JP3604054B2

JP3604054B2 - 酸素または窒素の分析に用いる試料体の形成方法および装置

Info

Publication number: JP3604054B2
Application number: JP08447397A
Authority: JP
Inventors: 博内原; 昌彦池田; 順二岡山
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1997-03-17
Filing date: 1997-03-17
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2017-03-17
Also published as: JPH10260121A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばセラミックスなどに含まれる酸素または窒素を分析する際に用いる試料体の形成方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、Ｙ₂Ｏ₃（酸化イットリウム）などの酸化物に含まれるＯ（酸素）や、Ｓｉ₃Ｎ₄（窒化珪素）などの窒化物に含まれるＮ（窒素）などの分析は、一般に次のように行われる。すなわち、気密下に置かれる試料抽出炉内の一対の電極間に黒鉛るつぼをセットし、この黒鉛るつぼ内に前記酸化物や窒化物などを試料として投入するとともに、Ａｒ（アルゴン）などの不活性ガスをキャリアガスとして試料抽出炉内に供給しながら、前記電極間に大電流を流して黒鉛るつぼ内の試料を電気的に融解させ、そのとき発生するガスを分析計に導き、分析されたガス濃度を基にして元素を定量分析している。
【０００３】
ところで、前記試料として用いられる酸化物や窒化物は、粉体状または粒体状であることが多く、従来においては、例えば特開平８−１２８９３２号公報に示されるような装置を用いて、前記分析に用いる試料体を形成していた。
【０００４】
すなわち、前記公報に示される試料体の形成方法は、図５に示すように、ニッケル製の容器５１に試料５２を収容するとともに、容器５１の上部開口をニッケル製の蓋体５３で覆ったものを、下部金型５４上に載置した状態で上部金型５５を矢印Ａ方向に押圧し、下部金型５４と上部金型５５とによって挟圧して試料５２を密閉容器５６内に封入するものであった。
【０００５】
上記公報に開示された手法によれば、技巧や熟練を要することなく、常に一定形状の試料体を形成することができる。そして、容器５１に対して蓋体５３を密閉性よく圧接できるので、密閉容器５６内に収容された試料５２が外部に漏れ出すといった不都合もない。そして、試料中に分析対象である酸素または窒素が比較的高濃度に含まれる場合には、下記表１に示すように、安定した結果を得ることができる。この表１は、窒素を高濃度に含有する物質において窒素を分析したときに得られたデータで、標準偏差や変動係数が小さい。
【０００６】
【表１】

【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、試料中に分析対象である酸素または窒素がごく微量しか含まれてないような場合には、下記表２に示すように、分析結果にばらつきが生じ安定した結果を得ることができない。この表２は、窒素をきわめて低濃度に含有する物質において窒素を分析したときに得られたデータで、標準偏差や変動係数が大きい。
【０００８】
【表２】

【０００９】
上述のように、試料中に分析対象である酸素や窒素が高濃度に含まれる場合に比べて、低濃度にしか含まれない場合に、分析結果がそれほど安定してないのは、大気中に含まれる酸素や窒素が前記容器５１内に混入するためであろうと推測できる。前記図５に示した手法によって、５０ｍｇの試料５２をニッケル製容器５４内に封入した場合、容器５４内に０．５μＬ（マイクロリットル）の空気が含まれていると、空気に起因する窒素は約９ｐｐｍ、同じく酸素は約３ｐｐｍとなってしまう。つまり、低濃度領域における酸素や窒素の分析においては、わずかな空気が存在するだけでその分析結果に大きな影響が及ぼされるのである。
【００１０】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、空気中の酸素や窒素を混入させることなく所望の試料体を形成することができる酸素または窒素の分析に用いる試料体の形成方法および装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明では、内部に試料を収容し、上部開口が蓋体によって覆われた容器を第１金型と第２金型とによって挟圧するようにした酸素または窒素の分析に用いる試料体の形成方法において、前記第１金型と第２金型とによって形成される空間を外気と遮断された空間とし、この空間内にヘリウムガス又はアルゴンガスを満たした状態で前記挟圧を行うようにしている。
【００１２】
また、この発明は、内部に試料を収容し、上部開口が蓋体によって覆われた容器を第１金型と第２金型とによって挟圧するようにした酸素または窒素の分析に用いる試料体の形成装置において、前記第１金型と第２金型とによって形成される空間を外気と遮断された空間とし、この空間内にヘリウムガス又はアルゴンガスを満たした状態で前記挟圧を行うようにしたことを特徴とする酸素または窒素の分析に用いる試料体の形成装置を提供する。
【００１３】
上記いずれの発明においても、酸素や窒素が存在しない雰囲気の下で試料体を形成することができ、空気中の酸素や窒素の試料への混入を可及的になくすことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施例を説明する前に、比較例について図１〜３を参照しながら説明する。
【００１５】
図１〜図３は比較例を示している。まず、図１および図２は、この発明に係る酸素または窒素の分析に用いる試料体の形成装置（以下、単に形成装置という）の一例を示すもので、これらの図において、１は上部が開口し下部が閉塞された有底の円筒状容器、２はこの容器１内に収容される粉体状の試料、３は試料２を収容した容器１の上部開口４を閉鎖する蓋体である。
【００１６】
より具体的には、前記容器１および蓋体３は、例えば、高純度のニッケルよりなる。そして、容器１は、例えば、外径３〜１５ｍｍ、内径２〜１０ｍｍ、深さ１〜１０ｍｍ程度の大きさに形成されている。また、蓋体３は、図示例では、その中央部が容器１内に嵌まり込み、周辺部が容器１に当接するように形成されているが、これに限られるものではなく、容器１の上部開口４の全てを覆い、これを押圧したとき上部開口４を密閉できるものであれば任意の形状のものを採用できる。
【００１７】
５は下方に位置する第１金型６と、両矢印方向に直線的に移動するように第１金型６の上方に対向して配置される第２金型７からなる形成装置で、これらの金型６，７は、例えばステンレス鋼よりなる。第１金型６は、例えば小径部と大径部とからなる円柱状のブロックで、その上部表面のほぼ中央に断面視皿状の凹部８が形成されている。また、第２金型７は、下方が開口した円柱状のブロックで、その下部表面のほぼ中央、つまり、第１金型６の凹部８に対応する位置に断面視逆皿状の凹部９が形成されているとともに、下部表面の周部に第１金型６よりやや大径のガイド部１０が垂下して設けられている。前記凹部８，９は、容器１および蓋体３の押圧時に容器１および蓋体３がずれないようにするためのものである。
【００１８】
上述の構成は、特開平８−１２８９３２号公報に示された構成とほとんど変わるところがないが、この比較例の形成装置５では、第１金型６と第２金型７とによって形成される空間を外気と遮断された密閉空間とし、この空間内の空気を排除して空間内を減圧状態とし、その状態で前記挟圧を行うようにしたことが大きく異なる。
【００１９】
すなわち、図１および図２において、１１は第２金型７のガイド部１０が第１金型６の側部１２を外嵌するとき両金型６，７によって形成される空間で、この空間１１内に容器１および蓋３が配置されるが、この比較例では、この空間１１を外気と遮断された密閉空間となるようにしてある。より具体的には、第２金型７のガイド部１０の内径を第１金型６の側部１２の外径よりやや大きくなるように形成するとともに、第１金型６の上部側面にはシール溝１３を周設し、この溝１３内に適宜のシール部材１４が嵌め込んである。
【００２０】
さらに、前記第１金型６には、一端が密閉空間１１に連通し、他端に外部接続部１５を有する排気孔１６が設けられている。１７は外部接続部１５に接続される排気管で、その端部には真空ポンプ１８が設けられている。なお、図示してないが、密閉空間１１の圧力をモニターする圧力センサが設けられている。
【００２１】
次に、上記構成の形成装置を用いて試料体を形成する方法について、図３をも参照しながら説明する。
【００２２】
（１）図１に示すように、第１金型６を、凹部８が上方になるように、プレス１９のベッド２０上に固定するとともに、第２金型７を、その凹部９が下方になるように、プレス１９のスライド２１に固定する。そして、真空ポンプ１８を接続した排気管１７を第１金型６の外部接続部１５に接続する。
【００２３】
（２）粉体状の試料２を秤量して容器１内に収容する。
【００２４】
（３）内部に一定量の試料２を収容した容器１を、第１金型６の凹部８上に載置するとともに、容器１の上部開口４を覆うように蓋体３を被せた後、スライド２１を下降させると、第２金型７のガイド部１０と第１金型６の上面とにより密閉された空間１１が形成され、その状態を保持する。そして、この状態で真空ポンプ１８を動作させることにより、密閉空間１１内が排気される（図３（Ａ）参照）。
【００２５】
（４）前記真空ポンプ１８による排気を例えば５分間行うことにより、密閉空間１１の圧力が２０Ｔｏｒｒというように減圧されると、プレス１９を動作させてスライド２１を下降させ、例えば、５０〜７００ｋｇ／ｃｍ²程度の押圧力で、第２金型７を第１金型６に向けて押圧する。この押圧により、蓋体３は容器１に密着し（図３（Ｂ）参照）、さらに、容器１および蓋体３は同図（Ｃ）に示すように変形する。
【００２６】
（５）さらに押圧後スライド２１を上昇させて押圧を解除すると、第１金型６上には、図３（Ｄ）に示すように、容器１の上部開口４が蓋体３によって完全に閉塞された偏平（円盤状）な試料体２２が形成される。
【００２７】
上記形成装置によれば、粉体状または粒体状の試料２を収容した状態で容器１の押圧と成形を同時に行うことができ、酸素または窒素の分析に必要な試料体２２を簡単に形成することができ、しかも、常に一定形状の試料体２２を得ることができる。
【００２８】
そして、より特筆すべきことは、容器１および蓋体３を押圧する前に、それらを設置した密閉空間１１内を十分排気して減圧し、空気がほとんど存在しない状態にしているので、プレス１９による押圧で形成された試料体２２の内部には、ほとんど空気が混入することがない。つまり、酸素または窒素の分析を行う際、誤差要因となる空気、特に、それの大半を占める窒素と酸素が試料体２２に入り込んだり、残留させることなく所望の試料体２２を形成することができる。
【００２９】
下記表３および表４は、上述のようにして形成された試料体２２を用いて窒素を分析した例を示している。
【００３０】
【表３】

【００３１】
【表４】

【００３２】
上記表３は、窒素を高濃度に含有する試料２を上述のようにして封入した試料体２２を用いて窒素を分析したときに得られたデータで、この表３を表１と比べた場合、標準偏差および変動係数がさらに小さくなり、よりばらつきの少ない測定結果が得られていることが分かる。
【００３３】
また、上記表４は、窒素をきわめて低濃度に含有する試料２を上述のようにして封入した試料体２２を用いて窒素を分析したときに得られたデータで、この表４を表２と比べた場合、標準偏差が１／５以下になるとともに、１／４．５以下となり、非常にばらつきの少ない測定結果が得られていることが分かる。
【００３４】
このように、比較例の形成装置５によって形成された試料体２２は、試料中に高濃度の窒素が含まれている場合において、測定精度が従来手法の試料体に比べて向上しているが、低濃度領域における窒素の分析における測定精度をより大幅に向上させる効果があることが分かる。
【００３５】
さらに、下記表５は、上述のようにして形成した試料体２２を形成後空気中に放置した時間と窒素分析値との関係を示すもので、この表５は、比較例によって形成された試料体２２を用いて定量分析した場合、その形成後空気中に放置した時間と測定結果との間に特に相関はなく、安定した結果が得られることを示している。
【００３６】
【表５】

【００３７】
そして、比較例によって形成される試料体２２は、上記窒素の定量分析のみならず、酸素の定量分析にも同様に用いることができるのはいうまでもない。それは、酸素分析においては、空気中の酸素の影響を受けるからであり、上述の手法を採用することにより、空気中の酸素の影響を低減する（なくす）ことができるからである。
【００３８】
上述の比較例においては、試料体２２を形成する際、密閉空間１１の空気を排除して空間内を減圧状態としていたが、前記密閉空間１１内に、窒素や酸素の定量分析に悪影響を与えないヘリウムガス又はアルゴンガスを満たすようにしたこの発明の好ましい実施例を図４を参照しながら説明する。なお、図４において、図１〜図３に示す符号と同一のものは同一または相当物である。
【００３９】
図４において、２３，２４は第１金型６内に形成される通気孔で、両通気孔２３，２４はいずれも一端が空間１１に連通し、他端に外部接続部２５，２６を備えている。そして、２７はヘリウムガス又はアルゴンガスを収容したボンベで、開閉弁２８を備えた流路２９を介して一方の通気孔２３の外部接続部２５に接続されている。また、３０は他方の外部接続部２６に接続される流路である。
【００４０】
このように構成された実施例の形成装置５においては、プレス１９による容器１および蓋体３の押圧に先立って、開閉弁２８を開いて例えばヘリウムガスを一方の通気孔２３から空間１１に対して供給することにより、空間１１をヘリウムガスでパージし、空間１１内にヘリウムガスを満たすのである。このようにヘリウムガスでパージされた空間１１には、酸素や窒素は存在しないから、試料体２２の形成時にこれらの酸素や窒素が試料体２２に混入することがない。したがって、この実施例による手法で形成された試料体２２を用いて酸素または窒素を定量分析した場合、上述の比較例によるものと同等またはそれ以上の高精度で分析を行うことができる。
【００４１】
なお、この実施例では、前記ヘリウムガスのほかに、アルゴンガスを用いることができる。
【００４２】
また、実施例においては、容器１および蓋体３を高純度のニッケルで形成しているが、これに代えて、鉄で形成してもよい。
【００４３】
【発明の効果】
この発明は、以上のような形態で実施され、以下のような効果を奏する。
【００４４】
この発明においては、内部に試料を収容し、上部開口が蓋体によって覆われた容器を第１金型と第２金型とによって挟圧するようにして試料体を形成する場合、第１金型と第２金型とによって形成される空間を外気と遮断された空間とし、この空間内にヘリウムガス又はアルゴンガスを満たした状態で前記挟圧を行うようにしているので、妨害成分となる空気中の酸素や窒素が試料体に混入することがなくなる。
【００４５】
したがって、上述のようにして形成された試料体を用いることにより、セラミックスなどに含まれる酸素や窒素を高精度で測定することができ、特に、低濃度領域の測定精度を大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較例に係る形成装置の一例を一部を断面して示す図である。
【図２】前記装置の要部を拡大して示す縦断面図である。
【図３】前記装置の動作説明図である。
【図４】この発明の一実施例に係る形成装置の一例を一部を断面して示す図である。
【図５】従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
１…容器、２…試料、３…蓋体、４…上部開口、６…第１金型、７…第２金型、１１…空間。

Claims

内部に試料を収容し、上部開口が蓋体によって覆われた容器を第１金型と第２金型とによって挟圧するようにした酸素または窒素の分析に用いる試料体の形成方法において、前記第１金型と第２金型とによって形成される空間を外気と遮断された空間とし、この空間内にヘリウムガス又はアルゴンガスを満たした状態で前記挟圧を行うようにしたことを特徴とする酸素または窒素の分析に用いる試料体の形成方法。
内部に試料を収容し、上部開口が蓋体によって覆われた容器を第１金型と第２金型とによって挟圧するようにした酸素または窒素の分析に用いる試料体の形成装置において、前記第１金型と第２金型とによって形成される空間を外気と遮断された空間とし、この空間内にヘリウムガス又はアルゴンガスを満たした状態で前記挟圧を行うようにしたことを特徴とする酸素または窒素の分析に用いる試料体の形成装置。