JP2677106B2 - 発光分光分析方法 - Google Patents

発光分光分析方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は発光分光分析方法に関
し、より詳細には、主として鉄鋼業等での微量成分分析
に用いられる発光分光分析方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、鉄鋼品種の多様化・高品質化およ
び製鋼・加工技術の進歩に伴って、鋼中に含まれる微量
元素、とりわけ微量炭素の定量分析が重要となってきて
いる。なかでも自動車産業等のユーザー側から濃度10
ppm以下の超極低炭素鋼が要求されるようになり、高
精度の微量成分分析方法および装置が必要になってきて
いる。
【0003】一方、製鋼・精錬過程はオンライン操業で
あるので分析は迅速かつ正確に行われて製鋼・精錬過程
にフィードバックされなければならない。したがって鋼
中の微量成分分析には高度の分析精度および分析の迅速
性が必須条件となる。該必須条件を備えた分析手段とし
て、現在広く利用されているのが、発光分光分析方法で
ある。
【0004】鋼中の極低炭素濃度を測定する従来の発光
分光分析は、光源としてタングステン電極と鋼試料との
間で生じるスパーク放電を用い、該スパーク放電により
気化励起された鋼試料表面の原子が発する光のスペクト
ルの発光強度を内標準法(炭素の分析線と鋼試料の主成
分元素である鉄のスペクトル線との相対強度を測定する
方法)により求め、前記内標準法により求めた相対強度
をC濃度の検量線に適用して鋼中の極低炭素濃度を求め
ていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記発光分
光分析方法を現実の製造現場に適用した場合、下記の
(1)、(2)に示した現象が生じ、分析精度を劣化さ
せていた。
【0006】(1)発光スタンドを清掃(該発光スタン
ド内に付着しているダストの除去およびタングステン電
極を新しいものに交換)した後そのまま分析用放電を行
なうと、C発光強度は放電数の増加とともに逓減し、一
定水準に安定するようにはなるものの、分析の開始時点
でかなり高い値を示し、前記一定水準に安定するまでに
時間を要した。
【0007】(2)分析を開始してC発光強度が安定し
ても、一旦分析を中断し、空き時間(例えば、30分、
60分等)を置いて再び分析用放電を行なうと、(1)
と同様に分析の開始時点でCの発光強度は、前記安定水
準よりも高い値を示していた。
【0008】上記(1)、(2)に示した現象は、空気
中の成分であるO2 、CO2 が、室温において発光スタ
ンド内およびタングステン電極に吸着される吸着量と、
放電によって温度が上昇した前記発光スタンド内および
前記タングステン電極に吸着される吸着量とに差がある
ことにより生ずると考えられる。放電中は、放電のため
前記発光スタンド内および前記タングステン電極に吸着
されていたO2 、CO2 が脱離するようになるので、O
2 、CO2 の前記吸着量は、相対的に室温では増加し、
放電中は減少する。C発光強度は、O2 、CO2 の前記
吸着量が増加すると高くなり、前記吸着量が減少すると
低くなる。したがって、上記(1)、(2)で示したよ
うに、C発光強度が分析開始時に高い値を示す現象を防
止し、分析開始時点においても前記一定水準に収束・安
定化した時点と同等の分析精度を確保するためには、O
2 、CO2 の前記吸着量を分析期間全体にわたって最小
かつ一定水準に保たなければならない。
【0009】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、O2 、CO2 が発光スタンド内および電極に吸着す
ることにより分析精度が変動・劣化するのを防止するこ
とができ、分析期間全体にわたって良好な分析精度を維
持することができる発光分光分析方法を提供することを
目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る発光分光分析方法は、発光スタンドに載
置された分析用鋼試料(以下、分析試料と記す)の分析
面と、該分析面に対向配置された電極との間で放電さ
せ、発生したスペクトルを分光する発光分光分析方法に
おいて、前記電極をプラス極、前記分析試料をマイナス
極とする分析用放電を行なう前に、前記電極をマイナス
極、前記分析試料をプラス極とする放電を行ない、該放
電における発光強度が増加し始めた時に前記分析試料の
分析位置を変更して前記分析用放電を行ない、前記分析
試料の組成の定量を行なうことを特徴としている。
【0011】
【作用】上記した方法によれば、発光スタンドに載置さ
れた分析試料の分析面と、該分析面に対向配置された電
極との間で、前記電極をプラス極、前記分析試料をマイ
ナス極とする分析用放電を行なう前に、前記電極をマイ
ナス極、前記分析試料をプラス極とする放電を行ない、
該放電により発生するC発光スペクトルが測定され、そ
して、そのスペクトル線強度が増加し始めた時点で、前
記電極をマイナス極、前記分析試料をプラス極とする放
電を停止して前記分析用放電に切り換える。したがって
前記分析用放電を開始する前に前記電極をマイナス極、
前記分析試料をプラス極とした放電により、前記発光ス
タンドおよび前記電極に吸着していたO2 、CO2 が除
去され、該O2 、CO2 ガスによる分析精度への悪影響
が防止される。つまり、本発明に係る発光分光分析方法
にあっては、前記電極をプラス極、前記分析試料をマイ
ナス極とした放電により前記発光スタンドおよび前記電
極に吸着しているO2 、CO2 を除去した後(前記吸着
量を最小限度に押え込んだ後)に前記分析用放電が行な
われるので、O2 、CO2 の前記吸着量の増減によるC
発光強度の変動が防止され、分析開始時点も含めて分析
期間全体にわたって良好な分析精度が獲得される。
【0012】
【実施例】以下、本発明に係る発光分光分析方法の実施
例を図面に基づいて説明する。図1は実施例に係る発光
分光分析装置の制御部を含めて示した模式図である。
【0013】図1において、発光スタンド1はその端部
が水平面に対して斜め下方に突出形成されており、その
突出部上面の中央に試料台3が配置され、試料台3の中
央には試料孔3aが設けられている。試料台3の内側に
は試料台3側に開口するArガス導入路(図示せず)、
タングステン電極2が設けられており、タングステン電
極2は電源9に接続されている。電源9はコンピュータ
8に接続され、コンピュータ8にはロボット(保持体制
御)コントロールユニット7および測光器(図示せず)
が接続されている。ロボット(保持体制御)コントロー
ルユニット7は試料保持体6に接続されており、試料保
持体6の下方端部には試料つかみ部5が設けられてい
る。試料つかみ部5にはブロック状の試料4がセットさ
れている。また、試料台3が設けられている端部と反対
側の発光スタンド1の端部には、集光レンズ10が配設
されている。
【0014】上記の如く構成された発光分光分析装置を
用いての試料4の分析は以下のように行なう。まず、コ
ンピュータ8がロボットコントロールユニット7を駆動
させて試料保持体6を下降させ、試料孔3aを塞ぐよう
に試料4を試料台3に装着させる。そして、試料4を試
料台3に装着した状態で、発光スタンド1内にArガス
(純度99.999%)を13l/minの流量で20min
間流し、発光スタンド1内の空気をArガスと置換す
る。
【0015】この後、コンピュータ8が電源9のスイッ
チを入れて電極2に通電し、電極2と試料4との間で電
極2をマイナス極、試料4をプラス極とした放電を行な
わせる。図2は該放電における電流波形を示したもので
あり、縦軸に電流値、横軸に時間(μs)を取ってい
る。図2に示した放電により生じた発光は、集光レンズ
10により集光され、分光器(図示せず)に送られてス
ペクトル線が選択され、測光器(図示せず)により測光
されて前記選択されたスペクトル線の強度が算出され
る。算出されたスペクトル線の強度(C発光強度)は、
コンピュータ8に送られ、後述する放電極性の切り換え
用データとして利用される。
【0016】図3は該放電時の放電パルス数とCの発光
強度との関係を示したグラフであり、縦軸にC発光強
度、横軸に放電パルス数を取っている。なお、Cの分析
線はCI165.8nmの分析線である。図3に示した
ように、C発光強度は、放電開始時に極めて高い値を示
すが、その後、放電パルス数の増加とともに急激にその
値は減少してゆき、トータル放電パルス数が25000
パルス程度で最小となる。そして、さらに放電数を増加
させてゆくと、放電数の増加とともにCの発光強度も緩
やかに上昇していく。
【0017】ここで、電極2をマイナス極、試料4をプ
ラス極とする放電が25000パルスになった時、すな
わちCの発光強度が最小となった後増加し始めた時、
(実際には、n回目とn+1回目の発光強度、IC n、I
C n+1の差の比率(Ic n−Ic n+1)/Ic nが<10-2にな
った時)、コンピュータ8がロボットコントロールユニ
ット7を駆動させ、試料保持体6を上昇させて試料4と
試料台3との間に適宜の間隔を置き、試料つかみ部5を
回転させて放電位置(分析点)を変更するとともに、電
極2と試料4の極性を、電極2をプラス極、試料4をマ
イナス極とする分析用放電の極性に切り換える。そし
て、前記分析用放電が行なわれ、試料4が発光分光分析
される。
【0018】分析時の放電は、図4に示したトリプルコ
ンバインドスパーク放電により行われる。トリプルコン
バインドスパーク放電では、初めに、分析試料の表面の
汚れを洗浄する目的でハイパワースパーク放電を15μ
s間行い、次いでスパ−ク放電を20μs間行ない、最
後にアークライク放電を120μs間行う。測光はスパ
ーク放電の時に行われる。図4に示した放電により生じ
た発光は、集光レンズ10により集光され、分光器(図
示せず)に送られてスペクトル線が選択され、測光器
(図示せず)により測光されてデータ処理装置(図示せ
ず)により成分分析値が演算される。
【0019】鋼試料中のCの分析を行う場合、通常、C
のスペクトル線(分析線)としてCI 165.8nmを選択
し、Feの内標準線として、FeI 287.2nmを選択す
る。測光は時間分解測光法を用いて実施され、トリプル
コンバインドスパーク放電のスパーク放電におけるCI
165.8nmとFeI 287.2nmとの発光強度比をPDA
(Pulse-height Distribution Analysis)処理し、該処
理されたパルス分布の中央値を測定強度として求めた。
このときの予備放電パルス数は2000パルスとし、P
DAパルス数を1500パルスとした。また、このパル
スの後に図2に示した放電を1000パルス行った。
【0020】以上説明したように、実施例に係る発光分
光分析では、まず、電極2をマイナス極、試料4をプラ
ス極とする放電を行ない、該放電によるC発光強度が最
小となった後増加し始めた時点で、電極2、試料4の極
性を切り換え、電極2をプラス極、試料4をマイナス極
とする分析用放電を行なう。こうすることにより、電極
2をマイナス極、試料4をプラス極とした放電により、
放電前、室温で発光スタンド1内および電極2に吸着さ
れていた空気中の成分であるO2 、CO2 が除
【0021】去される。
【課題】のところで述べたように、前記O2 、CO2
吸着量が少ないほどC発光強度も低くなるので、図3に
示したグラフでC発光強度が最小となった後増加し始め
るAの近傍で放電の極性を前記分析用放電の極性に切り
換えれば、前記O2 、CO2 による悪影響を被ることな
く、分析の開始時点においても良好な分析精度を確保す
ることができる。
【0022】ところで、図3のグラフはA点を境とし
て、それ以降、放電パルス数が増加するとC発光強度が
再び上昇している。これは、電極2をマイナス極、試料
4をプラス極とした放電を続けていると、電極2が消耗
し、電極2を構成するタングステン中に含まれているC
(カーボン)が発光スタンド1内に付着するようにな
り、その結果C発光強度が放電回数の増加とともに高く
なるためである。したがって、A点で放電の極性を切り
換えれば、前記放電による電極2の消耗を最小限度に押
えつつ、分析用放電において良好な分析精度を獲得する
ことができることになる。
【0023】分析精度の比較例として図2に示した電極
2をマイナス極、試料4をプラス極とした放電を250
00パルス(A点)、60000パルス(B点)あるい
は95000パルス(C点)行った後、放電の極性を切
り換えて試料4の分析を行なった時の分析精度の比較を
表1に示す。表1に示したA、B、Cは図3に示した
A、B、Cに対応する。この結果から、電極2をマイナ
ス極、試料4をプラス極とする放電において、C(カー
ボン)の発光強度が最低になった時に、分析用放電に切
り換えて試料4の分析を行なえば最も良い分析精度が得
られることがわかる。
【0024】
【表1】
【0025】なお、上記切り換えのタイミングは、Aが
もっとも望ましいが、A+2000パルス(AとBの中
間)程度でも実用上十分な分析精度が得られる。また、
前記切り換えのタイミングは、必ずしもパルス数との関
係でなくてもよい。経時的にCの発光強度を測定する方
法も、パルス数との関係を求めることと同様な結果が得
られる。
【0026】また、試料4の分析を途中で中断し、例え
ば30分、60分と分析が行われない時には、分析の開
始時と同様に電極2をマイナス極、試料4をプラス極と
した放電によるC発光強度の測定を行い、Cの発光強度
が最小になった時(n回目とn+1回目の発光強度、I
C n、IC n+1の差の比率(IC n−IC n+1)/IC nが<10
-2になった時)に試料4の分析位置を変更し、電極2を
プラス極、試料4をマイナス極とする分析用放電による
分析を行うことにより分析精度を維持することができ
る。
【0027】
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る発光分
光分析方法にあっては、電極をプラス極、分析試料をマ
イナス極とする分析用放電を行なう前に、前記電極をマ
イナス極、前記分析試料をプラス極とする放電を行なう
ので、該放電により、発光スタンド内および前記電極に
吸着していたO2 及びCO2 成分が除去され、そして、
前記放電によるC発光強度が増加し始めたときに、放電
の極性を切り換えて前記分析用放電を実施するので、分
析の開始時点においても高い分析精度を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る発光分光分析方法に使用する装置
をその制御部を含めて概略的に示した模式図である。
【図2】電極をマイナス極、試料をプラス極とした放電
の電流波形図である。
【図3】電極をマイナス極、試料をプラス極とした放電
におけるパルス数とC発光強度の関係を概略的に示した
グラフである。
【図4】トリプルコンバインドスパーク放電の電流波形
図である。
【符号の説明】
1 発光スタンド 2 電極 3 試料台 3a 試料孔 4 試料 8 コンピュ−タ 11 発光分光分析装置

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発光スタンドに載置された分析用鋼試料
    (以下、分析試料と記す)の分析面と、該分析面に対向
    配置された電極との間で放電させ、発生したスペクトル
    を分光する発光分光分析方法において、前記電極をプラ
    ス極、前記分析試料をマイナス極とする分析用放電を行
    なう前に、前記電極をマイナス極、前記分析試料をプラ
    ス極とする放電を行ない、該放電における発光強度が増
    加し始めた時に前記試料の分析位置を変更して前記分析
    用放電を行ない、前記分析試料の組成の定量を行うこと
    を特徴とする発光分光分析方法。
JP6471892A 1992-03-23 1992-03-23 発光分光分析方法 Expired - Lifetime JP2677106B2 (ja)

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