JP2799111B2 - 酸素ガス中の不純物の高感度分析方法および装置 - Google Patents

酸素ガス中の不純物の高感度分析方法および装置

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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、被測定ガスである酸素
ガス中に含有されている不純物成分の濃度を高感度に分
析する方法および装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】酸素ガス中の不純物の分析にはガスクロ
マトグラフに代表される熱伝導度検出器が広く用いられ
ているが、熱伝導度検出器は検出感度が低く、数ppm
以上の不純物しか検出できないという限界がある。
【0003】これに対し、質量分析器などの高感度検出
器は、不純物成分の検出感度が高いという利点があるも
のの、大量の酸素ガスが高感度検出器内に入ると、その
検出器のフィラメントが劣化して信号が弱くなったり、
フィラメントが切れたりして分析ができなくなることが
ある。すなわち、質量分析器などの高感度検出器は、高
濃度酸素ガスを直接導入することによっての酸素ガス中
に含まれる微量の不純物の分析には向いていない。
【0004】一般に、被測定ガス分離カラムに導いて
主成分不純物成分とに分離すると共に、主成分プレ
カットバルブの操作により分析系統外へ排気し、ついで
不純物成分のみを高感度検出器に流入させて不純物成分
の濃度を分析する方法が知られている。
【0005】この場合、プレカットを行うタイミング
は、予め主成分の分離カラムからの溶出時間を測定して
おき、その設定時間に合わせて手動またはタイマーによ
りプレカットバルブを操作する。また、プレカラムの出
口に検出器を設け、その検出器を監視することにより不
純物成分のみをメインカラムに送るようにすることも提
案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述の方法、すなわ
ち、予め主成分のカラムからの溶出時間を測定してお
き、その設定時間に合わせて手動またはタイマーにより
プレカットバルブを操作する方法は、不純物成分のみを
高感度検出器に流入させて不純物濃度を分析することが
できるので有力な方法である。
【0007】しかしながらこの方法は、事前に主成分
溶出時間の測定を行っておかなければならないという煩
わしさがある上、予めそのような測定を行っておいて
も、使用中のカラムの劣化や汚れにより主成分カラム
からの溶出時間が変化し、誤って不純物成分に主成分が
混じってしまうという危険性がある。そして主成分が酸
素ガスのような酸化性ガスである場合には、一度でもそ
のような事態を起こすと、高感度検出器の修復に多大の
労力と費用を割かなければならなくなる。また、プレカ
ラムの出口に検出器を設け、その検出器を監視すること
により不純物成分のみをメインカラムに送るようにする
方法も、一般論としては知られていても、酸素ガスのよ
うな酸化性成分に適用するときに、どのように適用すれ
ばよいかが知られていない。
【0008】本発明は、このような背景下において、
成分が酸素成分であっても、その酸素成分中に微量に含
まれる不純物の濃度を確実かつ高精度で分析することが
できる分析方法および装置を提供することを目的とする
ものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の酸素ガス中の不
純物の高感度分析方法は、被測定ガスである酸素ガス
(1)をキャリアガス(2)に同伴させて分離カラム
(4)に導入することにより主成分である酸素成分と不
純物成分とに分離すると共に、その酸素成分について
は、熱伝導度検出器からなる酸素検出器(5)の検出に
基くプレカットバルブ(6)の操作により分析系統外へ
排気し、その酸素成分よりも速く溶出する不純物成分お
よびその酸素成分より遅れて溶出される不純物成分につ
いては、これを四重極型質量分析器(9)に導いて不純
物を分析することを特徴とするものである。この場合、
酸素検出器(5)とプレカットバルブ(6)の操作を連
動させ、主成分である酸素成分を自動的にプレカットし
て分析系統外へ排気することが特に好ましい。
【0010】また、本発明の酸素ガス中の不純物の高感
度分析装置は、被測定ガスである酸素ガス(1)を主成
分である酸素成分と不純物成分とに分離する分離カラム
(4)、該分離カラム(4)の下流に設ける熱伝導度検
出器からなる酸素検出器(5)、該酸素検出器(5)の
検出に基いて自動的に作動するプレカットバルブ
(6)、および、該プレカットバルブ(6)の下流に設
ける四重極型質量分析器(9)を備えてなるものであ
る。
【0011】以下本発明を詳細に説明する。
【0012】被測定ガスである酸素ガス(1)として
は、水素、窒素、炭化水素、炭素酸化物、希ガス、窒素
酸化物はじめとする種々の不純物を含む酸素ガスが用い
られる。このような酸素ガス(1)の一例は、空気から
分離した酸素ガスである。
【0013】キャリアガス(2)としては、たとえば、
ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガスなどが使用され
る。
【0014】分離カラム(4)としては、天然または合
成のポリマービーズ、無機質多孔質体、カーボン系充填
剤などを充填したカラムが用いられる。
【0015】酸素検出器(5)としては、本発明におい
ては、熱伝導度検出器を用いる。
【0016】プレカットバルブ(6)としては、たとえ
ば四方コック型のバルブが用いられる。
【0017】そして本発明においては、不純物の濃度を
検出するための高感度検出器として、四重極型質量分析
器(9)を用いる。
【0018】熱伝度検出器からなる酸素検出器(5)
、これを分離カラム(4)の下流に設け、プレカット
バルブ(6)はその酸素検出器(5)の下流に設ける。
すなわち、酸素検出器(5)は分離カラム(4)とプレ
カットバルブ(6)との間に設ける。この場合、酸素検
出器(5)とプレカットバルブ(6)とをつなぐ配管の
長さを調節して、酸素成分が酸素検出器(5)で検出さ
れてからプレカットバルブ(6)に達するまでにプレカ
ットバルブ(6)の操作が充分にできる時間が確保でき
ようにする。そして四重極型質量分析器(9)は、その
プレカットバルブ(6)の下流に設ける。
【0019】被測定ガスである酸素ガス(1)をキャリ
アガス(2)に同伴させて分離カラム(4)に導入する
と、主成分である酸素成分と不純物成分とに分離され
る。そこで、熱伝導度検出器からなる酸素検出器(5)
の検出に基くプレカットバルブ(6)の操作により、そ
の酸素成分を分析系統外へ排気する。そしてその酸素成
分よりも速く溶出する不純物成分およびその酸素成分よ
り遅れて溶出される不純物成分については、これを四重
極型質量分析器(9)に導いて不純物を分析する。
【0020】プレカットバルブ(6)の操作は手動でも
可能であるが、切り換え忘れや遅れを生じないように、
酸素検出器(5)とプレカットバルブ(6)の操作を連
動させ、主成分である酸素成分を自動的にプレカットし
て分析系統外へ排気することが特に好ましい。
【0021】
【作用】本発明においては、被測定ガスである酸素ガス
(1)を分離カラム(4)に導入することにより主成分
である酸素成分と不純物成分とに分離するが、その際、
分離された酸素成分を熱伝導度検出器からなる酸素検出
器(5)で検出してその検出に基きその酸素成分をプレ
カットバルブ(6)で確実に分析系統外へ排気するよう
にしてあるので、その酸素成分よりも速く溶出する不純
物成分およびその酸素成分より遅れて溶出される不純物
成分のみを確実に四重極型質量分析器(9)に導いて分
析することができる。
【0022】
【実施例】次に実施例をあげて本発明をさらに説明す
る。
【0023】実施例1 図1は本発明の一実施例を示す装置の構成図、図2は図
1の装置による分析結果を示す代表的なクロマトグラム
である。
【0024】図1において、被測定ガスである酸素ガス
(1)はサンプリングコック(3)によりキャリアガス
(2)の一例であるヘリウムガスに同伴され、ポーラス
ポリマービーズまたは合成ゼオライトを充填した分離カ
ラム(4)を通ることにより、主成分である酸素成分と
被測定成分である不純物成分とに分けられる。
【0025】このうち酸素成分は酸素検出器(5)の一
例であるである熱伝導度検出器で検出され、その電気信
号は増幅器(10)で増幅され、プレカットバルブ
(6)が自動的に作動して排ガスライン(7)へ導かれ
る。次に、酸素成分のピークが無くなったことが酸素検
出器(5)で検出され、その電気信号は増幅器(10)
を通ってプレカットバルブ(6)を自動的に元の位置に
戻す。
【0026】その酸素成分よりも速く溶出する不純物成
分およびその酸素成分より遅れて溶出される不純物成分
は、酸素検出器(熱伝導度検出器)(5)およびプレカ
ットバルブ(6)を経て高感度検出器(9)である四
重極型質量分析器(9)に導かれ、ここで不純物が高感
度で検出される。
【0027】図2において、(11)は酸素検出器(熱
伝導度検出器)(5)からの出力信号であり、破線(1
3)で示した時間(プレカット開始時間)で増幅器(1
0)によりプレカットバルブ(6)が自動的に操作さ
れ、分離カラム(4)から溶出した酸素成分が排ガスラ
イン(7)へ流れるようになっている。そして酸素成分
溶出後、破線(14)で示した時間(プレカット終了時
間)でプレカットバルブ(6)が増幅器(10)により
自動的に元の位置へ戻される。その結果、分離カラム
(4)からの溶出不純物成分(酸素成分よりも速く溶出
する不純物成分および酸素成分より遅れて溶出される不
純物成分)のみ四重極型質量分析器(9)へ導入され
るようになっている。(12)四重極型質量分析器
(9)からの出力信号であり、該分析器の質量数を44
に合わせて二酸化炭素を検出している。
【0028】図1の装置を使用して超高純度酸素ガス中
の不純物の濃度を測定した。酸素成分が四重極型質量分
析器(9)に入るとイオン化部のフィラメントを焼き切
ってしまうが、上記の装置においては熱伝導度検出器か
らなる酸素検出器(5)により酸素成分を検出しながら
プレカットを行っているので、酸素成分は四重極型質量
分析器(9)に入らないようになっている。
【0029】また酸素検出器(5)である熱伝導度検出
器のフィラメントも酸素ガスに弱いので、焼き切れない
ように電流を100mAと少なくすると共に、その熱伝
導度検出器の温度も50℃と低くして使用した。
【0030】上記測定装置を使用して測定した3種類の
超高純度酸素ガスA,B,C中の各不純物成分の濃度を
次の表1に示す。
【0031】
【表1】
【0032】
【発明の効果】本発明においては、被測定ガスである酸
素ガス(1)を分離カラム(4)に導入することにより
主成分である酸素成分と不純物成分とに分離するとき
に、分離された酸素成分を熱伝導度検出器からなる酸素
検出器(5)で検出してその検出に基きその酸素成分を
プレカットバルブ(6)で分析系統外へ排気するように
してあるので、その酸素成分よりも速く溶出する不純物
成分およびその酸素成分より遅れて溶出される不純物成
分のみを四重極型質量分析器(9)に導いて分析するこ
とができる。
【0033】このように本発明によれば確実に酸素成分
のプレカットを行うことが可能であり、後段の四重極型
質量分析器(9)を傷めることなく酸素ガス中の不純物
成分を高感度で分析することが可能である。
【0034】よって本発明は、酸素ガス中の不純物の高
感度分析の目的に極めて実用的でかつ効果の大きいもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の一実施例を示す装置の構成図で
ある。
【図2】図2は図1の装置による分析結果を示す代表的
なクロマトグラムである。
【符号の説明】
(1)…酸素ガス、 (2)…キャリアガス、 (3)…サンプリングコック、 (4)…分離カラム、 (5)…熱伝導度検出器からなる酸素検出器、 (6)…プレカットバルブ、 (7)…排ガスライン、 (8)…キャリアガス、 (9)…四重極型質量分析器、 (10)…増幅器、 (11)…酸素検出器(5)からの出力信号、 (12)…四重極型質量分析器(9)からの出力信号、 (13)…プレカット開始時間、 (14)…プレカット終了時間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−176548(JP,A) 特開 昭51−83596(JP,A) 特開 昭63−148162(JP,A) 実開 昭62−75467(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 30/88 G01N 30/62 G01N 30/72 G01N 30/78

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定ガスである酸素ガス(1)をキャリ
    アガス(2)に同伴させて分離カラム(4)に導入する
    ことにより主成分である酸素成分と不純物成分とに分離
    すると共に、その酸素成分については、熱伝導度検出器
    からなる酸素検出器(5)の検出に基くプレカットバル
    ブ(6)の操作により分析系統外へ排気し、その酸素成
    分よりも速く溶出する不純物成分およびその酸素成分よ
    り遅れて溶出される不純物成分については、これを四重
    極型質量分析器(9)に導いて不純物を分析することを
    特徴とする酸素ガス中の不純物の高感度分析方法。
  2. 【請求項2】酸素検出器(5)とプレカットバルブ
    (6)の操作を連動させ、主成分である酸素成分を自動
    的にプレカットして分析系統外へ排気することを特徴と
    する請求項1記載の分析方法。
  3. 【請求項3】被測定ガスである酸素ガス(1)を主成分
    である酸素成分と不純物成分とに分離する分離カラム
    (4)、該分離カラム(4)の下流に設ける熱伝導度検
    出器からなる酸素検出器(5)、該酸素検出器(5)の
    検出に基いて自動的に作動するプレカットバルブ
    (6)、および、該プレカットバルブ(6)の下流に設
    ける四重極型質量分析器(9)を備えてなる、酸素ガス
    中の不純物の高感度分析装置。
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JPS58176548A (ja) * 1982-04-09 1983-10-17 Mitsubishi Petrochem Co Ltd ガスクロマトグラフ
JPS6275467U (ja) * 1985-10-31 1987-05-14
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