JP7406232B2 - 昇温脱離分析装置 - Google Patents

Description

本発明は昇温脱離分析装置にかかり、分析周期（測定周期ともいう）を短くして高精度の分析を行うのに好適な昇温脱離分析装置に関する。

一般に、水素脆性に関わる水素分析方法の１つとして昇温脱離分析法（TDA）が利用されている。

この昇温脱離分析法は、鋼材に侵入し遅れ破壊の原因となる水素を、室温以下から最大１０００℃（拡散性水素測定の場合は３００℃程度で十分）まで、一定速度で昇温炉を昇温し、温度プロファイル（温度に対する水素放出量）を検証し、鋼材中の水素の存在状態(トラップサイト等）を推測することを可能とする（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－０３２２２３号公報

このような前記の従来方式においては、水素放出量の検出をガスクロマトグラフ法によって行っている。

このガスクロマトグラフ法においては、その技術的要請により、通常５分（最短２．５分程度）の測定周期で連続バッチ測定により水素放出量を検出していた。

ところが、最短２．５分の測定周期では、当該測定周期の間に検出される水素放出量の急激な変化を見落としてしまう、即ち測定できない場合がある。

そこで、測定を見逃さない方法として測定周期をできるだけ短くする方法が提案されている。

その測定周期を短くする方法としては、１）分析カラムを短くする、２）分析カラム操作温度を高くする、３）キャリヤーガス流量を多くする等の方策がある。

しかしながら、これらのいずれの方策も、ピーク分離が悪くなったり、ＴＣＤ感度が悪くなるというデメリットを伴うものであった。

また、単に測定周期を短くしても、水素以外の成分が共存している場合には、これらが溶出し終わるまでは、次測定にかかれないという問題点があった。

さらには、システム全体を小型化し、高速化を図る方策もあるが、微量濃度またはかさばる試料測定のためには、試料サイズを現状以下に小さくできないため、適当な選択ではなかった。

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、バッチ式の測定を行うとともに、分析能力を高く維持しつつ分析周期（測定周期）も短くして高精度の分析を行うことのできる昇温脱離分析装置を提供することを目的とする。

本発明者らは鋭意研究し、現状の測定条件をベースにして、２台のガスクロマトグラフを使って双方にタイムラグを持たせ、交互に測定することによって、今まで測定できていなかった、隙間の測定を可能として、本発明を完成させた。

前記の課題を解決するために、本発明の第１の態様の昇温脱離分析装置は、分析試料に含まれている成分を分析する昇温脱離分析装置であって、前記分析試料から被分析ガスを取出す昇温炉と、前記昇温炉から送出される前記被分析ガスを複数の分岐ガス流路に分岐させる分岐手段と、分岐した前記各分岐ガス流路の上流側に設けられて分岐ガス流路を開閉する開閉手段と、下流側に設けられて当該分岐ガス流路を流れる前記被分析ガスの成分を分析する分析手段と、前記各開閉手段の開閉タイミングを指示し、前記各分析手段の分析結果を同一時間ごとに順次収集して前記開閉タイミングに合わせて表示させる制御を行う制御手段とを有していることを特徴とする。

このように本発明は構成されているので、制御手段によって複数の開閉手段を開閉タイミングに合わせてタイムラグを持たせて開閉させて、複数の分析手段によって分析された被分析ガスの成分の分析結果を分析周期に応じて表示させることができる。これにより各分析ガス流路における分析手段の分析能力を高く維持しながら、分析結果を開閉タイミングに合わせて統合することによって分析周期（測定周期）を短くした高精度の分析を行うことができる。例えば、分岐ガス流路を２とすると、分析周期を１／２に短縮した高精度の分析結果が得られる。

また、本発明の第２の態様の昇温脱離分析装置は、前記分析手段がガスクロマトグラフによって形成されていることを特徴とする。

このように本発明は構成されているので、ガスクロマトグラフによって形成されている分析手段による分析周期を短くした高精度の分析を行うことができる。

このように本発明は、バッチ式の測定を行うとともに、分析能力を高く維持しつつ分析周期（測定周期）も短くして高精度の分析を行うことのできる昇温脱離分析装置を提供することができる。

本発明の１実施形態の全体構成を示すブロック図 本実施形態に基づく分析周期毎の分析結果の収集処理状態を示す線図 （ａ）は本実施形態に基づく分岐された双方の分岐ガス流路によって分析された場合の水素放出速度を収集して示す特性図、（ｂ）は分岐された１方の分岐ガス流路のみによって分析された場合の水素放出速度を示す特性図 図３の（ａ）および（ｂ）を重ねて示す特性図

以下、本発明の実施の形態について、図１～図４について詳細に説明する。

図１は、本発明の昇温脱離分析装置の１実施形態の全体構成を示している。

本実施形態の昇温脱離分析装置１は、最上流側に昇温炉２が設けられている。この昇温炉２には長尺な円筒状の石英管によって形成されている分析チャンバ３が設けられており、分析チャンバ３内は図示しない試料設置台上に分析試料Ｓが挿入して設置されるように形成されている。この分析チャンバ３には図１の左側開口よりパージアルゴンが供給され、右側開口より分析試料Ｓから放出された水素等の被分析ガスがガス流路４を通して送出されるように形成されている。この昇温炉２においては、零度以下の低温度から１０００℃程度の高温度まで昇温できるように形成するとよい。

このガス流路４は下流側において、ヘッダ等の分岐手段５をもって昇温炉２の分析チャンバ３から送出される被分析ガスを複数（本実施形態においては２個）の分岐ガス流路１０、２０に分岐させられている。

分岐した各分岐ガス流路１０、２０の上流側には、分岐ガス流路１０、２０を開閉するバルブ等の開閉手段１１、２１が設けられている。各開閉手段１１、２１の下流側には、当該分岐ガス流路１１、２１を流れる被分析ガスの成分を分析する分析手段１２、２２が設けられている。本実施形態においては、各分析手段１２、２２はバッチ式の測定を行うガスクロマトグラフによって形成されており、それぞれにおいて被分析ガスが分析カラム１３、２３に流入して分析され、ＴＣＤ１４、２４において数値化されてクロマト信号Ｃ１、Ｃ２として出力されるように形成されている。

前記開閉手段１１、２１および分析手段１２、２２等を関連動作（例えば、シーケンス制御）させるために制御手段３０が設けられている。制御手段３０には、２つの開閉手段１１、２１をタイムラグをもって開閉させる開閉タイミングを指示する開閉指示部３１が設けられている。本実施形態においては、各開閉手段１１、２１はそれぞれ２．５分単位で開閉し、両者を１．２５分のタイムラグをもって開閉する開閉タイミングが開閉指示部３１より発信される。このタイムラグ＝１．２５分が本実施形態の昇温脱離分析装置１の分析周期となる。制御手段３０には、２つのＴＣＤ１４、２４より出力されたクロマト信号Ｃ１、Ｃ２を受けて、前記タイムラグ＝分析周期＝１．２５分間隔で収集（統合）させて交互に連続したクロマト信号として出力するデータ処理部３２が設けられている。制御手段３０には、データ処理部３２より入力された交互に連続したクロマト信号を表示するディスプレイ等の表示手段３３が設けられている。制御手段３０には、これらの開閉指示部３１、データ処理部３２、表示部３３を関連動作させるＣＰＵ等の中央制御部３４が設けられている。

次に、本実施形態の作用を説明する。

昇温脱離分析装置１の昇温炉２の分析チャンバ３内に分析試料Ｓを載置し、分析チャンバ３内の温度を低温域から高温域に向けて所定速度をもって昇温させながらパージアルゴンを分析チャンバ内に送給する。

これにより分析試料Ｓより分析チャンバ３内の温度に対応した水素が発生し被分析ガスとなってガス流路４に流出する。ガス流路４を通って分岐手段５に到達した被分析ガスは２つの分岐ガス流路１０、２０に等分に分岐して下流側に流れる。

各分岐ガス流路１０、２０においては、開閉手段１１、２１が制御手段３０の開閉指示部３１からの指示を受けて、タイムラグ＝分析周期＝１．２５分間隔の開閉タイミングをもってそれぞれ２．５分毎に開閉される。各分岐ガス流路１０、２０における各開閉手段１１、２１の下流側の各分析手段１２、２２においては、各分析カラム１３、２３によってガスクロマトグラフ法に基づいてバッチ式で水素濃度が検出されて、各ＴＣＤ１４、２４によって数値化されて、クロマト信号Ｃ１、Ｃ２として２．５分間隔で出力される（図２（ａ）参照）。

制御手段３０のデータ処理部３２は、受信したこれらのクロマト信号Ｃ１、Ｃ２をタイムラグ＝分析周期＝１．２５分間隔で収集（統合）して図２（ｂ）に示すように交互に連続したクロマト信号として表示部３３に出力して表示させる。

次に得られた分析結果を図３および図４により説明する。

＜本発明の分析＞
本実施形態においては、双方の分岐ガス流路１０、２０に設けた分析手段１２、２２によって分析された分析結果の水素放出速度を収集しているので、タイムラグ＝分析周期＝１．２５分間隔で収集（統合）して交互に連続したクロマト信号として表示部３３に表示された水素放出速度は図３（ａ）に示す通りとなり、温度１５０℃付近において水素濃度のピークが検出されたことがわかる。

＜従来方式による分析＞
本実施形態を示す図１において一方の分岐ガス流路２０の開閉手段２１を常時全閉とし、他方の分岐ガス流路１０に設けた開閉手段１１を２．５分間隔で開閉して分析手段１２によって分析した。その分析結果を示すクロマト信号Ｃ１に基づいて表示部３３に表示された水素放出速度は図３（ｂ）に示す通りとなり、温度１５０℃付近において水素濃度のピークが検出されないことがわかる。

＜本発明と従来方式の比較＞
図３（ａ）および（ｂ）を重ねて表示すると図４の通りとなり、温度１５０℃付近において、本発明によれば水素濃度のピークが検出されるけれども、従来方式によれば水素濃度のピークが検出されないことがわかり、本発明が極めて優れていることがわかる。更に説明すると、本発明によれば、従来の温度プロファイルに現れていなかったトラップサイトを明確に表示することが可能となった。

このように本実施形態によれば、バッチ式の測定を行うとともに、分析能力を高く維持しつつ分析周期（測定周期）も短くして高精度の分析を行うことのできる昇温脱離分析装置を提供することができる。

更に、本発明によれば、連続バッチ測定法における飛び飛びの測定方法を維持しながら、より多くの分析データを取得することができ、その結果、従来では温度プロファイルに現れていなかった対温度に関わる成分を検出できる。このような本発明による分析周期の短縮化により、水素昇温脱離ピークの解析により水素トラップサイトと水素との結合エネルギーを算出するなど基礎的な研究に寄与することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、分岐ガス流路を３流路以上として、更に分岐周期を短くすることも可能である。

１ 昇温脱離分析装置
２ 昇温炉
５ 分岐手段
１０、２０ 分岐ガス流路
１１、２１ 開閉手段
１２、２２ 分析手段
３０ 制御手段
Ｓ 分析試料

Claims (2)

1. 分析試料に含まれている成分を分析する昇温脱離分析装置であって、
   前記分析試料から被分析ガスを取出す昇温炉と、
   前記昇温炉から送出される前記被分析ガスを複数の分岐ガス流路に分岐させる分岐手段と、
   分岐した前記各分岐ガス流路の上流側に設けられて分岐ガス流路を開閉する開閉手段と、
   下流側に設けられて当該分岐ガス流路を流れる前記被分析ガスの成分を分析する分析手段と、
   前記各開閉手段の開閉タイミングを指示し、前記各分析手段の分析結果を同一時間ごとに順次収集して前記開閉タイミングに合わせて表示させる制御を行う制御手段と
   を有していることを特徴とする昇温脱離分析装置。
2. 前記分析手段はガスクロマトグラフによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の昇温脱離分析装置。