酸素分析計およびオンラインガス分析計の応用における難点

Thread Content

酸素分析計およびオンラインガス分析計の応用における難点　ガス分析装置とは、ガスの成分を分析・検査するための道具であり、これを利用することで特定の成分の種類や含有量に関するデータを得ることができる。しかし、ガス分析装置は単純な道具ではありません。流量計や圧力計のように構造が単純でもなく、各種の熱工学計器のように操作が容易でもないのです。それは構造が複雑で、使用するための技術的難易度が高い道具の一種であり、ガス分析装置を使用することは比較的複雑で習得が難しい専門技術である。一般的に、ガス分析装置の応用自体が独自の技術的作業であり、研究的な性質を持つ作業でもある。しかし、この点は一般の人には認識され、理解されていない。 ガス分析装置の適用上の難点分析　ガス分析装置の適用における難点について、以下のいくつかの側面から分析することで、大まかに理解することができる。 1. ガス分析は一連の化学プロセスを実現するものであり、1台のガス分析装置または1セットのガス分析システムは、完全な化学プロセス装置に相当する。したがって、ガス分析装置システムの動作過程とは、一連の化学プロセスを実現している過程そのものである。ガス分析によって正確なデータを得るためには、この一連の化学工程における各段階の状況や変化を理解し、その中に存在する法則を入念に研究して把握する必要がある。そうすることでのみ、正確な測定が可能となるのである。指摘しておくべきは、一台のガス分析装置内部に化学工業のプロセスと同様の状況や条件が存在するだけでなく、時には装置の前段にある試料ガス前処理部（サンプリングシステムを含む）もまた、化学工業のプロセスそのものであるということだ。比較的複雑で特殊な工程技術条件がある場合、試料ガス前処理システムが示す化学工程は非常に複雑であり、まるで小規模な化学工場の精製処理工程と同等である。これにより、ガス分析のプロセスとは、化学工業プロセス全体のシステム条件を理解し把握した上で、測定条件に影響を与えるさまざまな要因を厳格に制御することによって、工程や管理担当者が必要とする正確なデータを得ることであるとわかる。 2. 応用過程において影響因子を制御し、妨害因子を排除することが困難である：機器の使用過程では、影響因子の種類が多く、その変化も複雑であるため、これらの影響因子を効果的に制御し、測定を妨げる因子を排除することはかなり難しい。例えば微量酸素の測定では、システムの材質やシールを厳密に管理するだけでなく、システムの清浄度など多くの要因も一つずつ解決しなければならない。さもなければ、酸素成分の分析で正確な測定結果が得られないのである。気体中の微量水分含有量を測定する際には、上記の各種影響因子を考慮するだけでなく、試料ガス中の水分が配管内で達成する吸着平衡の問題も考慮しなければならない。この問題を適切に処理するためには、繰り返し実験を行い、その変化の様子や規則性を把握し、関連する操作技術を習得することで、正確無誤な結果を得ることができるのである。もちろん、ガスクロマトグラフを用いて高純度ガス中のppm～ppbレベルの不純物成分含有量を測定する際には、考慮し制御すべき影響因子がさらに複雑になります。 3.微量ガス成分分析の影響因子はより複雑である：ガス成分が配管や装置内を流れる際に生じる微視的な変化は複雑で多様である。定常ガス成分の分析では無視できる多くの影響因子も、微量ガス成分の分析においては無視できないばかりか、真剣に扱わなければならない。この場合、これらの因子が微量ガス成分分析の正確な結果を左右する主要な要因となっており、微量ガス分析装置が正常に作動させるためには、一つひとつ排除し解決していかなければならない。これらの影響因子には、主に①サンプリング管路内での気体の繰り返し混合、②管壁と気体成分との物理化学的作用、③管路の材質、④管路の接続方法、⑤管路の清浄度が含まれる。 4. 機器および方法の検証は、正確なデータを得るための鍵の一つである。計量検査用の道具としての機器は、正常に動作している場合でも、出力されるデータのほとんどが相対的な値である。測定データが正確かどうか、またその正確さの度合い（精度）については、機器自体では判断も証明もできないのである。周辺技術の作業に頼って完了させなければならない。それがデータの検証作業だ。 (1)機器の線形関係の検証。まず、計測器としての分析機器が正常に動作するためには、権威ある計量機関によって毎年、定められた規程に従って検査を受け、それに合格しなければ使用が許可されません。同時に、毎年一連の標準ガスを用いて、全直線範囲にわたって直線性が正常に保たれているかを検査する必要がある。さもなければ、分析機器（たとえ輸入品であっても）が正常であると盲信することで、誤ったデータが生産管理や品質管理上の失策を引き起こすことは必至である。 （2）誤差分析。分析機器の使用過程において、各測定結果のデータに対して誤差分析を行い、データ分析の真実性、信頼性、および信頼度を確認する必要がある。優秀な分析技術者は、単純に毎回の分析結果を報告したり公表したりすることはしないし、そうすべきでもない。通常は、測定結果が得られた後、誤差分析を行い、分析データの誤差の合計が規定された許容誤差未満であると確認された場合にのみ、その1つの（または一組の）データを正しい測定結果として報告または公表する。さもなければ、不正確なデータが生産管理者に深刻な悪影響をもたらすことになる。 (3)定量分析でよく用いられる機器の校正。ガス分析計は定量分析装置の一種であり、定量分析を行う前に標準ガスを用いて校正（または較正）を行う必要がある。標準ガスは通常、**計量部門または許可された工場から購入します。特殊な場合には、自ら調製することも可能です（ただし、標準ガスを調製する資格と能力、および関連する設備が必要です）。標準ガスの保存期間は1年であり、分析機器を校正する際には、適切な手順や使用法についても十分に理解しておく必要があります。要件を満たさない標準ガスを購入・使用すると、分析データに大きな誤差が生じる可能性があります。標準ガスの使用要件を十分に理解していない場合、正確なデータが得られず、空気分離プロセスに支障をきたすことになります。 5. 分析技術者は、分析検査技術を絶えず改善・向上させなければならない：優秀な分析技術者は、分析機器の新技術や機器分析の新手法を絶えず学び研究し、それを自らの業務にタイムリーに応用することで、分析検査技術の継続的な改善と向上を図る必要がある。分析技術者は、既存の装置を可能な限り有効に活用できるだけでなく、現在使用されている機器の原理・構造・性能を深く理解した上で、常に国内外の先進的な分析技術を取り入れ、技術革新を続け、既存の機器の検出能力をさらに向上させるべきである。単に簡単な操作に満足するだけではいけないのだ。 要するに、微量ガス分析は専門技術であり、研究的な性質を持つ仕事でもあり、それがガス分析機器の適用効果と水準を決定するのである。微量ガス分析技術もまた一つの実学であり、多数の実験と実践を通じてその中の法則性を見出さなければ、それを十分に習得し、さまざまな具体的な微量ガス分析の課題を円滑に解決することはできない。これもまた、20世紀の60年代・70年代に高純度ガスの研究開発が始まった際に、我が国の第一世代のガス分析技術者たちが得た経験の集約である。彼らが数十年にわたるガス分析から導き出したこの結論は、後世の人々が重視すべきだ。私たちは、ガス分析技術の従事者が、空気分離技術が急速に発展する新たな状況下で、より速く、より大きく発展できることを願っています。