図(2)- 6 改良後のCW-CRDS装置
改良点のひとつめとしてはレーザー波長の制御を従来はレーザーコントローラーの指示値の変 更により行っていたが、これを大まかな波長の決定のみに使用し、精密な波長の決定はレーザー 内のピエゾ素子を駆動し、レーザー素子のグレーティングを動かすことにより行うこととした。
これにより、波長制御が以前は0.01 cm-1単位でしかできなかったものを、0.001 cm-1以下で可能と なった。また、波長をスキャンしてスペクトルを得る際に、コントローラーの指示値変更で対応 する場合は、1点1点グレーティングの角度調整を行うため、その誤差により波長の連続性が保障
されない。それに対してピエゾ素子で駆動する場合は、ピエゾ素子にかける電圧をファンクショ ンジェネレータにより連続に変化させることにより、波長を連続的に変更することが可能となっ た。加えて、今回使用したレーザーは波長をわずかに変更した際に、0.01 cm-1間隔程度でレーザー 強度が周期的に強弱し、それに伴ってリングダウンタイムも振動することが確認された。波長を 固定し長期の計測を行う際、温度等の周辺環境の変化により、その程度の波長シフトは頻繁に発 生し、それに起因するリングダウンシグナルのノイズが見られた。そこでこのノイズを除去する ために、波長固定で測定する際もファンクションジェネレータで作成した電気信号に合わせてピ エゾ素子を駆動することにより、波長を0.01 cm-1、70 Hz程度で駆動し、リングダウンシグナルの 上下を強制的に発生させ、観測されたシグナルを100回程度積算した。
ふたつめの改良点としては、p-ニトロフェノールの計測を行う際、沸点が279℃と非常に高いた め、配管等での付着を防止するためサンプルラインを150℃に加熱すると共に、セルを90℃に加熱 した。
３つめの改良点としては従来の装置ではセル内の光路長を0.5 mとしていたが感度を上げるため
に1.0 mとした。これにより理論上は倍の感度が得られることになる。
これらの改良による効果は次章で議論する。
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変更点①
レーザー内臓ピエゾによる精 密波長制御
変更点②
長光路セル(1m)の採用 変更点③
セル、配管の加熱 (セル88℃、配管150℃）
図(2)- 7 改良前後の装置比較および改良点
４．結果及び考察
（１）初期型CW-CRDS装置の性能評価
平成22年度に開発した初期型CW-CRDS装置の性能を確認するために、NO2のサンプルガスを用い
て、計測精度を確認した。図(2)- 8にはその際の濃度とリングダウンタイムの逆数の関係を示す。
このときの波長は1599.75 cm-1であり、のちのグラフに示すようにNO2の吸収に合わせた波長とし た。また、圧力は560 torrとした。これによると、リングダウンタイムの逆数は濃度に対してほぼ 線形である。また、ゼロ点ではリングダウンタイムの逆数のノイズは0.0005程度であり、この値か
らS/N=3の検出限界を算出すると、2.0 ppbvと非常に高感度な計測が可能であることが判る。
y = 0.7374x R² = 0.9933
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
β(1/μs)
ppm
図(2)- 8 さまざまな濃度のNO2(N2希釈)におけるリングダウンタイムの逆数の変化。レーザー波長 1599.75 cm-1、圧力560 torr