JP3097031B2 - ガス中の不純物の分析方法及び装置 - Google Patents
ガス中の不純物の分析方法及び装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス中の不純物の
分析方法及び装置に関し、詳しくは、ガスクロマトグラ
フ（ＧＣ）やガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣＭ
Ｓ）等の分析計によってガス中の不純物成分を高感度に
分析するための方法及び装置に関する。
分析方法及び装置に関し、詳しくは、ガスクロマトグラ
フ（ＧＣ）やガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣＭ
Ｓ）等の分析計によってガス中の不純物成分を高感度に
分析するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】半導体
産業で使用される各種ガスの高純度化の要求は年々高ま
ってきており、ガス中の不純物の管理レベルは、ｐｐｂ
からサブｐｐｂレベルへと移ってきている。このような
極微量の不純物の管理には、大気圧イオン化質量分析計
（ＡＰＩＭＳ）が主力の分析計として使用されている。
産業で使用される各種ガスの高純度化の要求は年々高ま
ってきており、ガス中の不純物の管理レベルは、ｐｐｂ
からサブｐｐｂレベルへと移ってきている。このような
極微量の不純物の管理には、大気圧イオン化質量分析計
（ＡＰＩＭＳ）が主力の分析計として使用されている。
【０００３】しかし、上述のＡＰＩＭＳが全てのガス分
析に適用できるわけではなく、ＡＰＩＭＳによる通常の
分析操作では、イオン化ポテンシャルの高い窒素，アル
ゴン，ヘリウム等のガス中に含まれている微量の酸素，
水分等の分析は高感度で行うことができるが、主成分ガ
ス中に含まれている不純物成分のイオン化ポテンシャル
が主成分ガスより高い場合、例えば、アルゴン中の微量
窒素の分析や酸素中の微量水素，窒素，アルゴンの分析
等、あるいは、不純物成分の質量数と主成分ガスの質量
数とが同じ場合、例えば窒素中の一酸化炭素の分析等を
高感度で行うためには、反応ガスを用いたり、イオン化
電圧を変化させたりするなどの特殊な操作が必要であ
り、この特殊な操作を行っても十分な信頼性を有する分
析結果を得ることは困難であった。
析に適用できるわけではなく、ＡＰＩＭＳによる通常の
分析操作では、イオン化ポテンシャルの高い窒素，アル
ゴン，ヘリウム等のガス中に含まれている微量の酸素，
水分等の分析は高感度で行うことができるが、主成分ガ
ス中に含まれている不純物成分のイオン化ポテンシャル
が主成分ガスより高い場合、例えば、アルゴン中の微量
窒素の分析や酸素中の微量水素，窒素，アルゴンの分析
等、あるいは、不純物成分の質量数と主成分ガスの質量
数とが同じ場合、例えば窒素中の一酸化炭素の分析等を
高感度で行うためには、反応ガスを用いたり、イオン化
電圧を変化させたりするなどの特殊な操作が必要であ
り、この特殊な操作を行っても十分な信頼性を有する分
析結果を得ることは困難であった。
【０００４】したがって、ＡＰＩＭＳで高感度分析を行
えないものを分析する場合は、従来からのＧＣ，ＧＣＭ
Ｓ，ＦＴ−ＩＲ，水分計，微量酸素計等の各種分析計を
使用しなければならないが、これらの分析計は、ＡＰＩ
ＭＳに比較すると感度の点で問題があり、半導体産業で
求められているｐｐｂからサブｐｐｂレベルの分析を行
うことは、実質的に不可能であった。
えないものを分析する場合は、従来からのＧＣ，ＧＣＭ
Ｓ，ＦＴ−ＩＲ，水分計，微量酸素計等の各種分析計を
使用しなければならないが、これらの分析計は、ＡＰＩ
ＭＳに比較すると感度の点で問題があり、半導体産業で
求められているｐｐｂからサブｐｐｂレベルの分析を行
うことは、実質的に不可能であった。
【０００５】例えば、図３に示すように、ＧＣやＧＣＭ
Ｓでは、試料ガス経路１ａ，１ｂを流れる試料ガスを、
切換弁（六方弁）２を介して計量管３に流通させた後、
切換弁２を切換えてキャリアガス経路４から供給される
キャリアガスを計量管３に流通させ、計量管内の試料ガ
スをキャリアガスに同伴させて分離カラム５に搬送し、
この分離カラム５で分離した各成分を検出器６で検出す
るようにしている。
Ｓでは、試料ガス経路１ａ，１ｂを流れる試料ガスを、
切換弁（六方弁）２を介して計量管３に流通させた後、
切換弁２を切換えてキャリアガス経路４から供給される
キャリアガスを計量管３に流通させ、計量管内の試料ガ
スをキャリアガスに同伴させて分離カラム５に搬送し、
この分離カラム５で分離した各成分を検出器６で検出す
るようにしている。
【０００６】このような構成の分析計における感度を向
上させる方法としては、計量管の体積を大きくしたり、
試料ガスの圧力を高くしたりすることによって試料ガス
の絶対量を増加させる方法や、試料ガスが流れる経路の
途中に、被分析成分である不純物成分を捕捉して濃縮す
るための濃縮管を設け、この濃縮管に不純物成分を濃縮
した後に分析する方法が考えられる。
上させる方法としては、計量管の体積を大きくしたり、
試料ガスの圧力を高くしたりすることによって試料ガス
の絶対量を増加させる方法や、試料ガスが流れる経路の
途中に、被分析成分である不純物成分を捕捉して濃縮す
るための濃縮管を設け、この濃縮管に不純物成分を濃縮
した後に分析する方法が考えられる。
【０００７】ところが、計量管の体積を大きくする場合
は、計量管の径を大きくしたり、長さを長くしたりする
ため、分離カラムに流入する試料ガスの導入幅が広が
り、分離カラムでの分離に要する時間が長くなるだけで
なく、試料ガスとキャリアガスとの圧力差によって逆流
が発生したり、計量管の接続部でガス流れの乱れやガス
溜まりが発生したりすることもあり、検出器で得られる
不純物成分のピーク面積は増大するが、ピーク幅がブロ
ードになってしまうので、感度の向上効果は期待される
程ではない。
は、計量管の径を大きくしたり、長さを長くしたりする
ため、分離カラムに流入する試料ガスの導入幅が広が
り、分離カラムでの分離に要する時間が長くなるだけで
なく、試料ガスとキャリアガスとの圧力差によって逆流
が発生したり、計量管の接続部でガス流れの乱れやガス
溜まりが発生したりすることもあり、検出器で得られる
不純物成分のピーク面積は増大するが、ピーク幅がブロ
ードになってしまうので、感度の向上効果は期待される
程ではない。
【０００８】また、試料ガスの圧力を高くする場合、キ
ャリアガスの圧力（通常は３ｋｇ／ｃｍ２Ｇ程度）以上
に高くすると、試料ガスがキャリアガス中に分散してし
まうため、結果的に、前述の計量管の体積増大と同様
に、ピーク幅が広がってしまう。さらに、試料ガスの圧
力が低い場合は、昇圧するための機器が必要となる。
ャリアガスの圧力（通常は３ｋｇ／ｃｍ２Ｇ程度）以上
に高くすると、試料ガスがキャリアガス中に分散してし
まうため、結果的に、前述の計量管の体積増大と同様
に、ピーク幅が広がってしまう。さらに、試料ガスの圧
力が低い場合は、昇圧するための機器が必要となる。
【０００９】一方、濃縮管に不純物成分を濃縮する方法
は、上述の二つの方法に比べて感度の向上効果が大き
く、極微量の不純物成分の分析を行うことはできるが、
不純物成分が濃縮管で濃縮されることを前提としている
ため、不純物成分を濃縮することが困難なものや、主成
分と不純物成分とが同じ挙動を示すものには適用するこ
とができなかった。
は、上述の二つの方法に比べて感度の向上効果が大き
く、極微量の不純物成分の分析を行うことはできるが、
不純物成分が濃縮管で濃縮されることを前提としている
ため、不純物成分を濃縮することが困難なものや、主成
分と不純物成分とが同じ挙動を示すものには適用するこ
とができなかった。
【００１０】そこで本発明は、ピーク幅の広がりを抑え
てピーク高さを高くすることができ、分析感度の大幅な
向上が図れるとともに、各種組成のガスにも対応するこ
とが可能なガス中の不純物の分析方法及び装置を提供す
ることを目的としている。
てピーク高さを高くすることができ、分析感度の大幅な
向上が図れるとともに、各種組成のガスにも対応するこ
とが可能なガス中の不純物の分析方法及び装置を提供す
ることを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のガス中の不純物の分析方法は、サンプリン
グ手段でサンプリングした試料ガスをキャリアガスに同
伴させて分析経路を構成する分離カラムに導入し、該分
離カラムで分離した被分析成分である不純物成分の濃度
を検出器で測定する分析方法において、前記サンプリン
グ手段と前記分離カラムとの間に設けられたトラップ手
段に、複数回のサンプリングを行った試料ガスを低温状
態でトラップさせた後、該トラップ手段を加熱すること
によりトラップされた試料ガスを前記分離カラムに送出
することを特徴とするものであって、さらに、前記トラ
ップ手段が、前記不純物成分を含む試料ガスを低温時に
吸着し、高温時に脱着する吸着剤が充填されているトラ
ップ管と、前記吸着剤を冷却する手段と加熱する手段と
を備えていることを特徴としている。
め、本発明のガス中の不純物の分析方法は、サンプリン
グ手段でサンプリングした試料ガスをキャリアガスに同
伴させて分析経路を構成する分離カラムに導入し、該分
離カラムで分離した被分析成分である不純物成分の濃度
を検出器で測定する分析方法において、前記サンプリン
グ手段と前記分離カラムとの間に設けられたトラップ手
段に、複数回のサンプリングを行った試料ガスを低温状
態でトラップさせた後、該トラップ手段を加熱すること
によりトラップされた試料ガスを前記分離カラムに送出
することを特徴とするものであって、さらに、前記トラ
ップ手段が、前記不純物成分を含む試料ガスを低温時に
吸着し、高温時に脱着する吸着剤が充填されているトラ
ップ管と、前記吸着剤を冷却する手段と加熱する手段と
を備えていることを特徴としている。
【００１２】また、本発明のガス中の不純物の分析装置
は、所定量の試料ガスをサンプリングするサンプリング
手段と、試料ガス中の被分析成分である不純物成分の濃
度を測定する検出器とを備えるとともに、前記サンプリ
ング手段と前記検出器との間の分析経路に、前記サンプ
リング手段でサンプリングした試料ガスをトラップする
トラップ手段と、該トラップ手段から導出した前記試料
ガス中の前記不純物成分を分離する分離カラムとを備
え、前記サンプリング手段は、試料ガスを計量する計量
管と、該計量管に試料ガスを流通させる経路と、該計量
管にキャリアガスを流通させてサンプリングした試料ガ
スを前記分析経路に送り出す経路と、計量管に流通させ
るガスを試料ガスとキャリアガスとに切換えるガス流路
切換え手段とを有し、前記トラップ手段は、前記試料ガ
スを低温時に吸着し、高温時に脱着する吸着剤を充填し
たトラップ管と、前記吸着剤を冷却する手段及び加熱す
る手段とを備えていることを特徴ととしている。
は、所定量の試料ガスをサンプリングするサンプリング
手段と、試料ガス中の被分析成分である不純物成分の濃
度を測定する検出器とを備えるとともに、前記サンプリ
ング手段と前記検出器との間の分析経路に、前記サンプ
リング手段でサンプリングした試料ガスをトラップする
トラップ手段と、該トラップ手段から導出した前記試料
ガス中の前記不純物成分を分離する分離カラムとを備
え、前記サンプリング手段は、試料ガスを計量する計量
管と、該計量管に試料ガスを流通させる経路と、該計量
管にキャリアガスを流通させてサンプリングした試料ガ
スを前記分析経路に送り出す経路と、計量管に流通させ
るガスを試料ガスとキャリアガスとに切換えるガス流路
切換え手段とを有し、前記トラップ手段は、前記試料ガ
スを低温時に吸着し、高温時に脱着する吸着剤を充填し
たトラップ管と、前記吸着剤を冷却する手段及び加熱す
る手段とを備えていることを特徴ととしている。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の分析装置の一形
態例を示す系統図である。この分析装置は、試料ガスを
計量する計量管１１、ガス流路切換え手段である六方弁
１２、前記計量管１１に六方弁１２を介して試料ガスを
流通させる経路１３ａ，１３ｂ及び計量管１１に六方弁
１２を介してキャリアガスを導入する経路１４を有する
試料ガスのサンプリング手段１５と、このサンプリング
手段１５でサンプリングされた試料ガスをトラップする
トラップ手段であるトラップ管１６と、試料ガス中の成
分を分離する分離カラム１７と、被測定成分である不純
物成分の濃度を測定する検出器１８とを備えており、前
記サンプリング手段１５から検出器１８に至る分析経路
１９に前記トラップ管１６及び前記分離カラム１７がこ
の順で設けられている。
態例を示す系統図である。この分析装置は、試料ガスを
計量する計量管１１、ガス流路切換え手段である六方弁
１２、前記計量管１１に六方弁１２を介して試料ガスを
流通させる経路１３ａ，１３ｂ及び計量管１１に六方弁
１２を介してキャリアガスを導入する経路１４を有する
試料ガスのサンプリング手段１５と、このサンプリング
手段１５でサンプリングされた試料ガスをトラップする
トラップ手段であるトラップ管１６と、試料ガス中の成
分を分離する分離カラム１７と、被測定成分である不純
物成分の濃度を測定する検出器１８とを備えており、前
記サンプリング手段１５から検出器１８に至る分析経路
１９に前記トラップ管１６及び前記分離カラム１７がこ
の順で設けられている。
【００１４】前記トラップ管１６には、相対的に低温で
試料ガスを吸着し、相対的に高温で試料ガスを脱着する
吸着剤が充填されとともに、この吸着剤を所定温度に冷
却するための冷却手段と、所定温度に加熱するための加
熱手段とが設けられている。前記吸着剤や冷却手段及び
加熱手段は、キャリアガス及び試料ガス（主成分及び不
純物成分）の種類に応じて適宜なものを選択することが
できる。具体的に、吸着剤としては、酸素，窒素，アル
ゴン，一酸化炭素，メタン，クリプトン等を分析する際
には、合成ゼオライト、例えばモレキュラシーブス１３
ＸＳを、炭酸ガス，亜酸化窒素，キセノン等を分析する
際には、ポーラスポリマービーズを、それぞれ使用する
ことができる。また、冷却手段は、キャリアガスが吸着
剤に吸着されないように、キャリアガスの種類に応じて
適宜な温度のものを選択すべきであり、氷やドライアイ
ス等も使用できるが、試料ガスをより確実に吸着させる
ためには、例えば、キャリアガスがヘリウムの場合には
液体窒素を、キャリアガスが窒素の場合には液体酸素を
用いることが好ましい。さらに、加熱手段としては、熱
風等を用いることもできるが、一般的な電気ヒーターを
用いることができる。なお、キャリアガスは、試料ガス
の成分や分析装置（検出器１８）の種類によって適当な
ものを選択できるが、前記吸着剤に実質的に吸着されな
いものを選択する。
試料ガスを吸着し、相対的に高温で試料ガスを脱着する
吸着剤が充填されとともに、この吸着剤を所定温度に冷
却するための冷却手段と、所定温度に加熱するための加
熱手段とが設けられている。前記吸着剤や冷却手段及び
加熱手段は、キャリアガス及び試料ガス（主成分及び不
純物成分）の種類に応じて適宜なものを選択することが
できる。具体的に、吸着剤としては、酸素，窒素，アル
ゴン，一酸化炭素，メタン，クリプトン等を分析する際
には、合成ゼオライト、例えばモレキュラシーブス１３
ＸＳを、炭酸ガス，亜酸化窒素，キセノン等を分析する
際には、ポーラスポリマービーズを、それぞれ使用する
ことができる。また、冷却手段は、キャリアガスが吸着
剤に吸着されないように、キャリアガスの種類に応じて
適宜な温度のものを選択すべきであり、氷やドライアイ
ス等も使用できるが、試料ガスをより確実に吸着させる
ためには、例えば、キャリアガスがヘリウムの場合には
液体窒素を、キャリアガスが窒素の場合には液体酸素を
用いることが好ましい。さらに、加熱手段としては、熱
風等を用いることもできるが、一般的な電気ヒーターを
用いることができる。なお、キャリアガスは、試料ガス
の成分や分析装置（検出器１８）の種類によって適当な
ものを選択できるが、前記吸着剤に実質的に吸着されな
いものを選択する。
【００１５】なお、前記サンプリング手段１５，分離カ
ラム１７及び検出器１８は、特に限定されるものではな
く、通常のＧＣやＧＣＭＳ等と同じものを使用すること
ができる。また、分離カラム１７には、試料ガス中の各
成分を分離することができる充填剤、例えば合成ゼオラ
イトを充填すればよい。
ラム１７及び検出器１８は、特に限定されるものではな
く、通常のＧＣやＧＣＭＳ等と同じものを使用すること
ができる。また、分離カラム１７には、試料ガス中の各
成分を分離することができる充填剤、例えば合成ゼオラ
イトを充填すればよい。
【００１６】このように形成した分析装置を用いて試料
ガス中の微量不純物成分を分析する手順は、以下の通り
である。まず、六方弁１２の流路を図１に示す実線側と
した状態で、経路１３ａから試料ガスを、経路１４から
キャリアガスをそれぞれ所定流量及び圧力で導入する。
また、トラップ管１６は所定の吸着温度に冷却し、分離
カラム１７は所定の温度に保持しておく。この状態で
は、試料ガスは、経路１３ａから六方弁１２の流路１２
ａを経て経路１３ｂに流出しており、キャリアガスは、
経路１４から六方弁１２の流路１２ｂを経て計量管１１
及びその前後の経路１１ａ，１１ｂを流れ、六方弁１２
の流路１２ｃを通って分析経路１９に流出し、トラップ
管１６及び分離カラム１７を経て検出器１８に流入する
状態となっている。
ガス中の微量不純物成分を分析する手順は、以下の通り
である。まず、六方弁１２の流路を図１に示す実線側と
した状態で、経路１３ａから試料ガスを、経路１４から
キャリアガスをそれぞれ所定流量及び圧力で導入する。
また、トラップ管１６は所定の吸着温度に冷却し、分離
カラム１７は所定の温度に保持しておく。この状態で
は、試料ガスは、経路１３ａから六方弁１２の流路１２
ａを経て経路１３ｂに流出しており、キャリアガスは、
経路１４から六方弁１２の流路１２ｂを経て計量管１１
及びその前後の経路１１ａ，１１ｂを流れ、六方弁１２
の流路１２ｃを通って分析経路１９に流出し、トラップ
管１６及び分離カラム１７を経て検出器１８に流入する
状態となっている。
【００１７】次に、六方弁１２の流路を図１に示す破線
側に切換えると、経路１３ａからの試料ガスは、六方弁
１２の流路１２ｄから経路１１ｂ，計量管１１，経路１
１ａを通り、流路１２ｅを経て経路１３ｂに流出し、経
路１４からのキャリアガスは、六方弁１２の流路１２ｆ
を通って分析経路１９に流出する状態となる。
側に切換えると、経路１３ａからの試料ガスは、六方弁
１２の流路１２ｄから経路１１ｂ，計量管１１，経路１
１ａを通り、流路１２ｅを経て経路１３ｂに流出し、経
路１４からのキャリアガスは、六方弁１２の流路１２ｆ
を通って分析経路１９に流出する状態となる。
【００１８】計量管１１の部分が十分に試料ガスに置換
された後、六方弁１２の流路を実線側に戻して計量管１
１の部分にキャリアガスを導入すると、計量管１１の部
分の所定量の試料ガスは、キャリアガスにより搬送され
て六方弁１２の流路１２ｃを通り、分析経路１９に流出
してトラップ管１６に流入し、管内の所定温度に冷却さ
れている吸着剤に吸着される。
された後、六方弁１２の流路を実線側に戻して計量管１
１の部分にキャリアガスを導入すると、計量管１１の部
分の所定量の試料ガスは、キャリアガスにより搬送され
て六方弁１２の流路１２ｃを通り、分析経路１９に流出
してトラップ管１６に流入し、管内の所定温度に冷却さ
れている吸着剤に吸着される。
【００１９】すなわち、六方弁１２を切換えることによ
り所定量の試料ガスがサンプリングされてトラップ管１
６にトラップされることになる。そして、試料ガスのサ
ンプリング操作を所定回数繰り返した後、分析経路１９
にキャリアガスを流しながら、トラップ管１６を所定温
度に加熱すると、吸着剤に吸着されている試料ガスが吸
着剤から脱着し、キャリアガスによってトラップ管１６
から送り出され、サンプリング回数に応じた量の試料ガ
スが一気に分離カラム１７に流入することになる。
り所定量の試料ガスがサンプリングされてトラップ管１
６にトラップされることになる。そして、試料ガスのサ
ンプリング操作を所定回数繰り返した後、分析経路１９
にキャリアガスを流しながら、トラップ管１６を所定温
度に加熱すると、吸着剤に吸着されている試料ガスが吸
着剤から脱着し、キャリアガスによってトラップ管１６
から送り出され、サンプリング回数に応じた量の試料ガ
スが一気に分離カラム１７に流入することになる。
【００２０】したがって、分離カラム１７における試料
ガスの導入幅が狭くなり、分離操作を集中的に行うこと
ができるので、試料ガス中の各成分がまとまった状態で
検出器１８に流入することになり、ピーク幅が広がるこ
とがなく、ピーク高さを十分に高くすることができる。
これにより、極微量の不純物成分の分析を高感度で行う
ことが可能となる。
ガスの導入幅が狭くなり、分離操作を集中的に行うこと
ができるので、試料ガス中の各成分がまとまった状態で
検出器１８に流入することになり、ピーク幅が広がるこ
とがなく、ピーク高さを十分に高くすることができる。
これにより、極微量の不純物成分の分析を高感度で行う
ことが可能となる。
【００２１】さらに、トラップ管１６は、低温吸着で試
料ガスをトラップするため、トラップ管１６の体積（内
径及び長さ）が小さくても、比較的大量の試料ガスをト
ラップすることができるので、ガスの流れに乱れやガス
溜まりが発生することもない。
料ガスをトラップするため、トラップ管１６の体積（内
径及び長さ）が小さくても、比較的大量の試料ガスをト
ラップすることができるので、ガスの流れに乱れやガス
溜まりが発生することもない。
【００２２】また、試料ガスの主成分及び不純物成分を
共にトラップするようにしているので、前記濃縮法のよ
うな制限が無くなるため、各種ガスを測定対象とするこ
とが可能である。なお、トラップ管１６は、分析対象と
なる試料ガス中の不純物成分を十分にトラップできれば
よく、主成分を完全にトラップできなくてもよい。
共にトラップするようにしているので、前記濃縮法のよ
うな制限が無くなるため、各種ガスを測定対象とするこ
とが可能である。なお、トラップ管１６は、分析対象と
なる試料ガス中の不純物成分を十分にトラップできれば
よく、主成分を完全にトラップできなくてもよい。
【００２３】図２は、本発明の分析装置の他の形態例を
示す系統図であって、試料ガスをトラップするトラップ
管を２系統設けたものである。すなわち、２個のトラッ
プ管１６ａ，１６ｂを前後２個の四方弁２１，２２によ
り並列に接続し、四方弁２１，２２を切換えることによ
り、一方のトラップ管を使用できるように形成したもの
である。なお、前記形態例と同一の構成要素には同一符
号を付して詳細な説明は省略する。
示す系統図であって、試料ガスをトラップするトラップ
管を２系統設けたものである。すなわち、２個のトラッ
プ管１６ａ，１６ｂを前後２個の四方弁２１，２２によ
り並列に接続し、四方弁２１，２２を切換えることによ
り、一方のトラップ管を使用できるように形成したもの
である。なお、前記形態例と同一の構成要素には同一符
号を付して詳細な説明は省略する。
【００２４】図２において、両四方弁２１，２２の流路
が図２に示す実線側に切換えられている状態では、六方
弁１２から分析経路１９に流出したガス（試料ガス，キ
ャリアガス）は、上流側四方弁２１の流路２１ａを経て
第１のトラップ管１６ａを通った後、下流側四方弁２２
の流路２２ａを経て分離カラム１７に向かう。このと
き、第２のトラップ管１６ｂには、経路２３ａから導入
されるパージガス（通常はキャリアガスと同じガス）
が、上流側四方弁２１の流路２１ｂを経て流入し、下流
側四方弁２２の流路２２ｂを経て経路２３ｂに流出して
いる。したがって、この状態では、第１のトラップ管１
６ａを使用して前記同様の分析操作を行うことができ
る。
が図２に示す実線側に切換えられている状態では、六方
弁１２から分析経路１９に流出したガス（試料ガス，キ
ャリアガス）は、上流側四方弁２１の流路２１ａを経て
第１のトラップ管１６ａを通った後、下流側四方弁２２
の流路２２ａを経て分離カラム１７に向かう。このと
き、第２のトラップ管１６ｂには、経路２３ａから導入
されるパージガス（通常はキャリアガスと同じガス）
が、上流側四方弁２１の流路２１ｂを経て流入し、下流
側四方弁２２の流路２２ｂを経て経路２３ｂに流出して
いる。したがって、この状態では、第１のトラップ管１
６ａを使用して前記同様の分析操作を行うことができ
る。
【００２５】また、両四方弁２１，２２の流路を図２に
示す破線側に切換えると、六方弁１２からのガスは、上
流側四方弁２１の流路２１ｃを経て第２のトラップ管１
６ｂを通り、下流側四方弁２２の流路２２ｃを経て分離
カラム１７に向かう。また、第１のトラップ管１６ａで
は、経路２３ａからのパージガスが、上流側四方弁２１
の流路２１ｄを経て流入し、下流側四方弁２２の流路２
２ｄを経て経路２３ｂに流出する。したがって、この状
態では、第２のトラップ管１６ｂを使用して前記同様の
分析操作を行うことができる。
示す破線側に切換えると、六方弁１２からのガスは、上
流側四方弁２１の流路２１ｃを経て第２のトラップ管１
６ｂを通り、下流側四方弁２２の流路２２ｃを経て分離
カラム１７に向かう。また、第１のトラップ管１６ａで
は、経路２３ａからのパージガスが、上流側四方弁２１
の流路２１ｄを経て流入し、下流側四方弁２２の流路２
２ｄを経て経路２３ｂに流出する。したがって、この状
態では、第２のトラップ管１６ｂを使用して前記同様の
分析操作を行うことができる。
【００２６】このように、２個のトラップ管１６ａ，１
６ｂを選択使用可能な状態に設置し、各トラップ管１６
ａ，１６ｂに異なる種類の吸着剤を充填しておくことに
より、試料ガスの種類や組成に応じた最適な吸着剤を簡
単な弁操作のみで選択使用することができる。さらに、
四方弁のようなガス流路切換え手段を適宜設けることに
より、３個以上のトラップ管を切換え使用可能に接続す
ることができる。
６ｂを選択使用可能な状態に設置し、各トラップ管１６
ａ，１６ｂに異なる種類の吸着剤を充填しておくことに
より、試料ガスの種類や組成に応じた最適な吸着剤を簡
単な弁操作のみで選択使用することができる。さらに、
四方弁のようなガス流路切換え手段を適宜設けることに
より、３個以上のトラップ管を切換え使用可能に接続す
ることができる。
【００２７】
【実施例】実施例１ 図１に示す構成の分析装置を使用してアルゴンガス（主
成分）中に含まれる窒素，メタン及び一酸化炭素の分析
を行った。検出器には、イオン化方法が電子衝撃法であ
る四重極型質量分析計を使用した。計量管の寸法は、内
径２．１８ｍｍ、長さ２６．８ｃｍ（内容積約１ミリリ
ットル）とし、分離カラムの寸法は、内径２．１８ｍ
ｍ、長さ２ｍとした。分離カラム内には、充填剤として
モレキュラシーブス１３ＸＳを充填し、操作温度を６０
℃に設定した。また、キャリアガスには、圧力０．４Ｍ
Ｐａのヘリウムを使用し、流量は、２０℃換算で毎分２
０ミリリットルとした。試料ガスは、圧力を０．１５Ｍ
Ｐａ、流量を２０℃換算で毎分７０ミリリットルとし
た。
成分）中に含まれる窒素，メタン及び一酸化炭素の分析
を行った。検出器には、イオン化方法が電子衝撃法であ
る四重極型質量分析計を使用した。計量管の寸法は、内
径２．１８ｍｍ、長さ２６．８ｃｍ（内容積約１ミリリ
ットル）とし、分離カラムの寸法は、内径２．１８ｍ
ｍ、長さ２ｍとした。分離カラム内には、充填剤として
モレキュラシーブス１３ＸＳを充填し、操作温度を６０
℃に設定した。また、キャリアガスには、圧力０．４Ｍ
Ｐａのヘリウムを使用し、流量は、２０℃換算で毎分２
０ミリリットルとした。試料ガスは、圧力を０．１５Ｍ
Ｐａ、流量を２０℃換算で毎分７０ミリリットルとし
た。
【００２８】トラップ管は、内径４ｍｍ、長さ６５ｍｍ
とし、内部にモレキュラシーブス１３ＸＳを充填した。
このトラップ管の冷却には液体窒素を使用し、吸着操作
温度を−１９６℃とした。また、トラップ管の加熱には
電気ヒーターを使用し、脱着操作温度を６０℃に設定す
るとともに、−１９６℃から６０℃への加熱を６０秒程
度で行うようにした。なお、トラップ管の形状はＵ字状
とし、その下方から液体窒素容器を上昇させることによ
り、トラップ管を液体窒素中に浸漬できるように形成し
た。
とし、内部にモレキュラシーブス１３ＸＳを充填した。
このトラップ管の冷却には液体窒素を使用し、吸着操作
温度を−１９６℃とした。また、トラップ管の加熱には
電気ヒーターを使用し、脱着操作温度を６０℃に設定す
るとともに、−１９６℃から６０℃への加熱を６０秒程
度で行うようにした。なお、トラップ管の形状はＵ字状
とし、その下方から液体窒素容器を上昇させることによ
り、トラップ管を液体窒素中に浸漬できるように形成し
た。
【００２９】前述の手順によるサンプリング操作を１６
回行い、トラップ管内に約１６ミリリットルの試料ガス
をトラップさせた後、トラップ管を加熱して分析操作を
行った。
回行い、トラップ管内に約１６ミリリットルの試料ガス
をトラップさせた後、トラップ管を加熱して分析操作を
行った。
【００３０】比較例１ 実施例１におけるトラップ管を取外した以外は、実施例
１と同じ条件とし、１回のサンプリング毎に分析操作を
行った。実施例１及び比較例１における分析操作を各５
回繰返した。その結果を表１乃至表３に示す。表１は、
窒素１．５ｐｐｍに対するピーク高さを、表２は、メタ
ン１．１ｐｐｍに対するピーク高さを、表３は、一酸化
炭素１．０ｐｐｍに対するピーク高さを、それぞれ示し
ている。
１と同じ条件とし、１回のサンプリング毎に分析操作を
行った。実施例１及び比較例１における分析操作を各５
回繰返した。その結果を表１乃至表３に示す。表１は、
窒素１．５ｐｐｍに対するピーク高さを、表２は、メタ
ン１．１ｐｐｍに対するピーク高さを、表３は、一酸化
炭素１．０ｐｐｍに対するピーク高さを、それぞれ示し
ている。
【００３１】
【表１】
【表２】
【表３】
【００３２】実施例２及び比較例２ 試料ガスを、微量の水素を含む窒素に代えて実施例１及
び比較例１と同様の分析操作を行った。なお、実施例２
におけるサンプリング回数は、１５回とした。実施例２
及び比較例２における分析操作を各３回繰返した。その
結果（水素１ｐｐｍに対するピーク高さ）を表４に示
す。
び比較例１と同様の分析操作を行った。なお、実施例２
におけるサンプリング回数は、１５回とした。実施例２
及び比較例２における分析操作を各３回繰返した。その
結果（水素１ｐｐｍに対するピーク高さ）を表４に示
す。
【００３３】
【表４】
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ガス中の微量不純物を高感度で分析することができると
ともに、各種組成のガスにも対応することができる。
ガス中の微量不純物を高感度で分析することができると
ともに、各種組成のガスにも対応することができる。
【図１】 本発明の分析装置の一形態例を示す系統図で
ある。
ある。
【図２】 本発明の分析装置の他の形態例を示す系統図
である。
である。
【図３】 従来のＧＣやＧＣＭＳ等の構成例を示す系統
図である。
図である。
１１…計量管、１２…六方弁、１５…サンプリング手
段、１６，１６ａ，１６ｂ…トラップ管、１７…分離カ
ラム、１８…検出器、１９…分析経路、２１，２２…四
方弁
段、１６，１６ａ，１６ｂ…トラップ管、１７…分離カ
ラム、１８…検出器、１９…分析経路、２１，２２…四
方弁
Claims (3)
- 【請求項１】 サンプリング手段でサンプリングした試
料ガスをキャリアガスに同伴させて分析経路を構成する
分離カラムに導入し、該分離カラムで分離した被分析成
分である不純物成分の濃度を検出器で測定する分析方法
において、前記サンプリング手段と前記分離カラムとの
間に設けられたトラップ手段に、複数回のサンプリング
を行った試料ガスを低温状態でトラップさせた後、該ト
ラップ手段を加熱することによりトラップされた試料ガ
スを前記分離カラムに送出することを特徴とするガス中
の不純物の分析方法。 - 【請求項２】 前記トラップ手段は、前記不純物成分を
含む試料ガスを低温時に吸着し、高温時に脱着する吸着
剤が充填されているトラップ管と、前記吸着剤を冷却す
る手段と加熱する手段とを備えていることを特徴とする
請求項１記載のガス中の不純物の分析方法。 - 【請求項３】 所定量の試料ガスをサンプリングするサ
ンプリング手段と、試料ガス中の被分析成分である不純
物成分の濃度を測定する検出器とを備えるとともに、前
記サンプリング手段と前記検出器との間の分析経路に、
前記サンプリング手段でサンプリングした試料ガスをト
ラップするトラップ手段と、該トラップ手段から導出し
た前記試料ガス中の前記不純物成分を分離する分離カラ
ムとを備え、前記サンプリング手段は、試料ガスを計量
する計量管と、該計量管に試料ガスを流通させる経路
と、該計量管にキャリアガスを流通させてサンプリング
した試料ガスを前記分析経路に送り出す経路と、計量管
に流通させるガスを試料ガスとキャリアガスとに切換え
るガス流路切換え手段とを有し、前記トラップ手段は、
前記試料ガスを低温時に吸着し、高温時に脱着する吸着
剤を充填したトラップ管と、前記吸着剤を冷却する手段
及び加熱する手段とを備えていることを特徴とするガス
中の不純物の分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09323426A JP3097031B2 (ja) | 1997-11-25 | 1997-11-25 | ガス中の不純物の分析方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09323426A JP3097031B2 (ja) | 1997-11-25 | 1997-11-25 | ガス中の不純物の分析方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11160298A JPH11160298A (ja) | 1999-06-18 |
| JP3097031B2 true JP3097031B2 (ja) | 2000-10-10 |
Family
ID=18154559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09323426A Expired - Fee Related JP3097031B2 (ja) | 1997-11-25 | 1997-11-25 | ガス中の不純物の分析方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3097031B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021006502A1 (ko) * | 2019-07-11 | 2021-01-14 | 정경환 | 시료가스 분리장치 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4590091B2 (ja) * | 2000-11-24 | 2010-12-01 | 大陽日酸株式会社 | ガス分析装置 |
| JP2002250722A (ja) * | 2001-02-27 | 2002-09-06 | Taiyo Toyo Sanso Co Ltd | 極低濃度硫化水素の分析方法および分析装置 |
| JP4744336B2 (ja) * | 2006-03-30 | 2011-08-10 | 大陽日酸株式会社 | 液化ガスの濃縮分析装置 |
| CN104007196A (zh) * | 2014-05-21 | 2014-08-27 | 华南理工大学 | 一种用于检测痕量磷化氢的二次冷阱富集与gc-fid联用装置和方法 |
| CN105572250B (zh) * | 2015-12-17 | 2017-07-14 | 中国原子能科学研究院 | 一种用于分析He中氢同位素及微量杂质组分的气相色谱检测系统及方法 |
| JP7169775B2 (ja) * | 2018-06-05 | 2022-11-11 | Ｎｉｓｓｈａ株式会社 | ガスクロマトグラフィーによる分離方法、ガスクロマトグラフ装置、ガス分析装置、濃縮管、濃縮装置、濃縮管の製造方法及びガス検知器 |
| CN110095541A (zh) * | 2019-05-06 | 2019-08-06 | 南京工业大学 | 一种气体分离表征装置及混合气体分离性能检测方法 |
-
1997
- 1997-11-25 JP JP09323426A patent/JP3097031B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021006502A1 (ko) * | 2019-07-11 | 2021-01-14 | 정경환 | 시료가스 분리장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11160298A (ja) | 1999-06-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |