JP2020068177A - ガス分析装置及びガス分析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 四重極質量分析計によって測定対象物質と質量数が同一又は近い非測定対象物質とを含有する混合ガスの当該測定対象物質を定量分析する。
【解決手段】 非測定対象物質となるキャリアガスを導入しながら試料が入ったるつぼを加熱し、前記試料の少なくとも一部を気化して測定対象物質を含有する試料ガスを生成し、前記キャリアガス及び前記試料ガスからなる混合ガスを導出する加熱炉を備える混合ガス生成機構と、前記混合ガス生成機構によって生成された前記混合ガスが導入される測定空間を有し、当該測定空間内において前記測定対象物質及び前記非測定対象物質にエネルギーを与えて当該測定対象物質を定量分析する四重極質量分析計と、前記測定空間内の圧力を調節する圧力調節機構とを具備し、前記圧力調整機構が、前記測定空間内において前記非測定対象物質に与えられるエネルギーを、当該非測定対象物質の下限値に応じて変化させるように圧力を調節する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス分析装置及びガス分析方法に関するものである。

四重極質量分析計２０は、図６に示すように、測定対象物質を含有するガスが導入される測定空間Ｓを有し、測定空間Ｓ内にイオン化部２１、四重極部２２及び検出部２３を備えた構成になっている。なお、四重極質量分析計２０は、測定空間Ｓ内に導入されたガスに対してイオン化部２１で電圧を印加し、当該ガスに含有される物質にエネルギーを与えてイオン化する。そして、四重極部２２を通過したイオン化された測定対象物質を検出部２３で検出し、その検出信号に基づいて測定対象物質を定量分析する原理になっている（特許文献１参照）。

ところで、四重極質量分析計は、測定対象物質と質量数が同一又は近い非測定対象物質とを含有する混合ガス（以下、混合ガスともいう）の当該測定対象物質を定量分析しようとすると、測定対象物質の検出信号と非測定対象物質の検出信号とが互いに重なり合うように検出されるため、非測定対象物質の検出信号が邪魔になって測定対象物質を定量分析することが困難になる。

ＷＯ２０１８／０５６４１９

そこで、本発明は、四重極質量分析計によって測定対象物質と質量数が同一又は近い非測定対象物質とを含有する混合ガスの当該測定対象物質を比較的正確に定量分析することを主な課題とするものである。

出願人は、前記課題を解決するにあたり、四重極質量分析計によって前記混合ガスに含有される測定対象物質を定量分析する実験を繰り返し実施した。その中で、四重極質量分析計の測定空間内の圧力を変動させながら混合ガスに含有される測定対象物質を定量分析したところ、測定空間内の圧力が所定圧力以上になると、非測定対象物質の信号のみが殆ど検出されなくなる現象が生じることを発見した。

具体的には、四重極質量分析計の測定空間内にキャリアガスとなる質量数４のＨｅガス（非測定対象物質）を導入しながら、当該キャリアガスに対して間隔を空けて質量数４のＤ_２（測定対象物質）を複数回導入し、当該ガスに対してイオン化部で所定の電圧を印加しながら、Ｈｅ及びＤ_２の信号を検出する実験を実施した。そして、当該実験を、測定空間内の圧力を２．０Ｐａ、１．５Ｐａ、１．０Ｐａ、０．７５Ｐａの順番で段階的に低下させながら実施したところ図３に示すグラフを得た。なお、図３に示すグラフにおいて、縦軸は、信号強度を示し、横軸は、経過時間を示している。

図３に示すグラフによれば、Ｄ_２は、圧力の低下にかかわらず信号（図３中、Ａで示す検出信号）が検出される。一方、Ｈｅは、圧力が２．０Ｐａでは殆ど信号（図３中、Ｂで示す検出信号）が検出されないが、圧力を１．０Ｐａまで低下させると非常に大きな信号が検出されることが分かる。

ここで、物質には、イオン化に必要なエネルギー（イオン化エネルギ―）が存在する。Ｈｅを例にとって具体的に説明すると、Ｈｅに与えられるエネルギー（横軸）と単位面積当たりのイオン数（縦軸）と関係は図７に示すグラフのようになる。すなわち、Ｈｅは、イオン化エネルギーの下限値が２４．６ｅＶであり、当該下限値のエネルギーが与えられるとイオン化が始まり、当該下限値付近では与えられるエネルギーが僅かに増加しただけでイオン化が急激に促進される。そして、Ｈｅは、所定値（図７中、Ｃで示す値）以上のエネルギーが与えられるまではイオン化が促進され、当該与えられるエネルギーが所定値以上になるとイオン化が徐々に抑制される傾向にある。なお、イオン化エネルギーは、物質毎に異なっているが、前記傾向は、他の物質についても同様のことが言える。

ところで、Ｄ_２のイオン化エネルギーの下限値は１５．４６７ｅＶであり、前記Ｈｅの下限値（２４．６ｅＶ）よりも小さい。このため、測定空間内においてＨｅ及びＤ_２に与えられるエネルギーが１５．４６７ｅＶ以上２４．６ｅＶ未満の場合には、Ｄ_２の信号しか検出されなくなる。すなわち、図３に示すグラフにおいて、測定空間内の圧力を２．０Ｐａにした場合に、Ｄ_２の信号しか検出されていないのは、当該測定空間内において測定対象物質及び非測定対象物質に与えられるエネルギーが、１５．４６７ｅＶ以上２４．６ｅＶ未満になっていることが原因と推察される。また、図３に示すグラフにおいて、測定空間内の圧力が１．０Ｐａ以上になると、Ｈｅの信号の急激に大きくなっている。これは、測定空間内の圧力が上昇し、当該測定空間内においてＨｅに与えられるエネルギーが２４．６ｅＶ以上になって急激にイオン化が促進されたことが原因と推察される。

すなわち、測定空間内の圧力を上げると、これに伴って当該測定空間内で物質に与えられるエネルギーが小さくなり、逆に測定空間内の圧力を下げると、これに伴って当該測定空間内で物質に与えられるエネルギーが大きくなるのである。なお、これは、四重極質量分析計の測定空間内の圧力が低い状態（真空度が高い状態）では、測定空間内に存在する物質の数が少ないため、物質同士が衝突し難くなる。このため、物質をイオン化するための電子のスピードが速い状態、言い換えれば、当該物質に与えられるエネルギーが大きい状態となる。一方、四重極質量分析計の測定空間内の圧力が高い状態（真空度が低い状態）では、測定空間内に存在する物質の数が多くなるため、物質同士が衝突し易くなる。このため、物質をイオン化するための電子の移動が妨げられて当該電子のスピードが遅い状態、言い換えれば、当該物質に与えられるエネルギーが小さい状態となることが原因と推察される。

このように、出願人は、前記実験結果から得た前記知見に基づいて本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係るガス分析装置は、非測定対象物質となるキャリアガスを導入しながら試料が入ったるつぼを加熱し、当該試料の少なくとも一部を気化して測定対象物質を含有する試料ガスを生成し、当該キャリアガス及び当該試料ガスからなる混合ガスを導出する加熱炉を備える混合ガス生成機構と、前記混合ガス生成機構によって生成された前記混合ガスが導入される測定空間を有し、当該測定空間内において前記測定対象物質及び前記非測定対象物質にエネルギーを与えて当該測定対象物質を定量分析する四重極質量分析計と、前記測定空間内の圧力を調節する圧力調節機構とを具備し、前記圧力調整機構が、前記測定空間内において前記非測定対象物質に与えられるエネルギーを、当該非測定対象物質のイオン化エネルギーの下限値に応じて変化させるように圧力を調節することを特徴とするものである。

このようなものであれば、圧力調節機構によって測定空間内の圧力を調節することができるため、測定空間内において非測定対象物質に与えられるエネルギーを、当該非測定対象物質のイオン化エネルギーの下限値近傍になるように調節することができる。これにより、四重極質量分析計によって検出される非測定対象物質の信号を測定対象物質の定量分析に邪魔にならない程度に小さくすることができる。よって、混合ガス中に測定対象物質と質量数が近い非測定対象物質（具体的には、測定対象物質の質量数に対して質量数が±４の範囲の非測定対象物質）が含まれていたとしても、四重極質量分析計によって測定対象物質を比較的正確に定量分析できるようになる。ここで、「非測定対象物質の下限値に応じて変化させる」とは、非測定対象物質の下限値のみを参照して変化させる場合のみならず、非測定対象物質の下限値と測定対象物質の下限値との差を参照して変化させる場合も含まれる。

なお、前記圧力調節機構が、前記測定空間内において前記非測定対象物質に与えられるエネルギーを、当該非測定対象物質のイオン化エネルギーの下限値以下になるように圧力を調節するように構成すれば、四重極質量分析計によって非測定対象物質の信号が殆ど検出されなくなり、測定対象物質をより正確に定量分析できるようになる。

また、前記混合ガス生成機構が、前記非測定対象物質を複数含有する混合ガスを生成する場合には、前記圧力調節機構が、前記測定空間内に導入された前記複数の非測定対象物質のうちで最も低いイオン化エネルギーの下限値を有する非測定対象物質に与えられるエネルギーを、当該非測定対象物質の下限値に応じて変化させるように圧力を調節するように構成すればよい。

このようなものであれば、四重極質量分析計によって検出されるいずれの非測定対象物質の信号も測定対象物質の定量分析に邪魔にならない程度に小さくなる。これにより、混合ガス中に測定対象物質と質量数が近い複数の非測定対象物質が含まれていたとしても、四重極質量分析計によって測定対象物質を比較的正確に定量分析できるようになる。

また、前記圧力調節機構は、具体的には、前記四重極質量分析計が接続され、当該四重極質量分析計の測定空間と連通する内部空間を有するチャンバと、前記チャンバの内部空間に前記混合ガス生成機構で生成された混合ガスの少なくとも一部を導入する導入ラインと、前記導入ラインに設置され、前記チャンバの内部空間の圧力を調節する調圧弁とを備えるものである。

このようなものであれば、調圧弁によって導入ラインを流れる流体の流量を調節することにより、四重極質量分析計の測定空間内の圧力を調節することができるようになる。

また、前記ガス分析装置によれば、前記キャリアガスがＨｅガスであり、前記試料ガスが前記測定対象物質となるＤ_２を含有するものである場合に、Ｈｅ及びＤ_２は共に質量数が４であるが、測定対象物質であるＤ_２を比較的正確に定量分析できるようになる。

また、前記加熱炉が、インパルス炉であり、前記るつぼが、黒鉛るつぼであるものであってもよく、この場合には、前記試料ガスとして、前記測定対象物質となるＤ_２と共に前記非測定対象物質となるＣＯを含有するものが生成される。このため、前記混合ガス生成機構が、前記加熱炉から導出された混合ガスを酸化させる酸化部と、前記酸化部から導出された当該混合ガスを脱ＣＯ_２する脱ＣＯ_２部と、前記脱ＣＯ_２部から導出された当該混合ガスを脱水する脱水部とをさらに備えるものであってもよい。

四重極質量分析計によってＤ_２と共にＣＯを含有する混合ガスのＤ_２を定量分析しようとすると、図５のグラフに示すように、検出ＣＨ（ｍ／ｚ＝４）において、ＣＯの検出信号（図５中、実線）がＤ_２の検出信号（図５中、一点鎖線）と重なり合うように検出される。しかし、前記混合ガス生成機構によれば、加熱炉から導出された混合ガスが、各反応等によってＣＯが略取り除かれた状態で四重極質量分析計に導入されるようになり、図５中において点線で示すように、ＣＯの検出信号が検出され難くなる。よって、測定対象物質となるＤ_２を比較的正確に定量分析することができるようになる。

なお、具体的には、前記酸化部が、酸化剤としてシュッツェ試薬を使用するものであり、前記脱ＣＯ_２部が、脱ＣＯ_２剤としてソーダ石灰、水酸化ナトリウム又は水酸化ナトリウムを含浸させた活性アルミナから選択される少なくとも一つを使用するものであり、前記脱水部が、脱水剤として過塩酸マグネシウム又は五酸化二りんから選択される少なくとも一つを使用するものであればよい。

また、本発明に係るガス分析方法は、非測定対象物質となるキャリアガスを導入しながら試料が入ったるつぼを加熱し、当該試料の少なくとも一部を気化して測定対象物質を含有する試料ガスを生成し、当該キャリアガス及び当該試料ガスからなる混合ガスを導出する加熱炉を備える混合ガス生成機構と、前記混合ガス生成機構によって生成された前記混合ガスが導入される測定空間を有し、当該測定空間内において前記測定対象物質及び前記非測定対象物質にエネルギーを与えて定量分析する四重極質量分析計とを用いたガス分析方法であって、前記測定空間内の圧力を調節し、前記測定空間内において前記非測定対象物質に与えられるエネルギーを、当該非測定対象物質のイオン化エネルギーの下限値に応じて変化させることを特徴とするものである。

また、前記混合ガス生成機構によって、前記測定対象物質と、質量数が前記測定対象物質の質量数に対して±４の範囲であり、かつ、イオン化エネルギーの下限値が前記測定対象物質の下限値よりも大きい非測定対象物質と、を含有する混合ガスが生成されるものであってもよい。

このように構成したガス分析装置によれば、四重極質量分析計によって測定対象物質と質量数が同一又は近い非測定対象物質とを含有する混合ガスの当該測定対象物質を比較的正確に定量分析することができるようになる。

実施形態１に係るガス分析装置の全体構成を示す模式図である。 実施形態１に係るガス分析装置の圧力制御部を示すブロック図である。 Ｄ_２及びＨｅの検出信号（信号強度）と経過時間（分析時間）との関係を示すグラフである。 Ｄ_２及びＨｅの検出信号（信号強度）とチャンバ内圧力（測定空間内圧力）との関係を示すグラフである。 実施形態２に係るガス分析装置の混合ガス生成機構で生成された混合ガスを四重極質量分析計の測定空間内に導入して得られるｍ／ｚ＝４の検出信号（信号強度）と経過時間（分析時間）との関係を示すグラフである。 四重極質量分析計の内部構造を示す模式図である。 Ｈｅに与えられるエネルギーと単位面積当たりのイオン数と関係を示すグラフである。

以下に、本発明に係るガス分析装置を図面に基づいて説明する。

本実施形態のガス分析装置は、鉄鋼やセラミックスなどの試料を加熱溶融し、その際に発生する試料ガスに含有される測定対象物質を定量分析するものである。

＜実施形態１＞ 本実施形態に係るガス分析装置１００は、図１に示すように、測定対象物質と非測定対象物質とを含有する混合ガスを生成する混合ガス生成機構１０と、混合ガス生成機構１０によって生成された混合ガスが導入される測定空間を有する四重極質量分析計２０と、四重極質量分析計２０の測定空間内の圧力を調節する圧力調節機構３０と、を備えている。

なお、本実施形態の測定対象物質は、具体的には、Ｄ_２である。また、本実施形態の非測定対象物質は、具体的には、Ｄ_２と同じ質量数（４）を有し、Ｄ_２のイオン化エネルギーの下限値（１５．４６７ｅＶ）よりも大きな下限値（２４．６ｅＶ）を有するＨｅである。因みに、測定対象物質は、Ｄ_２に限定されない。また、非測定対象物質は、質量数が測定対象物質の質量数に対して±４の範囲であって、イオン化エネルギーの下限値が測定対象物質のそれよりも大きい物質であれば、Ｈｅに限定されない。

前記混合ガス生成機構１０は、加熱炉１１と、加熱炉１１から上流側に延びる上流ラインＬ１と、上流ラインＬ１の始端に接続されるキャリアガス供給器１２と、加熱炉１１から下流側に延びる下流ラインＬ２と、を備えている。

前記加熱炉１１は、所謂インパルス炉であり、炉内に試料を投入するるつぼ１１ａを収納している。なお、加熱炉１１は、るつぼ１１ａにインパルス電流を流してジュール発熱させ、これにより、るつぼ１１ａに投入された試料の少なくとも一部を気化させて試料ガスを生成するようになっている。本実施形態においては、試料として、加熱炉１１で加熱することにより、測定対象物質となるＤ_２を含有する試料ガスを生成する試料を使用する。なお、るつぼ１１ａとしては、黒鉛るつぼ等を使用することができる。また、加熱炉１１としては、高周波誘導加熱炉等を使用することもできる。この場合、るつぼ１１ａとして、セラミックるつぼ等を使用することができる。

前記上流ラインＬ１は、キャリアガス供給器１２から供給されるキャリアガスを加熱炉１１へ導入するものである。本実施形態においては、キャリアガスとして、非測定対象物質となるＨｅガスを使用する。なお、キャリアガスは、Ｈｅガスに限定されず、Ａｒガス等も使用することできる。

前記下流ラインＬ２は、加熱炉１１から試料ガス及びキャリアガスからなる混合ガスを導出するものである。なお、下流ラインＬ２は、その途中に混合ガス中に含まれるすす等のダストを除去するダストフィルタ１３が設置されている。

前記四重極質量分析計２０は、図６に示す四重極質量分析計２０と同一の構成を備えているため、詳細な説明を省略する。

前記圧力調節機構３０は、四重極質量分析計２０の測定空間Ｓと連通する内部空間を有するチャンバ３１と、下流ラインＬ２から分流して当該下流ラインＬ２を流れる混合ガスの少なくとも一部をチャンバ３１の内部空間に導入する導入ラインＬ３と、下流ラインＬ２から分流して当該下流ラインＬ２を流れる混合ガスの残部を排気する排気ラインＬ４と、下流ラインＬ２の分流点よりも上流側に設置された流量調節弁３２と、導入ラインＬ３に設置された調圧弁３３と、チャンバ３１に接続される排気ポンプ３４及び圧力センサＰと、を備えている。

前記チャンバ３１は、四つのポートを備えた構造になっている。そして、四つのポートには、導入ラインＬ３と、四重極型質量分析計２０と、圧力センサＰと、排気ポンプ３４と、がそれぞれ接続されている。

前記流量調節弁３２は、所謂ニードルバルブである。そして、流量調節弁３２は、終端が大気開放された排気ラインＬ４から排気される混合ガスの流量を調節するものである。よって、流量調節弁３２は、導入ラインＬ３に導入される混合ガスの流量を調節するものである。

前記調圧弁３３は、所謂ニードルバルブである。そして、調圧弁３３は、チャンバ３１の内部空間の圧力を調節するものである。よって、調圧弁３３は、チャンバ３１の内部空間と連通する四重極質量分析計２０の測定空間内Ｓの圧力を調節するものである。

前記圧力センサＰは、チャンバ３１の内部空間の圧力を測定するものである。よって、圧力センサＰは、チャンバ３１の内部空間と連通する四重極質量分析計２０の測定空間Ｓ内の圧力を測定するものである。また、前記排気ポンプ３４は、チャンバ３１の内部空間に導入される混合ガスを排気するものである。具体的には、ターボポンプ３４ａとドライポンプ３４ｂとを直列に配置した構造になっている。

また、前記圧力調節機構３０は、調圧弁３３及び圧力センサＰに接続される圧力制御部３５をさらに備えている。なお、圧力制御部３５は、図２に示すように、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａコンバータ等を備えた所謂コンピュータであり、当該メモリに格納されているプログラムを実行し、下限値圧力記憶部３５ａ、目標圧力設定部３５ｂ、圧力値受付部３５ｃ、弁開度制御部３５ｄ等の機能を発揮するように構成されている。

前記下限値圧力記憶部３５ａは、非測定対象物質について予め取得した、測定空間Ｓ内において非測定対象物質に与えられるエネルギーが下限値近傍以下（例えば、下限値、下限値以下）となる当該測定空間Ｓ内の圧力（以下、下限値圧力ともいう）を記憶するものである。なお、下限値圧力記憶部３５ａには、非測定対象物質の名称と下限値圧力とが紐付けて記憶されている。

なお、下限値圧力は、例えば、前記のように、四重極質量分析計２０の測定空間Ｓ内に非測定対象物質（キャリアガス）を導入すると共に当該測定空間Ｓに導入されるガスに対してイオン化部で所定の電圧を印加しながら、圧力を段階的に変動させ、段階毎に非測定対象物質に対して測定対象物質を導入する実験を実施することによって知得することができる。具体的には、本実施形態の非測定対象物質であるＨｅの下限値圧力は、図３に示すグラフから２．０Ｐａ以下であって１．５Ｐａより大きい圧力から選択すればよい。なお、図３に示すグラフを得た実験よりも更に圧力変動の間隔を細かくした実験によって得た図４に示すグラフを参照すれば、Ｈｅは、少なくとも測定空間Ｓ内の圧力が１．２５Ｐａにおいては、その下限値がＤ_２の下限値よりも小さいことが分かる。よって、下限値圧力として、１．２５Ｐａ以下の圧力を選択すればよい。

よって、本実施形態では、例えば、Ｈｅと１．２５Ｐａとを紐付けて下限値圧力記憶部３５ａに記憶する。なお、下限値圧力の値を一つの値に特定できない場合には、下限値圧力記憶部３５ａに下限値圧力を範囲として記憶してもよい。

前記目標圧力設定部３５ｂは、作業者からキーボード等の入力手段を介して混合ガスに含有される非測定対象物質の名称を示す入力信号を受け付けた場合に、下限値圧力記憶部３５ａに記憶された当該非測定対象物質に紐付けられた下限値圧力を目標圧力に設定するものである。なお、下限値圧力記憶部３５ａに下限値圧力の範囲として記憶されている場合には、当該下限値圧力の範囲から選択される圧力（例えば、範囲の中央値）を目標圧力に設定すればよい。なお、本実施形態では、Ｈｅを示す入力信号を受け付けた場合に、１．２５Ｐａを目標圧力に設定する。

前記圧力値受付部３５ｃは、圧力センサＰで測定される圧力値を受け付けるものである。また、前記弁開度制御部３５ｄは、圧力値受付部３５ｃによって受け付けた圧力値が目標圧力設定部３５ｂで設定された目標圧力に近づくように調圧弁３３の弁開度を調節するものである。

このようなものであれば、混合ガスを四重極質量分析計２０によって定量分析する場合に、測定空間内において非測定対象物質に与えられるエネルギーが下限値近傍以下になるように当該測定空間Ｓ内の圧力が調節される。これにより、四重極質量分析計２０において、非測定対象物質の検出信号が検出されないか、或いは、測定対象物質の定量分析に邪魔にならない程度しか検出されなくなる。よって、四重極質量分析計２０によって測定対象物質を比較的正確に定量分析できるようになる。

なお、本実施形態においては、下限値圧力記憶部３５ａに、非測定対象物質の下限値圧力しか記憶していないが、測定対象物質の下限値圧力を記憶してもよい。この場合、目標圧力設定部３５ｂは、目標圧力として測定対象物質の下限値圧力以上の目標圧力に設定するようにすればよい。これにより、四重極質量分析計２０において少なくとも測定対象物質の検出信号が検出されるようになる。

＜実施形態２＞ 本実施形態は前記実施形態１に係るガス分析装置１００の混合ガス生成機構１０の変形例である。具体的には、本実施形態に係る混合ガス生成機構１０は、前記実施形態１に係る混合ガス生成機構１０の下流ラインＬ２に対し、加熱炉１１から導出された混合ガスを酸化させる酸化部１４と、酸化部１４から導出された当該混合ガスを脱ＣＯ_２する脱ＣＯ_２部１５と、脱ＣＯ_２部１５から導出された当該混合ガスを脱水する脱水部１６と、をさらに設置した構成になっている（図１中、点線にて示す）。なお、具体的には、下流ラインＬ２に対し、酸化部１４、脱ＣＯ_２部１５及び脱水部１６は、流量制御弁３２の下流側であって導入ラインＬ３及び排気ラインＬ４の分流点よりも上流側に設置されている。

なお、前記酸化部１４は、酸化剤として、例えば、シェッツェ試薬（具体的には、五酸化ヨウ素を主成分とするシェッツェ試薬）等を使用すればよい。

前記脱ＣＯ_２部１５は、脱ＣＯ_２剤として、例えば、ソーダ石灰、水酸化ナトリウム又は水酸化ナトリウムを含浸させた活性アルミナ等から選択される少なくとも一つのものを使用すればよい。

前記脱水部１６は、脱水剤として、例えば、過塩酸マグネシウム又は五酸化二りん等から選択される少なくとも一つのものを使用すればよい。

なお、本実施形態に係るガス分析装置１００は、四重極質量分析計２０によってＤ_２、ＣＯ、Ｎ_２及びＨｅを含有する混合ガスのＤ_２を定量分析する場合に適している。具体的には、加熱炉１１としてインパルス炉を使用し、るつぼ１１ａとして黒鉛るつぼを使用した場合には、ＣＯ及びＮ_２を含有する混合ガスが生成されるため、この混合ガスに含有される測定対象物を定量分析する場合に適している。

すなわち、四重極質量分析計によってＤ_２、ＣＯ、Ｎ_２及びＨｅを含有する混合ガスのＤ_２を定量分析しようとすると、図５のグラフに示すように、ｍ／ｚ＝４の検出ＣＨにおいて、ＣＯの検出信号（図５中、実線）がＤ_２の検出信号（図５中、一点鎖線）と重なり合うように検出される。このため、Ｄ_２を定量分析し難くなる。しかし、本実施形態に係るガス分析装置１００によれば、加熱炉１１から導出された混合ガスが、四重極質量分析計２０に対してＣＯが略取り除かれた状態で導入されるようになり、図５のグラフにおいて点線で示すように、ｍ／ｚ＝４の検出ＣＨにおいて、ＣＯの検出信号が殆ど検出され難くなる。

因みに、本実施形態に係る加熱炉１１のるつぼ１１ａに対し、試料と共にＳｎを入れて加熱して測定対象物質となるＤ_２を含有する試料ガスを生成するようにすれば、測定対象物質となるＤ_２を定量分析する場合に、Ｎ_２の検出信号の影響を受け難くできる。

＜その他の実施形態＞ 前記各実施形態１においては、混合ガスとして一つの非測定対象物質を含有するものを定量分析しているが、混合ガスとして複数の非測定対象物質を含有するものを定量分析することもできる。なお、各非測定対象物質は、いずれも質量数が測定対象物質の質量数に対して±４の範囲であり、かつ、イオン化エネルギーの下限値が測定対象物質の下限値よりも大きい物質である。

この場合、圧力調節機構３０が、四重極質量分析計２０の測定空間Ｓ内に導入された複数の非測定対象物質のうちで最も低い下限値を有する非測定対象物質に与えられるエネルギーを、当該非測定対象物質の下限値に応じて変化させるように圧力を調節するようにすればよい。

その他、本発明は前記各実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００ ガス分析装置
１０ 混合ガス生成機構
１１ 加熱炉
１１ａ るつぼ
１４ 酸化部
１５ 脱ＣＯ_２部
１６ 脱水部
２０ 四重極質量分析計
３０ 圧力調節機構
Ｌ３ 導入ライン
３１ チャンバ
３２ 流量調節弁
３３ 調圧弁
３４ 排気ポンプ

Claims (12)

1. 非測定対象物質となるキャリアガスを導入しながら試料が入ったるつぼを加熱し、前記試料の少なくとも一部を気化して測定対象物質を含有する試料ガスを生成し、前記キャリアガス及び前記試料ガスからなる混合ガスを導出する加熱炉を備える混合ガス生成機構と、
   前記混合ガス生成機構によって生成された前記混合ガスが導入される測定空間を有し、当該測定空間内において前記測定対象物質及び前記非測定対象物質にエネルギーを与えて当該測定対象物質を定量分析する四重極質量分析計と、
   前記測定空間内の圧力を調節する圧力調節機構とを具備し、
   前記圧力調整機構が、前記測定空間内において前記非測定対象物質に与えられるエネルギーを、当該非測定対象物質のイオン化エネルギーの下限値に応じて変化させるように圧力を調節することを特徴とするガス分析装置。
2. 前記圧力調節機構が、前記測定空間内において前記非測定対象物質に与えられるエネルギーを、当該非測定対象物質のイオン化エネルギーの下限値以下になるように圧力を調節する請求項１記載のガス分析装置。
3. 前記混合ガス生成機構が、前記非測定対象物質を複数含有する混合ガスを生成するものであり、
   前記圧力調節機構が、前記測定空間内に導入された前記複数の非測定対象物質のうちで最も低いイオン化エネルギーの下限値を有する非測定対象物質に与えられるエネルギーを、当該非測定対象物質の当該下限値に応じて変化させるように圧力を調節する請求項１又は２のいずれかに記載のガス分析装置。
4. 前記圧力調節機構が、前記四重極質量分析計が接続され、当該四重極質量分析計の測定空間と連通する内部空間を有するチャンバと、前記チャンバの内部空間に前記混合ガス生成機構で生成された混合ガスの少なくとも一部を導入する導入ラインと、前記導入ラインに設置され、前記チャンバの内部空間の圧力を調節する調圧弁とを備える請求項１乃至３のいずれかに記載のガス分析装置。
5. 前記キャリアガスが、Ｈｅガスであり、
   前記試料ガスが、前記測定対象物質となるＤ_２を含有するものである請求項１乃至４のいずれかに記載のガス分析装置。
6. 前記加熱炉が、インパルス炉であり、
   前記るつぼが、黒鉛るつぼである請求項１乃至５のいずれかに記載のガス分析装置。
7. 前記試料ガスが、前記測定対象物質となるＤ_２と、共に前記非測定対象物質となるＣＯを含有するものであり、
   前記混合ガス生成機構が、前記加熱炉から導出された混合ガスを酸化させる酸化部と、前記酸化部から導出された当該混合ガスを脱ＣＯ_２する脱ＣＯ_２部と、前記脱ＣＯ_２部から導出された当該混合ガスを脱水する脱水部とをさらに備える請求項６記載のガス分析装置。
8. 前記酸化部が、酸化剤としてシュッツェ試薬を使用するものである請求項７記載のガス分析装置。
9. 前記脱ＣＯ_２部が、脱ＣＯ_２剤としてソーダ石灰、水酸化ナトリウム又は水酸化ナトリウムを含浸させた活性アルミナから選択される少なくとも一つを使用するものである請求項７又は８のいずれかに記載のガス分析装置。
10. 前記脱水部が、脱水剤として過塩酸マグネシウム又は五酸化二りんから選択される少なくとも一つを使用するものである請求項７乃至９のいずれかに記載のガス分析装置。
11. 非測定対象物質となるキャリアガスを導入しながら試料が入ったるつぼを加熱し、当該試料の少なくとも一部を気化して測定対象物質を含有する試料ガスを生成し、当該キャリアガス及び当該試料ガスからなる混合ガスを導出する加熱炉を備える混合ガス生成機構と、前記混合ガス生成機構によって生成された前記混合ガスが導入される測定空間を有し、当該測定空間内において前記測定対象物質及び前記非測定対象物質にエネルギーを与えて当該測定対象物質を定量分析する四重極質量分析計とを用いたガス分析方法であって、
    前記測定空間内の圧力を調節し、前記測定空間内において前記非測定対象物質に与えられるエネルギーを、当該非測定対象物質のイオン化エネルギーの下限値に応じて変化させることを特徴とするガス分析方法。
12. 前記混合ガス生成機構によって、前記測定対象物質と、質量数が前記測定対象物質の質量数に対して±４の範囲であり、かつ、イオン化エネルギーの下限値が前記測定対象物質の下限値よりも大きい非測定対象物質と、を含有する混合ガスが生成される請求項１１のガス分析方法。