JP7353936B2 - 分析装置及び分析方法 - Google Patents
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Description
本発明は、金属の分析を行うための分析装置及び分析方法に関し、特に、０℃以下の低温から１００℃以上の高温まで金属片を昇温して金属片から脱離するガスを分析する分析装置及び分析方法に関する。
例えば、特許文献１（特許第５４０５２１８号公報）に記載されているように、昇温脱離ガス分析法、昇温脱離法またはＴＤＳ（Thermal Desorption Spectroscopy）などと呼ばれる分析方法が従来から知られている。従来のＴＤＳには、大気圧よりも気圧が低い減圧下で試料を加熱し、試料から脱離するガスを測定し、ガスの脱離速度と試料温度の関係(ＴＤＳスペクトル)を求め、試料に関する様々な情報を得ようとする分析方法がある。
従来、昇温脱離ガス分析法を用いて金属の分析をする場合、減圧下（真空中）で金属から微量のガスを発生させ、特許文献１のような質量分析計を用いて分析している。しかし、金属から微量のガスを減圧下（真空中）で発生させて分析する質量分析計が大掛かりな装置となるため、特許文献１に記載されている分析装置は非常に大きなものとなる。特に、試料を冷却した後に昇温させる場合には、分析装置の大型化が顕著になる。また、試料から発生する極めて微量なガスの検出を行う必要があるため、分析装置が高価なものとなる。さらには、特許文献１のような分析方法では、真空中で金属の分析を行うための前処理を金属に施すことが必要になり、前処理で金属から微量のガスが脱離して感度が低下したり、前処理の段階で金属に付着する異物で感度が低下したりするといった取り扱いの難しさがある。
本発明の課題は、金属のサンプルを冷却した後に昇温して昇温中にサンプルから脱離するガスを用いてサンプルの分析を行う分析方法を簡素化して取り扱い易くし、前述の分析を行うための分析装置を安価に且つ小型にすることにある。
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係る分析装置は、炉とガスクロマトグラフとコントローラとを備える。炉は、サンプルである金属片を収容する炉心管を含み、炉心管及び金属片を０℃以下の第１温度から１００℃以上の第２温度まで昇温して金属片から分析対象成分を脱離させる。ガスクロマトグラフは、炉心管から運ばれてくる分析対象成分を分離する分離カラム及び、分離カラムで分離された分析対象成分を検出する半導体ガスセンサを有する。コントローラは、第１温度から第２温度まで炉心管及び金属片を所定の昇温速度で昇温するように炉を制御する。
このように構成されている分析装置では、０℃以下の第１温度から０℃までの氷点下で脱離する極めて微量の分析対象成分をガスクロマトグラフの分離カラムで分離して半導体ガスセンサで検出できる。そのため、氷点下で金属片から脱離する極めて微量の分析対象成分を分析する分析装置が、炉と、分離カラム及び半導体ガスセンサを有するガスクロマトグラフと、コントローラで安価に且つコンパクトに構成できる。
本発明の一見地に係る分析装置は、炉とガスクロマトグラフとコントローラとを備える。炉は、サンプルである金属片を収容する炉心管を含み、炉心管及び金属片を０℃以下の第１温度から１００℃以上の第２温度まで昇温して金属片から分析対象成分を脱離させる。ガスクロマトグラフは、炉心管から運ばれてくる分析対象成分を分離する分離カラム及び、分離カラムで分離された分析対象成分を検出する半導体ガスセンサを有する。コントローラは、第１温度から第２温度まで炉心管及び金属片を所定の昇温速度で昇温するように炉を制御する。
このように構成されている分析装置では、０℃以下の第１温度から０℃までの氷点下で脱離する極めて微量の分析対象成分をガスクロマトグラフの分離カラムで分離して半導体ガスセンサで検出できる。そのため、氷点下で金属片から脱離する極めて微量の分析対象成分を分析する分析装置が、炉と、分離カラム及び半導体ガスセンサを有するガスクロマトグラフと、コントローラで安価に且つコンパクトに構成できる。
分析装置は、炉が、炉心管を加熱する第１ヒータ及び、炉心管を冷却する冷却流体が流れる冷却管を含み、炉心管の中の少なくとも金属片の収容領域が、冷却管の中に位置するように炉心管が設置され、炉心管が、第１ヒータの伝導熱で実質的に加熱されずに第１ヒータの輻射熱により加熱されるように設置されている、ように構成することもできる。
このように構成されている分析装置では、炉心管から熱伝導で逃げる熱量を少なくできるので、炉心管を０℃以下の第１温度まで冷却するのに要する時間が短縮される。また、分析装置では、炉心管を０℃以下の第１温度まで冷却するのに要する冷却流体の量が削減される。
このように構成されている分析装置では、炉心管から熱伝導で逃げる熱量を少なくできるので、炉心管を０℃以下の第１温度まで冷却するのに要する時間が短縮される。また、分析装置では、炉心管を０℃以下の第１温度まで冷却するのに要する冷却流体の量が削減される。
分析装置は、冷却管が、冷却流体の一部を冷却管から漏洩させるための隙間を炉心管との間に有する、ように構成することもできる。
このように構成されている分析装置は、漏洩した冷気が冷却管の外周を覆うことで冷却管への結露を防ぎ、炉心管の冷却効率を良くすることができる。また、炉心管が冷却管により炉壁から遮断されているために、その熱伝導の影響を低減することができる。
このように構成されている分析装置は、漏洩した冷気が冷却管の外周を覆うことで冷却管への結露を防ぎ、炉心管の冷却効率を良くすることができる。また、炉心管が冷却管により炉壁から遮断されているために、その熱伝導の影響を低減することができる。
分析装置は、液体状の物質を気化して冷却流体を発生させるために物質を加熱する第２ヒータを備え、コントローラが、第２ヒータの消費電力を目標温度が高くなるほど小さくしつつ目標温度以上のときの高電力印加と目標温度より小さいときの低電力印加とを切り替える制御をすることにより冷却流体の発生量を制御して昇温速度を制御する、ように構成することもできる。
このように構成されている分析装置では、所定の昇温速度で昇温する際のハンチングが小さくなり、目標温度と実際の炉心管の温度との間の乖離が小さくなる。
このように構成されている分析装置では、所定の昇温速度で昇温する際のハンチングが小さくなり、目標温度と実際の炉心管の温度との間の乖離が小さくなる。
分析装置は、コントローラは、冷却流体で炉心管が氷点下に冷却されている期間においても、炉心管が目標温度になるようにＰＩＤ制御しながら炉心管と金属片を第１ヒータで加熱しつつ昇温速度を制御する、ように構成することもできる。
このように構成されている分析装置では、冷却から加熱への切換をスムーズに行うことができ、所定の昇温速度で昇温する際のハンチングが小さくなる。
このように構成されている分析装置では、冷却から加熱への切換をスムーズに行うことができ、所定の昇温速度で昇温する際のハンチングが小さくなる。
分析装置は、第２ヒータが内部に配置され、冷却管に接続され、冷却流体を貯留している断熱性容器と、キャスターを有し、断熱性容器、炉、ガスクロマトグラフ及びコントローラを収納する架台とを備える、ように構成することもできる。
このように構成されている分析装置では、分析装置のために必要なスペースを小さくでき、また分析装置の移動が容易になる。
このように構成されている分析装置では、分析装置のために必要なスペースを小さくでき、また分析装置の移動が容易になる。
分析装置は、炉が、大気圧下で金属片から分析対象成分を脱離させる、ように構成することもできる。
このように構成されている分析装置では、減圧などに必要な装置を省くことができ、コンパクト化を容易に実現できる。
このように構成されている分析装置では、減圧などに必要な装置を省くことができ、コンパクト化を容易に実現できる。
分析装置は、金属片が鉄、鉄合金、軽金属または軽金属合金であり、分析対象成分が水素ガスであり、炉心管が石英ガラスからなり、第１温度が－１５０℃以上－８０℃以下の範囲内で設定され、第２温度が２００℃以上６００℃以下の範囲内で設定されている、ように構成することもできる。
このように構成されている分析装置では、鉄、鉄合金、軽金属または軽金属合金の金属片に含まれる水素が－８０℃から２００℃で脱離する状態を分析でき、鉄、鉄合金、軽金属または軽金属合金の水素脆化の分析が容易になる。
このように構成されている分析装置では、鉄、鉄合金、軽金属または軽金属合金の金属片に含まれる水素が－８０℃から２００℃で脱離する状態を分析でき、鉄、鉄合金、軽金属または軽金属合金の水素脆化の分析が容易になる。
本発明の一見地に係る分析方法では、サンプルである金属片を炉の中の炉心管に収容し、炉により炉心管及び金属片を０℃以下の第１温度から１００℃以上の第２温度まで所定の昇温速度で昇温して、金属片から分析対象成分を脱離させ、分析対象成分を分離カラムに運び、分離カラムで分離される分析対象成分を半導体ガスセンサで検出する。
このように構成されている分析方法では氷点下で金属片から脱離する極めて微量の分析対象成分を炉心管から分離カラムに運んで分離カラムで分離された分析対象成分を半導体ガスセンサで分析できるので、氷点下で金属片から脱離する極めて微量の分析対象成分の分析が簡素化される。
このように構成されている分析方法では氷点下で金属片から脱離する極めて微量の分析対象成分を炉心管から分離カラムに運んで分離カラムで分離された分析対象成分を半導体ガスセンサで分析できるので、氷点下で金属片から脱離する極めて微量の分析対象成分の分析が簡素化される。
分析方法では、炉心管の中の少なくとも金属片の収容領域が内部に位置する冷却管に冷却流体を流し、炉心管及び金属片を０℃以下の第１温度に冷却し、炉の第１ヒータの伝導熱では実質的に加熱せずに第１ヒータの輻射熱により炉心管を加熱する、ように構成することもできる。
このように構成されている分析方法では、炉心管から熱伝導で逃げる熱量を少なくできるので、炉心管を０℃以下の第１温度まで冷却するのに要する時間が短縮される。また、このような分析方法では、炉心管を０℃以下の第１温度まで冷却するのに要する冷却流体の量が削減される。
このように構成されている分析方法では、炉心管から熱伝導で逃げる熱量を少なくできるので、炉心管を０℃以下の第１温度まで冷却するのに要する時間が短縮される。また、このような分析方法では、炉心管を０℃以下の第１温度まで冷却するのに要する冷却流体の量が削減される。
分析方法では、炉心管と冷却管の間の隙間から冷却流体を漏洩させつつ冷却流体で炉心管を冷却する、ように構成することもできる。
このように構成されている分析方法では、炉心管と冷却管の隙間から漏れる冷却流体により、昇温速度の制御の精度を向上させることができる。
このように構成されている分析方法では、炉心管と冷却管の隙間から漏れる冷却流体により、昇温速度の制御の精度を向上させることができる。
分析方法では、液体状の物質を加熱する第２ヒータの消費電力を目標温度が高くなるほど小さくしつつ第２ヒータの目標温度以上のときの高電力印加と目標温度より小さいときの低電力印加とを切り替える制御を行って液体状の物質から冷却流体を発生させて炉心管及び金属片を所定の昇温速度で昇温させる、ように構成することもできる。
このように構成されている分析方法では、所定の昇温速度で昇温する際のハンチングが小さくなり、目標温度と実際の炉心管の温度との間の乖離が小さくなる。
このように構成されている分析方法では、所定の昇温速度で昇温する際のハンチングが小さくなり、目標温度と実際の炉心管の温度との間の乖離が小さくなる。
分析方法では、冷却流体で炉心管が氷点下に冷却されている期間においても、炉心管が目標温度になるようにＰＩＤ制御しながら炉心管を第１ヒータにより加熱して昇温速度を制御する、ように構成することもできる。
このように構成されている分析方法では、冷却から加熱への切換をスムーズに行うことができ、所定の昇温速度で昇温する際のハンチングが小さくなる。
このように構成されている分析方法では、冷却から加熱への切換をスムーズに行うことができ、所定の昇温速度で昇温する際のハンチングが小さくなる。
分析方法は、金属片が鉄、鉄合金、軽金属または軽金属合金であり、分析対象成分が水素ガスであり、炉心管が石英ガラスからなり、第１温度が－１５０℃以上－８０℃以下の範囲内で設定され、第２温度が２００℃以上６００℃以下の範囲内で設定され、炉は、大気圧下で金属片から水素ガスを脱離させる、ように構成することもできる。
このように構成されている分析方法では、鉄、鉄合金、軽金属または軽金属合金の金属片に含まれる水素が－８０℃から２００℃で脱離する状態を分析でき、鉄、鉄合金、軽金属または軽金属合金の水素脆化の分析が容易になる。
このように構成されている分析方法では、鉄、鉄合金、軽金属または軽金属合金の金属片に含まれる水素が－８０℃から２００℃で脱離する状態を分析でき、鉄、鉄合金、軽金属または軽金属合金の水素脆化の分析が容易になる。
本願発明の他の見地に係る分析装置は、
サンプルである金属片を収容する炉心管を含み、前記炉心管及び前記金属片を、０℃以下の第１温度から１００℃以上の第２温度まで昇温して前記金属片から分析対象成分を脱離させる炉と、
前記炉心管から運ばれてくる前記分析対象成分を分離する分離カラム及び、前記分離カラムで分離された前記分析対象成分を検出する半導体ガスセンサを有するガスクロマトグラフと、
前記第１温度から前記第２温度まで前記炉心管及び前記金属片を所定の昇温速度で昇温するように前記炉を制御するコントローラと
を備え、
前記炉心管は、前記金属片から脱離される前記分析対象成分と同じ成分のガスを前記第１温度から前記第２温度までは実質的に脱離しない材料からなる。
サンプルである金属片を収容する炉心管を含み、前記炉心管及び前記金属片を、０℃以下の第１温度から１００℃以上の第２温度まで昇温して前記金属片から分析対象成分を脱離させる炉と、
前記炉心管から運ばれてくる前記分析対象成分を分離する分離カラム及び、前記分離カラムで分離された前記分析対象成分を検出する半導体ガスセンサを有するガスクロマトグラフと、
前記第１温度から前記第２温度まで前記炉心管及び前記金属片を所定の昇温速度で昇温するように前記炉を制御するコントローラと
を備え、
前記炉心管は、前記金属片から脱離される前記分析対象成分と同じ成分のガスを前記第１温度から前記第２温度までは実質的に脱離しない材料からなる。
本願発明の他の見地に係る分析方法は、
サンプルである金属片を炉の中の炉心管に収容し、
前記炉により前記炉心管及び前記金属片を０℃以下の第１温度から１００℃以上の第２温度まで所定の昇温速度で昇温して、前記金属片から分析対象成分を脱離させる一方、前記炉心管からは前記分析対象成分と同じ成分のガスを実質的に脱離させず、
前記分析対象成分を分離カラムに運び、
前記分離カラムで分離される前記分析対象成分を半導体ガスセンサで検出する。
このように構成された分析装置または分析方法では、第１温度から第２温度までは炉心管自体が分析対象成分と同じ成分のガスを実質的に発生させないので、第１温度から氷点下で脱離する極めて微量の分析対象成分をガスクロマトグラフの分離カラムで分離して半導体ガスセンサで検出できる。そのため、氷点下で金属片から脱離する極めて微量の分析対象成分を分析する分析装置が、安価に且つコンパクトに構成される。氷点下で金属片から脱離する極めて微量の分析対象成分を分析する分析方法が簡素化される。
サンプルである金属片を炉の中の炉心管に収容し、
前記炉により前記炉心管及び前記金属片を０℃以下の第１温度から１００℃以上の第２温度まで所定の昇温速度で昇温して、前記金属片から分析対象成分を脱離させる一方、前記炉心管からは前記分析対象成分と同じ成分のガスを実質的に脱離させず、
前記分析対象成分を分離カラムに運び、
前記分離カラムで分離される前記分析対象成分を半導体ガスセンサで検出する。
このように構成された分析装置または分析方法では、第１温度から第２温度までは炉心管自体が分析対象成分と同じ成分のガスを実質的に発生させないので、第１温度から氷点下で脱離する極めて微量の分析対象成分をガスクロマトグラフの分離カラムで分離して半導体ガスセンサで検出できる。そのため、氷点下で金属片から脱離する極めて微量の分析対象成分を分析する分析装置が、安価に且つコンパクトに構成される。氷点下で金属片から脱離する極めて微量の分析対象成分を分析する分析方法が簡素化される。
本願発明の他の見地に係る分析装置は、
サンプルである金属片を収容する炉心管を含み、前記炉心管及び前記金属片を、０℃以下の第１温度から１００℃以上の第２温度まで昇温して前記金属片から分析対象成分を脱離させる炉と、
前記炉心管から運ばれてくる前記分析対象成分を分離する分離カラム及び、前記分離カラムで分離された前記分析対象成分を検出する半導体ガスセンサを有するガスクロマトグラフと、
前記第１温度から前記第２温度まで前記炉心管及び前記金属片を所定の昇温速度で昇温するように前記炉を制御するコントローラと
を備え、
前記ガスクロマトグラフは、大気圧の空気をキャリアガスとして、前記分析対象成分を含む一定量のサンプルガスを前記分離カラムに流す検量管を有する。
サンプルである金属片を収容する炉心管を含み、前記炉心管及び前記金属片を、０℃以下の第１温度から１００℃以上の第２温度まで昇温して前記金属片から分析対象成分を脱離させる炉と、
前記炉心管から運ばれてくる前記分析対象成分を分離する分離カラム及び、前記分離カラムで分離された前記分析対象成分を検出する半導体ガスセンサを有するガスクロマトグラフと、
前記第１温度から前記第２温度まで前記炉心管及び前記金属片を所定の昇温速度で昇温するように前記炉を制御するコントローラと
を備え、
前記ガスクロマトグラフは、大気圧の空気をキャリアガスとして、前記分析対象成分を含む一定量のサンプルガスを前記分離カラムに流す検量管を有する。
本願発明の他の見地に係る分析方法は、
サンプルである金属片を炉の中の炉心管に収容し、
前記炉により前記炉心管及び前記金属片を０℃以下の第１温度から１００℃以上の第２温度まで所定の昇温速度で昇温して、前記金属片から分析対象成分を脱離させ、
前記分析対象成分を含む一定量のサンプルガスを検量管に溜めて空気をキャリアとして前記サンプルガスを分離カラムに運び、
前記分離カラムで分離される前記分析対象成分を半導体ガスセンサで検出する。
このように構成された分析装置または分析方法では、検量管に一定量のサンプルガスを溜めて空気をキャリアとしてサンプルガスを分離カラムに流すことができるので、第１温度から氷点下で脱離する極めて微量の分析対象成分をガスクロマトグラフの分離カラムで分離して半導体ガスセンサで検出できる。そのため、氷点下で金属片から脱離する極めて微量のサンプルガスを分析する分析装置が、安価に且つコンパクトに構成される。氷点下で金属片から脱離する極めて微量の分析対象成分を分析する分析方法が簡素化される。
サンプルである金属片を炉の中の炉心管に収容し、
前記炉により前記炉心管及び前記金属片を０℃以下の第１温度から１００℃以上の第２温度まで所定の昇温速度で昇温して、前記金属片から分析対象成分を脱離させ、
前記分析対象成分を含む一定量のサンプルガスを検量管に溜めて空気をキャリアとして前記サンプルガスを分離カラムに運び、
前記分離カラムで分離される前記分析対象成分を半導体ガスセンサで検出する。
このように構成された分析装置または分析方法では、検量管に一定量のサンプルガスを溜めて空気をキャリアとしてサンプルガスを分離カラムに流すことができるので、第１温度から氷点下で脱離する極めて微量の分析対象成分をガスクロマトグラフの分離カラムで分離して半導体ガスセンサで検出できる。そのため、氷点下で金属片から脱離する極めて微量のサンプルガスを分析する分析装置が、安価に且つコンパクトに構成される。氷点下で金属片から脱離する極めて微量の分析対象成分を分析する分析方法が簡素化される。
分析装置は、前記金属片が前記炉心管に収納されていない状態で前記第１温度から前記第２温度まで前記炉心管及び前記金属片を所定の昇温速度で昇温したときの分析結果（バックグラウンド）と前記金属片が前記炉心管に収納されている状態で前記第１温度から前記第２温度まで前記炉心管及び前記金属片を所定の昇温速度で昇温したときの分析結果とを比較するコンピュータを備える、ように構成されてもよい。
分析方法は、前記金属片が前記炉心管に収納されていない状態で前記第１温度から前記第２温度まで前記炉心管及び前記金属片を所定の昇温速度で昇温したときの分析結果（バックグラウンド）と前記金属片が前記炉心管に収納されている状態で前記第１温度から前記第２温度まで前記炉心管及び前記金属片を所定の昇温速度で昇温したときの分析結果とを比較する、ように構成されてもよい。
このように構成された分析装置または分析装置は、バックグラウンドの影響を除いて金属片から分離する極めて微量のガス成分を分析することができる。
分析方法は、前記金属片が前記炉心管に収納されていない状態で前記第１温度から前記第２温度まで前記炉心管及び前記金属片を所定の昇温速度で昇温したときの分析結果（バックグラウンド）と前記金属片が前記炉心管に収納されている状態で前記第１温度から前記第２温度まで前記炉心管及び前記金属片を所定の昇温速度で昇温したときの分析結果とを比較する、ように構成されてもよい。
このように構成された分析装置または分析装置は、バックグラウンドの影響を除いて金属片から分離する極めて微量のガス成分を分析することができる。
本発明に係る分析装置は、金属のサンプルを冷却した後に昇温して昇温中にサンプルから脱離するガスを用いたサンプルの分析を、安価で且つ小型の装置で行うことができる。また、本発明に係る分析方法は、金属のサンプルを冷却した後に昇温して昇温中にサンプルから脱離するガスを用いてサンプルの分析を行う分析方法を簡素化して取り扱い易くすることができる。
（１）分析装置の基本構成
本発明に係る分析装置は、金属のサンプルを冷却した後に所定の昇温速度で昇温して昇温中にサンプルから脱離するガスを用いてサンプルの分析を行う分析装置である。
図１に示されているように、分析装置１は、炉１０と、コントローラ４０と、ガスクロマトグラフ５０とを備えている。
炉１０は、サンプルである金属片９０を収容する炉心管２０を含んでいる。炉１０は、０℃以下の第１温度に冷却した後に１００℃以上の第２温度まで昇温して金属片９０から分析対象成分を脱離させる。
炉１０の炉心管２０には、サンプリングガスが流されている。分析対象成分は、炉心管２０からガスクロマトグラフ５０の分離カラム５１（図９参照）に運ばれる分離カラム５１によって分離される。分離カラム５１で分離された分析対象成分は、半導体ガスセンサ５２（図９参照）により検出される。サンプリングガスには、例えば乾燥した不活性ガスが用いられる。乾燥した不活性ガスとしては、例えば、乾燥したアルゴンガスがある。
本発明に係る分析装置は、金属のサンプルを冷却した後に所定の昇温速度で昇温して昇温中にサンプルから脱離するガスを用いてサンプルの分析を行う分析装置である。
図１に示されているように、分析装置１は、炉１０と、コントローラ４０と、ガスクロマトグラフ５０とを備えている。
炉１０は、サンプルである金属片９０を収容する炉心管２０を含んでいる。炉１０は、０℃以下の第１温度に冷却した後に１００℃以上の第２温度まで昇温して金属片９０から分析対象成分を脱離させる。
炉１０の炉心管２０には、サンプリングガスが流されている。分析対象成分は、炉心管２０からガスクロマトグラフ５０の分離カラム５１（図９参照）に運ばれる分離カラム５１によって分離される。分離カラム５１で分離された分析対象成分は、半導体ガスセンサ５２（図９参照）により検出される。サンプリングガスには、例えば乾燥した不活性ガスが用いられる。乾燥した不活性ガスとしては、例えば、乾燥したアルゴンガスがある。
コントローラ４０は、第１温度から第２温度まで炉心管２０及び金属片９０を所定の昇温速度で昇温するように炉１０を制御する。コントローラ４０は、単位時間当たりに一定の温度ずつ炉心管２０及び金属片９０を昇温させることが好ましい。言い換えると、コントローラ４０は、例えば、α℃／分（ただし、αは一定）の昇温速度で炉心管２０及び金属片９０をリニアに昇温させることが好ましい。一定の昇温速度でリニアに昇温させると、時間の経過と温度変化とを容易に関連付けられ、温度と脱離の関係についての分析が容易になる。αの値は、例えば、１００℃／hourである。所定の昇温速度は、リニアに変化するものだけに限られず、例えば、温度がステップ状に上昇するものであってもよい。また、所定の昇温速度は、期間に応じて変化するように設定されていてもよく、例えばある期間ではα℃／分であり、他の期間ではβ℃／分（ただし、α，βは一定でα≠β）であってもよい。
炉心管２０は、金属片９０から脱離される分析対象成分と同じ成分のガスを第１温度から第２温度までは実質的に脱離しない材料からなる。炉心管２０は、例えば、後述する石英ガラスからなる。
ここで、「分析対象成分と同じ成分のガスを第１温度から第２温度までは実質的に脱離しない」とは、分析対象成分と同じ成分のガスを発生しても、半導体ガスセンサ５２で測定できる下限値よりも小さいということである。
炉心管２０は、金属片９０から脱離される分析対象成分と同じ成分のガスを第１温度から第２温度までは実質的に脱離しない材料からなる。炉心管２０は、例えば、後述する石英ガラスからなる。
ここで、「分析対象成分と同じ成分のガスを第１温度から第２温度までは実質的に脱離しない」とは、分析対象成分と同じ成分のガスを発生しても、半導体ガスセンサ５２で測定できる下限値よりも小さいということである。
（２）分析方法の基本構成
本発明に係る分析方法は、図２に示されているように、まず、炉１０により炉心管２０を第１温度以下に冷却した後に、サンプルである金属片９０を、炉１０の中の炉心管２０に収容する（ステップＳＴ１）。
第１温度から第２温度まで所定の昇温速度で昇温して、金属片９０から分析対象成分を脱離させる（ステップＳＴ２）。
分析対象成分を炉心管２０から分離カラム５１に運ぶ（ステップＳＴ３）。
分離カラム５１で分析対象成分を分離する。分離カラム５１で分離された分析対象成分を半導体ガスセンサ５２で検出する（ステップＳＴ４）。
本発明に係る分析方法は、図２に示されているように、まず、炉１０により炉心管２０を第１温度以下に冷却した後に、サンプルである金属片９０を、炉１０の中の炉心管２０に収容する（ステップＳＴ１）。
第１温度から第２温度まで所定の昇温速度で昇温して、金属片９０から分析対象成分を脱離させる（ステップＳＴ２）。
分析対象成分を炉心管２０から分離カラム５１に運ぶ（ステップＳＴ３）。
分離カラム５１で分析対象成分を分離する。分離カラム５１で分離された分析対象成分を半導体ガスセンサ５２で検出する（ステップＳＴ４）。
（３）分析装置１の詳細構成
（３－１）分析装置１の全体構成
炉心管２０には、サンプリングガスを供給するガスボンベ７０が流路７２を介して接続されている。ガスボンベ７０から炉心管２０に、一定の流量で、サンプリングガスが供給される。ガスボンベ７０の流路７２には、炉心管２０に供給するサンプリングガスの流量を制御する流量制御バルブ７１が取り付けられている。流量制御バルブ７１は、コントローラ４０の制御信号に応じて流量を増減させることができる電動バルブである。
炉心管２０を通過したサンプリングガスは、流路７３を通ってガスクロマトグラフ５０に流入する。なお、以下の説明において、サンプリング後の分析対象成分を含むサンプリングガスをサンプルガスと呼ぶ場合がある。
サンプリングガスを炉心管２０に導くための流路７２及び、サンプリングガスを炉心管２０からガスクロマトグラフ５０に導くための流路７３は、外気が漏れ込まないように処置されている。流路７３は分析対象成分が漏れ難い材料で構成することが好ましい。このような材料としては、例えば、石英ガラス、フッ素ゴム、ポリウレタンまたはステンレスがある。
（３－１）分析装置１の全体構成
炉心管２０には、サンプリングガスを供給するガスボンベ７０が流路７２を介して接続されている。ガスボンベ７０から炉心管２０に、一定の流量で、サンプリングガスが供給される。ガスボンベ７０の流路７２には、炉心管２０に供給するサンプリングガスの流量を制御する流量制御バルブ７１が取り付けられている。流量制御バルブ７１は、コントローラ４０の制御信号に応じて流量を増減させることができる電動バルブである。
炉心管２０を通過したサンプリングガスは、流路７３を通ってガスクロマトグラフ５０に流入する。なお、以下の説明において、サンプリング後の分析対象成分を含むサンプリングガスをサンプルガスと呼ぶ場合がある。
サンプリングガスを炉心管２０に導くための流路７２及び、サンプリングガスを炉心管２０からガスクロマトグラフ５０に導くための流路７３は、外気が漏れ込まないように処置されている。流路７３は分析対象成分が漏れ難い材料で構成することが好ましい。このような材料としては、例えば、石英ガラス、フッ素ゴム、ポリウレタンまたはステンレスがある。
炉１０は、炉心管２０以外に、冷却管３０と、第２ヒータ１２と、第１ヒータ１１とを含んでいる。冷却管３０には、炉心管２０を冷却する冷却流体８０が流れる。炉心管２０は、サンプルである金属片９０を収容する収容領域２１を有している。この炉心管２０の収容領域２１が冷却管３０の中に位置するように、炉心管２０が設置されている。
冷却流体８０は、断熱性容器８１から供給される。冷却流体８０は、例えば、低温のガスである。低温のガスには、例えば、液体窒素を気化した窒素ガスがある。断熱性容器８１としては、例えば、デュワー瓶がある。
断熱性容器８１の中には、冷却流体８０を供給するための第２ヒータ１２が配置されている。断熱性容器８１の中には、冷却流体が液化した状態で貯留されている。炉１０は、第２ヒータ１２によって、液化した冷却流体に熱を与えて冷却流体を気化することで、断熱性容器８１から冷却管３０に冷却流体を供給する。第２ヒータ１２が単位時間当たりに与える熱量が多いほど、断熱性容器８１から冷却管３０に流れる冷却流体の単位時間当たりの流量が増加する。
冷却流体８０は、断熱性容器８１から供給される。冷却流体８０は、例えば、低温のガスである。低温のガスには、例えば、液体窒素を気化した窒素ガスがある。断熱性容器８１としては、例えば、デュワー瓶がある。
断熱性容器８１の中には、冷却流体８０を供給するための第２ヒータ１２が配置されている。断熱性容器８１の中には、冷却流体が液化した状態で貯留されている。炉１０は、第２ヒータ１２によって、液化した冷却流体に熱を与えて冷却流体を気化することで、断熱性容器８１から冷却管３０に冷却流体を供給する。第２ヒータ１２が単位時間当たりに与える熱量が多いほど、断熱性容器８１から冷却管３０に流れる冷却流体の単位時間当たりの流量が増加する。
第２ヒータ１２において、コントローラ４０から電力を供給されている状態が通電状態であり、電力の供給がない状態が非通電状態である。コントローラ４０は、第２ヒータ１２の通電状態と非通電状態のデューティ比を変更することによって第２ヒータ１２の消費電力を変更し、冷却流体８０の冷却管３０への単位時間当たりの供給量を変更する。デューティ比における第２ヒータ１２の通電状態が長いほど、第２ヒータ１２が冷却流体８０に単位時間当たりに与える熱量が大きくなり、冷却管３０を流れる冷却流体の単位時間当たりの流量が増加する。第２ヒータ１２の制御の詳細については後述する。
図３には、第２ヒータ１２の消費電力と炉心管２０の温度との関係が示されている。曲線Ｃr１は、１２０ワットの電力を第２ヒータ１２が消費し続けた場合の炉心管２０の温度変化を示している。曲線Ｃr２は、１６０ワットの電力を第２ヒータ１２が消費し続けた場合の炉心管２０の温度変化を示している。図３に示されている炉心管２０の温度変化は、第１ヒータ１１がオフ状態のときの変化である。
分析時には、第２ヒータ１２を用いて、０℃以下の第１温度以下の低温度まで炉心管２０を冷やす。例えば、第２ヒータ１２で液体窒素を加熱して液体窒素の一部を窒素ガスに変えて冷却管３０に供給する。このとき、第１ヒータ１１をオフ状態にしておくことで、図３に示されているように－１００℃まで炉心管２０の温度を下げることができる。この場合、第１温度は－１００℃である。そこから第２ヒータ１２を制御して目標温度以上のときの高電力印加と目標温度より小さいときの低電力印加とを切り替え、第１ヒータ１１をＰＩＤ制御することで、一定の昇温速度で６００℃まで炉心管２０の温度を上昇させてサンプルから脱離する分析対象成分の分析を行う。このような分析の結果、図４に、模式的に示されているような炉１０の温度（サンプルの温度）と発生水素濃度との関係が得られる。
サンプルの金属片９０は、例えば、鉄、鉄合金、銅、銅合金、軽金属または軽金属合金からなる。軽金属としては、例えば、アルミニウム、チタンがある。また、軽金属合金としては、例えば、アルミニウム合金、チタン合金がある。ただし、分析対象の金属片９０の成分は、鉄、鉄合金、銅、銅合金、軽金属または軽金属合金に限られるものではなく、他の金属であってもよい。
サンプルの金属片９０の質量は、例えば、０．０１グラムから数グラムである。
金属の脆化を調べるために、例えば、サンプルの金属片９０に含まれる水素を分析することができる。
図３には、第２ヒータ１２の消費電力と炉心管２０の温度との関係が示されている。曲線Ｃr１は、１２０ワットの電力を第２ヒータ１２が消費し続けた場合の炉心管２０の温度変化を示している。曲線Ｃr２は、１６０ワットの電力を第２ヒータ１２が消費し続けた場合の炉心管２０の温度変化を示している。図３に示されている炉心管２０の温度変化は、第１ヒータ１１がオフ状態のときの変化である。
分析時には、第２ヒータ１２を用いて、０℃以下の第１温度以下の低温度まで炉心管２０を冷やす。例えば、第２ヒータ１２で液体窒素を加熱して液体窒素の一部を窒素ガスに変えて冷却管３０に供給する。このとき、第１ヒータ１１をオフ状態にしておくことで、図３に示されているように－１００℃まで炉心管２０の温度を下げることができる。この場合、第１温度は－１００℃である。そこから第２ヒータ１２を制御して目標温度以上のときの高電力印加と目標温度より小さいときの低電力印加とを切り替え、第１ヒータ１１をＰＩＤ制御することで、一定の昇温速度で６００℃まで炉心管２０の温度を上昇させてサンプルから脱離する分析対象成分の分析を行う。このような分析の結果、図４に、模式的に示されているような炉１０の温度（サンプルの温度）と発生水素濃度との関係が得られる。
サンプルの金属片９０は、例えば、鉄、鉄合金、銅、銅合金、軽金属または軽金属合金からなる。軽金属としては、例えば、アルミニウム、チタンがある。また、軽金属合金としては、例えば、アルミニウム合金、チタン合金がある。ただし、分析対象の金属片９０の成分は、鉄、鉄合金、銅、銅合金、軽金属または軽金属合金に限られるものではなく、他の金属であってもよい。
サンプルの金属片９０の質量は、例えば、０．０１グラムから数グラムである。
金属の脆化を調べるために、例えば、サンプルの金属片９０に含まれる水素を分析することができる。
（３－２）分析装置１での分析の概要
分析装置１では、図２に示されているように、まず、炉１０により炉心管２０を第１温度以上に冷却し、サンプリングガスを流して温度を安定させた後に、サンプルである金属片９０を、炉１０の中の炉心管２０に収容する。
炉心管２０にサンプリングガスを導入し、炉心管２０からガスクロマトグラフ５０にサンプリングガスを流す。サンプリングガスの密度が小さいので、サンプリングガスは、炉心管２０に導入されて直ぐに炉心管２０と同じ温度になる。
第１温度から第２温度まで所定の昇温速度で昇温して、金属片９０から分析対象成分を脱離させる。金属片９０から脱離される分析対象成分は、一定の流量で炉心管２０の中を流れるサンプリングガスによって運ばれる。
サンプリングガスによって分析対象成分が炉心管２０から検量管５３に運ばれてくる。検量管５３の中に溜まった一定量のサンプルガスが、大気圧の空気をキャリアとして分離カラム５１に注入される。
大気圧の空気をキャリアとして、分離カラム５１で分析対象成分が分離される。分離カラム５１で分離された分析対象成分を半導体ガスセンサ５２で検出する。
分析装置１では、図２に示されているように、まず、炉１０により炉心管２０を第１温度以上に冷却し、サンプリングガスを流して温度を安定させた後に、サンプルである金属片９０を、炉１０の中の炉心管２０に収容する。
炉心管２０にサンプリングガスを導入し、炉心管２０からガスクロマトグラフ５０にサンプリングガスを流す。サンプリングガスの密度が小さいので、サンプリングガスは、炉心管２０に導入されて直ぐに炉心管２０と同じ温度になる。
第１温度から第２温度まで所定の昇温速度で昇温して、金属片９０から分析対象成分を脱離させる。金属片９０から脱離される分析対象成分は、一定の流量で炉心管２０の中を流れるサンプリングガスによって運ばれる。
サンプリングガスによって分析対象成分が炉心管２０から検量管５３に運ばれてくる。検量管５３の中に溜まった一定量のサンプルガスが、大気圧の空気をキャリアとして分離カラム５１に注入される。
大気圧の空気をキャリアとして、分離カラム５１で分析対象成分が分離される。分離カラム５１で分離された分析対象成分を半導体ガスセンサ５２で検出する。
（３－３）分析装置１の各部の詳細構成
（３－３－１）炉１０の構成
図５には、炉１０の構成のうち第１ヒータ１１と、炉心管２０と、冷却管３０とが模式的に示されている。図６は、冷却管３０の模式的な斜視図である。第１ヒータ１１として、例えば、電気炉を用いることができる。電気炉は、セラミック製の円筒体１１ａの周囲に配置された金属発熱体を有している。金属発熱体としては、例えば、カンタル線またはニクロム線がある。
炉心管２０は、透明な石英ガラスからなる。内部の金属片９０を視認できるので、炉心管２０の材料は、透明な石英ガラスであることが好ましい。しかし、炉心管２０の材料に、不透明な石英ガラスを用いることもできる。炉心管２０は、主要部が、例えば、外径が１５ｍｍで、長さが３００ｍｍの円筒の形状である。炉心管２０の主要部の一部が、金属片９０の収容領域２１である。この収容領域２１は、冷却管３０の中に位置する。言い換えると、収容領域２１の周囲に冷却管３０が配置されている。
冷却管３０は、透明な石英ガラスからなる。しかし、冷却管３０は、サンプリングガスと接触しないので、例えば金属またはセラミックで形成してもよい。冷却管３０には、ガス流入管３１とガス流出管３２が接続されている。例えば、低温の窒素ガスがガス流入管３１から冷却管３０の中に流入し、炉心管２０を冷却した後の窒素ガスがガス流出管３２を通して冷却管３０から排出される。
冷却管３０は、例えば内径が４０ｍｍで、長さが７０ｍｍの石英ガラス管である。冷却管３０の外径は、セラミック製の円筒体１１ａの内径Ｄ１（図５参照）と実質的に同じである。言い換えると、冷却管３０は、電気炉のセラミック製の円筒体１１ａの内面に接し、円筒体１１ａに支えられるように設置される。
冷却管３０には、直径Ｄ２（図６参照）の開口３３が２つ形成されている。この２つの開口３３を炉心管２０が貫通している。この直径Ｄ２は、炉心管２０の外径よりも大きい。そのため、冷却管３０が、冷却流体の一部を冷却管３０から漏洩させるための隙間３４を炉心管２０との間に有することになる。
（３－３－１）炉１０の構成
図５には、炉１０の構成のうち第１ヒータ１１と、炉心管２０と、冷却管３０とが模式的に示されている。図６は、冷却管３０の模式的な斜視図である。第１ヒータ１１として、例えば、電気炉を用いることができる。電気炉は、セラミック製の円筒体１１ａの周囲に配置された金属発熱体を有している。金属発熱体としては、例えば、カンタル線またはニクロム線がある。
炉心管２０は、透明な石英ガラスからなる。内部の金属片９０を視認できるので、炉心管２０の材料は、透明な石英ガラスであることが好ましい。しかし、炉心管２０の材料に、不透明な石英ガラスを用いることもできる。炉心管２０は、主要部が、例えば、外径が１５ｍｍで、長さが３００ｍｍの円筒の形状である。炉心管２０の主要部の一部が、金属片９０の収容領域２１である。この収容領域２１は、冷却管３０の中に位置する。言い換えると、収容領域２１の周囲に冷却管３０が配置されている。
冷却管３０は、透明な石英ガラスからなる。しかし、冷却管３０は、サンプリングガスと接触しないので、例えば金属またはセラミックで形成してもよい。冷却管３０には、ガス流入管３１とガス流出管３２が接続されている。例えば、低温の窒素ガスがガス流入管３１から冷却管３０の中に流入し、炉心管２０を冷却した後の窒素ガスがガス流出管３２を通して冷却管３０から排出される。
冷却管３０は、例えば内径が４０ｍｍで、長さが７０ｍｍの石英ガラス管である。冷却管３０の外径は、セラミック製の円筒体１１ａの内径Ｄ１（図５参照）と実質的に同じである。言い換えると、冷却管３０は、電気炉のセラミック製の円筒体１１ａの内面に接し、円筒体１１ａに支えられるように設置される。
冷却管３０には、直径Ｄ２（図６参照）の開口３３が２つ形成されている。この２つの開口３３を炉心管２０が貫通している。この直径Ｄ２は、炉心管２０の外径よりも大きい。そのため、冷却管３０が、冷却流体の一部を冷却管３０から漏洩させるための隙間３４を炉心管２０との間に有することになる。
ガス流入管３１が接続されている箇所の冷却管３０の開口３５が面積Ｓ１を持っている。ガス流出管３２が接続されている箇所の冷却管３０の開口３６が面積Ｓ２を持っている。隙間３４は、２つの開口３３に生じる。従って、隙間３４の面積Ｓ３は、（π×（Ｄ２／２）2－π×（Ｄ１／２）2）×２になる。隙間３４の面積Ｓ３は、開口３５の面積Ｓ１（＝ガス流入管３１の断面積）よりも小さい（Ｓ３/Ｓ１＜１）。隙間３４の面積Ｓ３を開口３５の面積で除した値（Ｓ３／Ｓ１）は、例えば、０．６＜Ｓ３／Ｓ１＜０．９の式を満たすように設定される。ここでは、開口３５の面積Ｓ１と開口３６の面積Ｓ２が同じになるように設定されている。隙間３４の面積Ｓ３が開口３５の面積Ｓ１（＝ガス流入管３１の断面積）よりも小さい（Ｓ３/Ｓ１＜１）ので、冷却流体の一部は、ガス流出管３２を通ってセラミック製の円筒体１１ａの外に排出される。例えば、窒素ガスの場合には、そのまま大気に放出するように構成してもよい。
図７には、石英ガラス製の炉心管２０に、サンプルの金属片９０を入れない状態で、サンプリングガスとしてアルゴンガスを流してガスクロマトグラフで検出される発生水素濃度と炉１０の温度（炉心管２０の温度）との関係が示されている。図７に示されているように、石英ガラス製の炉心管２０は、検出対象の水素ガスを６００℃以下では実質的に発生しない。従って、このような石英ガラス製の炉心管２０を備える分析装置１を用いると、例えば－１００℃を第１温度、６００℃を第２温度として、第１温度から第２温度までの間に、鉄または鉄合金から発生する水素の濃度を精度良く検出することができる。
炉心管２０は、冷却管３０を貫通し、冷却管３０に支持されている。言い換えると、炉心管２０は、電気炉のセラミック製の円筒体１１ａには接触していない。そのため、炉心管２０は、第１ヒータ１１の輻射熱によって加熱され、第１ヒータからの伝導熱によって実質的に加熱されていない。炉心管２０の冷却時に、炉心管２０は、熱伝導によって電気炉から熱を与えられない。その結果、分析装置１の炉心管２０の冷却時間は、円筒体１１ａに炉心管２０が接触している場合に比べて短くなる。
第２ヒータ１２は、液体状の冷却流体、例えば液体窒素の中に浸漬して用いることができるヒータである。例えば、投げ込みヒータが、第２ヒータ１２として用いられる。
炉心管２０は、冷却管３０を貫通し、冷却管３０に支持されている。言い換えると、炉心管２０は、電気炉のセラミック製の円筒体１１ａには接触していない。そのため、炉心管２０は、第１ヒータ１１の輻射熱によって加熱され、第１ヒータからの伝導熱によって実質的に加熱されていない。炉心管２０の冷却時に、炉心管２０は、熱伝導によって電気炉から熱を与えられない。その結果、分析装置１の炉心管２０の冷却時間は、円筒体１１ａに炉心管２０が接触している場合に比べて短くなる。
第２ヒータ１２は、液体状の冷却流体、例えば液体窒素の中に浸漬して用いることができるヒータである。例えば、投げ込みヒータが、第２ヒータ１２として用いられる。
（３－３－２）コントローラ４０の構成
コントローラ４０は、例えば、中央演算処理回路（図示せず）と、メモリ（図示せず）と、第１電力供給装置（図示せず）と、第２電力供給装置（図示せず）とを備えている。コントローラ４０は、炉心管２０の収容領域２１の温度を検出する温度センサ４１に接続されている。温度センサ４１には、例えば熱伝対を用いることができる。中央演算処理回路には、例えばＣＰＵを用いることができる。第１電力供給装置は、第１ヒータ１１に電力を供給する装置である。第２電力供給装置は、第２ヒータ１２に電力を供給する装置である。コントローラ４０の第１電力供給装置及び第２電力供給装置は、中央演算処理回路からの命令に応じて、第１ヒータ１１及び第２ヒータ１２に電力を供給する。第１電力供給装置は、温度センサ４１が検知する炉心管２０の温度に基づき、中央演算処理回路により第１ヒータ１１による発熱量（電力）を操作量としてよりＰＩＤ制御されている。ここでは、ＰＩＤ制御を用いる場合について説明するが、制御方法はＰＩＤ制御には限られない。ＰＩＤ制御以外の制御、例えば、比例制御（Ｐ制御）または比例積分制御（ＰＩ制御）を用いてもよい。第２電力供給装置は、温度センサ４１が検知する炉心管２０の温度に基づき、中央演算処理回路により制御されている。
コントローラ４０による炉心管２０の温度制御の一例が図１１に示されている。コントローラ４０は、－１００℃が第１温度であるとすると、図３を用いて説明したように、第１ヒータ１１をオフした状態で、第２ヒータ１２を使って炉心管２０の温度を－１００℃まで冷却する。
コントローラ４０は、例えば、中央演算処理回路（図示せず）と、メモリ（図示せず）と、第１電力供給装置（図示せず）と、第２電力供給装置（図示せず）とを備えている。コントローラ４０は、炉心管２０の収容領域２１の温度を検出する温度センサ４１に接続されている。温度センサ４１には、例えば熱伝対を用いることができる。中央演算処理回路には、例えばＣＰＵを用いることができる。第１電力供給装置は、第１ヒータ１１に電力を供給する装置である。第２電力供給装置は、第２ヒータ１２に電力を供給する装置である。コントローラ４０の第１電力供給装置及び第２電力供給装置は、中央演算処理回路からの命令に応じて、第１ヒータ１１及び第２ヒータ１２に電力を供給する。第１電力供給装置は、温度センサ４１が検知する炉心管２０の温度に基づき、中央演算処理回路により第１ヒータ１１による発熱量（電力）を操作量としてよりＰＩＤ制御されている。ここでは、ＰＩＤ制御を用いる場合について説明するが、制御方法はＰＩＤ制御には限られない。ＰＩＤ制御以外の制御、例えば、比例制御（Ｐ制御）または比例積分制御（ＰＩ制御）を用いてもよい。第２電力供給装置は、温度センサ４１が検知する炉心管２０の温度に基づき、中央演算処理回路により制御されている。
コントローラ４０による炉心管２０の温度制御の一例が図１１に示されている。コントローラ４０は、－１００℃が第１温度であるとすると、図３を用いて説明したように、第１ヒータ１１をオフした状態で、第２ヒータ１２を使って炉心管２０の温度を－１００℃まで冷却する。
コントローラ４０のメモリには、一定の昇温速度で昇温される炉心管２０の目標温度が記憶されている。コントローラ４０は、－１００℃から一定の昇温速度で昇温するため、－１００℃から第１ヒータ１１のＰＩＤ制御を開始する。また、コントローラ４０は、低温を保ちつつ－１００℃から一定の昇温速度で昇温するため、第２ヒータ１２も目標温度以上のときの高電力印加と目標温度より小さいときの低電力印加とを切り替える制御を開始する。
第２ヒータ１２は、温度センサ４１の測定温度が目標温度よりも小さいときに比べて、温度センサ４１の測定温度が目標温度以上のときに第２ヒータ１２の消費電力を大きくする。しかし、第２ヒータ１２は、ＰＷＭ制御されており、通電状態と非通電状態を周期的に繰り返している。コントローラ４０は、通電状態と非通電状態のデューティ比を変更することで、第２ヒータ１２の消費電力を変更している。デューティ比Ｄｕが、繰返し周期Ｐ１と周期ごとの通電状態の期間Ｐ２を用いて、Ｄｕ＝Ｐ２／Ｐ１で与えられるとする。例えば、－１００℃近傍のデューティ比Ｄｕ100と－５℃近傍のデューティ比Ｄｕ５を比較すると、測定温度が目標温度よりも小さいときも測定温度が目標温度以上のときも、Ｄｕ100＞Ｄｕ５となる。
目標温度が高くなるに従って、第１ヒータ１１に供給される電力が大きくなり、逆に第２ヒータ１２に供給される電力は小さくなる。例えば、図８に示されているように、０℃以上でも第２ヒータ１２をオンして冷却流体を供給するようにしてもよい。しかし、無駄な消費電力を削減するために、第１ヒータ１１に供給される電力が所定電力ＰＷ１以上のとき（時刻ｔ１以上のとき）には第２ヒータ１２を常にオフにする。
第２ヒータ１２は、温度センサ４１の測定温度が目標温度よりも小さいときに比べて、温度センサ４１の測定温度が目標温度以上のときに第２ヒータ１２の消費電力を大きくする。しかし、第２ヒータ１２は、ＰＷＭ制御されており、通電状態と非通電状態を周期的に繰り返している。コントローラ４０は、通電状態と非通電状態のデューティ比を変更することで、第２ヒータ１２の消費電力を変更している。デューティ比Ｄｕが、繰返し周期Ｐ１と周期ごとの通電状態の期間Ｐ２を用いて、Ｄｕ＝Ｐ２／Ｐ１で与えられるとする。例えば、－１００℃近傍のデューティ比Ｄｕ100と－５℃近傍のデューティ比Ｄｕ５を比較すると、測定温度が目標温度よりも小さいときも測定温度が目標温度以上のときも、Ｄｕ100＞Ｄｕ５となる。
目標温度が高くなるに従って、第１ヒータ１１に供給される電力が大きくなり、逆に第２ヒータ１２に供給される電力は小さくなる。例えば、図８に示されているように、０℃以上でも第２ヒータ１２をオンして冷却流体を供給するようにしてもよい。しかし、無駄な消費電力を削減するために、第１ヒータ１１に供給される電力が所定電力ＰＷ１以上のとき（時刻ｔ１以上のとき）には第２ヒータ１２を常にオフにする。
（３－３－３）ガスクロマトグラフ５０の構成
図９に示されているように、ガスクロマトグラフ５０は、分離カラム５１と半導体ガスセンサ５２と検量管５３とポンプ５４ａ，５４ｂとフィルタ５５と流量調整器５６と流量センサ５７とニードル弁５８と４つの電磁弁５９とを備えている。
分離カラム５１は、サンプリングガスにより導入される試料を、所定のカラム温度において複数の成分に分離する筒状の器材である。ここでは、分離カラム５１が充填カラムである場合について説明するが、分離カラム５１にキャピラリーカラムを使用してもよい。
分離カラム５１は、例えば所定のカラム温度で試料の分離を行う。分離カラム５１を所定のカラム温度にするために、分離カラム５１にはカラムヒータ（図示せず）が取り付けられている。分離カラム５１では、分析対象成分を含まない空気がキャリアガスとして使用される。キャリアガスは、分離カラム５１の中を定流速で流される。
分離カラム５１の外殻には、例えば分析対象成分が透過しないフッ素樹脂製の円筒管である。円筒管の内部には、固定相を形成する充填材が充填されている。充填材は、例えば珪藻土、モレキュラシーブ、ポーラスポリマー、又はアルミナである。また、固定相を形成するために、充填材には液相がコーティングされていてもよい。
ガスクロマトグラフ５０のキャリアガスには、例えば空気を用いることができる。このポンプ５４ａは、キャリアガスとしての空気をガスクロマトグラフ５０に流す装置である。流量調整器５６はキャリアガスの量を調整する。フィルタ５５は、キャリアガスを浄化する器材である。フィルタ５５は、例えば、細かな塵埃を取除くように構成されている。フィルタ５５は、キャリアガスを浄化するために例えばガス吸着剤及び／又はガス分解触媒を備えていてもよい。
流量調整器５６は、分離カラム５１に送られるキャリアガスの流量が一定量になるように調整する。流量調整器５６には、例えば所定の範囲で流量が弁開度に比例する特性を有するリニアバルブが用いられる。流量センサ５７は、分離カラム５１に送られるキャリアガスの流量を測定する。
検量管５３は、所定量のサンプルガスを検量するための管である。検量管５３は、例えば石英ガラスまたは分離カラム５１と同じ材料のフッ素樹脂で構成される。
ニードル弁５８は、弁体が針状の弁であって、サンプルガスの流量を調節する弁である。このガスクロマトグラフ５０では、一度流量が調整された後は、ニードル弁５８による流量の調整は行わない。しかし、ニードル弁５８の開度をコンピュータ６０で調整できるように構成してもよい。ポンプ５４ｂは、サンプルガスを検量管５３に流す装置である。ポンプ５４ｂには、例えばピエゾポンプを用いることができる。
図９には、サンプルガス採取状態のときにキャリアガスが流れる流路が一点鎖線で示され、サンプルガスが流れる流路が破線で示されている。図９には、計測状態のときにキャリアガスが流れる流路が二点差線で示されている。サンプルガス採取状態と計測状態は、４つの電磁弁５９により切り替えられる。
サンプルガス採取状態では、フィルタ５５を通過したキャリアガスは、流量調整器５６から流量センサ５７を経由して分離カラム５１に流れる。また、サンプルガス採取状態では、サンプルガスは、炉１０から検量管５３、ニードル弁５８及びポンプ５４ｂに流れる。
計測状態では、フィルタ５５を通過したキャリアガスは、流量調整器５６から流量センサ５７、検量管５３を経由して分離カラム５１に流れる。その結果、検量管５３で検量された一定量のサンプルガスを分離カラム５１に流すことができる。
例えば、検量管５３の１本分のサンプルガスに要する測定時間は、例えば、４分から８分である。１回の測定状態において、検量管５３で検量された一定量（例えば、２ｃｃから５ｃｃ）のサンプルガスを分離カラム５１に流し込んで半導体ガスセンサ５２で測定することができる。ある測定状態から次の測定状態までの待機時間は、例えば１分程度である。
図９に示されているように、ガスクロマトグラフ５０は、分離カラム５１と半導体ガスセンサ５２と検量管５３とポンプ５４ａ，５４ｂとフィルタ５５と流量調整器５６と流量センサ５７とニードル弁５８と４つの電磁弁５９とを備えている。
分離カラム５１は、サンプリングガスにより導入される試料を、所定のカラム温度において複数の成分に分離する筒状の器材である。ここでは、分離カラム５１が充填カラムである場合について説明するが、分離カラム５１にキャピラリーカラムを使用してもよい。
分離カラム５１は、例えば所定のカラム温度で試料の分離を行う。分離カラム５１を所定のカラム温度にするために、分離カラム５１にはカラムヒータ（図示せず）が取り付けられている。分離カラム５１では、分析対象成分を含まない空気がキャリアガスとして使用される。キャリアガスは、分離カラム５１の中を定流速で流される。
分離カラム５１の外殻には、例えば分析対象成分が透過しないフッ素樹脂製の円筒管である。円筒管の内部には、固定相を形成する充填材が充填されている。充填材は、例えば珪藻土、モレキュラシーブ、ポーラスポリマー、又はアルミナである。また、固定相を形成するために、充填材には液相がコーティングされていてもよい。
ガスクロマトグラフ５０のキャリアガスには、例えば空気を用いることができる。このポンプ５４ａは、キャリアガスとしての空気をガスクロマトグラフ５０に流す装置である。流量調整器５６はキャリアガスの量を調整する。フィルタ５５は、キャリアガスを浄化する器材である。フィルタ５５は、例えば、細かな塵埃を取除くように構成されている。フィルタ５５は、キャリアガスを浄化するために例えばガス吸着剤及び／又はガス分解触媒を備えていてもよい。
流量調整器５６は、分離カラム５１に送られるキャリアガスの流量が一定量になるように調整する。流量調整器５６には、例えば所定の範囲で流量が弁開度に比例する特性を有するリニアバルブが用いられる。流量センサ５７は、分離カラム５１に送られるキャリアガスの流量を測定する。
検量管５３は、所定量のサンプルガスを検量するための管である。検量管５３は、例えば石英ガラスまたは分離カラム５１と同じ材料のフッ素樹脂で構成される。
ニードル弁５８は、弁体が針状の弁であって、サンプルガスの流量を調節する弁である。このガスクロマトグラフ５０では、一度流量が調整された後は、ニードル弁５８による流量の調整は行わない。しかし、ニードル弁５８の開度をコンピュータ６０で調整できるように構成してもよい。ポンプ５４ｂは、サンプルガスを検量管５３に流す装置である。ポンプ５４ｂには、例えばピエゾポンプを用いることができる。
図９には、サンプルガス採取状態のときにキャリアガスが流れる流路が一点鎖線で示され、サンプルガスが流れる流路が破線で示されている。図９には、計測状態のときにキャリアガスが流れる流路が二点差線で示されている。サンプルガス採取状態と計測状態は、４つの電磁弁５９により切り替えられる。
サンプルガス採取状態では、フィルタ５５を通過したキャリアガスは、流量調整器５６から流量センサ５７を経由して分離カラム５１に流れる。また、サンプルガス採取状態では、サンプルガスは、炉１０から検量管５３、ニードル弁５８及びポンプ５４ｂに流れる。
計測状態では、フィルタ５５を通過したキャリアガスは、流量調整器５６から流量センサ５７、検量管５３を経由して分離カラム５１に流れる。その結果、検量管５３で検量された一定量のサンプルガスを分離カラム５１に流すことができる。
例えば、検量管５３の１本分のサンプルガスに要する測定時間は、例えば、４分から８分である。１回の測定状態において、検量管５３で検量された一定量（例えば、２ｃｃから５ｃｃ）のサンプルガスを分離カラム５１に流し込んで半導体ガスセンサ５２で測定することができる。ある測定状態から次の測定状態までの待機時間は、例えば１分程度である。
図１０は、図９のガスクロマトグラフ５０で用いられる半導体ガスセンサ５２を示す概念図である。図１０に示されている半導体ガスセンサ５２は、金属酸化物半導体を主成分とする感ガス体５２ａを備えている。金属酸化物半導体には、例えば、酸化錫、酸化タングステン、酸化チタンまたは酸化亜鉛が用いられる。
半導体ガスセンサ５２は、感ガス体５２ａ以外に、感ガス体５２ａ中に埋設したコイル状のヒータ兼用電極５２ｂと、ヒータ兼用電極５２ｂのコイルの中心又はその近傍を貫通するように感ガス体５２ａ中に埋設した半導体抵抗検出用電極５２ｃと、電極パッド５２ｄ，５２ｅとを備えている。
ヒータ兼用電極５２ｂの両端は、２つの電極パッド５２ｄに接続されている。半導体抵抗検出用電極５２ｃは電極パッド５２ｅに接続されている。電極パッド５２ｄ，５２ｅは、ヒータ兼用電極５２ｂと半導体抵抗検出用電極５２ｃとの間の負荷抵抗の変化を取り出すために用いられる。半導体ガスセンサ５２は、感ガス体５２ａの抵抗値の変化に基づいて検知対象のガス成分を検出する。感ガス体５２ａの抵抗値の変化は、コンピュータ６０に入力される。
半導体ガスセンサ５２は、感ガス体５２ａ以外に、感ガス体５２ａ中に埋設したコイル状のヒータ兼用電極５２ｂと、ヒータ兼用電極５２ｂのコイルの中心又はその近傍を貫通するように感ガス体５２ａ中に埋設した半導体抵抗検出用電極５２ｃと、電極パッド５２ｄ，５２ｅとを備えている。
ヒータ兼用電極５２ｂの両端は、２つの電極パッド５２ｄに接続されている。半導体抵抗検出用電極５２ｃは電極パッド５２ｅに接続されている。電極パッド５２ｄ，５２ｅは、ヒータ兼用電極５２ｂと半導体抵抗検出用電極５２ｃとの間の負荷抵抗の変化を取り出すために用いられる。半導体ガスセンサ５２は、感ガス体５２ａの抵抗値の変化に基づいて検知対象のガス成分を検出する。感ガス体５２ａの抵抗値の変化は、コンピュータ６０に入力される。
（３－３－４）コンピュータ６０の構成
分析装置１は、コンピュータ６０をさらに備えている。コンピュータ６０には、コントローラ４０から昇温に関する情報が送信され、ガスクロマトグラフ５０から半導体ガスセンサ５２の検出結果に関する情報が送信される。半導体ガスセンサ５２の検出結果に関する情報には、感ガス体５２ａの抵抗値の変化が含まれている。コンピュータ６０は、昇温に関する情報と半導体ガスセンサ５２の検出結果に関する情報から、金属片９０の温度と脱離された分析対象成分（例えば、水素ガス）とを関連付けることができる。
ユーザは、コンピュータ６０のキーボード（図示せず）を用いて分析に必要なパラメータを入力することができる。分析に必要なパラメータとしては、例えば、第１温度の値、第２温度の値、昇温速度がある。
コンピュータ６０は、金属片９０が炉心管２０に収納されていない状態で第１温度から第２温度まで炉心管２０及び金属片９０を所定の昇温速度で昇温したときのブランク状態の分析結果（バックグラウンド）を記憶している。コンピュータ６０は、金属片９０が炉心管２０に収納されている状態で第１温度から第２温度まで炉心管２０及び金属片９０を所定の昇温速度で昇温したときのサンプルの分析結果を記憶している。そして、コンピュータ６０は、サンプルの分析結果からブランク状態の分析結果の値を差し引く。コンピュータ６０は、このような計算をすることにより、サンプルの分析結果に生じる測定誤差を低減する。その結果、分析装置１は、金属片９０から分離する極めて微量のガス成分を分析することができる。
分析装置１は、コンピュータ６０をさらに備えている。コンピュータ６０には、コントローラ４０から昇温に関する情報が送信され、ガスクロマトグラフ５０から半導体ガスセンサ５２の検出結果に関する情報が送信される。半導体ガスセンサ５２の検出結果に関する情報には、感ガス体５２ａの抵抗値の変化が含まれている。コンピュータ６０は、昇温に関する情報と半導体ガスセンサ５２の検出結果に関する情報から、金属片９０の温度と脱離された分析対象成分（例えば、水素ガス）とを関連付けることができる。
ユーザは、コンピュータ６０のキーボード（図示せず）を用いて分析に必要なパラメータを入力することができる。分析に必要なパラメータとしては、例えば、第１温度の値、第２温度の値、昇温速度がある。
コンピュータ６０は、金属片９０が炉心管２０に収納されていない状態で第１温度から第２温度まで炉心管２０及び金属片９０を所定の昇温速度で昇温したときのブランク状態の分析結果（バックグラウンド）を記憶している。コンピュータ６０は、金属片９０が炉心管２０に収納されている状態で第１温度から第２温度まで炉心管２０及び金属片９０を所定の昇温速度で昇温したときのサンプルの分析結果を記憶している。そして、コンピュータ６０は、サンプルの分析結果からブランク状態の分析結果の値を差し引く。コンピュータ６０は、このような計算をすることにより、サンプルの分析結果に生じる測定誤差を低減する。その結果、分析装置１は、金属片９０から分離する極めて微量のガス成分を分析することができる。
（３－３－５）分析装置１の外観
分析装置１は、架台１００に収納されている。架台１００の大きさは、例えば、高さＨ１が７０ｃｍ、幅Ｗ１が９０ｃｍ、奥行き（図示せず）が５０ｃｍである。この架台１００の７０ｃｍ×９０ｃｍ×５０ｃｍの直方体状の空間の中に、炉１０と、コントローラ４０と、ガスクロマトグラフ５０と、断熱性容器８１と、断熱性容器８１の重量を計る重量秤８２とが収納される。架台１００の天板１０１には、コンピュータ６０が載置される。コンピュータ６０を含めた分析装置１の全体の高さは、例えば、１００ｃｍである。
上述のように、分析装置１の全体を上面から見たときの分析装置１の占有面積は、９０ｃｍ×５０ｃｍである。このように、分析装置１の占有面積を０．５ｍ2以下にできると、分析装置１は、事務机などと並べて配置することができ、場所をとらず、使い勝手がよい。
架台１００の底部１０２には、底部１０２の四隅にキャスター１１０が取り付けられている。架台１００は、キャスター１１０により容易に移動することができる。
分析装置１は、架台１００に収納されている。架台１００の大きさは、例えば、高さＨ１が７０ｃｍ、幅Ｗ１が９０ｃｍ、奥行き（図示せず）が５０ｃｍである。この架台１００の７０ｃｍ×９０ｃｍ×５０ｃｍの直方体状の空間の中に、炉１０と、コントローラ４０と、ガスクロマトグラフ５０と、断熱性容器８１と、断熱性容器８１の重量を計る重量秤８２とが収納される。架台１００の天板１０１には、コンピュータ６０が載置される。コンピュータ６０を含めた分析装置１の全体の高さは、例えば、１００ｃｍである。
上述のように、分析装置１の全体を上面から見たときの分析装置１の占有面積は、９０ｃｍ×５０ｃｍである。このように、分析装置１の占有面積を０．５ｍ2以下にできると、分析装置１は、事務机などと並べて配置することができ、場所をとらず、使い勝手がよい。
架台１００の底部１０２には、底部１０２の四隅にキャスター１１０が取り付けられている。架台１００は、キャスター１１０により容易に移動することができる。
（４）変形例
（４－１）変形例Ａ
上記実施形態では、ガス流入管３１とガス流出管３２を冷却管３０の同一側面に配置している。このように、ガス流入管３１とガス流出管３２を冷却管３０の同一側面に配置すると、冷却流体（例えば、窒素ガス）の流出と流入を一方向に限定できるので、炉１０をコンパクト化し易くなる。しかし、図１２Ａに示されているように、ガス流入管３１とガス流出管３２を冷却管３０の異なる側面に配置してもよい。冷却管３０を挟んで対極の位置にガス流入管３１とガス流出管３２を配置すると、冷却管３０の中の冷却流体の流れの偏りを減らすことができる。
（４－２）変形例Ｂ
上記実施形態では、炉心管２０の外径が冷却管３０の内部で同じになるように構成されている。しかし、図１２Ｂに示されているように、炉心管２０に外径が太い部分３８と外径が細い部分３９を設け、太い部分３８と外径が細い部分３９の境界が冷却管３０の内部に配置されるように炉１０を構成してもよい。
図１２Ｂに示されているように、炉心管２０の外径に細い部分３９を設けると、炉心管２０のデッドスペースを減らすことができる。また、太い部分３８と外径が細い部分３９の境界が金属片９０のストッパーの役割を果たすので、金属片９０をセットし易くなる。
（４－３）変形例Ｃ
温度センサ４１は、図１２Ｃに示されているように冷却管３０の中で炉心管２０の管壁に接触させてもよい。冷却管３０の中においては、炉心管２０の管壁の温度と金属片９０の温度は実質的に等しいので、図１２Ｃのように温度センサ４１、例えば熱伝対で管壁の温度を計測することで、金属片９０の温度を計測することができる。
（４－１）変形例Ａ
上記実施形態では、ガス流入管３１とガス流出管３２を冷却管３０の同一側面に配置している。このように、ガス流入管３１とガス流出管３２を冷却管３０の同一側面に配置すると、冷却流体（例えば、窒素ガス）の流出と流入を一方向に限定できるので、炉１０をコンパクト化し易くなる。しかし、図１２Ａに示されているように、ガス流入管３１とガス流出管３２を冷却管３０の異なる側面に配置してもよい。冷却管３０を挟んで対極の位置にガス流入管３１とガス流出管３２を配置すると、冷却管３０の中の冷却流体の流れの偏りを減らすことができる。
（４－２）変形例Ｂ
上記実施形態では、炉心管２０の外径が冷却管３０の内部で同じになるように構成されている。しかし、図１２Ｂに示されているように、炉心管２０に外径が太い部分３８と外径が細い部分３９を設け、太い部分３８と外径が細い部分３９の境界が冷却管３０の内部に配置されるように炉１０を構成してもよい。
図１２Ｂに示されているように、炉心管２０の外径に細い部分３９を設けると、炉心管２０のデッドスペースを減らすことができる。また、太い部分３８と外径が細い部分３９の境界が金属片９０のストッパーの役割を果たすので、金属片９０をセットし易くなる。
（４－３）変形例Ｃ
温度センサ４１は、図１２Ｃに示されているように冷却管３０の中で炉心管２０の管壁に接触させてもよい。冷却管３０の中においては、炉心管２０の管壁の温度と金属片９０の温度は実質的に等しいので、図１２Ｃのように温度センサ４１、例えば熱伝対で管壁の温度を計測することで、金属片９０の温度を計測することができる。
（４－４）変形例Ｄ
温度センサ４１は、図１２Ｄに示されているように冷却管３０の中の炉心管２０の外において金属片９０の温度を計測してもよい。この場合、温度センサ４１が接触する部分には、炉心管２０の温度を推定し易くするために、炉心管２０と同様の石英ガラス製で同じ厚みの部材を用いることが好ましい。
（４－５）変形例Ｅ
温度センサ４１は、図１２Ｄに示されているように冷却管３０の中で炉心管２０の内部に向って突出した袋状の部分２２を設け、この袋状の部分２２に配置してもよい。冷却管３０の中においては、炉心管２０の管壁の温度と金属片９０の温度は実質的に等しいので、図１２Ｃのように温度センサ４１、例えば熱伝対で管壁の温度を計測することで、金属片９０の温度を計測することができる。この袋状の部分２２は、金属片９０のストッパーとしても持ちることができる。
（４－６）変形例Ｆ
炉心管２０の中に石英ガラスで突起２３を設け、この突起２３を金属片９０のストッパーとしてもよい。
（４－７）変形例Ｇ
上記実施形態では、第２ヒータ１２を制御する際に、例えば、－１００℃近傍のデューティ比Ｄｕ100と－５℃近傍のデューティ比Ｄｕ５を比較すると、測定温度が目標温度よりも小さいときも測定温度が目標温度以上のときも、Ｄｕ100＞Ｄｕ５となるように制御する場合について説明した。
しかし、測定温度が目標温度よりも小さいときのみ、例えば、Ｄｕ100＞Ｄｕ５となるように制御してもよい。あるいは、測定温度が目標温度以上のときのみ、例えば、Ｄｕ100＞Ｄｕ５となるように制御してもよい。
（４－８）変形例Ｈ
上記実施形態では、サンプリングガス（アルゴンガス）とキャリアガス（空気）とを異ならせる場合について説明した。しかし、サンプリングガスとキャリアガスに同じ種類のガスを用いてもよい。
温度センサ４１は、図１２Ｄに示されているように冷却管３０の中の炉心管２０の外において金属片９０の温度を計測してもよい。この場合、温度センサ４１が接触する部分には、炉心管２０の温度を推定し易くするために、炉心管２０と同様の石英ガラス製で同じ厚みの部材を用いることが好ましい。
（４－５）変形例Ｅ
温度センサ４１は、図１２Ｄに示されているように冷却管３０の中で炉心管２０の内部に向って突出した袋状の部分２２を設け、この袋状の部分２２に配置してもよい。冷却管３０の中においては、炉心管２０の管壁の温度と金属片９０の温度は実質的に等しいので、図１２Ｃのように温度センサ４１、例えば熱伝対で管壁の温度を計測することで、金属片９０の温度を計測することができる。この袋状の部分２２は、金属片９０のストッパーとしても持ちることができる。
（４－６）変形例Ｆ
炉心管２０の中に石英ガラスで突起２３を設け、この突起２３を金属片９０のストッパーとしてもよい。
（４－７）変形例Ｇ
上記実施形態では、第２ヒータ１２を制御する際に、例えば、－１００℃近傍のデューティ比Ｄｕ100と－５℃近傍のデューティ比Ｄｕ５を比較すると、測定温度が目標温度よりも小さいときも測定温度が目標温度以上のときも、Ｄｕ100＞Ｄｕ５となるように制御する場合について説明した。
しかし、測定温度が目標温度よりも小さいときのみ、例えば、Ｄｕ100＞Ｄｕ５となるように制御してもよい。あるいは、測定温度が目標温度以上のときのみ、例えば、Ｄｕ100＞Ｄｕ５となるように制御してもよい。
（４－８）変形例Ｈ
上記実施形態では、サンプリングガス（アルゴンガス）とキャリアガス（空気）とを異ならせる場合について説明した。しかし、サンプリングガスとキャリアガスに同じ種類のガスを用いてもよい。
（５）特徴
（５－１）
以上説明した実施形態の分析装置１及び分析方法では、図３を用いて説明したように、０℃以下の第１温度（例えば、－１００℃）から１００℃以上の第２温度（例えば、６００℃）まで、炉心管２０は、分析対象成分と同じ成分のガスを実質的に発生しない材料で構成されている。この分析装置１及びこの分析方法は、０℃以下の第１温度から０℃までの氷点下で脱離する極めて微量の分析対象成分をガスクロマトグラフ５０の分離カラム５１で分離して半導体ガスセンサ５２で検出できる。上述のように、分析装置１が、炉１０と、コントローラ４０と、分離カラム５１及び半導体ガスセンサ５２を有するガスクロマトグラフ５０とで、安価に且つコンパクトに構成されている。また、上述のように、分析方法が、氷点下で金属片から脱離する極めて微量の分析対象成分を炉心管２０から分離カラム５１に運んで分離カラム５１で分離された分析対象成分を半導体ガスセンサ５２で分析するというように、従来に比べて簡素化されている。
（５－２）
実施形態に係る分析装置１及び分析方法では、図５に示されている炉心管２０が、第１ヒータ１１の伝導熱で実質的に加熱されずに、第１ヒータ１１の輻射熱により加熱されるように設置されている。そのため、炉心管２０から熱伝導で逃げる熱量が少なく、炉心管２０を０℃以下の第１温度（例えば、－１００℃）まで冷却するのに要する時間が短縮される。例えば、図３に示されている例では、炉心管２０が、－１００℃まで数分で冷却される。また、このような分析装置１及び分析方法では、炉心管２０を０℃以下の第１温度まで冷却するのに要する冷却流体（例えば、液体窒素を気化して得られる窒素ガス）の量が削減される。
（５－１）
以上説明した実施形態の分析装置１及び分析方法では、図３を用いて説明したように、０℃以下の第１温度（例えば、－１００℃）から１００℃以上の第２温度（例えば、６００℃）まで、炉心管２０は、分析対象成分と同じ成分のガスを実質的に発生しない材料で構成されている。この分析装置１及びこの分析方法は、０℃以下の第１温度から０℃までの氷点下で脱離する極めて微量の分析対象成分をガスクロマトグラフ５０の分離カラム５１で分離して半導体ガスセンサ５２で検出できる。上述のように、分析装置１が、炉１０と、コントローラ４０と、分離カラム５１及び半導体ガスセンサ５２を有するガスクロマトグラフ５０とで、安価に且つコンパクトに構成されている。また、上述のように、分析方法が、氷点下で金属片から脱離する極めて微量の分析対象成分を炉心管２０から分離カラム５１に運んで分離カラム５１で分離された分析対象成分を半導体ガスセンサ５２で分析するというように、従来に比べて簡素化されている。
（５－２）
実施形態に係る分析装置１及び分析方法では、図５に示されている炉心管２０が、第１ヒータ１１の伝導熱で実質的に加熱されずに、第１ヒータ１１の輻射熱により加熱されるように設置されている。そのため、炉心管２０から熱伝導で逃げる熱量が少なく、炉心管２０を０℃以下の第１温度（例えば、－１００℃）まで冷却するのに要する時間が短縮される。例えば、図３に示されている例では、炉心管２０が、－１００℃まで数分で冷却される。また、このような分析装置１及び分析方法では、炉心管２０を０℃以下の第１温度まで冷却するのに要する冷却流体（例えば、液体窒素を気化して得られる窒素ガス）の量が削減される。
（５－３）
実施形態に係る分析装置１及び分析方法では、冷却管３０が、冷却流体の一部を冷却管３０から漏洩させるための隙間３４を炉心管２０との間に有している。そして、炉心管２０と冷却管３０の間の隙間３４から冷却流体（例えば、窒素ガス）を漏洩させつつ冷却流体で炉心管２０を冷却する。その結果、漏洩した冷気が冷却管３０の外周を覆うことで冷却管３０への結露を防ぎ、炉心管２０の冷却効率を良くすることができる。また、炉心管２０が冷却管３０により炉壁である円筒体１２ａから遮断されているために、その熱伝導の影響を低減することができる。
（５－４）
実施形態に係る分析装置１及び分析方法では、第２ヒータ１２が、液体状の物質（例えば、液体窒素）を気化して冷却流体（窒素ガス）を発生させるために物質を加熱する。第２ヒータ１２に供給される電力が大きくなれば、第２ヒータ１２が液体状の物質を気化する量が多くなり、冷却流体を多く供給できるようになる。コントローラ４０が、第２ヒータ１２の消費電力を目標温度が高くなるほど小さくしつつ目標温度以上のときの高電力印加と目標温度より小さいときの低電力印加とを切り替える制御をすることにより冷却流体の発生量を制御して昇温速度を制御する。例えば、－１００℃の近傍では第２ヒータ１２の目標温度以上ときの消費電力を１００ワットとし、－５℃近傍では２０ワットとするなどのように、コントローラ４０は、目標温度以上のとき（高電力印加時）、目標温度が高くなるほど第２ヒータ１２に供給する電力を小さくする。さらに、例えば、－１００℃の近傍では第２ヒータ１２の目標温度より小さいときの消費電力を５０ワットとし、－５℃近傍では１０ワットとするなどのように、目標温度より小さいとき（低電力印加時）も、コントローラ４０は、目標温度が高くなるほど第２ヒータ１２に供給する電力を小さくする。このような制御により、所定の昇温速度で昇温する際のハンチングが小さくなり、目標温度と実際の炉心管２０の温度との間の乖離が小さくなる。
（５－５）
実施形態に係る分析装置１及び分析方法では、コントローラ４０が、冷却流体で炉心管２０が氷点下に冷却されている期間においても、炉心管２０が目標温度になるようにＰＩＤ制御しながら炉心管２０と金属片９０を第１ヒータ１１で加熱しつつ昇温速度を制御する。例えば、冷却流体の量を減少させるだけで昇温する場合と比較すると、分析装置１及び分析方法のように炉心管２０を冷却しつつ加熱することで、冷却から加熱への切換をスムーズに行うことができ、所定の昇温速度で昇温する際のハンチングを小さくすることができる。
実施形態に係る分析装置１及び分析方法では、冷却管３０が、冷却流体の一部を冷却管３０から漏洩させるための隙間３４を炉心管２０との間に有している。そして、炉心管２０と冷却管３０の間の隙間３４から冷却流体（例えば、窒素ガス）を漏洩させつつ冷却流体で炉心管２０を冷却する。その結果、漏洩した冷気が冷却管３０の外周を覆うことで冷却管３０への結露を防ぎ、炉心管２０の冷却効率を良くすることができる。また、炉心管２０が冷却管３０により炉壁である円筒体１２ａから遮断されているために、その熱伝導の影響を低減することができる。
（５－４）
実施形態に係る分析装置１及び分析方法では、第２ヒータ１２が、液体状の物質（例えば、液体窒素）を気化して冷却流体（窒素ガス）を発生させるために物質を加熱する。第２ヒータ１２に供給される電力が大きくなれば、第２ヒータ１２が液体状の物質を気化する量が多くなり、冷却流体を多く供給できるようになる。コントローラ４０が、第２ヒータ１２の消費電力を目標温度が高くなるほど小さくしつつ目標温度以上のときの高電力印加と目標温度より小さいときの低電力印加とを切り替える制御をすることにより冷却流体の発生量を制御して昇温速度を制御する。例えば、－１００℃の近傍では第２ヒータ１２の目標温度以上ときの消費電力を１００ワットとし、－５℃近傍では２０ワットとするなどのように、コントローラ４０は、目標温度以上のとき（高電力印加時）、目標温度が高くなるほど第２ヒータ１２に供給する電力を小さくする。さらに、例えば、－１００℃の近傍では第２ヒータ１２の目標温度より小さいときの消費電力を５０ワットとし、－５℃近傍では１０ワットとするなどのように、目標温度より小さいとき（低電力印加時）も、コントローラ４０は、目標温度が高くなるほど第２ヒータ１２に供給する電力を小さくする。このような制御により、所定の昇温速度で昇温する際のハンチングが小さくなり、目標温度と実際の炉心管２０の温度との間の乖離が小さくなる。
（５－５）
実施形態に係る分析装置１及び分析方法では、コントローラ４０が、冷却流体で炉心管２０が氷点下に冷却されている期間においても、炉心管２０が目標温度になるようにＰＩＤ制御しながら炉心管２０と金属片９０を第１ヒータ１１で加熱しつつ昇温速度を制御する。例えば、冷却流体の量を減少させるだけで昇温する場合と比較すると、分析装置１及び分析方法のように炉心管２０を冷却しつつ加熱することで、冷却から加熱への切換をスムーズに行うことができ、所定の昇温速度で昇温する際のハンチングを小さくすることができる。
（５－６）
実施形態に係る分析装置１及び分析方法では、炉１０が、大気圧下で金属片９０から分析対象成分（例えば、水素ガス）を脱離させる。そのため、減圧下（例えば、真空中）で分析対象成分を脱離させる従来の方法と比較すると、減圧などに必要な装置を省くことができ、分析装置１のコンパクト化及び分析方法の簡素化を容易に実現できる。
（５－７）
実施形態に係る分析装置１及び分析方法では、炉心管２０が石英ガラスからなり、金属片が鉄または鉄合金であり、第１温度が－１５０℃以上－８０℃以下の範囲内で設定され、第２温度が２００℃以上６００℃以下の範囲内で設定して、分析対象成分として水素ガスを脱離させると、鉄または鉄合金の水素脆化の分析を容易に行うことができる。
（５－８）
実施形態に係る分析装置１は、キャスター１１０が付いた架台１００に、炉１０、コントローラ４０、ガスクロマトグラフ５０、コンピュータ６０及び断熱性容器８１を収納している。この分析装置１は、架台１００によって分析装置１を構成している主要な機器を移動できる。図１１に示されているように、このようにキャスター１１０付きの架台１００によってまとめられた分析装置１は、占有するスペースは小さく、また移動が容易である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
実施形態に係る分析装置１及び分析方法では、炉１０が、大気圧下で金属片９０から分析対象成分（例えば、水素ガス）を脱離させる。そのため、減圧下（例えば、真空中）で分析対象成分を脱離させる従来の方法と比較すると、減圧などに必要な装置を省くことができ、分析装置１のコンパクト化及び分析方法の簡素化を容易に実現できる。
（５－７）
実施形態に係る分析装置１及び分析方法では、炉心管２０が石英ガラスからなり、金属片が鉄または鉄合金であり、第１温度が－１５０℃以上－８０℃以下の範囲内で設定され、第２温度が２００℃以上６００℃以下の範囲内で設定して、分析対象成分として水素ガスを脱離させると、鉄または鉄合金の水素脆化の分析を容易に行うことができる。
（５－８）
実施形態に係る分析装置１は、キャスター１１０が付いた架台１００に、炉１０、コントローラ４０、ガスクロマトグラフ５０、コンピュータ６０及び断熱性容器８１を収納している。この分析装置１は、架台１００によって分析装置１を構成している主要な機器を移動できる。図１１に示されているように、このようにキャスター１１０付きの架台１００によってまとめられた分析装置１は、占有するスペースは小さく、また移動が容易である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
１ 分析装置
１０ 炉
１１ 第１ヒータ
１２ 第２ヒータ
２０ 炉心管
３０ 冷却管
３４ 隙間
４０ コントローラ
４１ 温度センサ
５０ ガスクロマトグラフ
５１ 分離カラム
５２ 半導体ガスセンサ
８０ 冷却流体
９０ 金属片
１０ 炉
１１ 第１ヒータ
１２ 第２ヒータ
２０ 炉心管
３０ 冷却管
３４ 隙間
４０ コントローラ
４１ 温度センサ
５０ ガスクロマトグラフ
５１ 分離カラム
５２ 半導体ガスセンサ
８０ 冷却流体
９０ 金属片
Claims (8)
- サンプルである金属片を収容する炉心管を含み、前記炉心管及び前記金属片を、０℃以下の第１温度から１００℃以上の第２温度まで昇温して前記金属片から分析対象成分を脱離させる炉と、
前記炉心管から運ばれてくる前記分析対象成分を分離する分離カラム及び、前記分離カラムで分離された前記分析対象成分を検出する半導体ガスセンサを有するガスクロマトグラフと、
前記第１温度から前記第２温度まで前記炉心管及び前記金属片を所定の昇温速度で昇温するように前記炉を制御するコントローラと、を備え、
前記炉は、前記炉心管を加熱する第１ヒータ及び、前記炉心管を冷却する冷却流体が流れる冷却管を含み、
前記炉心管の中の少なくとも前記金属片の収容領域が、前記冷却管の中に位置するように前記炉心管が設置された、分析装置。 - 前記炉心管は、前記第１ヒータの伝導熱で実質的に加熱されずに前記第１ヒータの輻射熱により加熱されるように設置されている、
請求項１に記載の分析装置。 - 前記冷却管が、前記冷却流体の一部を前記冷却管から漏洩させるための隙間を前記炉心管との間に有する、
請求項１または請求項２に記載の分析装置。 - 液体状の物質を気化して前記冷却流体を発生させるために前記物質を加熱する第２ヒータを備え、
前記コントローラは、前記第２ヒータの消費電力を目標温度が高くなるほど小さくしつつ目標温度以上のときの高電力印加と目標温度より小さいときの低電力印加とを切り替える制御をすることにより前記冷却流体の発生量を制御して前記昇温速度を制御する、
請求項２または請求項３に記載の分析装置。 - 前記コントローラは、前記冷却流体で前記炉心管が氷点下に冷却されている期間においても、前記炉心管が目標温度になるようにＰＩＤ制御しながら前記炉心管と前記金属片を前記第１ヒータで加熱しつつ前記昇温速度を制御する、
請求項４に記載の分析装置。 - 前記第２ヒータが内部に配置され、前記冷却管に接続され、前記冷却流体を貯留している断熱性容器と、
キャスターを有し、前記断熱性容器、前記炉、前記ガスクロマトグラフ及び前記コントローラを収納する架台と
を備える、
請求項４または請求項５に記載の分析装置。 - 前記炉は、大気圧下で前記金属片から前記分析対象成分を脱離させる、
請求項１から６のいずれか一項に記載の分析装置。 - 前記金属片が鉄、鉄合金、軽金属または軽金属合金であり、
前記分析対象成分が水素ガスであり、
前記炉心管が石英ガラスからなり、
前記第１温度が－１５０℃以上－８０℃以下の範囲内で設定され、前記第２温度が２００℃以上６００℃以下の範囲内で設定されている、
請求項１から７のいずれか一項に記載の分析装置。
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