まどを しめた きょうしつで、CO2けいの すうじを 見て いると、人が ふえるほど、すうじが のぼって いきます。

わけは、人の 息です。息には、CO2が 4パーセント くらい ふくまれると いわれます［7］。そとの 空気は、0.04パーセント ほどです［5］。息の ほうが、およそ 100ばい 近く こいことに なります。

へやの 空気の よごれぐあいの 目やすに、1000ppmと いう すうじが つかわれます［3］。ppmは、100まんぶんの いくつか、という 数え方です。1000ppmは、0.1パーセントです。

ただし、1000ppmは「どくに なる 線」では ありません。空気が かわって いるかを 見る、目やすです［4］。

では、この すうじは、なにを はかって 出て いるのでしょう。

息は、外の空気より100倍ちかく濃い

窓を閉めた教室で、CO2計の数字が授業中に上がっていくのは、人の息にCO2が含まれるからです。人の息には4％ほど、幅をもたせると3〜5％のCO2が含まれるといわれます［7］。一方、屋外の空気は、2024年の世界平均で423.9ppm、つまり0.04％ほどです［5］。4％は40000ppmなので、息は外の空気の約100倍の濃さです。

1000ppmは「毒の線」ではない

建築物衛生法の空気環境の管理基準では、二酸化炭素は1000ppm以下とされています。鳥取県は、1000ppm以下なら居室の空気環境は適切に維持管理されていると説明しています［3］。文部科学省の学校施設の報告書の表にも、同じ「1000ppm以下」が管理基準として載っています［4］。

ただしこれは、毒性の境目ではなく、換気が足りているかを見るための目安です［4］。ppmは100万分の1の単位で、1000ppmは0.1％にあたります。

では、その数字は、どんなしくみで出てくるのでしょうか。

閉め切った室内でCO2濃度が上がるのは、居住者の呼気に含まれるCO2が換気で薄まらないためだ。呼気のCO2は約4％（3〜5％ほどの幅）とされ［7］、2024年の大気の世界平均423.9ppm（約0.04％）［5］とくらべると、4％＝40000ppmだから約94倍になる。ただし呼気の値は検知管による報告にもとづく目安で、人や運動の強さで変わる。

建築物衛生法の空気環境の管理基準は、二酸化炭素を1000ppm以下とする。鳥取県はこれを、1000ppm以下なら居室の空気環境が適切に維持管理されている状態と説明する［3］。文部科学省の学校施設の換気に関する報告書も、管理基準値を1000ppm以下としている［4］。1000ppmは毒性の境目ではなく、換気状態を見るための管理基準である点に注意したい［4］。

では、この「ppm」の数字は、機器の中でどう作られるのか。

CO2けいの なかには、小さな 光の とおり道が あります。そこへ 赤外線と いう、目に 見えない 光を とおします。

CO2は、ある 長さの 赤外線を よく すいこむ せいしつが あります。だから、空気の なかに CO2が ふえるほど、とおり道を ぬける 光は くらく なります［1］。

けいは、その くらく なりかたを 見て、「これは、CO2が これくらい ある ときの くらさだ」と 見つもります。つまり、CO2を 一つずつ かぞえるのでは なく、光の くらさから 数を 出して います。

たとえば、きりの 日に 道の あかりが ぼんやり 見えるのと にて います。ただし、きりは 光を ぜんぶ まんべんなく さえぎりますが、CO2は きまった 長さの 赤外線だけを すいこみます。

この しくみを、NDIR（エヌディーアイアール）と よびます。

赤外線の「ある色」だけが吸われる

CO2は、波長がおよそ4.2〜4.3マイクロメートルの赤外線を強く吸います［1］。マイクロメートルは、1ミリメートルの1000分の1です。人の目には見えない、少し長い波長の光です。

多くのCO2計は、この赤外線を空気の通り道に通して、反対側の検出器で受けます。CO2が増えるほど、この波長の光は吸われて弱くなります［1］。機器は、弱まった割合から、濃度を逆算します。

この方式をNDIR（非分散型赤外線）といいます。「非分散型」は、光をプリズムなどで色ごとに分けるのではなく、フィルタで目的の波長を選ぶ方式、という意味です［1］。

CO2が増えると、光は弱くなる

霧の中の街灯がぼやけるのに似ていますが、霧はどの色も弱めるのに対し、CO2は決まった波長だけを吸います。この「ある波長だけ」という性質が、CO2を見分ける手がかりになります。

NDIR（非分散型赤外線）方式は、CO2が約4.2〜4.3μm（資料により幅がある）の中赤外線を強く吸収する性質を使う［1］。吸収が強いので、短い光路でも比較的低い濃度を検出でき、小さな機器に向く［1］。光源から出た赤外線が試料ガスを通るあいだに、CO2が多いほど目的の波長の光が弱まる。検出器はこの弱まりを受けて、濃度に換算する。

「非分散」とは、グレーティングやプリズムで光を波長ごとに分ける分光をせず、光学フィルタで目的の波長を選ぶことを指す［1］。分光器を省くため構造が簡単で、小型化しやすい。

ここでは、光が弱まるほど濃度が高い、という「逆向き」の関係がある。CO2計の数字は、光の強さそのものではなく、弱まり方を濃度の目盛りに直したものなのだ。

では、光が弱まった原因が、ほんとうにCO2だと、機器はどう見分けているのか。

光が くらく なる わけは、CO2だけとは かぎりません。ほこりが ついたり、光が 年を とって よわく なったり します。

そこで、NDIRの けんしゅつ部には、もう ひとつの 目が ついて います。CO2に すいこまれない 長さの 光を 見る、くらべる ための 目です［1］。

CO2に かんけいなく くらく なったら、くらべる 目も くらく なります。CO2で くらく なった ときだけ、2つの 目の あいだに ちがいが 出ます。この ちがいが、CO2で くらく なったかを 見わける てがかりに なります。

こんなふうに、うまく くらべる ことで、まちがいを へらして いるのです。

「くらべる目」を1つ持つ

NDIRの検出器には、CO2用の波長を見るチャネルのほかに、比べるための参照チャネルがあります［1］。参照チャネルは、CO2に吸われにくい波長の光を見ます。ほこりや光源の弱まりで両方の光が暗くなった場合、2つの変化を比べる手がかりになります。

CO2で弱まるのは、おもに目的のチャネルです。この2つのちがいは、CO2による変化を見分ける手がかりになります。補正できる範囲は、機器の設計によって変わります。

目盛りは、既知の濃度で合わせる

光の弱まりを濃度に直すには、目盛りを決める必要があります。窒素のようにCO2を含まないガスで0ppmを、濃度が分かっているガスでもう1点を合わせる、という方法が説明されています［1］。ただし、機種ごとに校正の方法はちがうので、取扱説明書で確かめるのが確実です。

NDIRの検出器は、CO2に吸収される波長を見る活性チャネルのほかに、基準となる参照チャネルを備える［1］。参照チャネルは、光源の経年変化や光路の汚れのように、波長によらず光を弱める要因を拾う。活性チャネルの弱まりとの差を取れば、CO2による弱まりを見分けやすくなる、という考え方だ。どこまで補正できるかは機器の設計による。

弱まりを濃度に直すには、目盛りの校正がいる。一般には、窒素などCO2を含まないガスで0ppmを、既知濃度のガスで別の1点を合わせる、と説明される。機種ごとの自動校正やセンサのずれ、応答の速さは、製品の仕様書で確認できる。

なお、NDIRによるガス分析自体は、1943年ごろに始まったとされる［1］。

CO2が 目に 見えない 光を すう ことは、いまから 160ねん いじょう 前の 実けんで しらべられました。

1859ねんごろ、イギリスの ティンダルと いう 人が、いろいろな 気体が、あたたかさを つたえる 光を どれだけ すうかを しらべ はじめました。そして、水じょうき、CO2、オゾンが、とくによく すう ことを しめしました［2］。

ただし、ティンダルが つくったのは、CO2けいでは ありません。「CO2は 光を すう」と わかった ところまでです。

1859年、気体の「光の吸い方」を調べた人

1859年、イギリスの物理学者ジョン・ティンダルが、気体が熱の放射（目に見えない光の一種）をどれだけ吸うかを調べ始めました。このとき、彼は最初の比率分光光度計を作ったとされます［2］。結果として、水蒸気、二酸化炭素（当時は炭酸ガスと呼ばれました）、オゾンが、熱の放射をよく吸う気体だと示されました［2］。

ただし、ティンダルが作ったのはCO2計ではありません。分かったのは、CO2が目に見えない光を吸う、という性質までです。NDIR方式のCO2計は、その性質を使った、のちの時代の道具のひとつです。

CO2が熱放射を吸う性質は、1859年にジョン・ティンダル（John Tyndall、19世紀の英国の物理学者）が調べ始めた。彼は最初の比率分光光度計を作った。その結果、水蒸気、二酸化炭素（当時はcarbonic acid）、オゾンが熱放射をよく吸う気体だと示された［2］。ここで確かめられたのは、気体の吸収の性質であって、濃度計の開発ではない。

この発見と、NDIR式ガス分析が1943年ごろに始まったという記述［1］の間には、80年以上のへだたりがある。資料にはこの2つを結ぶ因果の説明がなく、「ティンダルの発見がNDIR計を生んだ」と書くのは言い過ぎになる。ただし、吸収の性質を濃度の目盛りに使うという発想の土台に、こうした実験があった、という読み方はできる。

さて、ここまでの光を使う方式とはちがう測り方をする、安価な機器がある。

やすい CO2けいの なかには、光では なく、空気の なかの においの もとに なる ガスを はかる ものが あります。

人は、息の ほかにも、いろいろな ガスを 出して います。その ガスの 多さから、「これだけ ガスが あるなら、CO2は これくらいだろう」と、けいさんで 出すのです［6］。

こうして 出した すうじは、「CO2そうとう」の すうじ（eCO2）と よばれます。CO2そのものを 見つけた わけでは ありません［6］。

ある 人が じっさいに くらべたところ、eCO2の すうじは、光の ほうほうの さいだい 4ばい（べつの きかいでは 2ばい）に なりました［6］。ただし これは、1人の しけんの けっかです。すべての きかいが そうだとは いえません。

光ではなく、においの元から計算する

安価なモニターの中には、金属酸化物（MOX）センサを使うものがあります。このセンサは、空気中の有機ガス（TVOCと呼ばれます）が触れると、電気の通りやすさが変わります［6］。機器は、人が出すVOCの量などからCO2濃度を推定します。こうして計算した値が、eCO2です［6］。

つまりeCO2は、CO2を検出した値ではなく、別のものを測って「だいたいこのくらいだろう」と換算した値です［6］。

個人の実測では、最大4倍のずれ

個人サイトの実測では、eCO2センサの値は、NDIRの値の最大4倍（CCS811という機種）、最大2倍（SGP30）になりました［6］。結論は、傾向を見るには使えても、数字そのものは当てにしにくい、というものです［6］。

これは1人の試験結果なので、製品全般の性能とは言えません。大事なのは、同じ「ppm」の表示でも、中身が「光の吸収」か「別のものからの推定」かで、意味がちがうことです。

安価なCO2モニターには、金属酸化物（MOX）センサの抵抗変化から総揮発性有機化合物（TVOC）を測り、「人が時間とともに一定量のVOCを出す」という前提を置いてCO2濃度を推定するものがある［6］。これがeCO2（CO2相当値）で、CO2そのものを検出しているわけではない。換気で空気が入れかわり、人の出すVOCとCO2の比が前提どおりでなくなると、ずれが出ることがある。

個人の実測では、eCO2センサの値はNDIRの値に対して、CCS811で最大4倍、SGP30で最大2倍になった［6］。筆者の結論は、変化の傾向を見るには使えるが、数字そのものは当てにしにくい、というものだ［6］。ただし、これは1人による試験で、センサの個体差や環境にも左右される。製品全般の性能として一般化はできない。eCO2の説明や比較は、機器の仕様書でも確かめてみよう。

要するに、「ppm」と書かれた数字が、光の吸収から導かれたのか、有機ガスから計算されたのかで、同じ数字の重みはちがう。ではどうやって、自分の手もとの機器がどちらかを見分けるのか。

学校や うちに CO2けいが あれば、うしろや はこの 文字を 見て みましょう。「NDIR」と かいて あれば、光を つかう しくみです。

「eCO2」「CO2そうとう」と かいて あれば、けいさんで 出して いる すうじです。

けいが ない ときは、先生や おうちの 人に、きいて みても いいでしょう。

もし けいが あれば、まどを あけた ときの すうじの うごきも 見て みましょう。まどを あけると、すうじが 下がる ことが あります。下がる はやさは、へやの ひろさや 人の かずで ちがいます。

1000ppmを こえたら、かんきするか かんがえる 目やすの 一つに なります［3］。学校では 先生や おうちの 人と そうだん しましょう。

学校や家にCO2計があれば、取扱説明書や箱、本体の裏の文字を見てみましょう。「NDIR」と書いてあれば、赤外線の吸収を使った方式です。「eCO2」や「CO2相当」と書いてあれば、別のものから計算した値です。

説明書が見当たらなければ、機種名で調べるか、学校の先生や家の人に聞いてもよいでしょう。

数字は、1000ppmを目安に、換気をするかどうかの合図として使えます［3］。窓を開けたとき、数字がどのくらいの時間で下がるかを見るのも、部屋の空気の入れかわりを知る手がかりになります。ただし、下がる速さは、部屋の広さや人数、窓の開け方でちがいます。

数字を見たら、「この数字は、何を測って出したものか」と考えるクセをつけると、ほかの計器の数字を見るときにも役に立ちます。

手もとの機器の型は、仕様書や本体の表記で見分けられる。「NDIR」とあれば光の吸収を使う方式、「eCO2」「CO2相当値」とあれば有機ガスなどからの推定だ。機種名がわかれば、メーカーの仕様書で測定原理が書かれていることが多い。

数字の読み方には、2つの注意がある。1つめは、1000ppmの意味だ。建築物衛生法の管理基準としての1000ppmは、換気の状態を判断する基準で、人体への有害性の境目ではない［4］。2つめは、機器の原理だ。eCO2は傾向を見るのに向いても、数字そのものは当てにしにくい例がある［6］。

確かめる方法は、窓を開けて数字が下がる時間を見ること、同じ部屋でNDIR式の機器と並べて置くこと、などがある。前者は、ほぼ誰でもできる。後者は、機器を2台そろえる必要がある。

手もとに機器があれば、説明書で「測定方式」の欄を探し、NDIRなのかeCO2なのかを書き分けてみよう。