JP2886938B2 - ガス流機能を備えた熱分析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、試料を包囲する保護管内にキャリヤガスに
よるガス流を形成する形式の熱分析装置に関する。

［従来の技術］ 上記形式の熱分析装置として、発生気体分析機能を備
えた熱分析装置が知られている。この熱分析装置では、
試料を包囲している保護管にガス分析装置を付設し、試
料から発生したガスをそのガス分析装置まで導き、その
ガス分析装置によってガスに関する種々の性質が分析さ
れる。例えば、ガス分析装置として、いわゆる四重極質
量分析装置を用いた場合には、試料から発生したガスを
その四重極質量分析装置まで運び、その四重極質量分析
装置においてガス成分の質量数を測定することにより、
そのガスの種類を同定する。

このように、保護管に四重極質量分析装置などといっ
たガス分析装置を付設した場合には、保護管内に置かれ
た試料から発生したガスをガス分析装置まで運ぶ必要が
ある。そのため従来より、保護管内にキャリヤガスによ
るガス流を形成し、試料から発生したガスをそのキャリ
ヤガスによってガス分析装置まで運ぶという方法がしば
しば用いられている。

従来、上記のように保護管内にキャリヤガスによるガ
ス流を形成する方法としては、保護管にガス導入口およ
びガス導出口を設けておき、キャリヤガスをガス導入口
から保護管内へ導入し、そしてガス導出口から外部へ導
出するというのが最も一般的であった。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、試料から発生したガスを保護管から上
記のガス分析装置に運搬するという場合に、上記の従来
方法を用いたとすると、本来運搬すべきガス以外に、保
護管内あるいはその保護管に付随する各種の機器内に存
在するCO₂、O₂、N₂などといった、本来は運んではなら
ないバックグラウンド成分までガス分析装置へ運んでし
まうという問題があった。

本発明は、従来装置における上記の問題点に鑑みてな
されたものであって、保護管内において試料から発生す
るガスをガス導出口を介して外部へ導出する際に、本来
導出すべきガス以外の余分なガス成分が、同時に導出さ
れてしまうことを防止できる熱分析装置を提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明に係る熱分析装置
は、ガス導入口および第１ガス導出口を備えた保護管に
よって試料を包囲し、試料から発生するガスを上記ガス
導入口から導入したキャリヤガスによって上記第１ガス
導出口から保護管の外部へ送り出すようにしたガス流機
能を備えた熱分析装置において、上記第１ガス導出口と
は別に設けられていてその第１ガス導出口と同時にキャ
リヤガスを保護管の外部へ導出する第２ガス導出口を上
記保護管に設け、上記ガス導入口は、上記第１ガス導出
口と上記第２ガス導出口との間に位置し、さらに上記試
料は上記ガス導入口から上記第１ガス導出口までの間に
配置されることを特徴とする。

通常の熱分析装置においては、試料は支持棒によって
支持されている。上記ガス導入口を介して保護管内へキ
ャリヤガスを導入する際には、導入したガスがその支持
棒に直接当たらないようにするために、ガス導入口を介
して導入されるキャリヤガスが支持棒とは別の方向へ向
かうようにしておくこと、特に支持棒と反対側の保護管
壁に向けて流すことが好ましい。

第２ガス導出口は、大気に向かって開口するものであ
っても良いが、これを減圧状態に置いておくこともでき
る。

［作用］ ガス導入口（12）を介して保護管（3,23）内へ導入さ
れたキャリヤガスは、一方において、試料から発生した
ガスを第１ガス導出口（13）を介して保護管（3,23）の
外部へ送りだし、他方において、保護管（3,23）内およ
びそれに付随する機器内に存在するバックグラウンド成
分を第２ガス導出口（14）を介して保護管（３）の外部
へ送り出す。第２ガス導出口（14）を介してバックグラ
ウンド成分を排出するようにしたので、第１ガス導出口
（13）からは、本来搬送すべきである、バックグラウン
ド成分が混在していない純粋なガスを外部へ送り出すこ
とができる。

［実施例］ 第１図は、TG−質量分析装置に本発明を適用した場合
の実施例を示している。このTG−質量分析装置は、TG装
置（熱重量測定装置）１と質量分析装置２とを組み合わ
せた装置であって、温度変化に伴う試料の重量変化をTG
装置によって測定すると共に、その重量変化の原因であ
る試料から発生したガスの質量数の測定、すなわちその
ガスの同定を質量分析装置によって行うものである。

同図において、TG装置１は、石英などによって作られ
ている保護管３と、その保護管３の下に配置された重量
測定ユニット４と、保護管３のまわりに配設したヒータ
５とを有している。重量測定ユニット４の中には、天秤
機構６が設けられており、その天秤機構６によって支持
されている支持棒７が重量測定ユニット４のカバー開口
８を通って保護管３の中に延びている。支持棒７の上端
には、試料ケース９が固定されており、その試料ケース
９の中に試料10が収容されている。

ヒータ５は予め決められた所定のプログラムに基づい
て発熱し、これにより、試料ケース３内の試料10の温度
が上昇する。この温度上昇により、試料10に熱的な変
化、例えばガスの発生が生じると、その試料10の重量が
変化する。この変化は、周知の方法により天秤機構６に
よって測定される。

保護管３の上部には、キャリヤガス導入管11が固定さ
れており、そのキャリヤガス導入管11の下端部に開けら
れているガス導入口12は保護管３の内部に位置してい
る。保護管３の上部は管径が細くなっており、その細管
上端は保護管３内のガスを外部へ導くための第１ガス導
出口13を形成している。また、保護管３の下部には、同
じく保護管３内のガスを外部へ導くための第２ガス導出
口14が設けられている。

キャリヤガス導入管11は、図示しないガス供給源に接
続されていて、比較的分子量の小さいガス、例えばヘリ
ウム（He）ガスをキャリヤガスとしてガス導入口12を介
して保護管３内へ送り込む。温度上昇によって試料10か
ら発生したガスは、上記のキャリヤガスによって第１ガ
ス導出口13へ導かれる。第１ガス導出口13には、連通管
19が接続されており、キャリヤガスに乗って搬送される
上記の発生ガスは、その連通管19を通って質量分析装置
２へ送られる。

質量分析装置２は本実施例の場合、いわゆる四重極質
量分析装置によって構成されている。この質量分析装置
２は真空ケース15を備えており、その真空ケース15の中
には、イオン源16、四重極17、そしてイオン検知器18が
配設されている。真空ケース15の内部は、図示しない真
空吸引手段によって真空状態とされている。

キャリヤガスに乗って連通管19を通って送られる上記
の発生ガスは、まず、イオン源16へ送り込まれ、そのイ
オン源16内においてそのガスを構成するガス成分がイオ
ン化される。この場合、イオン化されたガス成分が有す
る電荷は、そのガス成分の質量数、すなわちガスの種類
に対応した固有の値となる。イオン化されたガス成分
は、その後、四重極17によって形成される電場内を通過
する。このときそのガス成分は、自らが有する電荷に応
じた曲率を描きながら進行する。

上記のガスが測定しようとしている特定種類のガスで
ある場合には、四重極17を通過したガス成分がイオン検
知器18によって検知される。一方、四重極17を通過した
ガス成分がそのような特定のものでない場合は、四重極
17内におけるガス成分の進行曲線がイオン検知器18へ向
かう進行路から外れ、その結果、イオン検知器18はその
ガス成分を検知しない。このようにイオン検知器18によ
ってイオン化したガス成分を検知するか否かにより、イ
オン源16へ送られたガス、すなわち保護管３内の試料10
から発生したガスの種類が同定される。

以上、TG装置１および質量分析装置２によって行われ
る上記の処理により、試料10に関する熱分析、すなわち
熱重量測定および発生ガスの同定が行われる。

その熱分析測定において、キャリヤガス導入管11のガ
ス導入口12から保護管内３内に導入されたキャリヤガス
が、試料10から発生したガスを第１ガス導出口13を介し
て質量分析装置２へ送り出す働きをすることは上述の通
りであるが、そのキャリヤガスは、他方において、保護
管３の下部に設けられた第２ガス導出口14を介して保護
管３の外部へ導出される。

保護管３の内部および重量測定ユニット４の内部に
は、比較的分子量の大きい物質、例えばCO₂、O₂、ある
いはN₂が存在しており、これらが試料10からの発生ガス
と共に質量分析装置２へ送り込まれると、いわゆるバッ
クグラウンドが高くなって質量数の測定精度が低下する
おそれがある。これに対して本実施例では、ガス導入口
12から保護管３の内部へ送り込まれたキャリヤガスの一
部を、上記のように、第１ガス導出口13以外の開口であ
る第２ガス導出口14から外部へ導出するようにしている
ので、上記のバックグラウンド成分はそのキャリヤガス
に乗って第２ガス導出口14から外部へ排出される。その
結果、第１ガス導出口13を介してバックグラウンド成分
が質量分析装置２へ送り込まれることがなくなり、精度
の高い質量分析を行うことができるようになった。

なお、第１図に示すように、キャリヤガスを導入する
ためのガス導入口12は、キャリヤガス導入管11のうちの
保護管３の内壁に対向する面に、すなわち試料支持棒７
に対して反対側の方向を向くように設けられている。従
って、そのガス導入口12から流れ出るキャリヤガスは、
支持棒７に直接当たることがない。キャリヤガスが直
接、支持棒７に当たるとすると支持棒７が揺れてしま
い。天秤機構６による正確な重量変化測定ができなくな
るおそれがある。これに対して、キャリヤガスが直接、
支持棒７に当たらないようになっている本実施例によれ
ば、そのような不正確な測定の心配はない。

第２図は、本発明の他の実施例を示している。

この実施例が、第１図に示した先の実施例と異なって
いる点は、異なる構造のTG装置に本発明を適用したこと
である。この実施例に係るTG装置21に付設できるガス分
析装置としては、第１図に示した質量分析装置２を考え
ることができるので、この点についての説明は省略す
る。

第１図に示したTG装置１においては、第２ガス導出口
14が保護管３の側壁に直接設けられていたが、本実施例
に係るTG装置21においては、重量測定ユニット４の内部
空間に連通する細管20が保護管23の内部に配設されてい
て、その細管20に第２ガス導出口14が接続され、その第
２ガス導出口14が保護管23の側壁を貫通して外部へ露出
している。

キャリヤガス導入管11のガス導入口12から保護管23の
内部へ送り込まれたキャリヤガスのうち、第２ガス導入
口14側へ向かうものは、細管20の上端からその細管20内
へ入り、そして第２ガス導出口14を通って外部へ導出さ
れる。この方法によれば、重量測定ユニット４内に存在
するバックグラウンド成分は、保護管23内に広く散乱し
ない間にキャリヤガスによって第２ガス導出口14から外
部へ排出されるので、少ない量のキャリヤガスで効率良
くバックグラウンド成分を除去することが可能となる。

ところで、保護管23の下部左側には、上記の第２ガス
導出口14以外のガス管である、第１補助ガス管24が接続
されている。また、重量測定ユニット４の右側壁には、
第２補助ガス管25が接続されている。ある種のTG測定に
おいては、試料10のまわりを腐食性のガス雰囲気に設定
する必要がある。この場合、何等の保護策も講じてない
と、その腐食性ガスによって重量測定ユニット４内の各
種機器が腐食されるおそれがある。上記の補助ガス管24
および25は、そのように保護管23内を腐食性のガス雰囲
気に設定する場合に利用されるものであり、その詳細は
次の通りである。

腐食性ガスは、まず、第１補助ガス管24を介して保護
管23内へ導入され、試料10のまわりを流れて該部を腐食
性のガス雰囲気にし、その後、第１ガス導出口13を介し
て外部へ排出される。なお、今考えている測定において
は、第１ガス導出口13には、質量分析装置２などといっ
たガス分析装置は接続されない。

腐食性ガスが、上記のように保護管23内を流れる一方
において、第２ガス導出口14を介して保護ガスが導入さ
れる。その保護ガスは細管20を流下して重量測定ユニッ
ト４内を保護ガス雰囲気にした後、第２補助ガス管25を
介して外部へ排出される。

以上の説明から明らかなように、本実施例において
は、保護管23の右側壁に設けた第２ガス導出口14が次の
２つの働き、すなわちキャリヤガスを導出することによ
って重量測定ユニット４内などに存在するバックグラウ
ンド成分を除去する働きおよび重量測定ユニット４内の
各種機器が腐食するのを防止するために保護ガスを導入
する働きを実行する。

以上、図示の実施例に基づいて本発明を説明したが、
本発明はその実施例に限定されるものではない。

例えば、第２ガス導出口14に減圧手段を接続し、この
減圧手段によって第２ガス導出口14を、第１ガス導出口
13における圧力（通常は真空状態）よりは高圧である
が、保護管３あるいは23および重量測定ユニット４内の
圧力よりは低圧の圧力状態に保持することができる。こ
うすることにより、ガス導入口12を介して保護管３ある
いは23内へ導入されたキャリヤガスを圧力差に基づいて
確実に第２ガス導出口14へ引き込むことが可能となり、
それ故、バックグラウンドの除去を確実に実行すること
ができるようになる。

上述した図示の実施例では、TG−質量分析装置に本発
明を適用しているが、いわゆる示差熱分析装置（DT
A）、示差走査熱量測定装置（DSC）などといった他の熱
分析装置にも適用できる。また、質量分析装置以外の他
のガス分析装置にも適用できる。

［発明の効果］ 請求項１の発明によれば、保護管内へ導入したキャリ
ヤガスの一部を第１ガス導出口とは別の第２ガス導出口
を介して保護管の外部へ導出するようにしたので、その
第２ガス導出口を介してバックグラウンド成分を外部へ
導出することができる。これにより、第１ガス導出口を
介して外部へ導出されるガスにバックグラウンド成分が
混在することを防止できる。

請求項２の発明によれば、試料を支持する支持棒の揺
れが防止されるので、正確な熱分析を行うことができ
る。

請求項３の発明によれば、ガス導入口を介して保護管
内へ導入されたキャリヤガスを、圧力差に従って確実に
第２ガス導出口へ導くことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る熱分析装置の一実施例を示す側断
面図、第２図は本発明の他の実施例を示す側断面図であ
る。 １…TG装置、２…質量分析装置、３…保護管、４…重量
測定ユニット、７…支持棒、10…試料、12…ガス導入
口、13…第１ガス導出口、14…第２ガス導出口

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 25/00 - 25/72 G01N 5/04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガス導入口および第１ガス導出口を備えた
   保護管によって試料を包囲し、試料から発生するガスを
   上記ガス導入口から導入したキャリヤガスによって上記
   第１ガス導出口から保護管の外部へ送り出すようにした
   ガス流機能を備えた熱分析装置において、 上記第１ガス導出口とは別に設けられていてその第１ガ
   ス導出口と同時にキャリヤガスを保護管の外部へ導出す
   る第２ガス導出口を上記保護管に設け、 上記ガス導入口は、上記第１ガス導出口と上記第２ガス
   導出口との間に位置し、さらに 上記試料は上記ガス導入口から上記第１ガス導出口まで
   の間に配置されることを特徴とするガス流機能を備えた
   熱分析装置。
2. 【請求項２】請求項１において、上記試料は支持棒によ
   って支持されており、上記ガス導入口はガスをその支持
   棒と反対側の保護管壁に向けて流すことを特徴とするガ
   ス流機能を備えた熱分析装置。
3. 【請求項３】請求項１又は請求項２において、上記第２
   ガス導出口は、上記第１ガス導出口の圧力よりも高くし
   かし保護管内の圧力よりは低い減圧状態に保持されるこ
   とを特徴とするガス流機能を備えた熱分析装置。