JPH0495869A

JPH0495869A - 発生気体分析機能を備えた熱分析装置

Info

Publication number: JPH0495869A
Application number: JP21418090A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Takada; 義博高田
Original assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Current assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Priority date: 1990-08-13
Filing date: 1990-08-13
Publication date: 1992-03-27
Anticipated expiration: 2015-06-12
Also published as: JP3051751B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は一試料の温度を変化させながらその試料の物理
的特性の変化を測定すると共に、その試料から発生する
気体の特性をも分析する機能を備えた熱分析装置に関す
る。

［従来の技術］熱重量測定装置（ＴＧ波装置のように、試料の温度を変
化させながらその試料の物理的特性、この場合は重量の
変化を測定するという熱分析装置は公知である。また、
そのような物理的特性についての測定に加えて、試料か
ら発生する気体についての分析をも同時に行おうという
、発生気体分析機能を備えた熱分析装置も既に知られて
いる。

この種の熱分析装置は、一般的には、試料が載置された
試料台を外部から遮蔽する保護管と、その保護管のまわ
りに配設されていて試料を加熱するヒータと、試料から
発生した気体に関して分析を行う気体分析装置と、そし
て試料から発生する気体をキャリヤガスによって気体分
析装置まで搬送する気体搬送管とによって構成されてい
る。

上記の気体分析装置としては、種々のものが考えられる
が、例えば四重極質量分析装置を用いる場合を考えるも
のとすると、試料から発生した気体をキャリヤガスによ
って気体搬送管を介して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気体成分の質量数
を測定することにより、その気体の種類を同定する。

このように、保護管に四重極質量分析装置などといった
気体分析装置を付設した場合には、保護管内にキャリヤ
ガスのガス流を形成し、そのキャリヤガスによって発生
気体を気体分析装置まで運ばなければならない。この場
合、本来であれば、試料から発生した気体のみを搬送し
なければならないのであるが、キャリヤガスの流し方如
何によっては、ＣＯ２，０２、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（発生気体分析
の妨げとなる成分）まで気体分析装置へ運んでしまい、
その結果、正確な気体分析ができないという問題があっ
た。

また、試料から発生した気体を気体分析装置まで搬送す
るための気体搬送管の形状および特性如何によっては、
発生した気体が搬送中に変質してしまい、やはり正確な
気体分析ができなかった。

気体搬送管を金属材料を用いて製造することを考えると
、金属材料は少なからず触媒作用を呈するので、そこを
流れる気体はどうしても変質することを免れ得なかった
。

［発明が解決しようとする課題］本発明は、発生気体分析機能を備えた熱分析装置におけ
る上述した種々の問題点に鑑みてなされたものであって
、発生した気体について精度の高い気体分析測定を行う
ことのできる熱分析装置を提供することを第１の目的と
する。

また、作業性の良好な発生気体分析機能を備えた熱分析
装置を提供することを第２の目的とする。

［課題を解決するための手段］上記第１の目的を達成するため、本発明に係る第１の熱
分析装置は、保護管内における試料の直上位置から気体
分析装置にわたって配設された毛細ガラス管と、その毛
細ガラス管のまわりに被覆された被覆管とによって気体
搬送管を形成することを特徴としている。

また、上記第１の目的を達成するため、本発明に係る第
２の熱分析装置は、保護管内へキャリヤガスを流すにあ
たって、試料が置かれた位置よりも上方の位置からその
保護管内へキャリヤガスを導入することを特徴としてい
る。

上記第２の目的を達成するため、本発明に係る第３の熱
分析装置は、試料から発生した気体を搬送するための気
体搬送管と保護管とを着脱可能に連結するための管連結
手段を設けると共に、その管連結手段を次のように、す
なわち、気体搬送管と一体でありテーパ状外周面を備え
た搬送管側ガラス管と、保護管と一体であり搬送管側ガ
ラス管のテーパ状外周面と嵌合可能な逆テーパ状内周面
を備えた保護管側ガラス管とによって構成することを特
徴としている。

［作用］請求項１記載の熱分析装置において、熱分析測定を行っ
ている最中に試料（１０）から気体が発生した場合には
、その発生気体はキャリヤガスによって毛細ガラス管（
１４）内へ送り込まれ、さらにその毛細ガラス管を通っ
て気体分析装置（質量分析装置２）へ送られる。ガラス
管は気体に対する触媒能力が低いので、搬送される気体
に変質が生じることがない。

また、内径がきわめて細い毛細管を用いて発生気体を搬
送するので、搬送される気体の流速が早く、試料で発生
した気体を瞬時に気体分析装置へ運ぶことができ、それ
故、熱重量測定などの熱分析測定と気体分析とをほとん
ど同時に、いわゆるリアルタイムで行うことができる。

請求項３記載の熱分析装置においては、キャリヤガスが
保護管の上部からその内部へ送り込まれ、試料から発生
した気体がそのキャリヤガスに乗って毛細ガラス管を介
して気体分析装置まで運ばれる。キャリヤガスは保護管
の上部から送り込まれるので、保護管の底部に蓄積する
バックグラウンド成分までも搬送してしまうことがない
。

請求項４記載の熱分析装置においては、搬送管側ガラス
管（１９）と、保護管側ガラス管（２７）とを互いには
め合わせ、あるいは分離させることにより、気体搬送管
（１６）を保護管（３）に対して容易に着脱することが
できる。

［実施例コ第１図は本発明の一実施例であり、発生気体分析機能を
奏する装置としての質量分析装置２を、熱重量測定装置
（ＴＧ波装置１に付設した場合の実施例である。すなわ
ち、温度変化に伴う試料の重量変化をＴＧ装置１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
発生した気体の質量数の測定、すなわちその気体の同定
を質量分析装置２によって行おうとするものである。

同図において、ＴＧ装置１は、石英ガラスなどによって
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の中にはそれ自体周知の天秤機構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の内部へ延びている。支持棒７の上端には
、試料台９が固定されており、その試料台９の上に試料
１０が収容されている。支持棒７のまわりには、例えば
白金によって形成された均熱筒１２が配置され、その均
熱筒１２の上端に、試料１０を上方から覆う蓋１３が載
置されている。この蓋１３も白金によって形成されてい
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、試料台９内の試料１ｏ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
、例えば気体の発生が生じると、その試料１０の重量が
変化する。この重量変化は、天秤機構６によって周知の
方法によって測定される。

保護管３と質量分析装置２との間には、試料１０から発
生した気体を質量分析装置２まで運ごための気体搬送管
１６が設置されている。この気体搬送管１６は、試料１
０の直上位置から蓋１３を貫通して質量分析装置２の間
まで延びている毛細ガラス管１４と、その毛細ガラス管
１４を被覆している被覆管１５とによって構成されてい
る。被覆管１５の保護管３側の先端は、保護管３の内部
、すなわちヒータ５によって加熱することのできる領域
まで延びている。

毛細ガラス管１４は、気体を変質させ難い材質から成る
材料、例えば石英ガラスによって形成されており、その
内径は非常に細く、例えば内径０．１ｏｗ１１〜０．６
■程度となっている。また、被覆管１５は熱伝導性の良
い金属、例えばステンレスによって形成されている。

保護管３の上方には、キャリヤガス導入機構１７が設け
られている。このキャリヤガス導入機構１７は、第２図
に示すように、円錐状外周面を備えたテーパ部１８を有
する搬送管側ガラス管１９と、その搬送管側ガラス管１
９の上端に接合された３方向分岐管２０と、その分岐管
２０の上端に接合された密封部材２１とによって構成さ
れている。３方向分岐管２０の吸気ボート２０ａには、
図示しないキャリヤガス供給源に連通ずるガス供給管２
２が接続されている。また、分岐管２０の内壁と気体搬
送管１６の被覆管１５との間および搬送管側ガラス管１
９と被覆管１５との間には、適宜の間隙Ｇが設けられて
いる。

ガス供給管２２は、比較的分子量の小さいガス、例えば
ヘリウム（Ｈｅ）ガスを吸気ボート２０ａを介してキャ
リヤガスとして分岐管２０内へ送り込む。送り込まれた
キャリヤガスは、上記の間隙Ｇを通って下方へ流れ、保
護管３の上部よりその保護管３内へ流れ込む。密封部材
２１があるためキャリヤガスは図の上方へは流れない。

保護管３内に配置された試料１０が温度変化する際、試
料１０の性質に応じてその試料１０から気体が発生する
ことは既に述べた通りである。この発生気体は、保護管
３内に送り込まれた上記のキャリヤガスによって毛細ガ
ラス’ｆ１４内へ送り込まれる。その後１発生気体は、
キャリヤガスによって毛細ガラス管１４内を搬送され、
第１図に示した質量分析装置２へ送り込まれる。

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、内部が真空に保持されている真空ケース２３を有し
ており、その真空ケース２３の中に、イオン源２４、四
重極２５、そしてイオン検知器２６の各構成要素が配設
されている。

キャリヤガスに乗って毛細ガラス管１４を通って送られ
る上記の発生気体は、まず、イオン源２４へ送り込まわ
、そのイオンＷ、２４内において、その気体を構成する
気体成分がイオン化される。

この場合、イオン化された気体成分が有する電荷は、そ
の気体成分の質量数、すなわち気体の種類に対応した固
有の値となる。イオン化された気体成分は、その後、四
重極２５によって形成される電場内を通過する。このと
きその気体成分は、自らが有する電荷に応じた曲率を描
きながら進行する。

発生気体が、測定しようとしている特定種類の気体であ
る場合には、四重極２５を通過した気体成分がイオン検
知器２６によって検知される。

方、四重極２５を通過した気体成分が、そのような特定
のものでない場合は、四重極２５内における気体成分の
進行曲線がイオン検知器２６へ向かう進行路から外れ、
その結果、イオン検知器２６はその気体成分を検知しな
い。このように、イオン化した気体成分をイオン検知器
２６によって検知するか否かにより、イオン源２４へ送
られた気体、すなわち保護管３内の試料１０から発生し
た気体の種類が同定される。

ＴＧ装置ｌ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に関する温度変化に対しての重
量変化測定（熱重量測定）および試料から発生した気体
の同定が行われる。

以上の説明からも明かな通り、本実施例においては、保
護管３内に置かれた試料１０から発生した気体を、毛細
ガラス管１４によって質量分析装置２まで搬送している
。ガラスは、金属に比べて気体に対する触媒能力がきわ
めて低いので、試料１０から発生した気体を変質させる
ことなく質量分析装置２まで運ぶことができる。それ故
、発生気体の同定を精度よく行うことができる。なおこ
の場合、毛細ガラス管１４の構成材料として石英ガラス
を用い九ば、発生気体の変質をより一層確実に抑えるこ
とができる。

また、毛細ガラス管１４は、内径０．１ｍｍ〜０．６ｍ
ｎ程度のきわめて細い管であり、しかもそれが試料１０
の直上位置まで延びている。毛細ガラス管１４の内径が
きわめて細いということは、その中を流れる気体の流れ
がきわめて早いということであり、このことは、試料１
０から気体が発生した際には、その発生気体がきわめて
瞬時に質量分析装置２まで送られ、発生気体の同定処理
が行われるということである。その結果、天秤機構６に
よる熱電、ｔｌｌＪ定と、質量分析装置２による発生気
体分析とを、いわゆるリアルタイムで行うことが可能と
なる。

ところで、保護管３の内部であって位置の低い所には、
本来は質量分析装置２へ搬送してはならない０２、Ｈ２
Ｏその他の、いわゆるバックグラウンド成分（発生気体
分析の妨げとなる成分）が多く蓄積されている。これは
、保護管３の下には重量測定ユニット４などの付帯設備
が取り付けられからである。

本実施例においては、キャリヤガス導入機構１７が保護
管３の上方に設けられていて、キャリヤガスは保護管３
の上部からその内部へ導入される。

従って、保護管３の底部に蓄積されたバックグラウンド
成分を含むことなく、試料１０から発生した気体だけを
キャリヤガスによって毛細ガラス管１４内へ運び入れる
ことが可能となる。そのため、質量分析装置２によって
精度の高い気体分析を行うことができる。

第２図において、キャリヤガス導入機構１７から保護管
３の頂部に至る部分においては、ガス供給管２２から送
り込まれたキャリヤガスが間ＶＩＧ内を下方へ流下し、
その一方で試料１０から発生した気体がキャリヤガスと
共に毛細ガラス管１４内を上方へ流れる。間隙Ｇおよび
毛細ガラス管１４は、いずれもきわめて細いので、核部
の温度が許容限度よりも低くなると液滴化したガスある
いは気体によって、間隙Ｇあるいは毛細ガラス管１４が
詰まるおそれがある。

これに対して本実施例では、被覆管１５をステンレスな
どの熱伝導性の良い材料によって形成し、しかもその被
覆管１５の先端部を保護管３の上方内部、すなわちヒー
タ５による加熱領域まで延ばしであるので、キャリヤガ
ス導入機構１７から保護管３の頂部に至る領域は、熱伝
導によって高温とされた被覆管１５によって常に暖めら
れる。従って、上記のような液滴による間隙Ｇなどの詰
まりを防止でき、キャリヤガスおよび試料から発生した
気体を常に円滑に流すことができる。

また、本実施例においては、キャリヤガス導入機構１７
を構成している搬送管側ガラス管１９の下部が、下方に
向かってすぼまる形状のテーパ部１８とされている。一
方、保護管３の上部には、上方へ向かってその径が徐々
に広がってゆく逆テーパ状内周面を備えた保護管側ガラ
ス管２７が形成されている。テーパ部１８および保護管
側ガラス管２７の両者は、互いに面接触する状態に嵌合
させることもでき、一方、搬送管側ガラス管１９を図の
上方へ引き抜くことにより、上記の嵌合状態から互いを
分離させることもできる。両者を分離させた場合には、
気体搬送管１６、すなわち毛細ガラス管１４および被覆
管１５がテーパ部１８と一体になって移動して、保護管
３の外部へ取り外される。

現在行われている熱分析測定においては、上記実施例の
ように試料１０に質量分析装置２を接続したり、あるい
は質量分析装置２に代えてガスクロマトグラフィー装置
を接続したり、あるいはなにも接続しない状態で単に熱
重量測定などといった物理的測定だけを行う場合など１
種々の測定態様がある。

本実施例のように、保護管３と気体搬送管１６との接続
を、テーパ部１８と逆テーパ状の保護管側ガラス管２７
とを単にはめ合わせるだけという簡単な作業のみによっ
て行うようにしておけば、上記のような種々の異なった
態様の熱分析測定を行うに際しての装置の部品変更作業
をきわめて簡単に行うことができる。

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、実施例では発生気体分析機能を奏する装置とし
て質量分析装置２を例にあげたが、その他任意の気体分
析装置を用いることができる。

また、キャリヤガスを保護管３内へ導入する方法も、キ
ャリヤガスを保護管３の上部からその内部へ導入すると
いう機能が達成される範囲内で、他の任意の構成を採用
することができる。

［発明の効果］請求項１の発明によれば、試料（１０）から発生した気
体をガラス管によって搬送することにしたので、その発
生気体を変質させることなく気体分析装置まで導くこと
ができる。

また、内径がきわめて細い毛細管を用いたので、その管
内を流れる発生気体の流速を早くすることができ、熱重
量測定などの熱分析測定と発生気体分析とをほとんど時
間差のない状態、いわゆるリアルタイムで行うことがで
きる。

請求項２の発明によれば、被覆管（１５）および毛細ガ
ラス管（１４）の両方が暖められて、それらの内部およ
び外周にガスが液滴化して詰まるということがなくなっ
た。この場合、毛細ガラス管は被覆管によって暖められ
、その被覆管は試料を加熱するためのヒータ（５）によ
って暖められる。従って、それらを暖めるために専用の
ヒータを設ける必要がなく、非常に経済的であり、しか
も専用ヒータを配設するためのスペースを節約すること
ができる。

請求項３の発明によれば、キャリヤガスが保護管（３）
の上部からその中へ送り込まれるので、主に保護管の底
部に溜っているバックグラウンド成分がそのキャリヤガ
スによって気体分析装置へ送り込まれるのを防止するこ
とができる。

請求項４の発明によれば、搬送管側ガラス管（１９）と
保護管側ガラス管（２７）とを単にはめ合わせ、あるい
は取り外しするだけで簡単に気体搬送管（１６）を保護
管に装着および取り外しすることができ、それ故、異な
った態様の熱分析測定を行う場合に、使用機器の変更を
短時間、かつ容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る発生気体分析機能を備えた熱分析
装置の一実施例を示す全体概略図、第２図はその実施例
の要部を示す断面図である。２・・・質量分析装置、３・・・保護管、５・・・ヒー
タ、９・・・試料台、１０・・・試料、１４・・・毛細
ガラス管、１５・・・被覆管、１６・・・気体搬送管、
１８−・・テーパ部、１９・・−搬送管側ガラス管、２
７・・・保護管側ガラス管

Claims

【特許請求の範囲】

（１）試料が載置された試料台を外部より遮蔽する保護
管と、上記試料から発生した気体に関する分析を行う気
体分析装置と、試料から発生する気体をキャリヤガスに
よってその気体分析装置まで搬送する気体搬送管とを有
する発生気体分析機能を備えた熱分析装置において、上記気体搬送管は、保護管内における試料の直上位置から気体分析装置にわ
たって配設された毛細ガラス管と、その毛細ガラス管の
まわりに被覆された被覆管とを有することを特徴とする
熱分析装置。
（２）請求項１記載の熱分析装置であつて、上記保護管
のまわりには試料を加熱するためのヒータが設けられて
おり、上記被覆管は、熱伝導性を有する材料によつて作られて
おり、少なくとも被覆管の一部が上記の試料加熱用ヒータによ
つて加熱されることを特徴とする熱分析装置。
（３）試料が載置された試料台を外部より遮蔽する保護
管と、上記試料から発生した気体に関する分析を行う気
体分析装置と、試料から発生する気体をキャリヤガスに
よつてその気体分析装置まで搬送する気体搬送管とを有
する発生気体分析機能を備えた熱分析装置において、試料が置かれた位置よりも上方の位置から保護管内へキ
ャリヤガスを導入することを特徴とする熱分析装置。
（４）試料が載置された試料台を外部より遮蔽する保護
管と、上記試料から発生した気体に関する分析を行う気
体分析装置と、試料から発生する気体をキャリヤガスに
よってその気体分析装置まで搬送する気体搬送管とを有
する発生気体分析機能を備えた熱分析装置において、上記気体搬送管と上記保護管とを着脱可能に連結するた
めの管連結手段を有しており、その管連結手段は、気体搬送管と一体でありテーパ状外
周面を備えた搬送管側ガラス管と、保護管と一体であり
搬送管側ガラス管のテーパ状外周面と嵌合可能な逆テー
パ状内周面を備えた保護管側ガラス管とを有することを
特徴とする熱分析装置。