【００１１】
本発明に係るガス検出装置によれば、ガス検出用セルの流路内に層流を生じさせることにより、流路内でのガスの滞留が抑制され、高い応答速度を達成できる。更に、発光素子と光検出器とを互いに十分に近づけて配置することができるため、検出感度を向上させることができる。また、発光素子と光検出器とを近づけて配置することによって、発光素子の触媒層を加熱するためのヒータの熱が流路の内壁面や光検出用の開口部に十分に伝わりやすくなるため、当該領域に可燃性ガスやその反応生成物が付着することを十分に抑制でき、高い検出感度を十分に維持できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、応答速度及び検出感度の両方を高水準に達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
＜ガス検出装置＞
図１は、本発明に係るガス検出用セルの第１実施形態を示す斜視図である。図２は、図１に図示したガス検出用セル１を備えたガス検出装置の概略断面図であり、図２におけるガス検出用セル１の断面図は、図１に示すII−II線断面を示すものである。
【００１５】
本実施形態に係るガス検出装置１０は、検査対象ガスに含まれる複数の種類の可燃性ガスを検出するためのものであり、図２に示すように、ガス検出用セル１と、ガス分離ユニット２と、光学フィルタユニット６と、光検出器７と、解析ユニット８とを備える。検査対象ガスは、ガス分離カラムなどを備えるガス分離ユニット２を介してガス検出用セル１内に導入される。ガス検出用セル１は、光検出器７が装着されると外部から光が入らないようになっている。
【００１６】
ガス検出用セル１内には１つの発光素子３が収容されており、発光素子３から発せられる光が開口部に装着された光学フィルタユニット６を経て光検出器７において計測される。光検出器７からの電気信号が解析ユニット８へと送られ、そこでガス種の同定及びその濃度などについての解析がなされる。本実施形態においては、光学フィルタユニット６、光検出器７及び解析ユニット８によってスペクトル計測手段が構成される。
【００１７】
本実施形態に係るガス検出用セル１は、図１，２に示すように、発光素子３が有する触媒層３ａの表面と平行に形成され且つ触媒層３ａが露出している検査対象ガスの流路４を有する。この流路４は、図２に示すように、その下面から上面までの高さを１．５ｍｍ程度と極めて扁平であるため、発光素子３と光検出器７と互いに十分に近づけて配置することができる。
【００１８】
ガス検出用セル１は、その底面に設けられた２つの開口と流路４とをそれぞれ連通するガス導入路４ａ及びガス排出路４ｂを有する。ガス分離ユニット２を通じてガス導入路４ａから導入される検査対象ガスは、流路４内を流れ、触媒層３ａと接した後、ガス排出路４ｂを通じて排出される（図２に示した矢印を参照）。
【００１９】
ガス検出用セル１においては、発光素子が有するヒータ３ｂの熱によって加熱される領域に、５００℃以上の耐熱性を有する材質からなる保護層５ａ，５ｂが設けられている。また、触媒層３ａと光学フィルタユニット６との間には、計測すべき波長帯の光を透過し且つ５００℃以上の耐熱性を有するガラス板５ｃを設けられている。このガラス板５ｃは、流路４側の面が流路４の内壁面の一部をなすものであり、流路４の他の内壁面と面一となるように配置されている。このことにより、流路４内のガスの流れが乱れることを十分に防止できる。
【００２０】
上記の保護層５ａ，５ｂやガラス板５ｃとして使用する材質は、３００Ｋにおける熱伝導率が５Ｗ／ｍ／Ｋ以下のものが好ましく、具体的には、ガラス、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス及びセラミックスなどを例示できる。これらのなかでも石英ガラス及びパイレックスガラスは、高い耐熱性を有し且つ熱伝導度が低いことに加え、小熱容量であるとともに熱衝撃に強い点で特に好適である。
【００２１】
ガス分離ユニット２は、ガス検出用セル１のガス導入路４ａの上流側に配設されており、検査対象ガスに含まれる複数の可燃性ガスを分離した状態でガス検出用セル１内に導入するためのものである。ガス分離ユニット２は、ガス分離カラム、キャリアガス用流量コントローラ及び検査対象ガスと空気（酸素）とを混合する装置などによって構成することができる。
【００２２】
発光素子３は、検査対象ガスに含まれるガス種の同定及び濃度の測定を行うためのものである。この発光素子３は、複数の触媒成分からなる触媒層３ａと、この触媒層３ａを加熱するためのヒータ３ｂとを備える。ヒータ３ｂとしては、例えば、基板上に設けられたプリント配線などを採用できる。ガス検出を行う際、ヒータ３ｂによって触媒層３ａの温度を一定に保ったり、所定の条件で昇温したりできるようになっている。
【００２３】
触媒層３ａは、第１の希土類元素及び電気絶縁性を有する第１の触媒担体を含む第１の触媒成分と、第２の希土類元素及び電気絶縁性を有する第２の触媒担体を含む第２の触媒成分とを少なくとも含有する。すなわち、触媒層３ａは、希土類元素と電気絶縁性を有する触媒担体とを含む第１〜第ｎの触媒成分を含有する（ｎは２以上の整数を示す）。触媒を構成する触媒成分の数を多くすることにより、細かいスペクトル分布を測定でき、多種類のガスの同定が可能になる。
【００２４】
ここで、複数の触媒成分のうち、任意に選択した一の触媒成分を触媒成分Ｉと表記し、残りの触媒成分から任意に選択した一の触媒成分を触媒成分IIと表記する。これらの触媒成分に含まれる希土類元素及び触媒担体を希土類元素Ｉａ，IIａ及び触媒担体Ｉｂ，IIｂとそれぞれ表記する。
【００２５】
触媒層３ａが触媒成分Ｉ，IIを含有する場合、これらの触媒成分からの発光によってガス種を効率的に識別する観点から、希土類元素Ｉａと希土類元素IIａとは互いに異なる元素であり且つ触媒担体Ｉｂと触媒担体IIｂとは互いに異なる物質であることが好ましい。なお、場合によっては、触媒担体Ｉｂと触媒担体IIｂとは同一であってもよい。
【００２６】
触媒層３ａを形成する触媒は、触媒担体をなす物質に希土類元素をドープして得られた触媒粉末をそれぞれ調製し、これらを混合することによって得ることができる。この混合粉をスラリー状にし、ヒータをなすプリント配線板上などに塗布して触媒層３ａを形成してもよく、あるいは、上記混合粉を所定の形状に焼結して触媒層３ａを形成してもよい。
【００２７】
本実施形態において使用可能な希土類元素は、Ｌａ（ランタン）、Ｃｅ（セリウム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホルミニウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｌｕ（ルテチウム）、Ｓｃ（スカンジウム）及びＹ（イットリウム）である。なお、Ｐｍ（プロメチウム）も希土類元素に分類されるが、Ｐｍは放射性元素であり、実際上自然界に存在しないものである。本実施形態においては、一の触媒成分に上記希土類元素を単独で含有せしめてもよく、あるいは、２種以上を含有せしめてもよい。
【００２８】
触媒担体として使用可能な物質としては、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＣａＣＯ３（炭酸カルシウム）、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）、ＢａＳＯ４（硫酸バリウム）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、ＢＮ（窒化ホウ素）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）及びＢ４Ｃ（炭化ホウ素）などが挙げられる。一の触媒成分において上記物質を触媒担体として単独で使用してもよく、あるいは、２種以上を混合して使用してもよい。
【００２９】
触媒担体に対する希土類元素のドープ量は、発光素子３の用途又は要求性能等に応じて適宜設定すればよい。なお、３価の希土類元素を２価の陽イオンを含む触媒担体（例えば、ＢａＳＯ４、ＣａＣＯ３）にドープする場合、電荷補償のために希土類元素と同量の１価の陽イオン（例えば、Ｎａ）を触媒担体にドープすることが好ましい。
【００３０】
触媒に含まれる各触媒成分は、検査対象ガスに含まれる可燃性ガスの酸化反応を促進する金属元素（燃焼触媒）を更に含有することが好ましい。可燃性ガスの酸化反応が促進されることにより、発光素子３の応答速度が一層向上するという効果が奏される。ここで、触媒成分Ｉが金属元素Ｉｃを含有し、触媒成分IIが金属元素IIｃを含有するものであるとした場合、金属元素Ｉｃ及び金属元素IIｃは必ずしも互いに異なる元素である必要はなく、両者は同一であってもよい。
【００３１】
本実施形態において燃焼触媒として使用可能な金属種は、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ａｕ（金）などの貴金属、Ｓｎ（スズ）、Ｆｅ（鉄）などである。触媒担体に対する上記金属元素の担持量は、発光素子３の用途又は要求性能等に応じて適宜設定すればよい。
【００３２】
光学フィルタユニット６は、検出すべきピーク波長にそれぞれ相当する複数のバンドパスフィルタ（図示せず）を有しており、これらのバンドパルフィルタを適宜切り替えることで、１つの光検出器７で複数の希土類元素からそれぞれ発せられる固有の発光スペクトルを分離できる。
【００３３】
光検出器７は、発光素子３から発せられる光を検出するためのものである。光検出器７としては、光電子増倍管などを採用できる。光検出器７に光学フィルタユニット６を通じて光が入射すると、光検出器７から電気信号が出力される。光検出器７からの電気信号は、解析ユニット８に送られ、ガス種の同定及びその他の解析（ガス濃度等）が行われる。
【００３４】
＜ガス検出方法＞
次に、ガス検出装置１０を用いたガス検出方法について説明する。本実施形態に係るガス検出方法は、可燃性ガスを含む検査対象ガスと、発光素子３の触媒層３ａとを接触させることにより可燃性ガスの触媒酸化反応を生じさせ、この触媒酸化反応によって希土類元素から発生する発光スペクトルを光検出器７で計測する工程を備える。
【００３５】
ガス検出用セル１内に検査対象ガスを導入するにあたっては、高い応答速度を達成する観点から、流路４に検査対象ガスの層流が生じさせることが好ましい。したがって、ガス検出用セル１のサイズにもよるが、検査対象ガスは１００ｍｌ／分以下の流量とすることが好ましい。
【００３６】
希土類元素を含有する触媒層３ａに可燃性ガス及び酸素が供給されると、これらの分子が触媒層３ａの表面に吸着する。すると、吸着した可燃性ガスの分子及び酸素分子からそれぞれ生じた電子及びホールは触媒層３ａ内を移動し、これらが希土類金属を介して再結合する際、希土類元素固有の電子準位状態を反映した発光スペクトルが生じる。この発光機構に基づく発光スペクトルの強度は、触媒反応によって生じた反応生成物の量に比例し、他方、この反応生成物の生成される種類及び量は、検知対象ガスの種類と濃度に依存する。したがって、希土類元素固有の発光スペクトルの強度を計測すれば、検査対象ガスに含まれる可燃性ガスの濃度を知ることができる。
【００３７】
上記の通り、本実施形態に係るガス検出方法は、可燃性ガスの酸化反応を伴うものであるため、ガス種を同定すべきガスが酸素を含有しない場合、当該ガスと酸素含有ガス（典型的には空気）とを混合して、予め検査対象ガスを調製する。
【００３８】
ガス検出装置１０を用いて検査対象ガスに含まれる複数の可燃性ガスを検出するには、まず、ヒータ３ｂによって触媒層３ａを約５００℃にまで昇温する。ただし、この温度は検査対象ガスによって変化させてもよい。その後、検査対象ガスをガス分離ユニット２に導入し、ガス分離カラムによって複数の可燃性ガスを分離する。ガス分離ユニット２からキャリアガス（空気）とともに排出される複数の可燃性ガスをガス導入路４ａを通じて流路４へと順次導入する。すると、発光素子３の触媒層３ａにおいて可燃性ガスの酸化反応が順次生じ、可燃性ガスごとに互いに異なる発光スペクトルを有する発光が生じる。
【００３９】
触媒層３ａは、複数の触媒成分（希土類元素）を含有しているため、そこから放射される発光スペクトルを光検出器７で計測することで、可燃性ガスごとに異なる発光スペクトルのデータを取得できる。種々のガス種に対して予め計測された発光スペクトルのデータと比較することで、検査対象ガスに含まれる可燃性ガスの種類を識別できる。また、光検出器７によって計測された発光強度に基づいて可燃性ガスの濃度を求めることができる。
【００４０】
以上の通り、ガス検出装置１０は、流路４を有するガス検出用セル１を備えたものであるため、流路４内の検査対象ガスの流れを層流とすることにより、流路４内でのガスの滞留が抑制され、高い応答速度を達成できる。更に、発光素子３と光検出器７とを互いに十分に近づけて配置することができるため、検出感度を向上させることができる。また、流路４を扁平にすることで、触媒層３ａを加熱するためのヒータ３ｂの熱が流路４の内壁面や光検出用の開口部に十分に伝わりやすくなるため、当該領域に可燃性ガスや反応生成物が付着することを十分に抑制できる。したがって、高い検出感度を十分に維持することができ、分解して内部を洗浄する頻度を低くできる。また、ガス検出装置１０は、流路４が極めて扁平であるとともに、ガス検出に要する発光素子及び光検出器がそれぞれ１つであるため、十分な薄型化及び小型化を達成できる。
【００４１】
なお、光検出器７が発光素子３のヒータ３ｂによって過熱される場合は、ガス検出用セル１と光検出器７との間に、空気層を設けたり、断熱材を挿入したりして断熱性を高めればよい。ただし、ガス検出用セル１全体を高い温度にする必要がない場合（固体表面に吸着しにくいガスの検出に専ら使用する場合など）は、ヒータ３ｂからガス検出用セル１の本体部への熱伝導が小さくなるように、図２に示すように、ヒータ３ｂの下方に空洞部９を設けて両者の接触面積を小さくしたり、保護層５ａの厚さを薄くしたりすればよい。
【００４２】
ガス検出装置１０の発光素子３は、互いに異なるガス感度特性を有する複数の触媒成分からなる触媒層３ａを有する。触媒層３ａを構成する触媒成分の種類及び数を適宜選択することにより、特定のガスに対して所望のスペクトルを生じる触媒化学センサを作製することができる。また、混合する各種触媒成分の割合を調整することにより、触媒発光ピークの強度比を自由に設計できるので、特定の可燃性ガス成分に対する感度の高低を自由に選択することもできる。しかも、ガス種に応じて異なるスペクトルが生じるように、触媒成分を適宜選択するという比較的容易な手法によって、発光素子３を作製することが可能である。
【００４３】
上述した通り、触媒化学発光素子は、元来、ガス濃度に対するセンサ出力の直線性及び再現性、並びに、応答速度のすべてを高水準に達成し得るものであり、ガス検出装置１０もこのような特長を具備するものである。したがって、ガス検出装置１０をガスクロマトグラフの検出器として利用することにより、ＧＣ／ＭＳと同様のガスの分離及び定量分析が可能となる。また、ガス検出装置１０は、多種の可燃性ガスを識別できるため、においセンサなどにも適用することができる。
【００４４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、互いに異なる希土類元素を含有する複数の触媒成分からなる触媒層３ａを例示したが、ガス検出装置の用途や要求性能等によっては、触媒層３ａの代わりに、希土類元素などの発光体を１種類のみ含有する触媒層を採用してもよく、このような触媒層を流路４内に複数並べて配置してもよい。複数の発光素子及び目的に合わせた各種光学フィルタをガス検出用セルに設置することで、ガス分離ユニット２で成分毎に分離しなくても定性及び定量分析が可能となる。
【００４５】
更に、上記実施形態においては、検査対象ガスに複数の可燃性ガスが含まれる場合を例示したが、単独の可燃性ガスの種類を識別するためにガス検出装置１０を使用してもよい。この場合、ガス分離ユニット２を使用せず、検査対象ガスを直接ガス検出用セル１内へと導入すればよい。
【００４６】
上記実施形態のガス検出用セル１は、発光素子３の暗箱をなすものであるが、ガス検出用セル１を収容する暗箱を更に準備してもよい。この暗箱内にガス検出用セル１を収容することで、ガス検出を行う際、発光素子３の発光成分以外の迷光入射をより一層確実に防止できる。
【００４７】
上記実施形態では、ヒータ３ｂの熱によって加熱される領域に保護層５ａ，５ｂを設ける場合を例示したが、温度条件によっては、図３に図示したガス検出用セル２１のように、保護層５ｂを設けることなく、発光素子３と当接する保護層５ａのみであってもよい（第２実施形態）。また、図４に図示したガス検出用セル３１のように、流路４、ガス導入路４ａ及びガス排出路４ｂの内壁面にガスが吸着することをより一層防止する観点から、これらの内壁面全体を保護層５ａ，５ｂで覆ってもよい（第３実施形態）。更には、図５に図示したガス検出用セル４１のように、ガス検出用セルの本体部４１ａ全体を高い耐熱性を有する材質で形成してもよい（第４実施形態）。
【００４８】
図５に示すように、ガス検出用セル４１の本体部４１ａ全体を耐熱性材料で形成する場合、その材料は、加工性、価格、ガス耐久性、耐熱性、遮光性など、要求される項目を満足するのであれば、金属、樹脂、ゴム、セラミックス、ガラス等から適宜選択することができる。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００５０】
（実施例１）
図２に示すガス検出装置と同様の構成の装置を準備し、希土類元素を含有する触媒層を有する触媒化学発光素子をガス検出用セル内の流路に配置した。ただし、本実施例では空気にエタノールガスのみを添加したものを検査対象ガスとしたため、ガス分離ユニットを通さず、検査対象ガスを直接ガス検出用セルに導入した。
【００５１】
触媒層の温度を４５０℃に設定した後、１００ｍｌ／分の流量で検査対象ガスを触媒層へと供給した。ガス検出の応答速度を評価するため、本実施例においては、一定のエタノールガス濃度の検査対象ガスを所定時間供給した後、エタノール濃度を段階的に変化させた。具体的には、まず、エタノール濃度０ｐｐｍのガス（空気）の供給を開始し、その後、１９ｐｐｍ、３８ｐｐｍ、５７ｐｐｍ、７６ｐｐｍ、９５ｐｐｍ、１９ｐｐｍ、０ｐｐｍと順次異なるエタノール濃度の検査対象ガスを供給した。図７（ａ）は本実施例において計測された光検出強度を示すグラフである。
【００５２】
（比較例１）
図６に示す構成の従来のガス検出装置を使用したことの他は、実施例１と同様にしてガス検出の応答速度の評価を行った。すなわち、本比較例では、検査対象ガスを触媒化学発光素子に吹き付けるための連通口を有する分離壁で内部の空間が仕切られたガス検査用セルを使用した。図７（ｂ）は本比較例において計測された光検出強度を示すグラフである。
【００５３】
図７に示すグラフから明らかなように、比較例１に係るガス検出装置と比較すると、実施例１に係るガス検出装置は、エタノール濃度の変更に伴い、光検出強度が階段状に変化しており、高い応答速度を達成できることが確認された。また、図７の２つのグラフの縦軸（光検出強度）のスケールを比較すると、グラフ（ｂ）は最大値が３０（ｋｃｐｓ）であるのに対し、グラフ（ａ）は最大値が１００（ｋｃｐｓ）であり、実施例１に係るガス検出装置によれば、高い検出感度も達成できることが確認された。
【００５４】
（実施例２）
検査対象ガスの流量を１０ｍｌ／分としたことの他は、実施例１と同様にして光検出強度を計測し、センサ出力の直線性を評価した。実施例１，２の結果を図８に示す。
【００５５】
図８に示すグラフから明らかなように、実施例１（流量１００ｍｌ／分）及び実施例２（流量１０ｍｌ／分）の両方ともに、エタノールガス濃度と光検出強度とがほぼ比例関係であることが確認された。検査対象ガスの流量が１０ｍｌ／分と少ない場合でも、このような比例関係が維持されることから、本発明に係るガス検出用セルは、分析ガスの導入機構及び排出機構を低流量に設定することができ、携帯型ガス検出装置などを小型化するのに極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係るガス検出用セルの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示すガス検出用セルを備えたガス検出装置を示す断面図である。
【図３】本発明に係るガス検出用セルの第２実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明に係るガス検出用セルの第３実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明に係るガス検出用セルの第４実施形態を示す断面図である。
【図６】比較例１に係る従来のガス検出装置を示す断面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は実施例１及び比較例１における光検出強度の計測結果をそれぞれ示すグラフである。
【図８】実施例１，２における光検出強度の計測結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１…ガス検出用セル、２…ガス分離ユニット（ガス供給手段）、３…発光素子（触媒化学発光素子）、３ａ…触媒層、３ｂ…ヒータ、４…流路、４ａ…ガス導入路、４ｂ…ガス排出路、５ａ，５ｂ…保護層、５ｃ…ガラス板、６…光学フィルタユニット、７…光検出器、８…解析ユニット、９…空洞部、１０…ガス検出装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象ガスに含まれる可燃性ガスの触媒酸化反応によって発光する触媒化学発光素子と、
前記触媒化学発光素子が有する触媒層の表面と平行に形成され且つ前記触媒層が露出している流路と、
前記触媒層を加熱するヒータと、
を備えることを特徴とするガス検出用セル。
【請求項２】
請求項１に記載のガス検出用セルと、
前記流路を通じて前記触媒層に前記検査対象ガスを供給するガス供給手段と、
前記触媒層における前記可燃性ガスの触媒酸化反応によって発生する発光スペクトルを計測するスペクトル計測手段と、
を備えることを特徴とするガス検出装置。
【請求項１】
検査対象ガスに含まれる可燃性ガスの触媒酸化反応によって発光する触媒化学発光素子と、
前記触媒化学発光素子が有する触媒層の表面と平行に形成され且つ前記触媒層が露出している流路と、
前記触媒層を加熱するヒータと、
を備えることを特徴とするガス検出用セル。
【請求項２】
請求項１に記載のガス検出用セルと、
前記流路を通じて前記触媒層に前記検査対象ガスを供給するガス供給手段と、
前記触媒層における前記可燃性ガスの触媒酸化反応によって発生する発光スペクトルを計測するスペクトル計測手段と、
を備えることを特徴とするガス検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２３６８９１（Ｐ２００９−２３６８９１Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８７０３６（Ｐ２００８−８７０３６）
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００００１２２５）日本電産コパル株式会社 (755)
【出願人】（５９９０３５６２７）学校法人加計学園 (43)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００００１２２５）日本電産コパル株式会社 (755)
【出願人】（５９９０３５６２７）学校法人加計学園 (43)
【Ｆターム（参考）】
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