JPH11118778A

JPH11118778A - 熱分析装置

Info

Publication number: JPH11118778A
Application number: JP28664997A
Authority: JP
Inventors: Kunitaka Satou; 訓孝佐藤; Chuichi Watanabe; 忠一渡辺
Original assignee: Frontier Laboratories Ltd
Current assignee: Frontier Laboratories Ltd
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1997-10-20
Publication date: 1999-04-30
Anticipated expiration: 2017-10-20
Also published as: JP3965234B2

Abstract

(57)【要約】【課題】一の試料の熱分解後、速やかに他の試料の昇温
熱分解分析ができる熱分析装置を提供する。【解決手段】熱分解炉２と、検出手段３と、熱分解炉２
及び検出手段３を接続する接続部４と、熱分解炉２を加
熱する第１の加熱手段５と、接続部４を加熱する第２の
加熱手段６と、両加熱手段５，６を制御する加熱制御手
段７と、熱分解炉冷却手段９と、冷却手段９を制御する
冷却制御手段７とからなる。加熱制御手段７は、一の試
料の熱分解後、加熱手段５を停止し、他の試料を低温か
ら高温に昇温する前に、接続部４の温度が前記昇温の出
発温度に対応する温度になる様に加熱手段６を制御す
る。このとき冷却制御手段７は、冷却手段９により熱分
解炉２を冷却する。加熱制御手段７は、前記昇温時、熱
分解炉２の温度の昇温速度以上の速度で接続部４の温度
を上昇させる。接続部４を冷却する接続部冷却手段１７
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、合成樹脂等の高分
子試料の特定のために、発生ガス分析法と熱分解ガスク
ロマトグラフィー法とを連続して行うことができる熱分
析装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、可塑剤等の揮発性成分を含む合成
樹脂等の高分子試料の特定のために、まず、該試料を室
温乃至１００℃程度の温度から３００℃程度の温度に昇
温して前記揮発性成分を順次気化させ、発生した気相成
分を分離・検出する発生ガスの分析を行い、次いで該試
料をさらに高温の５５０℃程度の温度に加熱して高分子
成分を熱分解し、発生した気相成分を分離、検出する熱
分解ガスクロマトグラフィー（Ｐｙ−ＧＣ）を行うとい
うように、前記発生ガスの分析と熱分解とを連続して行
うことができるようにした熱分析装置が知られている。

【０００３】前記熱分析装置は、前記高分子試料を昇
温、加熱する熱分解炉と、該熱分解炉で生成した気相成
分を検出する検出手段とを備え、前記検出手段には、発
生した気相成分を分離カラムを介して水素イオン化検出
器（ＦＩＤ）、質量分析計（ＭＳ）、原子発光分析計
（ＡＥＤ）等の検出器に導入して検出するものが用いら
れる。尚、前記発生ガス分析の際には、前記気相成分は
順次生成し、分離する必要がない場合は、前記ＦＩＤ、
ＭＳ、ＡＥＤ等の検出器は分離カラムを介さず、分解能
のないカラムを介して前記熱分解炉に接続する様にして
もよい。

【０００４】前記熱分析装置では、前記熱分解炉で生成
した気相成分を前記検出手段に導入する際に、前記気相
成分の凝縮を防止するために、前記熱分解炉と前記検出
手段との距離をできるだけ小さくすると共に、前記熱分
解炉と前記検出手段とを接続するインターフェース部を
設け、該インターフェース部を２５０℃以上の温度、例
えば３００℃程度の温度に保持するようになっている。

【０００５】ところで、前記高分子試料は、一般に、１
種の試料を複数の試料に分割し、このうちの一つを用い
て試験的な分析を行い、その結果に基づいて他の試料で
精密な分析を行うというように、複数回の分析操作を行
うことが行われている。この場合、一の試料について前
記手順により熱分解を終了した後、他の試料について再
び発生ガス分析を行うためには、前記熱分解のために５
５０℃程度に加熱されている熱分解炉を１００℃以下
に、試料によっては室温乃至５０℃程度の温度に冷却す
る必要がある。

【０００６】しかしながら、従来の熱分析装置で、前記
熱分解後、単に前記熱分解炉の加熱を停止するだけで
は、前記熱分解炉が前記のように冷却されるまでに長時
間を要し、一の試料の熱分解後、速やかに他の試料の発
生ガス分析を行うことができないという不都合がある。
前記不都合を解決するために、前記熱分解炉の外周部に
圧縮空気を吹き付ける等して前記熱分解炉を冷却するこ
とも考えられるが、前記熱分解炉は、前記接続部からの
熱伝導、輻射熱等により加熱されており、前記のように
冷却するだけでは十分な効果が得られない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる不都
合を解消して、一の試料の熱分解後、速やかに他の試料
の発生ガス分析を行うことができる熱分析装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の熱分析装置は、試料を低温から高温に昇
温して順次気相成分を発生させ、次いで該試料をさらに
高温に加熱して気相成分に熱分解する熱分解炉と、該熱
分解炉で生成した気相成分を検出する検出手段と、該熱
分解炉と該検出手段とを接続する接続部と、該熱分解炉
を加熱する第１の加熱手段と、該接続部を加熱する第２
の加熱手段とからなる熱分析装置において、両加熱手段
による加熱を制御する加熱制御手段と、前記熱分解炉を
冷却する熱分解炉冷却手段と、該熱分解炉冷却手段によ
る冷却を制御する冷却制御手段とを設け、前記加熱制御
手段は一の試料の熱分解後、前記第１の加熱手段による
加熱を停止すると共に、他の試料を低温から高温に昇温
する前に、前記接続部の温度が前記試料を低温から高温
に昇温する際の出発温度に対応する温度になる様に前記
第２の加熱手段を制御し、前記冷却制御手段は一の試料
の熱分解後、他の試料を低温から高温に昇温する前に該
熱分解炉冷却手段により前記熱分解炉を冷却することを
特徴とする。

【０００９】本発明の熱分析装置によれば、まず、前記
加熱制御手段は、前記第１の加熱手段を作動させると共
に、これを制御して、前記熱分解炉を低温から高温に昇
温する。また、前記加熱制御手段は、前記第１の加熱手
段と同時に前記第２の加熱手段を作動させて、これを制
御し、前記熱分解炉で生成した気相成分が前記接続部で
凝縮しないように前記接続部を所定の温度に加熱し、該
温度に保持する。

【００１０】前記熱分解炉を前記の様に加熱すると、前
記試料が低温から高温に昇温され、該試料中の揮発性成
分が順次気化して気相成分が生成する。そこで、生成し
た気相成分は順次、前記検出手段に導入され、分離・検
出される。

【００１１】次に、前記試料中の揮発性成分の気化が終
了したならば、前記加熱制御手段はに前記第１の加熱手
段を制御して、前記試料をさらに高温に加熱して、該試
料中の高分子成分を熱分解し、気相成分の混合物を生成
させる。そして、前記熱分解により生成した気相成分の
混合物は、前記検出手段に導入され、個々の気相成分に
分離、検出される。

【００１２】本発明の熱分析装置では、前述の手順によ
り一つの試料の熱分解が終了したならば、次に、新しい
試料を再び低温から昇温できる様に、前記加熱制御手段
が前記第１の加熱手段による加熱を停止すると共に、前
記冷却制御手段が前記熱分解炉冷却手段を作動させる。
このとき、前記加熱制御手段はまた、前記第２の加熱手
段を制御し、前記接続部の温度が前記試料を低温から高
温に昇温する際の出発温度に対応する温度になる様に加
熱量を制限する。この結果、前記熱分解炉冷却手段によ
り前記熱分解炉が直接冷却されると共に、前記接続部の
熱の前記熱分解炉に対する影響が低減され、前記熱分解
炉は一の試料の熱分解後、短時間のうちに室温乃至５０
℃程度の温度まで冷却される。

【００１３】本発明の熱分析装置では、前記熱分解炉が
前記のように冷却されたならば、前記冷却制御手段が前
記熱分解炉冷却手段を停止させると共に、前記加熱制御
手段が第１及び第２の加熱手段を制御して、他の試料に
ついて再び前述の操作を繰り返し低温から高温に昇温す
る。

【００１４】従って、本発明の熱分析装置によれば、一
の試料の熱分解後、他の試料の室温乃至５０℃程度の温
度からの昇温を速やかに行うことができる。

【００１５】また、本発明の熱分析装置では、前記加熱
制御手段は、試料を低温から高温に昇温して順次気相成
分を発生させるときに、前記熱分解炉の温度の昇温速度
以上の速度で前記接続部の温度を上昇させるように前記
第２の加熱手段を制御する。このようにすることによ
り、前記接続部の温度が前記熱分解炉の温度と同等もし
くはそれより早く上昇するので、前記昇温の開始時に前
記接続部が冷却されているときにも、前記熱分解炉で発
生する気相成分の前記接続部における凝縮を防止するこ
とができる。

【００１６】また、本発明の熱分析装置は、前記冷却制
御手段により制御されて前記接続部を冷却する接続部冷
却手段を設けたことを特徴とする。前記接続部冷却手段
は、前記加熱制御手段により前記第２の加熱手段を制御
して加熱量を制限する際に、前記冷却制御手段により制
御されて前記接続部を冷却することにより、前記接続部
を迅速に冷却することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、添付の図面を参照しながら
本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図
１は本実施形態の熱分析装置の一構成例を示すシステム
構成図であり、図２は図１示の熱分析装置の制御系統を
示すブロック図である。

【００１８】本実施態様の熱分析装置は、基質ポリマー
と可塑剤などの揮発性成分とからなる１つの試料につい
て昇温による発生ガスの分析と、基質ポリマーの熱分解
ガスクロマトグラフィー（Ｐｙ−ＧＣ）法による分析操
作とを連続して行うことができるダブルショット・パイ
ロライザーであり、図１及び図２に示すように、円筒状
ケース１内に備えられた熱分解炉２と、熱分解炉２で生
成した気相成分を検出する検出手段３と、熱分解炉２と
検出手段３とを接続する接続部であるインターフェース
４とを備えている。この熱分解炉２は、石英熱分解管と
熱分解炉ブロックとから構成されており、発生ガス等は
熱分解管中を通過して検出手段３へ流入する。熱分解炉
２及びインターフェース４はそれぞれその内部にヒータ
５，６を備え、各ヒータ５，６は円筒状ケース１の外部
に備えられた冷熱制御手段７に接続されている。

【００１９】熱分解炉２の炉内部には、導管８が埋設さ
れている。導管８は、その上流側の端部が冷熱制御手段
７に制御される電磁弁９を介して円筒状ケース１の外部
に備えられた圧縮ガスボンベ１０に接続されて、電磁弁
９が開弁されたときに空気、窒素ガス、炭酸ガス等の圧
縮ガスを冷媒として流通できるようになっている。尚、
導管８の下流側の端部は、円筒状ケース１の外部で外気
に開放されており、前記圧縮空気が熱分解炉２の冷却後
に円筒状ケース１の外部に放出されるようになってい
る。

【００２０】また、熱分解炉２には、炉内温度を検知す
る温度センサ１１が設けられ、冷熱制御手段７に接続さ
れている。さらに、熱分解炉２は、その上部で円筒状ケ
ース１に設けられたキャリヤガス導入口２ａに連通する
と共に、図示しない試料導入装置により熱分解炉２内に
試料を導入できるようになっている。

【００２１】また、検出手段３は、円筒状ケース１の下
方に設けられた恒温槽１２内に収容された分離カラム１
３と、分離カラム１３の末端部に接続された検出器１４
とからなり、分離カラム１３の他方の端部はインターフ
ェース４の下部に連通するガスクロマトグラフ用注入口
１５に挿入されている。前記分離カラム１３としては、
金属製キャピラリーカラム等を用いることができる。ま
た、検出器１４としては、水素イオン化検出器（ＦＩ
Ｄ）、質量分析計（ＭＳ）、原子発光分析計（ＡＥＤ）
等、それ自体公知の検出器を用いることができる。

【００２２】本実施態様の熱分析装置では、さらに、前
記インターフェース４の周壁に導管１６が埋設されてい
る。導管１６は、その上流側の端部が冷熱制御手段７に
制御される電磁弁１７を介して円筒状ケース１の外部に
備えられた圧縮ガスボンベ１８に接続されて、電磁弁１
７が開弁されたときに空気、窒素ガス、炭酸ガス等の圧
縮ガスを冷媒として流通できるようになっている。尚、
導管１６の下流側の端部は、円筒状ケース１の外部で外
気に開放されており、前記圧縮空気がインターフェース
４の冷却後に円筒状ケース１の外部に放出されるように
なっている。

【００２３】また、インターフェース４の周壁には、イ
ンターフェース４の温度を検知する温度センサ１９が設
けられ、冷熱制御手段７に接続されている。

【００２４】尚、冷熱制御手段７は、ヒータ５，６によ
る加熱を制御する加熱制御手段としての機能と、電磁弁
９，１７から流通される冷媒による冷却を制御する冷却
制御手段としての機能とを兼ね備えている。冷熱制御手
段７は、図２示のように、タイマ２０，ＣＰＵ２１，Ｒ
ＡＭ２２，ＲＯＭ２３等を備えるマイクロコンピュータ
であり、外部入力装置２４によりオン・オフされ、或い
は加熱に必要なプログラムを入力できるようになってい
る。

【００２５】次に、本実施態様の熱分析装置の作動につ
いて説明する。

【００２６】本実施態様の熱分析装置により、樹脂等の
未知の高分子試料の分析を行うときには、まず、外部入
力装置２４に備えられたスイッチをオンすることによ
り、冷熱制御手段７を作動させる。すると、冷熱制御手
段７はヒータ５を作動させると共に、ヒータ５を制御し
て、熱分解炉２を前記高分子試料を低温から高温に昇温
して順次気相成分を発生させるときの出発温度、例え
ば、５０℃まで加熱し、該温度に保持する。また、冷熱
制御手段７は、ヒータ５と同時にヒータ６を作動させる
と共に、ヒータ６を制御して、インタフェース４を所定
の温度、例えば、１５０℃まで加熱し、該温度に保持す
る。

【００２７】冷熱制御手段７による前記ヒータ５，６の
加熱制御は、一般に比例制御法等が用いられ、単位時間
毎に温度センサ１１，１９により検知される温度（検知
温）を予め定められた設定値と比較し、検知温が設定値
よりも低ければ、ヒータ５，６にさらに電圧を印加する
というようにして行われる。

【００２８】次に、熱分解炉２及びインターフェース４
の温度が前記所定の温度に達したならば、前記高分子試
料を図示しない試料導入装置により熱分解炉２内に導入
する。このとき、前記高分子試料は、均等に複数の試料
に分割し、その一を取って初回の試料とする。

【００２９】次に、前記のように初回の試料が熱分解炉
２内に導入されたならば、外部入力装置２４を操作し
て、冷熱制御手段７による前記試料の加熱を開始する。
加熱が開始されると、冷熱制御手段７は前記の様にして
ヒータ５を制御し、熱分解炉２の温度を例えば２０℃／
分の昇温速度で３００℃まで昇温する。また、冷熱制御
手段７は、同時にヒータ６を制御し、インターフェース
４の温度を例えば２０℃／分以上の昇温速度で３００℃
まで昇温し、該温度に保持する。

【００３０】前記のように熱分解炉２の温度を昇温する
ことにより、前記試料中の揮発性成分が順次気化され、
気相成分が生成する。前記のようにして生成した気相成
分は、キャリヤガス導入口２ａから導入されるヘリウム
等のキャリヤガスにより、分離カラム１３を介して検出
器１４に導入され、検出される。このとき、インターフ
ェース４は、前記の様に熱分解炉２の昇温速度以上の速
度で昇温されているので、その温度は熱分解炉２の温度
と同じか、またはそれより高温であり、熱分解炉２内で
発生した気相成分は、途中で停滞したり、凝縮したりす
ることなく分離カラム１３に導入され、分離・分析され
る。そして、分析終了とともに、ＧＣ温恒温相槽温度は
初期温度にまで自動的に冷却され、該温度に保持され
る。

【００３１】次に、前記揮発性成分の発生ガス分析が終
了すると、冷熱制御手段７はインターフェース４を前記
温度に保持しつつ、ヒータ５を制御して、熱分解炉２内
の温度をさらに高温の５５０℃になる様に加熱し、前記
試料中の高分子成分を熱分解する。これにより、前記高
分子成分が瞬間的に、或いは短時間、通常は約数分間以
内に連続して熱分解されて分解生成物が気化し、複数の
気相成分の混合物が生成する。前記気相成分の混合物
は、キャリヤガス導入口２ａから導入されるキャリヤガ
スにより、分離カラム１３に導入され、分離カラム１３
にて個々の気相成分に分離された上、検出器１４に導入
され、検出される。このとき、インターフェース４は前
記温度に保持されているので、熱分解炉２内で発生した
気相成分は、途中で停滞したり、凝縮したりすることな
く分離カラム１３に導入され、分離・分析される。

【００３２】前記試料を熱分解する際に、冷熱制御手段
７は温度センサ１１の検知温が５５０℃に達すると、タ
イマ２０をスタートさせる。タイマ２０は例えば１分間
でタイムアップし、タイマ２０がタイムアップすると、
冷熱制御手段７は初回の試料の熱分解が完了したものと
判断し、次の試料の分析操作のために、ヒータ５による
加熱を停止し、熱分解炉２及びインターフェース４の冷
却を行う。

【００３３】前記冷却にあたり、冷熱制御手段７は、ま
ず、電磁弁９を開弁し、ボンベ１０から導管８に空気、
窒素ガス、炭酸ガス等の圧縮ガスを冷媒として流通させ
る。前記冷媒は、圧縮空気の場合、例えば５Ｋｇ／ｃｍ
²の圧力、１０リットル／分の流量で流通される。

【００３４】本実施形態によれば、前記圧縮ガスは、導
管８に流通されて熱分解炉２を冷却したのち、加熱され
たガスが導管８の下流側端部から円筒状ケース１の外部
に排出されるので、熱分解炉２の周辺部材を不必要に加
熱することなく、所期の効果を奏することができる。

【００３５】また、冷熱制御手段７は、電磁弁９を開弁
するのと同時にヒータ６を制御してその加熱量を制限
し、インターフェース４の温度が前記試料中の揮発性成
分が順次気化するときの出発温度に対応する温度になる
ようにする。前記ヒータ６の制御は、熱分解炉２の炉内
温度を前記出発温度ｔ₀℃まで低下させるときに、イン
ターフェース４の温度をｔ℃として、例えば、ｔ＝ｔ₀
＋Ｃ（Ｃは定数）となるようにして行う。

【００３６】具体的には、冷熱制御手段７は、温度セン
サ１９により検知される温度が前記式により定まるｔ℃
に達するまでヒータ６に対する電圧の印加を中断し、温
度センサ１９により検知される温度がｔ℃に達したなら
ば、電磁弁９を閉弁すると共に、ヒータ６に対する電圧
の印加を再開し、それ以降はインターフェース４の温度
がｔ℃に保持される様にヒータ６を制御する。

【００３７】前記式中の定数Ｃは、各種装置により定ま
り、例えばＣ＝１００のときに前記出発温度が１００℃
であれば、インターフェース４の温度は２００℃まで冷
却される。また、前記出発温度が５０℃であれば、イン
ターフェース４の温度は１５０℃まで冷却される。尚、
前記出発温度が１００℃であるときには、熱分解炉２の
炉内温度は１００℃まで低下され、出発温度が５０℃で
あるときには、熱分解炉２の炉内温度は５０℃まで低下
される。

【００３８】本実施形態では、初回の試料の熱分解終了
後、熱分解炉２の冷却と共に前記の様にヒータ６の加熱
量を制限することにより、熱分解炉２の炉内温度を５５
０℃から５０℃まで２０分で低下させることができた。

【００３９】次に、前記のように分割された試料の新し
い１つを取って、該試料が図示しない試料導入装置によ
り熱分解炉２内に導入されると、冷熱制御手段７は再び
ヒータ５により熱分解炉２を加熱して、該試料の分析操
作を開始する。

【００４０】このとき、インターフェース４は前記の様
に冷却された状態であるので、冷熱制御手段７はヒータ
６を制御し、熱分解炉２の温度の昇温速度以上の速度
で、インターフェース４の温度を上昇させる。例えば、
冷熱制御手段７は、熱分解炉２の温度を５０℃から３０
０℃まで２０℃／分で昇温するときには、インターフェ
ース４の温度を１５０℃から３００℃まで２０℃／分以
上の速度で昇温させる。そして、冷熱制御手段７は、イ
ンターフェース４の温度が３００℃に達したならば、そ
れ以降は該温度に保持するようにヒータ６を制御する。

【００４１】この結果、新しい試料の分析操作に当たっ
ては、該試料を室温乃至５０℃程度の低温から加熱する
ことができ、しかも、該加熱により生成する気相成分が
インターフェース４で停滞、凝縮することを防止するこ
とができる。

【００４２】本実施形態では、一の試料の熱分解後に、
前記のように熱分解炉２の温度を低下させる際に、冷熱
制御手段７がヒータ６の加熱を制限する制御を行うよう
にしているが、冷熱制御手段７は、さらに、前記ヒータ
６の制御と平行して電磁弁１７を開弁して、ボンベ１８
から導管１６に前記冷媒を流通させるようにしてもよ
い。このようにすることにより、インターフェース４の
冷却を促進することができる。

【００４３】尚、本実施形態では、ヒータ５，６による
加熱と、電磁弁９，１７から流通される冷媒による冷却
とを単一の制御手段、すなわち冷熱制御手段７により制
御しているが、前記加熱と、冷却とはそれぞれ別個の制
御手段により制御する様にしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱分析装置の一構成例を示すシステム
構成図。

【図２】図１示の熱分析装置の制御系統を示すブロック
図。

【符号の説明】

２…熱分解炉、３…検出手段、４…接続部、５…
第１の加熱手段、６…第２の加熱手段、７…加熱制
御手段及び冷却制御手段、８…導管、９…熱分解炉
冷却手段、１６…導管、１７…接続部冷却手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料を低温から高温に昇温して順次気相成
分を発生させ、次いで該試料をさらに高温に加熱して気
相成分に熱分解する熱分解炉と、該熱分解炉で生成した
気相成分を検出する検出手段と、該熱分解炉と該検出手
段とを接続する接続部と、該熱分解炉を加熱する第１の
加熱手段と、該接続部を加熱する第２の加熱手段とから
なる熱分析装置において、両加熱手段による加熱を制御する加熱制御手段と、前記
熱分解炉を冷却する熱分解炉冷却手段と、該熱分解炉冷
却手段による冷却を制御する冷却制御手段とを設け、前
記加熱制御手段は一の試料の熱分解後、前記第１の加熱
手段による加熱を停止すると共に、他の試料を低温から
高温に昇温する前に、前記接続部の温度が前記試料を低
温から高温に昇温する際の出発温度に対応する温度にな
る様に前記第２の加熱手段を制御し、前記冷却制御手段
は一の試料の熱分解後、他の試料を低温から高温に昇温
する前に該熱分解炉冷却手段により前記熱分解炉を冷却
することを特徴とする熱分析装置。
【請求項２】前記加熱制御手段は、試料を低温から高温
に昇温して順次気相成分を発生させるときに、前記熱分
解炉の温度の昇温速度以上の速度で前記接続部の温度を
上昇させるように前記第２の加熱手段を制御することを
特徴とする請求項１記載の熱分析装置。
【請求項３】前記冷却制御手段により制御されて前記接
続部を冷却する接続部冷却手段を設けたことを特徴とす
る請求項１または請求項２記載の熱分析装置。