JP2000352562A - ネオンガス中のヘリウム濃度測定方法 - Google Patents

ネオンガス中のヘリウム濃度測定方法

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JP2000352562A
JP2000352562A JP11163712A JP16371299A JP2000352562A JP 2000352562 A JP2000352562 A JP 2000352562A JP 11163712 A JP11163712 A JP 11163712A JP 16371299 A JP16371299 A JP 16371299A JP 2000352562 A JP2000352562 A JP 2000352562A
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helium
concentration
gas
neon gas
neon
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Hiroshi Nagata
浩史 永田
Takaharu Kinoshita
孝晴 木下
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KYODO SANSO
Kyodo Oxygen Co Ltd
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KYODO SANSO
Kyodo Oxygen Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ネオンガス中のヘリウム濃度を正確に、しか
も迅速に測定できるネオンガス中のヘリウム濃度測定方
法を提供する。 【解決手段】 ネオンガスより採取した試料ガスをヘリ
ウムイオンのみを通す加速スリットを備えた質量分析計
によって定量するもので、加速スリットによりヘリウム
イオンのみを飛び出させてイオンコレクタで捕集する。
そして、イオン電流増幅器で増幅してヘリウムイオン数
に比例するイオン電流を検出し、検量線または演算ソフ
トにより電流値からヘリウム濃度換算する。これによっ
て、短時間で正確にネオンガス中のヘリウム濃度を測定
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ネオンガス中のヘ
リウム濃度を迅速に測定する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ネオンガスは、空気液化分留法における
酸素や窒素の副産物である。同分留により低温で蒸発し
た成分を液化させ、これを繰り返すとヘリウム、ネオン
に富む混合気体となる。混在する微量の酸素と窒素と
は、化学的に除去し、ヘリウム、ネオンを低温吸着法に
て相互に分離するか、液体水素でネオンを液化させて分
離し、純粋なネオンを得るのが一般的である。
【0003】上記ネオンガスの製造においては、ネオンガス
中へのヘリウムの混入が避けられない。このため、製品
であるネオンガスは、ヘリウム濃度35vol.ppm以下、望
ましくは30vol.ppm以下であり、高純度ネオンガスは、
ヘリウム濃度5vol.ppm以下、望ましくは3vol.ppm以下で
ある。したがって、ネオンガスは、出荷に際してネオン
ガス中のヘリウム濃度を測定し、その測定結果を製品分
析表として添付することが求められている。
【0004】通常、ガス中の不純物としてのヘリウムの分析
方法としては、ガスクロマトグラフを用いる方法(以下G
Cという)、質量分析計(以下MSという)ならびにガスクロ
マトグラフ/質量分析法(以下GC/MSという)が知られてい
る。
【0005】一方、ヘリウムガスの検知方法としては、ヘリ
ウムガスを検出する質量分析管を作動可能な真空状態に
保つための真空排気系を内蔵するヘリウムリークディテ
クタが知られている。ヘリウムリークディテクタは、半
透過膜採取セルによってヘリウムだけを通過させて採取
し、採取したガスを分析管のイオンチャンバでフィラメ
ントからの電子ビームによりイオン化し、生成したイオ
ンを加速電圧によって加速し、ヘリウムイオンのみを通
す加速スリットを介してヘリウムイオンのみを飛び出さ
せ、イオンコレクタで捕集したヘリウムイオン数に比例
するイオン電流を検出し、イオン電流増幅器で増幅して
電流値としてヘリウム濃度を検知するものである。
【0006】上記ヘリウムリークディテクタは、容器や配管
系の気密性を点検するため、容器や配管系の内部に加圧
ヘリウムを注入し、点検しようとする部分より微量吸引
プローブにより採取したガス中のヘリウムの有無を質量
分析管により検知して漏れの有無を検出するものであ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前記GCやGC/MSは、採
取したガスを分離用カラムにより各成分毎に分離したの
ち、検出器で測定する方法である。このため、ガスを採
取してから採取したガス中のヘリウム濃度を測定するま
でに数分を要する。特にネオンとヘリウムの分離は、極
めて困難であり、完全に分離するためにカラム長さを長
くしたり、カラム温度を低温にする等の手段が必要であ
る。これらの手段は、分析時間をさらに延長することと
なる。これを解消する方法としては、キャリアガスとし
て高純度のネオンガスを用いる方法があるが、経済的で
ない。
【0008】通常の質量分析計を用いる方法は、一般的に比
較的質量の重いイオンに検出感度を合わせているため、
ヘリウムや水素のような質量が極端に軽いイオンの測定
では感度が低いためにノイズが大きく、ネオンガス中の
ヘリウム濃度を正確に測定することはできない。
【0009】本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消
し、ネオンガス中のヘリウム濃度を正確に、しかも迅速
に測定できるネオンガス中のヘリウム濃度測定方法を提
供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のネオンガス中の
ヘリウム濃度測定方法は、ネオンガスより採取した試料
ガスをヘリウムイオンのみを通す加速スリットを備えた
質量分析計により定量するもので、分析管のイオンチャ
ンバでフィラメントからの電子ビームによりイオン化
し、生成したイオンを加速電圧によって加速し、ヘリウ
ムイオンのみを通す加速スリットを介してヘリウムイオ
ンのみを飛び出させる。放出したヘリウムイオンは、質
量、磁場強度、飛行速度で決まる円軌道に沿って飛行す
る。イオンコレクタは、ヘリウムイオンの飛行する軌道
に合わせて設置してあり、ヘリウムイオンだけがイオン
コレクタに捕集され、イオン電流増幅器で増幅してヘリ
ウムイオン数に比例するイオン電流を検出し、検量線ま
たは演算ソフトにより電流値からヘリウム濃度換算する
ものである。
【0011】このように、本発明のネオンガス中のヘリウム
濃度測定方法は、ガス分離用にカラムを使用しないの
で、ヘリウム濃度測定に要する時間を極めて短くでき
る。また、ヘリウムイオンのみを選択的に捕集するた
め、ベースガスの種類に関係なくヘリウム濃度を測定で
きるため、カラムでの分離が困難であったネオンガス中
のヘリウム濃度も容易に測定することができる。さら
に、ヘリウムイオンのみを通す加速スリットを設けたこ
とによって、ヘリウムの検出感度が向上する。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明で用いる質量分析計として
は、一般に市販されているヘリウムリークディテクタを
用いることができる。ヘリウムリークディテクタは、ヘ
リウムイオンのみを通す加速スリットを備え、質量分析
管を動作可能な真空状態に保つための真空排気系を内蔵
する。質量分析管としては、磁場偏向形質量分析管や四
重極形質量分析管が使用できる。例えば、磁場偏向形質
量分析管は、図7に示すように、フィラメント1、イオン
チャンバ2、加速スリット3、アーススリット4、イオン
コレクタ5、イオン電流増幅器6、磁場7よりなる。
【0013】真空排気系により真空状態に保った質量分析管
に注入されたネオンガスは、イオンチャンバ2内でフィ
ラメント1からの電子ビームによってイオン化される。
生成したヘリウムイオンは、ヘリウムイオンのみを通す
加速スリット3で引き出され、加速スリット3の外部空間
へ放出される。放出されたヘリウムイオンは、質量、磁
場7の強度、飛行速度で決まる円軌道に沿って飛行す
る。イオンコレクタ5は、ヘリウムイオンの飛行する軌
道に合わせて設置してあり、ヘリウムイオンだけがイオ
ンコレクタ5に捕集され、イオン電流増幅器6で増幅して
電流の形でヘリウム濃度を検出する。
【0014】本発明で用いる質量分析計は、ネオンガスボン
ベから採取した試料ガス中のヘリウム濃度を測定するに
先立ち、ヘリウム濃度が明らかな標準ガスを用いて質量
分析計の出力値を補正する。ただし、質量分析計の本体
または付属部品にヘリウムの標準濃度発生容器やヘリウ
ム感度自動補正機能あるいはヘリウム濃度表示機能を備
えたものは、この補正作業を省略することができる。
【0015】本発明で用いる質量分析計のヘリウム濃度の測
定範囲は、通常の製品ネオンガス中に許容されるヘリウ
ム濃度は35vol.ppm以下、好ましくは30vol.ppm以下であ
り、高純度ネオンガス中に許容されるヘリウム濃度は5v
ol.ppm以下であるから、0.1vol.ppm〜1000vol.ppmの範
囲が好ましい。
【0016】
【実施例】市販のヘリウムリークディテクタに、ヘリウ
ム濃度0vol.ppm、10vol.ppm、20vol.ppmの標準ガスとネ
オンガスボンベから採取したヘリウム濃度18vol.ppmの
ネオンガスを順次導入し、ヘリウム濃度を測定した。そ
の結果のチャートを図1に示す。図1に示すように、1測
定当たり約10秒で測定値は十分に安定し、ヘリウム濃度
を短時間で正確に検出することができた。
【0017】比較例1 ネオンガスボンベから採取したヘリウム濃度18vol.ppm
のサンプルガスを、プレカラム、長さ6mのメインカラム
(MS-5A)とからなるガスクロマトグラフに40℃で注入
し、プレカラムでネオンガスの大半をプレカットしたの
ち、メインカラムに注入してヘリウム濃度を測定した。
その結果のチャートを図2に示す。図2に示すように、こ
のガスクロマトグラフによる場合は、ヘリウムのピーク
が出るまでに約7分を要した。
【0018】比較例2 ネオンガスボンベから採取したヘリウム濃度18vol.ppm
のサンプルガスを、長さ6mのメインカラム(MS-5A)から
なるガスクロマトグラフに40℃で注入してヘリウム濃度
を測定した。その結果のチャートを図3に示す。図3に示
すように、このプレカラムを使用しないガスクロマトグ
ラフによる場合は、ネオンのピークが大きすぎるため、
ヘリウムのピークが見えなくなって、ヘリウム濃度の測
定は不能であった。
【0019】比較例3 ネオンガスボンベから採取したヘリウム濃度18vol.ppm
のサンプルガスを、プレカラムと長さ4mのメインカラム
とからなるガスクロマトグラフに40℃で導入し、プレカ
ラムでネオンガスの大半を予めカットしたのち、メイン
カラムに導入してヘリウム濃度を測定した。その結果の
チャートを図4に示す。図4に示すように、このガスクロ
マトグラフによる場合は、ヘリウムのピークがネオンの
ピークの肩に乗る形となり、ヘリウム測定値の信頼性が
低くなる。
【0020】比較例4 ネオンガスボンベから採取したヘリウム濃度18vol.ppm
のサンプルガスを、通常の質量分析計に導入し、ヘリウ
ム濃度を測定した。その結果のチャートを図5に示す。
図5に示すように、通常の質量分析計では、ノイズが大
きいため、ヘリウム濃度の測定値の信頼性が低くなる。
【0021】比較例5 キセノン濃度32vol.ppmの窒素ガスを、通常の質量分析
計に導入し、キセノン濃度を測定した。その結果のチャ
ートを図6に示す。図6に示すように、この場合は、大き
なノイズは見られず、約10秒で測定値は十分に安定す
る。
【0022】本発明方法である実施例に比較し、従来のガス
クロマトグラフを用いる比較例1の場合は、1測定当たり
の所要時間が40倍以上もかかっている。また、通常の質
量分析計を用いた比較例4の場合は、感度が悪いために
ノイズが大きく、安定してヘリウム濃度を測定できな
い。
【0023】
【発明の効果】本発明のネオンガス中のヘリウム濃度測
定方法は、ヘリウムイオンのみを通す加速スリットを設
けた質量分析形を用いることによって、カラムでの分離
が困難であったネオンガス中のヘリウム濃度を、正確に
しかも極めて短時間で測定することができ、分析に要す
る時間の短縮と、分析値の信頼性の向上を図ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ヘリウムリークディテクタを用いた本発明の実
施例におけるヘリウム濃度と時間との関係を示すチャー
トである。
【図2】ガスクロマトグラフを用いた比較例1のネオンガ
ス中のヘリウム濃度測定における検出ピークと時間との
関係を示すチャートである。
【図3】ガスクロマトグラフを用いた比較例2のネオンガ
ス中のヘリウム濃度測定における検出ピークと時間との
関係を示すチャートである。
【図4】ガスクロマトグラフを用いた比較例3のネオンガ
ス中のヘリウム濃度測定における検出ピークと時間との
関係を示すチャートである。
【図5】従来の質量分析計を用いた比較例4のネオンガス
中のヘリウム濃度測定における検出濃度と時間との関係
を示すチャートである。
【図6】従来の質量分析計を用いた比較例5の窒素ガス中
のキセノン濃度測定におけるキセノン濃度と時間との関
係を示すチャートである。
【図7】質量分析管の構成説明図である。
【符号の説明】
1 フィラメント 2 イオンチャンバ 3 加速スリット 4 アーススリット 5 イオンコレクタ 6 イオン電流増幅器 7 磁場

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ネオンを主成分とするガス中のヘリウム
    濃度の測定方法であって、採取した試料ガスをヘリウム
    イオンのみを通す加速スリットを備えた質量分析計によ
    って定量することを特徴とするネオンガス中のヘリウム
    濃度測定方法。
JP11163712A 1999-06-10 1999-06-10 ネオンガス中のヘリウム濃度測定方法 Pending JP2000352562A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010161366A (ja) * 2009-01-08 2010-07-22 Asml Netherlands Bv ガス汚染センサ、リソグラフィ装置、汚染物質ガスのレベルを決定する方法及びデバイス製造方法
RU2616927C1 (ru) * 2015-12-30 2017-04-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Стенд для калибровки устройства для масс-спектрометрического измерения газовых потоков

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US8487279B2 (en) 2009-01-08 2013-07-16 Asml Netherlands B.V. Gas contamination sensor, lithographic apparatus, method of determining a level of contaminant gas and device manufacturing method
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