JP2002090271A - 試料中成分測定用分析装置 - Google Patents

試料中成分測定用分析装置

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JP2002090271A
JP2002090271A JP2000277489A JP2000277489A JP2002090271A JP 2002090271 A JP2002090271 A JP 2002090271A JP 2000277489 A JP2000277489 A JP 2000277489A JP 2000277489 A JP2000277489 A JP 2000277489A JP 2002090271 A JP2002090271 A JP 2002090271A
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Tsukasa Satake
司 佐竹
Shintaro Komatani
慎太郎 駒谷
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Horiba Ltd
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Horiba Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】素材試料中の特定成分の濃度または量を測定す
る装置に関して、試料との反応によって発生する反応物
質の濃度を正確に検出し、試料中の正確な成分測定を行
う分析装置を供給する。 【解決手段】測定セル部を含めたラインを減圧状態にし
て所定の流体をその反応部に導入し、試料中の特定成分
と反応させて発生する反応物質を含む流体を測定セル部
に導入して、前記セル部を含む所定の空間を密閉状態に
して測定することにより試料中の特定成分量を算出する
方式を採用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、金属やセラミック
ス等の素材試料中の特定成分の濃度または量を測定する
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、工業材料として利用される素材
については、その成分によって特性が全く異なることも
多く、その組成を管理することは、素材の加工工程管理
上も非常に重要な事項である。また、加工品における不
純物や添加物の量的管理を行うこともそれ以降の工程管
理・製品の品質管理上、同様に重要な意味を持つことが
多い。特に、近年金属やセラミックス等あらゆる工業製
品の基本的素材となるものについては、特に厳しい管理
が求められ、こうした量的管理のために用いられる測定
装置にもそれに関連する厳しい測定精度が要求されてい
る。例えば、金属やセラミックス等常温で固体の物質に
ついては、鉄鋼素材試料中の炭素成分(以下「C分」と
いう)、硫黄成分(以下「S分」という)、酸素成分
(以下「O分」という)、窒素成分(以下「N分」とい
う)や水素成分(以下「H分」という)といった特定成
分の濃度または量を測定する装置が多く用いられてお
り、セラミックス素材中のO分、N分やH分についても
同様である。
【0003】具体例として鉄鋼素材試料中のC分を測定
する場合について説明すると、図3のように試料32を
燃焼炉31内に設置し、高温(800〜2000℃)状
態で酸素(以下「O2」という)をキャリア流体Aとし
て燃焼炉に流す。本例の場合、キャリア流体Aとして通
常は精製酸素(以下「キャリアガス」という)を用いる
ことが多い。この時、試料32中のC分はO2と反応し
て一酸化炭素(以下「CO」という)又は二酸化炭素
(以下「CO2」という)に変換され、キャリアガスA
により検出部30に導入される。検出部30には、その
選択性・保守性の高さから非分散式赤外線ガス分析計
(Nondispersive Infrared Analyzer 以下「NDI
R」という)が多く用いられており、前記キャリアガス
はNDIR内の測定セル33に導かれる。このときキャ
リアガスAによって測定セル33に導入されるガス中の
COやCO2の濃度は一般に図4のような時間的変化を
生じる。従って、鉄鋼試料全体に含まれるC分は、図中
34の演算器によってこれらの時間積分をすることで算
出することができる。
【0004】NDIRは、図5のように光源51から発
せられた赤外線が測定セル53を通過して検出器55
(図ではCO用検出器55aとCO2用検出器55bから
なる。)に入射する構造を有しており、測定セル53内
にCOやCO2のように赤外領域の特定波長を吸収する
物質があればその物質量に相当する赤外線が吸収され
る。その減少した赤外線の量を検出器55で測定するこ
とで、当該物質濃度を測定することができる。一般に測
定セルは、物質濃度が低い場合には長いセルを使用して
濃度が高い場合には短いセルを使用し、測定成分の濃度
に対して適切な範囲の長さが選ばれる。前者は、短いセ
ルでは赤外線の吸収量が少なく検出感度が低いため測定
精度が悪くなるためであり、後者は長いセルを使用する
と検出器の出力の直線性が悪くなり測定精度が悪くなる
ためである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術を用
いた分析装置を上記の分野に適用する場合においては、
以下のような課題を克服する必要があった。
【0006】一般に、C分とO2の反応は非常に早い反
応速度を有しており、図4のような発生濃度の時間的変
化曲線(以下「反応曲線」という)におけるピークまで
の時間が非常に短いため、正確なピーク値が得られない
場合ある。例えば、試料の成分構成から反応温度を高温
にしないと試料内部のすべてのC分が抽出されないと
き、反応部に導入されたO2との反応が試料の表面に近
い部分で先行し、当初これらの反応により発生した物質
が非常に速く測定セルに導入されることとなる。このと
き得られる反応曲線は、ピークが非常にシャープな曲線
となるが、反応速度が分析計の応答が追随できないほど
速い場合には、ピークが鈍った曲線となり、正確な反応
曲線が得られない結果、発生物質量の測定が不正確とな
る場合が起こりうる。また、C分以外にN分やS分とい
った他の成分を同時に測定する場合には、通常のC分の
みを測定する場合よりも反応温度を高く設定することが
必要となることがある。こうした場合にも上記と同様の
状態が発生する可能性がある。
【0007】こうした課題は、1つの分析計を用いた場
合に限らず、複数の分析計や複数の測定原理の分析計を
用いた場合にも起こりうる。つまり、同一測定原理の複
数の分析計で測定した場合であって各計器の測定セルの
容積が異なる場合には、大きなセル容積では充分反応速
度に応答できるが、小さいセル容積では不充分となるこ
とがある。また、複数の測定原理による複数の分析計で
測定した場合であって各計器の測定セルの容積が異なっ
たり各計器の応答速度が異なる場合には、小さいセル容
積の計器や応答速度の遅い計器では不十分となることが
ある。後者の具体例としては、NDIRと熱伝導式ガス
分析計(Termal Conductivity Detection 以下「T
CD」という)との組合せやNDIRと水素炎イオン化
検出法(Flame Ionization Detection 以下「FI
D」という)との組合せやNDIRと質量分析計(Mas
s Spectroscopy 以下「MS」という)との組合せな
ど、或いはこれら相互の組合せなどが挙げられる。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
解決するために、分析装置において以下の特徴を有す
る。
【0009】試料を設置する反応部、測定セル部、減圧
手段及びセル部開閉手段を有する試料の中の特定成分を
測定する分析装置において、測定セル部を含めたライン
を減圧状態にして所定の流体をその反応部に導入し、試
料中の特定成分と反応させて発生する反応物質を含む流
体を測定セル部に導入して、前記セル部を含む所定の空
間を密閉状態にして測定することにより試料中の特定成
分量を算出することを特徴とする。(請求項1)こうし
た特徴を有する装置を使用することにより、反応生成物
質が平均化された状態で測定することができ、反応速度
に影響されずに反応生成物質の総量についての正確なデ
ータが得られることとなる。
【0010】上記
〔0009〕の分析装置であって、前
記反応部を減圧状態にすることを可能することを特徴と
する。(請求項2)こうした特徴を有する装置を使用す
ることにより、試料に内在する反応生成物質の残留を防
止し、反応生成物質の総量についての正確なデータが得
られることとなる。
【0011】上記
〔0009〕または〔0010〕の分
析装置であって、検出器の出力を基に、セル部開閉手段
を動作させることを特徴とする。(請求項3)こうした
特徴を有する装置を使用することにより、測定セル内部
の測定成分の濃度が十分安定した状態で分析を行うこと
ができ、また、運搬に必要な最小限のキャリア流体の量
で密閉空間に封じて測定成分の濃度が最大となる条件、
つまり分析計の高い測定精度の範囲で測定することで、
反応生成物質の総量についての正確なデータが得られる
こととなる。
【0012】上記
〔0009〕乃至〔0011〕の分析
装置であって、測定セル部と減圧手段との間に所定の空
間部を設けたことを特徴とする。(請求項4)こうした
特徴を有する装置を使用することにより、短時間で測定
系の減圧状態を作り出すことが可能となり、測定時間を
短縮して反応生成物質の総量についての正確なデータが
得られることとなるとともに、キャリア流体の量を増大
して測定セル内の反応生成物質濃度を分析計の最適条件
にすることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、主として鉄鋼中のC分の分析を行う場合を具体例と
して図面を参照しながら説明する。
【0014】図1(A)は、本発明の第1実施例とし
て、検出部をNDIRで構成した分析装置についての具
体的な実施形態の1つを表わす。分析手順として、第1
に、試料2として鉄鋼の一部を反応部1(本具体例で
は、燃焼炉)内に設置するとともに、燃焼炉1の温度を
上昇させ800〜2000℃程度の所定の温度にする。
この時、測定セル3内部は減圧ポンプ6により一定圧力
にまで減圧しておき、減圧度は測定セルに設けられた圧
力計7によって管理される。また、反応部1と測定セル
3の間及び測定セル3と減圧ポンプ6の間には、減圧状
態を維持・開放するための切替弁5a、5b及び5cが設
けられており、この状態では、5aは閉状態、5b及び5
cは開状態となっている。なお、切替弁5cは、測定セル
3内部において光学的に有効な部分近傍から減圧を可能
とするために設けられたもので、測定セル3を短時間で
減圧にすることができる。
【0015】次に、測定セル3が一定圧力以下に所定時
間維持されたことを圧力計7で確認した後、キャリア流
体Aとしてキャリアガスを燃焼炉1に導入し、その後、
切替弁5aを開状態、5b及び5cを閉状態にする。試料
2中のC分は、高温状態でキャリアガス中のO2と反応
してCO又はCO2に変換され、キャリアガスによりN
DIR内の測定セル3に導入される。この時、切替弁5
aを開状態にするタイミングとしては、上記のように、
反応が終了した後で開状態にする方法や反応がある程度
進行してから開状態にする方法もあるが、キャリアガス
導入と同時に開状態にする方法が考えられる。上述の順
に短時間での安定が可能であり、測定に要する時間もそ
れに応じて短縮することができる。
【0016】キャリアガス導入により測定セル3が、減
圧状態から所定の圧力条件になるまで昇圧されたとき、
切替弁5aを閉状態にし、CO及びCO2濃度が安定する
まで一定時間その状態を保持する。圧力条件は、試料中
のC分の抽出に必要なキャリア流体Aの総流量及び測定
セル3を含む密閉系の内容積により定まり、減圧・常圧
・加圧を問わない。
【0017】CO及びCO2濃度が安定するまでの一定
時間が経過したとき、測定セル3中のCOやCO2の濃
度を読み取り、演算器4によってこれらの濃度から鉄鋼
試料2中のC分の総量を、以下の式に基づき算出するこ
とができる。(C分総量)=(CO及びCO2の濃度
値)*(測定セル等内容積)*(測定セル等内圧力)*
(光路長)
【0018】図1(B)は、第2実施例として、燃焼炉
1を減圧系に含めた場合の実施の形態の1つを表わす。
分析手順としては、第1実施例と同様、試料2を燃焼炉
1内に設置し、減圧状態にされた燃焼炉1及び測定セル
3に対し切替弁5a、5b及び5cを開閉することでキャ
リアガスを導入し、試料2中のC分が高温状態でO2と
反応して生成したCO又はCO2を測定セル3に導入さ
れる。この時、実施例1との分析手順の相違は、キャリ
アガス導入と同時に切替弁5aを開状態にする点であ
る。鉄鋼試料2中のC分の総量を算出式を含めた分析方
法は、実施例1と同様である。燃焼炉1を含め減圧する
ことで、試料2に内在する反応生成物質の残留及び試料
2中に吸着している微量COやCO2を排除することが
でき、試料2中のC分が非常に少ない場合の分析におい
ては、これらの影響を受けずに反応生成物質の総量につ
いての正確なデータが得られ、精度の高い分析結果を得
ることができる。
【0019】上述の各実施例の分析装置において、測定
セル内部の測定成分の濃度が十分安定した状態であるこ
とを検出器の出力を基に判断し、安定状態になったとき
にセル部開閉手段の動作を行うことで、反応生成物質の
総量についての正確なデータが得られ、正確な分析を行
うことができる。
【0020】図2は、第3実施例として、測定セル3と
減圧手段である減圧ポンプ6との間に所定の空間部8
(以下「緩衝部」という)を設けた場合の実施の形態の
1つを表わす。ここでは、上記第1及び第2実施例に緩
衝部8及び切替弁5dを追加したもので、測定作業を行
う前に予め切替弁5dを開状態にしておいて減圧ポンプ
6を動作させ緩衝部8を減圧状態にしておくことで、測
定開始後短時間で測定系の減圧状態を作り出すことが可
能となり、測定時間を短縮して反応生成物質の総量につ
いての正確なデータが得られることとなる。
【0021】なお、上記のいずれの実施例においても、
切替弁5aについては燃焼炉1または測定セル3の直前
に、5b、5c及び5dについては測定セル3または緩衝
部8の直後に設けることによって、測定時の反応生成物
質の占有容積を極力最小にすることができ、反応生成物
質の総量についての正確なデータが得られることとな
る。
【0022】
【発明の効果】以上のような特徴を有する装置を使用す
ることにより、最小限の手段を用いて、試料中に存在す
る特定成分の総量を精度良く分析することができること
となる。また、分析装置に使用される分析計の最適条件
で測定を行なうことが可能となり、さらに高精度の分析
ができることとなる。特に、複数成分の分析において、
測定成分の特性が異なる場合、同一測定原理の複数の分
析計を用いる場合、異なる測定原理の複数の分析計を用
いる場合などに、精度の高い分析データが得られること
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施装置の一例を示した説明図であ
る。
【図2】本発明の実施装置の他の一例を示した説明図で
ある。
【図3】従来の実施方法を示した説明図である。
【図4】従来の実施方法における反応生成物質の時間的
変化の一例を示した説明図である。
【図5】非分散型赤外線分析計の全体の一例を示した説
明図である。
【符号の説明】
1、31 反応部(燃焼炉) 2、32 試料 3、33、53 測定セル 4、34、54 演算器 5 切替弁 6 減圧手段(減圧ポンプ) 7 圧力計 8 緩衝部 51 光源部 55 検出器 56 前置増幅器 57 光断続器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 33/38 G01N 33/38 Fターム(参考) 2G055 BA01 CA22 EA05 EA10 FA02 2G057 AA01 AB06 AC03 BA01 GA01 2G059 AA01 BB08 BB15 CC20 DD16 HH01 KK10

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料を設置する反応部、測定セル部、減
    圧手段及びセル部開閉手段を有する試料の中の特定成分
    を測定する分析装置において、測定セル部を含めたライ
    ンを減圧状態にして所定の流体をその反応部に導入し、
    試料中の特定成分と反応させて発生する反応物質を含む
    流体を測定セル部に導入して、前記セル部を含む所定の
    空間を密閉状態にして測定することにより試料中の特定
    成分量を算出することを特徴とする分析装置。
  2. 【請求項2】 前記反応部を減圧状態にすることを可能
    する請求項1の分析装置。
  3. 【請求項3】 検出器の出力を基に、セル部開閉手段を
    動作させることを特徴とする請求項1または2の分析装
    置。
  4. 【請求項4】 測定セル部と減圧手段との間に所定の空
    間部を設けたことを特徴とする請求項1乃至2の分析装
    置。
JP2000277489A 2000-09-13 2000-09-13 試料中成分測定用分析装置 Withdrawn JP2002090271A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009300254A (ja) * 2008-06-13 2009-12-24 Toyota Motor Corp 燃料電池ガス分析装置
WO2013084948A1 (ja) * 2011-12-06 2013-06-13 株式会社住化分析センター 容器、気相分解方法、気相分解装置、分析方法、及び分析装置

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