JP2001116724A - Method and apparatus for measuring concentration of moisture in gas - Google Patents

Method and apparatus for measuring concentration of moisture in gas

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JP2001116724A
JP2001116724A JP29248899A JP29248899A JP2001116724A JP 2001116724 A JP2001116724 A JP 2001116724A JP 29248899 A JP29248899 A JP 29248899A JP 29248899 A JP29248899 A JP 29248899A JP 2001116724 A JP2001116724 A JP 2001116724A
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JP
Japan
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gas
water
sampling pipe
measured
moisture
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JP29248899A
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Japanese (ja)
Inventor
Asako Tsuyama
朝子 津山
Takuya Ikeda
拓也 池田
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Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
Original Assignee
Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
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Publication date
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Publication of JP2001116724A publication Critical patent/JP2001116724A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus for measuring a concentration of a water content in a gas whereby a time for measuring the water content can be shortened, the apparatus can be made small, and an extremely small quantity of the water content can be measured highly accurately. SOLUTION: In the method and apparatus for measuring a concentration of a water content in a gas are carried out a process of desorbing and removing a water content adsorbed to a sampling piping, a process of introducing a gas to be measured into the sampling piping cooled to a predetermined temperature and adsorbing a water content in the gas to an inner surface of the sampling piping, a process of vacuumizing the interior of the sampling piping and discharging the gas to be measured, a process of heating the sampling piping to a predetermined temperature and desorbing the water content of a bilayer and afterwards adsorbed to the inner surface of the piping, and a process of introducing the desorbed water content to a mass spectrometer to measure the water content.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス中の水分濃度
測定方法及び装置に関し、特に半導体材料ガス中に含ま
れている極微量の水分濃度(含有量)を測定するための
方法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for measuring the concentration of water in a gas, and more particularly to a method and an apparatus for measuring the concentration (content) of a trace amount of water contained in a semiconductor material gas. .

【0002】[0002]

【従来の技術】本出願人は、半導体材料ガス中の極微量
な水分を測定する方法及び装置として、配管内表面の水
分の吸脱着を利用した水分分析方法及び装置を提案して
いる(特開平11−83806号公報参照)。
2. Description of the Related Art The applicant of the present invention has proposed a method and an apparatus for measuring a trace amount of water in a semiconductor material gas by using a water analysis method utilizing the adsorption and desorption of water on the inner surface of a pipe. See JP-A-11-83806).

【0003】この方法は、水分を2分子層まで除去した
配管内に水分を含むガス(被測定ガス)を流通させた場
合、配管の内表面は、気相中の水分濃度と平衡状態にな
るまで気相中の水分を吸着し続け、平衡状態になれば、
それ以上吸着しなくなるという特性を利用したものであ
る。
According to this method, when a gas containing moisture (gas to be measured) is allowed to flow through a pipe from which water has been removed to a bimolecular layer, the inner surface of the pipe is in equilibrium with the moisture concentration in the gas phase. Continue to adsorb moisture in the gas phase until equilibrium is reached,
It utilizes the property that it is no longer adsorbed.

【0004】例えば、水分を吸脱着させる配管(サンプ
リング配管)を100〜170℃に加熱しながら、実質
的に水分を含まないキャリヤガスを導入することによ
り、配管内表面に吸着している2分子層以降の水分を脱
着除去し、次いで、20〜25℃に冷却したサンプリン
グ配管内に所定の被測定ガスを導入流通させ、被測定ガ
ス中の水分のみを配管内表面に吸着させた後、再びサン
プリング配管を100〜170℃に加熱し、吸着してい
る水分を2分子層まで脱着させるとともに、脱着した水
分をキャリヤガスに同伴させて質量分析計に導入するこ
とにより、脱着水分量を測定(定量)するようにしてい
る。
For example, while heating a pipe (sampling pipe) for absorbing and desorbing water to 100 to 170 ° C., a carrier gas containing substantially no water is introduced to thereby introduce two molecules adsorbed on the inner surface of the pipe. The water after the layer is desorbed and removed, and then a predetermined gas to be measured is introduced and circulated into the sampling pipe cooled to 20 to 25 ° C., and only the water in the gas to be measured is adsorbed on the inner surface of the pipe. The sampling pipe is heated to 100 to 170 ° C. to desorb the adsorbed water to the bimolecular layer, and the desorbed water is introduced into the mass spectrometer together with the carrier gas to measure the desorbed water amount ( Quantitative).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の方法で
は、脱着した水分を測定するときに、水分をキャリヤガ
スに同伴させているために質量分析部に導入されるガス
の大部分がキャリヤガスになってしまい、さらに、サン
プル系が大気圧又は加圧状態であり、質量分析部が真空
状態であるため、ガス導入量を制御するジェットセパレ
ーター等の部品を設けてサンプリング配管と質量分析部
との差圧を適当に保つことが必要になり、装置が大がか
りで複雑となってしまう。また、キャリヤガスとサンプ
ルガスとを切換えるために6方バルブを用いているが、
6方バルブのシート部には樹脂が用いられており、この
樹脂部分の水分の吸脱着がバックグラウンドとして存在
するため、測定精度が十分に高いとはいえなかった。さ
らに、測定時にサンプリング配管が大気圧又は加圧状態
であるため、実質的な水分の脱着速度が遅く、測定時間
が長くなってしまうという問題点があった。
However, in the above-described method, when measuring the desorbed moisture, most of the gas introduced into the mass spectrometry unit is introduced into the mass spectrometer because the moisture is accompanied by the carrier gas. In addition, since the sample system is at atmospheric pressure or pressurized state, and the mass spectrometer is in a vacuum state, a sampling pipe and a mass spectrometer are provided by providing parts such as a jet separator for controlling the gas introduction amount. It is necessary to appropriately maintain the pressure difference, and the device becomes large and complicated. A 6-way valve is used to switch between the carrier gas and the sample gas,
Resin is used in the seat portion of the six-way valve, and the absorption and desorption of moisture in the resin portion exists as a background, so that the measurement accuracy was not sufficiently high. Furthermore, since the sampling pipe is in the atmospheric pressure or the pressurized state at the time of measurement, there is a problem that a substantial desorption speed of water is slow and a measurement time is long.

【0006】そこで本発明は、水分測定時間の短縮と装
置の小型化とが図れ、サンプリング系の水分のバックグ
ラウンドを低減し、高精度で極微量の水分量を測定する
ことができるガス中の水分濃度測定方法及び装置を提供
することを目的としている。
Accordingly, the present invention is intended to shorten the time for measuring moisture and reduce the size of the apparatus, to reduce the background of moisture in the sampling system, and to measure a trace amount of moisture with high accuracy. An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for measuring a water concentration.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のガス中の水分濃度測定方法は、配管内表面
の水分の吸脱着を利用して被測定ガス中の水分濃度を測
定する方法であって、サンプリング配管に吸着している
2分子層以降の水分を脱着除去する水分除去工程と、所
定温度に冷却したサンプリング配管に被測定ガスを導入
して該ガス中の水分をサンプリング配管の内表面に吸着
させる水分吸着工程と、サンプリング配管内を真空引き
して被測定ガスを排出する排気工程と、サンプリング配
管を所定温度に加熱して該配管の内表面に吸着している
2分子層以降の水分を脱着させる水分脱着工程と、該脱
着した水分を質量分析計に導入して測定する分析工程と
を含むことを特徴としている。
In order to achieve the above object, a method for measuring the water concentration in a gas according to the present invention measures the water concentration in a gas to be measured by utilizing the adsorption and desorption of water on the inner surface of a pipe. A method for removing and removing water from the second and subsequent molecular layers adsorbed on a sampling pipe, and introducing a gas to be measured into the sampling pipe cooled to a predetermined temperature to sample water in the gas. A water adsorption step of adsorbing on the inner surface of the sample, an evacuation step of evacuating the sampling pipe to discharge the gas to be measured, and a two molecule adsorbing on the inner surface of the sampling pipe by heating the sampling pipe to a predetermined temperature. It is characterized by including a water desorption step of desorbing water after the layer, and an analysis step of introducing the desorbed water into a mass spectrometer and measuring it.

【0008】また、本発明のガス中の水分濃度測定装置
は、配管内表面の水分の吸脱着を利用して被測定ガス中
の水分濃度を測定するための装置であって、水分の吸脱
着を行わせるサンプリング配管と、該サンプリング配管
を所定温度に加熱する加熱手段及び所定温度に冷却する
冷却手段と、サンプリング配管に被測定ガスを導入する
手段と、サンプリング配管を真空引きする手段と、サン
プリング配管から導出したガス中の水分を測定する質量
分析計とを備えたことを特徴としている。
Further, the apparatus for measuring the concentration of water in a gas according to the present invention is an apparatus for measuring the concentration of water in a gas to be measured by utilizing the absorption and desorption of water on the inner surface of a pipe. Piping, heating means for heating the sampling pipe to a predetermined temperature and cooling means for cooling the sampling pipe to a predetermined temperature, means for introducing a gas to be measured into the sampling pipe, means for evacuating the sampling pipe, and sampling. A mass spectrometer for measuring the moisture in the gas derived from the pipe.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の水分濃度測定装
置の一形態例を示す系統図である。この水分濃度測定装
置は、水分の吸脱着を行わせるサンプリング配管1と、
このサンプリング配管1を所定温度に加熱する加熱手段
及び所定温度に冷却する冷却手段を備えた恒温槽2と、
サンプリング配管1に被測定ガスを導入する手段である
被測定ガス導入経路3と、サンプリング配管1に分析系
路4を介して接続し、サンプリング配管1から導出した
ガス中の水分を測定する質量分析計5と、サンプリング
配管1を真空引きする手段であるターボ分子ポンプ6及
びロータリーポンプ7を備えた第1排気経路8と、サン
プリング配管1を通る被測定ガスの流量を制御するため
の流量制御器(マスフローコントローラー:MFC)9
を備えた第2排気経路10と、該排気経路8の途中から
分岐して前記ロータリーポンプ7の一次側に流量制御弁
11を介して接続した第3排気経路12と、パージガス
を導入するためのパージガス導入経路13と、被測定ガ
ス導入経路3から導入される被測定ガスを前記排気経路
10に流すためのベント経路14と、ガスの経路を切換
えるための弁を備えた切換手段15,16,17,1
8,19とにより形成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a system diagram showing one embodiment of a moisture concentration measuring apparatus according to the present invention. This moisture concentration measuring device comprises a sampling pipe 1 for absorbing and desorbing moisture,
A thermostat 2 having a heating means for heating the sampling pipe 1 to a predetermined temperature and a cooling means for cooling to a predetermined temperature;
A mass spectrometer for measuring the moisture in the gas derived from the sampling pipe 1 by connecting the measured gas introduction path 3 as a means for introducing the measured gas into the sampling pipe 1 and the analysis pipe 4 to the sampling pipe 1. A first exhaust path 8 including a turbo-molecular pump 6 and a rotary pump 7 as means for evacuating the sampling pipe 1, and a flow controller for controlling the flow rate of the gas to be measured passing through the sampling pipe 1. (Mass flow controller: MFC) 9
A second exhaust path 10 having a flow path, a third exhaust path 12 branched from the middle of the exhaust path 8 and connected to a primary side of the rotary pump 7 via a flow control valve 11, and a second exhaust path 10 for introducing a purge gas. Switching means 15, 16, provided with a purge gas introduction path 13, a vent path 14 for flowing the gas to be measured introduced from the measurement gas introduction path 3 to the exhaust path 10, and a valve for switching the gas path; 17,1
8 and 19.

【0010】なお、被測定ガス導入経路3には、通常、
被測定ガスを充填したガス容器が圧力調整弁を介して装
着され、パージガス導入経路13には、通常、質量分析
計5での水分の測定に影響を与えないガス源が、必要に
応じて圧力調整弁や水分除去装置(精製装置)を介して
装着される。また、前記恒温槽2の加熱手段としては電
気ヒーターを用いることができ、冷却手段としては液化
窒素等の低温冷媒を用いることができる。
In general, the measured gas introduction path 3 is
A gas container filled with the gas to be measured is mounted via a pressure regulating valve, and a purge gas introduction path 13 is usually provided with a gas source which does not affect the measurement of moisture by the mass spectrometer 5 if necessary. It is installed via a regulating valve or a water removal device (purification device). Further, an electric heater can be used as a heating means of the constant temperature bath 2, and a low-temperature refrigerant such as liquefied nitrogen can be used as a cooling means.

【0011】前記サンプリング配管1は、該配管1の内
表面に吸脱着する2分子層以降の水分を脱離させればよ
いため、内周面に酸化不動態処理等の特殊な処理を施さ
なくても良く、通常のステンレス鋼製配管材料をそのま
ま用いることができる。また、比較的細い配管を使用し
て螺旋状に巻回することにより、恒温槽2の小型化や加
熱効率及び冷却効率の向上、温度の安定化等が図れる。
Since the sampling pipe 1 only needs to desorb water from the second molecular layer adsorbing and desorbing on the inner surface of the pipe 1, it is not necessary to perform special treatment such as oxidation passivation on the inner peripheral surface. Ordinary stainless steel piping material can be used as it is. Further, by using a relatively thin pipe to spirally wind, the thermostat 2 can be reduced in size, the heating efficiency and the cooling efficiency can be improved, and the temperature can be stabilized.

【0012】前記切換手段15,16,17,18,1
9は、各経路の接続状況に応じて一つ弁又は複数の弁を
使用することができ、特に、複数の弁を一つのブロック
にまとめたブロックバルブを使用し、各弁のバルブシー
ト等を全て金属で形成しておくことにより、従来の樹脂
製シートを使用した切換弁の場合に比べて水分のバック
グラウンドを大幅に低減することができる。また、各弁
は、経路のコンダクタンスや流量等の条件に応じて適宜
なものを使用することができる。
The switching means 15, 16, 17, 18, 1
9, one valve or a plurality of valves can be used according to the connection status of each path. In particular, a block valve in which a plurality of valves are combined into one block is used, and a valve seat or the like of each valve is used. By forming it entirely of metal, the background of moisture can be greatly reduced as compared with the case of a conventional switching valve using a resin sheet. Further, as each valve, an appropriate valve can be used according to conditions such as conductance and flow rate of the path.

【0013】次に、上記装置を用いて本発明方法により
被測定ガス中の水分を測定する手順を説明する。まず、
ターボ分子ポンプ6及びロータリーポンプ7を起動する
とともに、恒温槽2を所定の加熱温度、例えば100〜
170℃に加熱し、切換手段17の弁17a、切換手段
19の弁19a,19bを開き、サンプリング配管1を
加熱しながら真空引きすることにより、該配管内表面に
吸着している2分子層以降の水分を脱着除去して第1排
気経路8から排出する水分除去工程を行う。また、切換
手段15の弁15aを開き、切換手段16の弁16aを
閉じた状態で被測定ガス導入経路3への被測定ガスの導
入を開始し、ベント経路14から流量制御器9に流して
被測定ガスを所定の流量に調整する。さらに、必要に応
じて切換手段16の弁16bを開き、パージガス導入経
路13からパージガス、例えば精製ヘリウムを系内各経
路に導入したり、被測定ガスを各経路に流して各経路の
パージを行うことができる。
Next, a procedure for measuring the moisture in the gas to be measured by the method of the present invention using the above-described apparatus will be described. First,
While the turbo molecular pump 6 and the rotary pump 7 are started, the constant temperature bath 2 is heated to a predetermined heating temperature, for example, 100 to
By heating to 170 ° C., the valves 17 a of the switching means 17 and the valves 19 a and 19 b of the switching means 19 are opened, and the sampling pipe 1 is evacuated while being heated, so that the second and subsequent molecular layers adsorbed on the inner surface of the pipe are obtained. A moisture removing step of desorbing and removing the moisture from the first exhaust path 8 is performed. The valve 15a of the switching means 15 is opened, and the introduction of the gas to be measured into the gas introduction path 3 is started with the valve 16a of the switching means 16 closed. The measured gas is adjusted to a predetermined flow rate. Further, if necessary, the valve 16b of the switching means 16 is opened, and a purge gas, for example, purified helium is introduced from the purge gas introduction path 13 into each path in the system, or the gas to be measured is caused to flow through each path to purge each path. be able to.

【0014】被測定ガスをベント経路14に流した状態
で恒温槽2を冷却し、例えば液化窒素を注入して−50
〜25℃に冷却し、サンプリング配管1が所定の冷却温
度になった後、弁15a、弁16b、弁17a、弁18
bを閉じとともに、弁16a、弁17b、18aを開
き、被測定ガス導入経路3からの被測定ガスをサンプリ
ング配管1に導入し、被測定ガス中の水分をサンプリン
グ配管1の内表面に吸着させる水分吸着工程を行う。サ
ンプリング配管1を出た被測定ガスは、第2排気経路1
0、流量制御器9を通って排気される。この水分吸着工
程は、被測定ガス中の水分量に応じて所定時間行われ、
流量制御器9の設定流量と時間とによって被測定ガス量
が算出される。
The constant temperature bath 2 is cooled with the gas to be measured flowing through the vent path 14 and, for example, liquefied nitrogen is injected to -50
After cooling to a predetermined cooling temperature of the sampling pipe 1, the valves 15a, 16b, 17a and 18
b is closed, and the valves 16a, 17b and 18a are opened to introduce the gas to be measured from the gas introduction path 3 into the sampling pipe 1, and the moisture in the gas to be measured is adsorbed on the inner surface of the sampling pipe 1. Perform a moisture adsorption step. The gas to be measured exiting the sampling pipe 1 is supplied to the second exhaust path 1
0, exhausted through the flow controller 9. This moisture adsorption step is performed for a predetermined time according to the amount of moisture in the gas to be measured,
The measured gas amount is calculated based on the set flow rate of the flow controller 9 and the time.

【0015】水分吸着工程を終了したら、弁16aを閉
じ、弁15aを開いて被測定ガス導入経路3からの被測
定ガスをベント経路14に排出し、必要に応じて弁16
bを開き、サンプリング配管1にパージガスを流通させ
てサンプリング配管1内から被測定ガスをパージする。
続いて、弁16a,16bを閉じた状態で、切換手段1
8の弁18aを閉じて弁18bを開き、第3排気経路1
2を介してロータリーポンプ7によりサンプリング配管
1内を適当な圧力まで真空引きする予備排気行程を行
う。このとき、ニードル弁等からなる流量調節弁11に
よって排気量を調整することにより、急激な圧力変化を
回避することができる。
When the moisture adsorption step is completed, the valve 16a is closed, the valve 15a is opened, and the gas to be measured from the gas introduction path 3 is discharged to the vent path 14. If necessary, the valve 16a is opened.
b is opened and a purge gas is passed through the sampling pipe 1 to purge the gas to be measured from inside the sampling pipe 1.
Subsequently, with the valves 16a and 16b closed, the switching means 1
8, the valve 18a is closed, the valve 18b is opened, and the third exhaust path 1
A preliminary evacuation process is performed in which the inside of the sampling pipe 1 is evacuated to an appropriate pressure by the rotary pump 7 via the pump 2. At this time, a rapid pressure change can be avoided by adjusting the exhaust amount by the flow control valve 11 including a needle valve or the like.

【0016】サンプリング配管1内が適当な圧力に低下
したら、弁17bを閉じて弁17a及び切換手段19の
弁19a、弁19bを開き、サンプリング配管1内のガ
スをターボ分子ポンプ6によって質量分析計5に対応し
た真空度まで、例えば、0.05332Pa(4×10
−4Torr)程度まで真空引きして第1排気経路8か
ら排気する主排気行程を行う。このとき、弁19cとし
てはオリフィス等の流量制御弁を使用し、最初は弁19
aを閉じたままで弁19cを開き、真空度が高くなって
から弁19aを開くようにすることが好ましい。
When the pressure in the sampling pipe 1 drops to an appropriate pressure, the valve 17b is closed, the valve 17a and the valves 19a and 19b of the switching means 19 are opened, and the gas in the sampling pipe 1 is supplied to the mass spectrometer by the turbo molecular pump 6. 5, for example, 0.05332 Pa (4 × 10
A main evacuation process is performed in which the evacuation is performed to about −4 Torr) and the evacuation is performed from the first evacuation path 8. At this time, a flow control valve such as an orifice is used as the valve 19c.
It is preferable that the valve 19c is opened while the valve a is closed, and the valve 19a is opened after the degree of vacuum is increased.

【0017】サンプリング配管1内が所定の真空度に達
した時点で弁17aを閉じ、恒温槽2を所定温度、例え
ば120℃程度に加熱し、サンプリング配管1の内表面
に吸着している2分子層以降の水分を脱着させる水分脱
着工程を行い、脱着した水分を切換手段16と切換手段
17との間のサンプリング配管1内に封じ込めた状態に
する。このときの水分の脱着は、サンプリング配管1内
が真空状態であることから、加熱操作のみで行うことが
可能であり、しかも、短時間で行うことができる。
When the inside of the sampling pipe 1 reaches a predetermined degree of vacuum, the valve 17a is closed, the constant temperature bath 2 is heated to a predetermined temperature, for example, about 120 ° C., and the two molecules adsorbed on the inner surface of the sampling pipe 1 A water desorption step of desorbing water after the layer is performed, and the desorbed water is sealed in the sampling pipe 1 between the switching means 16 and the switching means 17. At this time, the desorption of moisture can be performed only by heating operation, since the inside of the sampling pipe 1 is in a vacuum state, and can be performed in a short time.

【0018】最後に、弁19b、19cを閉じ、弁19
aを開いた状態で弁17aを開くことにより、サンプリ
ング配管1内に封じ込められていた水分が、あらかじめ
スタンバイ状態となっている質量分析計5に導入されて
分析工程が行われ、水分量が測定される。被測定ガス中
の水分量(濃度)は、測定した水分量と、水分吸着工程
でサンプリング配管1に流通させた被測定ガス量とによ
って算出される。このように、脱着した水分をサンプリ
ング配管1内に封じ込めてから質量分析計5に導入する
ことにより、明確なピークを得ることができる。
Finally, the valves 19b and 19c are closed and the valve 19b is closed.
By opening the valve 17a with the a opened, the water sealed in the sampling pipe 1 is introduced into the mass spectrometer 5 which is in a standby state in advance, and the analysis process is performed, and the water content is measured. Is done. The amount of water (concentration) in the gas to be measured is calculated based on the measured amount of water and the amount of the gas to be measured flowing through the sampling pipe 1 in the moisture adsorption step. Thus, a clear peak can be obtained by introducing the desorbed water into the mass spectrometer 5 after sealing it in the sampling pipe 1.

【0019】なお、前記加熱温度や冷却温度は、被測定
ガスの種類や水分量に応じて任意に設定することができ
る。また、パージガスは、被測定ガスの吸着性が強く、
サンプリング配管1からの被測定ガスの真空排気が容易
に行えない場合に、サンプリング配管1にパージガスを
導入して被測定ガスをサンプリング配管1から排出する
ことを主目的としているので、被測定ガスの吸着性が弱
い場合や、サンプリング配管1内に被測定ガスが残存し
ていても質量分析計5での水分測定に問題がない場合
は、パージガス導入経路13を省略することができる。
The heating temperature and the cooling temperature can be arbitrarily set according to the type of the gas to be measured and the amount of water. Also, the purge gas has a strong adsorption property of the gas to be measured,
The main purpose is to introduce a purge gas into the sampling pipe 1 and discharge the gas to be measured from the sampling pipe 1 when it is difficult to evacuate the gas to be measured from the sampling pipe 1 easily. In the case where the adsorptivity is weak, or when there is no problem in the moisture measurement by the mass spectrometer 5 even when the gas to be measured remains in the sampling pipe 1, the purge gas introduction path 13 can be omitted.

【0020】さらに、前述のようにベント経路14を設
けてサンプリング配管1よりも上流側経路に被測定ガス
を連続して流しておくことにより、上流側経路内をパー
ジして水分が滞留することを防止することができ、微量
水分を測定する場合の分析精度を向上させることができ
るが、測定する水分量によってはこれを省略することが
できる。また、切換手段19の各弁として適当なものを
使用し、サンプリング配管1の排気工程を第1排気経路
8で最初から行える場合は、予備排気工程を行う第3排
気経路12を省略することができる。これらの経路を省
略する場合、関連する切換手段は当然不要となる。
Further, as described above, the vent path 14 is provided to continuously flow the gas to be measured in the path upstream of the sampling pipe 1, thereby purging the inside of the upstream path and retaining moisture. Can be prevented, and the analysis accuracy in the case of measuring a trace amount of water can be improved. However, this can be omitted depending on the amount of water to be measured. In addition, when an appropriate valve is used as each valve of the switching means 19 and the exhaust process of the sampling pipe 1 can be performed from the beginning in the first exhaust route 8, the third exhaust route 12 for performing the preliminary exhaust process can be omitted. it can. If these paths are omitted, the associated switching means is of course unnecessary.

【0021】また、上記説明では、脱着した水分を一旦
サンプリング配管1内に封じ込めてから水分測定を行う
手順を説明したが、弁17a、弁19aを開いたまま、
すなわち、サンプリング配管1を分析系路4を介して真
空引きしながら所定温度に加熱して水分を脱着させると
ともに、脱着した水分を質量分析計5に導入するように
して、水分脱着工程と分析工程とを同時に行うようにし
てもよい。
In the above description, the procedure for once measuring the moisture content after sealing the desorbed moisture in the sampling pipe 1 has been described. However, the valve 17a and the valve 19a are kept open.
That is, the sampling pipe 1 is heated to a predetermined temperature while being evacuated through the analysis system path 4 to desorb water, and the desorbed water is introduced into the mass spectrometer 5 so that the water desorption step and the analysis step are performed. May be performed simultaneously.

【0022】上述のように、サンプリング配管1内を所
定の真空度まで真空引きしてから加熱して水分を脱着さ
せることにより、大気圧又は加圧状態で加熱して水分を
脱着する場合に比べて水分の脱着速度を速くすることが
でき、測定時間を短縮することができる。また、真空引
き後の減圧状態のサンプリング配管1から質量分析計5
にガス(水分)が流れるため、従来のジェットセパレー
ターのような部品を必要とせず、装置の簡素化や小型化
が図れる。さらに、被測定ガスの性状や測定水分量によ
っては、パージガスを省略することができるので、装置
コストの低減や運転コストの低減を図ることができる。
As described above, the inside of the sampling pipe 1 is evacuated to a predetermined degree of vacuum and then heated to desorb moisture, compared to the case of heating at atmospheric pressure or a pressurized state to desorb moisture. As a result, the desorption rate of water can be increased, and the measurement time can be shortened. In addition, the mass spectrometer 5
Since gas (moisture) flows through the apparatus, components such as a conventional jet separator are not required, and the apparatus can be simplified and downsized. Further, depending on the properties of the gas to be measured and the amount of water to be measured, the purge gas can be omitted, so that the cost of the apparatus and the cost of operation can be reduced.

【0023】[0023]

【実施例】図1に示す構成の装置において、サンプリン
グ配管として長さ2mのステンレス鋼製1/16インチ
配管を使用し、加熱温度を150℃、冷却温度(サンプ
リング温度)を−50℃、サンプリング配管の真空度を
2.666Pa(2×10 −2Torr)に設定した。
被測定ガスには、あらかじめ大気圧イオン化質量分析計
で校正した水分計での測定により10ppbの水分を含
むヘリウムを使用し、流量は500sccm(標準状態
換算で0.5L/min)、供給圧力は58840Pa
(0.6kgf/cm)に設定した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In an apparatus having the structure shown in FIG.
2m long stainless steel 1/16 inch
Using piping, set the heating temperature to 150 ° C and the cooling temperature (
Ring temperature) at -50 ° C
2.666 Pa (2 × 10 -2Torr).
The gas to be measured must be an atmospheric pressure ionization mass spectrometer
Contains 10 ppb of moisture by measurement with a moisture meter calibrated in
Helium, and the flow rate is 500sccm (standard condition)
0.5L / min in conversion), supply pressure 58840Pa
(0.6kgf / cm2).

【0024】図2は、サンプリング時間(水分吸着工程
時間)が、2分、3分、4分、5分のときの質量分析計
から得られたそれぞれのピーク面積と、各サンプリング
時間における吸着水分量(水分濃度が10ppbである
としたときの理論値)との関係、即ち検量線を示してい
る。なお、真空引きに要した時間は合計で2分20秒、
水分脱着から分析までに要した時間は3分であった。
FIG. 2 shows the respective peak areas obtained from the mass spectrometer when the sampling time (moisture adsorption step time) is 2, 3, 4, and 5 minutes, and the adsorbed moisture at each sampling time. The relationship with the amount (theoretical value when the water concentration is assumed to be 10 ppb), that is, a calibration curve is shown. The total time required for evacuation was 2 minutes and 20 seconds.
The time required from water desorption to analysis was 3 minutes.

【0025】ここで、被測定ガス中の水分濃度[pp
b]は、下記式によって表すことができる。
Here, the concentration of water in the gas to be measured [pp
b] can be represented by the following equation.

【0026】C=A×F/(rt/RT) A:被測定ガスのΔピーク面積 F:ファクター(検量線の傾き) r:ガス流量[リットル/min] t:サンプリング時間[min] R:気体定数 T:サンプリング温度[K]C = A × F / (rt / RT) A: Δ peak area of gas to be measured F: factor (gradient of calibration curve) r: gas flow rate [liter / min] t: sampling time [min] R: Gas constant T: Sampling temperature [K]

【0027】そして、被測定ガスの流量を0.5L/m
inに固定した場合、水分濃度1ppbの被測定ガスを
流したときに必要なサンプリング時間を上記式により求
めると4.2分となり、このサンプリング時間が図2に
示す検量線の条件範囲内であることから、1ppbの分
析感度を達成していることがわかる。
The flow rate of the gas to be measured is set to 0.5 L / m
When fixed to "in", the required sampling time when flowing the gas to be measured having a water concentration of 1 ppb is calculated by the above equation to be 4.2 minutes, which is within the condition range of the calibration curve shown in FIG. This indicates that an analysis sensitivity of 1 ppb has been achieved.

【0028】また、検出下限は、 代表的なピークに対
して、S/N=2を示す吸着モル数から計算することが
でき、例えば、図3は、吸着モル数が8.9×10
−10molのときのピークを示すものであり、このピ
ークから、下記の式を用いることにより検出下限を知る
ことができる。 (2N/H)×M=MDL M:吸着モル数 MDL:検出下限 H:ピーク高さ N:ノイズ幅 これに各数値を代入すると、 (2×0.3×10−11)/(5.7×10−11
9.4×10−11 となるので、検出下限は、9.4×10−11[mo
l]となる。
The lower limit of detection can be calculated from the number of moles adsorbed on a representative peak, which indicates S / N = 2. For example, FIG. 3 shows that the number of moles adsorbed is 8.9 × 10
The peak at -10 mol is shown, from which the lower limit of detection can be known by using the following formula. (2N / H) × M = MDL M: number of moles adsorbed MDL: lower limit of detection H: peak height N: noise width By substituting each numerical value, (2 × 0.3 × 10 −11 ) / (5. 7 × 10 −11 =
Since it is 9.4 × 10 −11 , the lower limit of detection is 9.4 × 10 −11 [mo
l].

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
吸着した水分を脱着して質量分析計に導入する際に、サ
ンプリング配管を真空引きしてから行うようにしたの
で、脱着速度を速くして測定時間を短くすることができ
る。また、ジェットセパレーター等の差圧を大きくつけ
る大掛かりな部品を必要としないので装置の小型化が図
れる。
As described above, according to the present invention,
Since the sampling pipe is evacuated when the adsorbed water is desorbed and introduced into the mass spectrometer, the desorption speed is increased and the measurement time can be shortened. In addition, since a large-sized component such as a jet separator for increasing the differential pressure is not required, the size of the apparatus can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明のガス中の水分濃度測定装置の一形態
例を示す系統図である。
FIG. 1 is a system diagram showing one embodiment of a device for measuring the concentration of water in a gas according to the present invention.

【図2】 検量線の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a calibration curve.

【図3】 ピークの一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a peak.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…サンプリング配管、2…恒温槽、3…被測定ガス導
入経路、4…分析系路、5…質量分析計、6…ターボ分
子ポンプ、7…ロータリーポンプ、8…第1排気経路、
9…流量制御器、10…第2排気経路、11…流量制御
弁、12…第3排気経路、13…パージガス導入経路、
14…ベント経路、15,16,17,18,19…切
換手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sampling piping, 2 ... Constant temperature chamber, 3 ... Gas introduction path to be measured, 4 ... Analysis path, 5 ... Mass spectrometer, 6 ... Turbo molecular pump, 7 ... Rotary pump, 8 ... First exhaust path,
9: flow controller, 10: second exhaust path, 11: flow control valve, 12: third exhaust path, 13: purge gas introduction path,
14 vent path, 15, 16, 17, 18, 19 switching means

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 配管内表面の水分の吸脱着を利用して被
測定ガス中の水分濃度を測定する方法であって、サンプ
リング配管に吸着している2分子層以降の水分を脱着除
去する水分除去工程と、所定温度に冷却したサンプリン
グ配管に被測定ガスを導入して該ガス中の水分をサンプ
リング配管の内表面に吸着させる水分吸着工程と、サン
プリング配管内を真空引きして被測定ガスを排出する排
気工程と、サンプリング配管を所定温度に加熱して該配
管の内表面に吸着している2分子層以降の水分を脱着さ
せる水分脱着工程と、該脱着した水分を質量分析計に導
入して測定する分析工程とを含むことを特徴とするガス
中の水分濃度測定方法。
1. A method for measuring the concentration of water in a gas to be measured using the adsorption and desorption of water on the inner surface of a pipe, the method comprising desorbing and removing water after the second molecular layer adsorbed on a sampling pipe. A removing step, a moisture adsorption step of introducing a gas to be measured into the sampling pipe cooled to a predetermined temperature and adsorbing moisture in the gas to an inner surface of the sampling pipe, and evacuating the sampling pipe to remove the gas to be measured. An evacuation step of discharging, a moisture desorption step of heating the sampling pipe to a predetermined temperature to desorb water after the second molecular layer adsorbed on the inner surface of the pipe, and introducing the desorbed water into the mass spectrometer. A method for measuring the concentration of water in a gas, comprising:
【請求項2】 配管内表面の水分の吸脱着を利用して被
測定ガス中の水分濃度を測定するための装置であって、
水分の吸脱着を行わせるサンプリング配管と、該サンプ
リング配管を所定温度に加熱する加熱手段及び所定温度
に冷却する冷却手段と、サンプリング配管に被測定ガス
を導入する手段と、サンプリング配管を真空引きする手
段と、サンプリング配管から導出したガス中の水分を測
定する質量分析計とを備えたことを特徴とするガス中の
水分濃度測定装置。
2. An apparatus for measuring the water concentration in a gas to be measured by utilizing the adsorption and desorption of water on the inner surface of a pipe,
A sampling pipe for absorbing and desorbing moisture, a heating means for heating the sampling pipe to a predetermined temperature and a cooling means for cooling the sampling pipe to a predetermined temperature, a means for introducing a gas to be measured into the sampling pipe, and the sampling pipe being evacuated And a mass spectrometer for measuring the moisture in the gas derived from the sampling pipe.
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