ガス濃度計とは
ガス濃度計とは、ガスの濃度を測定する機器です。
それぞれ対象とするガスを単独あるいは複数項目測定できます。ガス濃度計で測定できるガスの種類は、二酸化炭素や、窒素酸化物、有害ガスや可燃性ガスなどです。
そのため、機器に用いられている原理も様々です。ガス濃度を測定する主な目的として、生産プロセスにおける管理・制御、環境モニタリング、工場や作業現場における作業員の安全確保などがあります。
ガス濃度計の使用用途
ガス濃度計は、前述した通りガスの濃度を測る際に使用されます。ガスは、二酸化炭素や酸素などの大気に含まれるガスから、燃料となるプロパンガス等、性質は様々です。
これらは、空間の中に一定濃度以上存在すると人体に有害なガスや、人間活動によって大気中の濃度が増加したガスもあります。ガス濃度計はそうした有害ガスの検知に用いたり、環境モニタリングに使用したりすることで活躍をしています。
1. 産業分野
産業環境では、ガス濃度計が労働者の安全を確保するために使用されます。例えば、化学工場や製造工場では、有害なガスや蒸気の濃度を監視し、異常な濃度が検出された場合に警報を発することで、作業現場での危険を防ぐことが可能です。また、鉱業や採掘業でも、有毒ガスや爆発性ガスの検知にガス濃度計が活用されています。
2. 環境分野
環境保護活動においても、ガス濃度計は重要な役割を果たしています。大気中のガスの濃度を監視することで、大気汚染の状況を把握したり、排ガスの検査や測定を行ったりします。具体的な例としては、自動車の排気ガスの成分分析や、工場からの大気汚染物質のモニタリングなどです。
3. 医療分野
医療機器や医療環境においても、ガス濃度計が使用されます。麻酔時の酸素濃度の監視や、呼吸器機器での二酸化炭素の濃度測定など、患者の安全性を確保するために重要な役割を果たします。
また、血液ガス分析器は、動脈血中の酸素や二酸化炭素の濃度を測定し、臨床的な診断や治療に役立てられます。
ガス濃度計の原理
実際の分析は、ガスが持つ屈折率や常磁性、溶液伝導度、熱伝導度といった特徴を応用しています。また、ガス濃度計は、主に「化学的原理」と「物理的原理」の2つの原理が主流です。
1. 化学的原理
ガス濃度計の1つのアプローチは、ガスの化学的反応を利用して濃度を測定する方法です。この方法では、特定のガスとの反応に基づいたセンサーが使用されます。
ガスがセンサーに接触すると、化学的な反応が起こり、その結果電気的な変化が生じます。センサーはこの変化を検出し、それに基づいてガスの濃度を計測されるという原理です。この化学的原理によるセンサーは、酸素濃度計や二酸化炭素濃度計などに広く使用されています。
2. 物理的原理
ガス濃度計のもう1つのアプローチは、ガスとの相互作用に基づいた物理的な原理を利用する方法です。この方法では、ガスの特性や挙動に基づくセンサーが使用されます。
例えば、光の吸収、散乱、伝導率、温度変化などを測定することで、ガスの濃度を推定することが可能です。この物理的原理に基づくセンサーは、赤外線ガス濃度計や電気伝導ガス濃度計などに利用されています。
ガス濃度計の種類
ガス濃度計は様々な応用分野で使用できるよう、いくつかの種類があります。
1. 電気化学式
物質の電気に関連する特性、電気化学的な特徴を利用しています。気体が溶液に溶けた際の電気伝導率を応用したものや、電極を用いたイオン電極式などがあります。
2. 光式
光式は、紫外線や可視光、赤外線などの光を用いて測定するものです。光源と照射した光をキャッチする受光器によって構成されます。
3. 電磁気式
電磁気的性質を利用した方法です。気体に磁界を加えた時に発生する磁力を応用しています。他のガスに比べて、酸素のみが強い常磁性を持つことから、酸素の測定に使われることが多いです。
4. 熱式
熱した金属線とガスが触れた時に生じた温度変化や、熱平衡を元にガス濃度を測定します。熱伝導式、接触燃焼式があります。接触燃焼式は、安価で大量生産が可能であるため、家庭用のガス警報機として広く普及しています。