NDIR CO2センサーを考えると、探偵のような存在です。正確に言うと、賢い探偵です。犯罪を解決するために秘密を明らかにするリアルな探偵のように、非分散センサーはあなたの周りの空気の秘密、特にその二酸化炭素含有量を明らかにします。そのため、このデバイスが食品業界では不可欠なツールであることは驚くには及びません。
非分散赤外線（NDIR）の中心にあるのは赤外線です。二酸化炭素（CO2）は、赤外線エネルギーを吸収できるという点で他のガスとは異なります。したがって、特定の環境内の二酸化炭素のレベルを決定するために、赤外線がどの程度広範囲の赤外線が吸収され、再放射されるかを見ることで、われわれは、特定の波長で吸収され、再放射される赤外線エネルギーを考慮に入れます。
近年、二酸化炭素は悪い評判を得ています。地球から長波長赤外線エネルギー（熱）を吸収し、それを下方に再放射する能力を持つため、CO2は効果的な温室効果ガスとして悪名高くなりました。小さな驚きは、一部の環境活動家がそれを悪魔の化身と呼んでいるということです。
しかし、それは話の一面に過ぎません。植物が食品を生産するために二酸化炭素が必要であることを忘れないでください。特に私たちにとっては、CO2は人間にとって恵みです。それだけでなく、それはあなたのコーヒー体験を完全に新しいレベルに高めることができます。日々摂取する多くの食品が、この特別なガスの利点なしでは平凡な味になるでしょう。
NDIR CO2センサー：信頼できる二酸化炭素センサー
幸いなことに、便利なNDIR CO2センサーがこの分野であなたに制御を提供します — あなたの食品がおいしくなるように正確な量の二酸化炭素を持っていることを確認します。続けて読んでください。
地球にとって欠かせないガス
最初から、二酸化炭素は人間の感覚だけでは検出不可能であることを認識する必要があります。CO2は無色であり、無臭であるだけでなく、地球の大気中の窒素と酸素よりもはるかに豊富ではありませんが、私たちの周りの空気の重要な成分です。
表1: 地球の大気中の気体（ナショナルジオグラフィック）
CO2の熱を捕捉する能力がなければ、地球は非常に寒冷になり、したがって、住みにくくなるでしょう。要するに、二酸化炭素なしでは存在できません。このことを知っているので、科学者がガスを測定するために狂乱したスクランブルになったことは驚くことではありません。
初期には、二酸化炭素を測定するために水銀マノメーターが使用されました。マノメーターは理想気体法（PV=nRT）を使用して、乾燥したガスサンプルの温度、圧力、および体積を考慮してCO2のモル数を計算します。そのため、ガス圧を測定するために水銀で満たされたU字型のガラス管を使用しました。
水銀マノメーターは正確ですが、手順には時間がかかる可能性があります。それは確かに産業用に適用されることはありません。
キーリング曲線
二酸化炭素モニタリングでみんなが必要としていた休憩は、1人の有名な科学者から来ました：チャールズ・デビッド・キーリング（1928年 - 2005年）。アメリカの気象局によって惑星の二酸化炭素を観測するように指示されたこのアメリカの科学者は、ハワイのマウナロア火山で1時間ごとの大気中のCO2の測定を開始しました。これを行うために、彼は自分のマノメーターに対して較正された初期の赤外線（IR）ガスアナライザーを使用しました。
マウナロアは、高さ4,169メートルで歴史的には地球上で最も大きな火山と考えられており、地球の大気の脈を取るのに理想的な場所として選ばれました。これは地元の汚染源や植生の影響を受けないように配置されているため、良く混合された空気をサンプリングするのに理想的な位置にあります。したがって、遠隔地の場所では、大気と混合された二酸化炭素のみを測定できます。
キーリングは1958年から2006年までの画期的な研究を行いました。さらに、それは世界にキーリング曲線を示しました：大気中の二酸化炭素の進行的な蓄積。さらに、それはCO2の普及を調べるための赤外線放射の利点を紹介しました。
NDIR CO2センサーの動作原理
現在、二酸化炭素を測定する最も一般的な方法は、NDIR CO2センサーを使用することです。キーリングの元の赤外線ガスアナライザーは、サンプルチューブだけでも長さが40 cmまたは16インチあり、今日広く使用されている赤外線二酸化炭素アナライザーと同じ原理を使用していました。
図1： NDIR CO2センサーの動作
非分散赤外線の操作は実際には非常にシンプルです。技術的な部分を除いて、それを理解するのは簡単です。
- ガスイン：空気がセンサーに入ると、二酸化炭素用に特定の波長に設定された赤外線（IR）ライトがアクティブになります。具体的には、IRはCO2の4.26マイクロン吸収帯に近い波長に設定されています。光源の波長を一致させることは、CO2分子をその固有のIRスペクトルで識別するための署名または「指紋」として機能します。
- チューブの長さ：IRライトがチューブの長さを通過すると、CO2ガス分子は特定の波長のIR光を吸収し、同時に他の光の波長を通過させます。
- 光学フィルター：光学フィルターはユニークです。空気サンプルチューブの特定の波長を除いて、すべての光の波長を通過させます。
- 赤外線検出器：最後に、IR検出器がフィルターを通過した光を検出します。これは、CO2分子または光学フィルターによって吸収されなかった残りの光であり、したがって、存在するCO2が多いほど、吸収される光が多くなります。したがって、センサーの反対側にある光の量が減少します。
赤外線センサーを介して残された光の量を測定することで、空気中の二酸化炭素の量を知ることができます。NDIRセンサーは非常に長寿命です。さらに、他の物質も読み取りに干渉しません。これに加えて、一般的なCO2範囲での動作がよく、これが非分散IRが現在最も広く使用されている二酸化炭素センサーである理由です。
今日、技術の進歩により、折り畳み光学とメタライズド折り畳みプラスチックが可能にし、光が曲線状に移動することを可能にするため、小型のNDIR CO2センサーが実現しました。
さらに、循環中の発光ダイオード（LED）光源により、NDIRセンサーが非常に低い電力レベルで動作できるようになりました。以前は50〜200mWを消費していたものが、3mWの電力で動作することができるようになりました。次世代のNDIR CO2センサーは、数ヶ月間太陽エネルギーで稼働できることができるようになったのですから驚きません。
二酸化炭素モニタリング：食品業界では必須
多くの人が驚くかもしれませんが、今日多くの産業で二酸化炭素が中心的な役割を果たしています。これをCO2利用と呼び、これは地球の全体的な見通しにプラスの影響を与える可能性があります。
表2: 二酸化炭素の産業利用
さて、今、二酸化炭素の使用、およびそれによる二酸化炭素モニタリングは、食品業界で中心的な役割を果たしています。そのため、この業界ではNDIR CO2センサーの応用が広範囲にわたっています。気づかないかもしれませんが、これらの食品製品の多くは私たちの日常生活で一般的なものです。以下にいくつかの例を示します。
コーヒー
統計によると、アメリカはコーヒー国です。2016年だけで、アメリカ人口の50％以上が1日にコーヒーを飲みます。それは1日に1杯以上の人が1億5千万人以上いることを意味します。実際、それはこの惑星のこの側でどれだけジャワが愛されているかを示しています。
もちろん、アメリカだけではありません。北欧諸国（おそらくすべての寒さのせいか）は、コーヒー消費量がトップのリストに載っています。
表3：トップ25のコーヒー消費国
アメリカはそのリストのトップ10にも入っていません。World Atlasによると、コーヒーの消費量に関しては、アメリカはトップ25に位置しています。
世界のコーヒーファンの多くが気づいていないことは、二酸化炭素が完璧な一杯を作るために多大な役割を果たしていることです。驚きましたか？以下で詳しく探ってみましょう。
実際のところ、コーヒーを一流と考えるためには、非常に入念なプロセスを経る必要があります。そのことを、塩の名前に値するバリスタなら誰でも知っているはずです。
正しい温度が重要だと思うかもしれません。それは正しいです。また、焙煎の適切な手順が重要だと思うかもしれません。それも正しいです。しかし、多くの人が知らないのは、適切な二酸化炭素の量も非常に重要だということです。
緑豆を焙煎すると、その熱過程によって揮発性ガスの生成を引き起こす化学反応が起こります。この蓄積により、豆の体積が最大80％増加します。重要なのは、そのほとんどが二酸化炭素であるということです。
図2：二酸化炭素とコーヒー豆の脱気
一部の二酸化炭素は焙煎プロセス中に放出されますが、大部分は豆に残り、貯蔵中に徐々に放出されるか、研磨や抽出中により速く放出されます。ガスとしての二酸化炭素は、コーヒーの重要な特性に関連しており、新鮮さの鍵となります。
さらに、二酸化炭素はコーヒーの保存期間にも重要な役割を果たします。つまり、二酸化炭素はカップ内の感覚プロファイルに影響を与える可能性があります。
さらに、二酸化炭素は焙煎されたコーヒー豆の脱気プロセスで中心的な役割を果たします。確かに、新鮮でないコーヒーを飲みたいとは思いません。それでも、焙煎直後にすぐにコーヒーを淹れると、がっかりするような一杯になることがあります。
脱気とは、焙煎したコーヒーから気体を放出することです。コーヒーを適切に脱気する時間を取ることで、熱い水が挽いた豆からアロマとオイルを抽出できます。
コーヒーを焙煎した後、豆の内部からガス（つまり、二酸化炭素を含む）が放出されます。これらの多くのガスは、焙煎後数日間の時間が必要です。
問題は、コーヒーを早すぎるタイミングで淹れると、コーヒーを淹れたときに小さな気泡が作られることです。その結果、これらの気泡がコーヒー豆の風味とアロマ化合物の抽出の間に起こる接触を妨げます。
つまり、あなたの望む最高のコーヒーブレンドを得ることに失敗しました。実際、焙煎直後にコーヒーを淹れると、コーヒーの味とプロファイルに否定的な影響を与える可能性があります。
これは、最も忘れられないコーヒー体験をしたいのであれば、二酸化炭素含有量に注意する必要があるということを示しています。
ビール
ビールは皆が知っている飲み物で、おそらく缶の飲み物の中から1つを若い子供でも見分けることができるかもしれません。アメリカはアルコールを含む飲み物の中でもビールを好む国です。実際、統計によるとそうです。
- 63％：アルコールを飲む成人アメリカ人。
- 42％：他のアルコール飲料よりもビールを好むアメリカ人。
- 34％：他のアルコール飲料よりもワインを好むアメリカ人。
- 19％：他のアルコール飲料よりもリカーを好むアメリカ人。
平均して、アメリカ人は1人当たり年間少なくとも26.2ガロンのビールを消費しています。1ガロンはほぼ8パイントに相当します。間違いなく、それはたくさんのビールです。
それについて初めての方は、これらの飲み物について話すと眉をひそめるかもしれません。しかし、区別すると、ビールとワインはアルコールを含んでいますが、発酵によって作られます。一方、リカー、またはハードリカーまたは蒸留酒とも呼ばれるものは、穀物、野菜、または果物を蒸留して作られるアルコール飲料です。蒸留されたアルコールの例には、ウィスキー、ジン、ラム、ブランデー、テキーラ、ウォッカ、およびさまざまなフレーバーのリキュールがあります。
今ではますます明らかになっているのは、二酸化炭素がビールの開発にも中心的な役割を果たしていることです。ビールを作るためには、大麦を煮込む必要があります。プロセスが進行すると、発酵で酵母が消費する糖が放出されます。
その結果、酵母は糖をアルコールと二酸化炭素の2つの要素に変えます。そのほとんどが、ビールの中にアルコールだけを残して（エアロックバルブを介して）二酸化炭素が放出されます。
一方、大規模な醸造所は、強制的な炭酸ガス化と呼ばれる代替手法を使用し、基本的に二酸化炭素CO2をビールに添加します。これは圧縮ガスのシリンダーを使用して行います。実現するためには、多くの設備（圧力計、ホース、コネクター、レギュレーターなど）が必要で、圧力容器を使用します。これにより、ブルワーはビール内の二酸化炭素の量をより制御し、すぐに消費できるようにします。
なぜわざわざビールに二酸化炭素を入れるのでしょうか？その答えは味に関係があります。コーヒーと同様に、適切な二酸化炭素の量がビールを飲む体験を定義します。
ビールが炭酸化されると、味が格段に向上します。気泡がビールに爽快な感覚を与えます。炭酸化は、ビールの温度を保つために重要な泡を生成する気泡の原因でもあります。
ソーダ
実際に、ソフトドリンクの利点について多くのことが言われてきました。しばしば、業界関係者は、ソーダが肥満の主要な原因であると指摘します。実際、一連の研究が、砂糖入りのソフトドリンクの消費がどれだけの影響を与えるかを示しています。
体重増加や若者や子供の肥満のリスク増大と直接関連しています。
ある意味では、これらの専門家たちは的を射ています。アメリカで日々消費される炭酸飲料の量を考えると、心配にならざるを得ません。
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45ガロン：アメリカ人の平均的な消費量
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470缶：45ガロン相当の炭酸飲料缶の数
文脈を理解するために、私たちの体は年間に20ポンドの砂糖を消費していることを知ってください。45ガロンの炭酸飲料を摂取すると、年間約375ポンドの甘い炭酸飲料を摂取することになります。ですので、糖尿病で苦しんでいるか体重が過剰である場合は、炭酸飲料の摂取量をよく見直す必要があります。
また、缶入りの炭酸飲料がどのようにして動くのかを知りたい場合がありますか？砂糖の他に、二酸化炭素が関与していることを認識してください。炭酸飲料缶が炭酸飲料と呼ばれるのもそのためです。
炭酸飲料に二酸化炭素を入れることで、製造業者は炭酸飲料が発泡し、できるだけおいしく保つことができます。さらに、CO2は長い間飲み物を保存します。以下は、コーラ飲料で二酸化炭素が使用される理由の要約です。
表4：炭酸飲料での二酸化炭素の利点
再び、二酸化炭素は、毎日摂取するコーラ飲料をより食欲をそそるものにするための有用なエージェントになっています。それは、CO2がおいしいごちそうを提供する際に果たす役割について多くを語っています。風味がない飲み物や食べ物で食事をするのがどれほど嫌いか想像してみてください。
まとめ
大部分、二酸化炭素は私たちが毎日摂取する食品の多くを定義しています。実際、リストは疲れるほど長くなる可能性があります（炭酸飲料、果物/野菜の保存、ドライアイス）。食品を処理する際にどれだけの二酸化炭素が関与しているかを管理することは、必須です。だからこそ、赤外線を使用する最も広く使用されている二酸化炭素モニターであるNDIR二酸化炭素メーターが不可欠なのです。