JPS60233538A - 水素化物生成炭素,燐,硫黄成分の迅速分析方法および装置 - Google Patents

水素化物生成炭素,燐,硫黄成分の迅速分析方法および装置

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JPS60233538A
JPS60233538A JP59088370A JP8837084A JPS60233538A JP S60233538 A JPS60233538 A JP S60233538A JP 59088370 A JP59088370 A JP 59088370A JP 8837084 A JP8837084 A JP 8837084A JP S60233538 A JPS60233538 A JP S60233538A
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JP
Japan
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gas
sample
hydride
gaseous
hydrogen
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Pending
Application number
JP59088370A
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English (en)
Inventor
Akihiro Ono
小野 昭紘
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/71Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
    • G01N21/72Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited using flame burners

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Pathology (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

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) 本発明は分析試料中に含まれる炭素、燐、硫黄を水素ガ
ス雰囲気中でスパーク放電等によって励起さi、各成分
を水素化物ガスに変え、水素炎イオン化検出器および水
素炎光度検出器によって各ガス成分濃度を測定し、分析
試料中の各成分含有率を簡単、迅速に分析する方法およ
び装置に関するものである。
金属の精錬、製鋼プロセスなどの操業の管理には、可能
な限り迅速に分析して成分含有率を把握し、その結果に
よって対応処理をとる必要がある。また、製品の検定に
も高精度、迅速分析が必要である。分析対象成分の中で
も、炭素、燐、硫黄については特に製鉄において、品質
を決定する上で重要な成分である。本発明は、上記のよ
うに製鉄業あるいは各種非鉄金属製造業などにおける製
造工程管理分析や品質管理分析の分野で利用されるもの
である。
(従来技術) 金属試料押の炭素、燐、硫黄の分析方法は各種いろいる
あるが、これら3成分を迅速に分析する方法としては1
発光分光分析方法(JIS 01203鉄および鋼の光
電測光法による発光分光分析方法通則(1f38B) 
、 JIS G1253鉄および鋼の光電測光法による
発光分光分析方法)が活用されている。この分析方法は
、分析試料片表面とタングステン等の対電極先端部間に
高電圧をかけてスパーク放電を行なわせ、分析成分を励
起発光させ、励起光を分光器によって分光し、各成分の
発光スペクトル線強度から試料中の含有率をめる方法で
ある。
(発明が解決しようとする問題点) 従来の発光分光分析法は、短時間で複数元素を同時分析
できる実用的な方法である。しかし、同時に発光する各
元素のスペクトル線の干渉を防ぐために1オングストロ
ーム以下の高分解能の発光スペクトルの分光が必要にな
る。従って、分光器は大型となり、分析装置全体が占め
るスペースは大きく分光器は精密光学装置であるために
室温変化が少なく、振動が起らずまた塵埃の少ない場所
に設置しなけらばならない9分析装置の価格も非常に高
価になる。
そこで、従来の発光分光分析法のように非常に複数の元
素を同時分析できなくとも、必要最小限の元素を簡単、
迅速に分析でき、しかも設置上の制約条件が厳しくなく
、安価な分析装置が望まれる場合が多い0本発明はこの
ような目的のために提供されるもので、方法、原理的に
も全く新規のものである。すなわち、金属の機械的強度
などの品質評価に重要な影響を与える主要な元素である
炭素、燐、硫黄を簡単、迅速に高感度、高性能で分析で
き、しかも、温度変化、振動、塵埃等設置環境上の制約
がゆるく、装置価格も安価である。
また、近年の高純度金属生産に必須である高感度分析の
面ではとくに従来法よりも優れる特徴をもつ。
(発明の構成・作用・実施例) 第1図に示す本発明の実施装置例をもとに、本発明の帽
し作用について説明する。第1図には分析試料の励起エ
ネルギー源としてスパーク放電を採用した例を示した。
本発明の装置は、水素化物生成部1.スパーク放電用電
源部2.アルゴンなどのガス制御部3゜水素化物ガスサ
ンプリング部4.検出部5およびデータ処理部6を主体
に構成される。水素化物生成部1は分析試料7に対抗し
てタングステン製などの対電極8が設けられ、水素ガス
を混合したアルゴンなどの不活性ガス供給口と排出口を
設けた小容積の放電室9を形成している。対電極8は耐
熱絶縁材で保持されており、分析試料7とは絶縁状態と
している。また、放電室9の密閉性を保つために分析試
料7は耐熱樹脂性リングを介して押圧した状態で保持す
る0分析試料7および対電極8にはスパーク放電用電源
装置2の陰極および陽極がそれぞれ接続されている。こ
の両極に高電圧をかけて分析試料7表面と対電極8先端
部間に電気°的火花放電を飛ばし、分析試料中容元素を
励起蒸発させる。スパーク放電の条件は各元素の励起の
再現性が良い条件が適当である。例えば、スパーク放電
回路定数が自己銹導10ILH,静電容量3JLF+抵
抗OΩで、電圧は1ooov 、周波数は100〜40
0 Hz、電極間間隙は4〜6+u+程度の一般的な低
圧スパーク放電条件を採用した場合、定量結果の感度、
精度が優れていた。
ガ艮制御部3は、水素ガスを2〜20%程度混合した高
純度アルゴンガスポンベ10.高純度アルゴンガスポン
ベ11.二−ドルバルフ付流量計18a。
18b、 18c 、電磁弁11a〜L9eなどから構
成される水素混合アルゴンガスおよびアルゴンガスの流
路切替および流量制御を行なう。まず、水素化物生成部
1に分析試料7を設定したあと、第1図の実線矢印→の
経路(プリフラッシュガス経路)、すなわち、水素混合
アルゴンガスポンベ10.流量計(流量10〜201 
/ win ) 18b 、電磁弁111b、 19c
 。
ガス供給管1B、放電室9.ガス搬送管17.電磁弁1
9d、四方口切替弁20aにガスを流して放電室9内に
残留した大気を排出除去する。次に上記の18bおよび
18bにかわって流量計(流量0.5〜2旦/m1n)
 18a、電磁弁leaを通りほかはすべて上記と同じ
経路(キャリアーガス経路)に水素混合アルゴンガスを
流し、試料7表面および対電極8先端間にスパーク放電
を飛ばし、励起して反応゛生成した試料中の炭素、燐、
硫黄の水素化物ガスを放電室9より搬送管17へ運び出
す、水素化物ガスハ搬送管17から検出部5へ送られて
、各元素の分析が行なわれるが、l試料の分析終了後に
は、第1図の破線矢印−ヤの経路(クリーニングガス経
路)すなわちアルゴンガスボンベ11. 流量計1sc
電磁弁18e、四方口切替弁20a、電磁弁 18d、
搬送管17.放電室9.ガス供給管IS、電磁弁18c
にアルゴンガスを流して搬送管17や放電室9内に残留
した分析試料の蒸発微粒子などを洗浄除去する。
分析試料7に鉄鋼試料を用い、高純度アルゴンガス流通
下でスパーク放電を行なうと、鉄鋼試料中の鉄、マンガ
ン、けい素、炭素、硫黄、燐などの各元素は励起される
が、ごく短時間のうちにお互いが粒子を形成する。この
粒子は0.017Lm程度の極めて微細な超微粒子で、
スパーク放電の回路定数などにも左右されるが、その成
分組成はもとの鉄鋼試料の成分組成に近い、・しかし、
高純度アルゴンガスに水素ガスを混合して上記と同様に
スパーク放電を行なうと、鉄鋼試料中の鉄、マンガン、
けい素等水素に対して安定な元素は上記と同様に超微粒
子を形成するが、炭素、燐、硫黄は励起された瞬間に水
素と反応してそれぞれメタン。
ホズフィン、硫化水素などの各々のガス状の水素化物が
生成することを見い出した。生成した各水素化物ガスは
、放電室9から搬送管17を通り電磁弁111d 、四
方口切替弁20aを経て系外に排出されるが、所定時期
に3方口電磁弁113dを切替えてサンプリングして検
出部5へ送り込み各元素濃度を測定する。
サンプリング部4は、微粒子フィルター12.ガス計量
管13a〜 13c、電磁弁188Nlliから構成さ
れる。電磁弁111dを経て送られてきた水素化物ガス
は、フィルター12で一緒に送られてきた鉄などの超微
粒子が除去され、四方口切替弁20bを通り1〜5cc
程度で一定容量とした細管からなるガス計量管13a〜
 13c中を満たして電磁弁111f〜111hより系
外へ排出される。計量計13a〜 13cに計量サンプ
リングされた水素化物ガスは四方口切替弁20a、 2
0bを切替えることによって、ポンベ11から高純度ア
ルゴンガスをキャリアーガスとして各々検出部5へ送ら
れる。
検出部5は水素炎イオン化検出器(FID) 14.水
素炎光度検出器(FP[]) 15a、 15bから構
成される。
再検出器ともガスクロマトグラフに一般的に用いられる
検出器であるが、FIDは水素炎を励起源として分析成
分をイオン化しその導電率を測定するものである。FP
Dは水素炎を励起源として分析成分を発光させて得た発
光スペクトルを測定するものである0本発明においてF
IDは炭素の水素化物の検出に、FPDは燐および硫黄
の水素化物の検出に用いた。 FPDは燐および硫黄化
合物に対して選択的に高感度をもつが、燐については5
30nm付近に、硫黄については400n■付近に最大
強度を示す波長をもつので、これらの波長領域をよく通
す干渉フィルターを用いて選択を行ない、光電子増倍管
で各々のスペクトル強度を測定する。検出信号はデータ
処理部6に送られ、各水素化物のピーク高さあるいはピ
ーク面積がめられ、予め鉄鋼標準試料を用いて決定され
た検量線をもとに、鉄鋼試料中の炭素、燐、硫黄の各含
有量が算出される。鉄鋼試料を対象に前述の一般的な低
圧スパーク放電を行なった場合は、■パルスの放電で鉄
鋼試料の約1μgが励起蒸発する。周波数200Hzを
採用した場合には、1分間に約12mgの試料が蒸発し
、例えば鉄鋼試料中の10ppmの炭素、燐、1i&黄
は水素混合アルゴンガス流量を0.517 minとし
た場合に、メタン、ホスフィン、硫化水素の生成効率を
10ozとすると、アルゴンガス中の各元素の濃度はそ
れぞれ約1 ppmとなる。FID、 FPDともに各
水素化物の検出濃度は更に低く、i ppm+の濃度は
十分に余裕のある定量濃度であり、水素化物の生成効率
が例えば20%程度であっても定量できる。従って末法
の定量感度は著しく高感度であり、鋼中10ppm程度
の極微量の炭素、燐、硫黄は十分定量できる。また、分
析所要時間は、試料を水素化物生成部に設定後約1分以
内の短時間で分析することができ迅速性にすぐれる。
以上本発明の内容を、鉄鋼試料を対象に、また試料の励
起蒸発エネルギー源としてスパーク放電を例に説明した
が、試料の励起エネルギーにはスパーク放電以外にアー
ク放電、プラズマアーク放電、レーザー光照射などが適
用でき、対象試料には鉄鋼試料以外に各種非鉄金属、鉱
物、セラミックスなどに適用できる。
(発明の効果) 本発明は以上説明したように、これまで採用されてきた
分析試料中の複数元素を同時に迅速分析する発光分光分
析法に比べ、分析対象元素は炭素、燐、硫黄に限定され
るものの、振動、温度変化、塵埃等測定環境等分析装置
に対する制約条件がゆるく、また装置価格も1/3程度
の安価である。分析所要時間も短かく、定量感度にも優
れる非破壊迅速分析として有用で、金属等の品質評価に
最も重要な元素である炭素、燐、硫黄の主要元素を対象
とすることから、金属の精錬や製造プロセス等の操業管
理に極めて効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例装置の説明図である。 l・・・水素化物生成部、2・・・スパーク放電用電源
部、3・・・ガス制御部、4・・・水素化物ガスサンプ
リング−95・・・検出部、6・・・データ処理部、7
・・・分析試料、8・・・対電極゛′、9・・・放電室
、10・・・水素混合アルゴンガスポンベ、11・・・
アルゴンガスポンベ。 12・・・微粒子フィルター、 13a、13b、13
c・・・ガス計量管、14・・・水素炎イオン化検出器
(FID) 、 15a、15b・・・水素炎光度検出
器(FPD) 、 1B・・・水素混合アルゴンガス供
給管、17・・・水素化物ガス搬送管、 18a。 18b、18c・・・流量調節器付ガス流量計、18a
〜18h。 20a、 20b・・・ガス切替バルブ特許出願人 代
理人 弁理士 矢 葺 知 之 (ほか1名)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)水素ガスを混合した不活性ガス雰囲気ないしは水
    素ガス雰囲気中で分析試料表面にスパーク放電、アーク
    放電、プラズマアーク放電、レーザービーム照射のいず
    れかのエネルギーを供与することにより、分析試料中に
    含まれる炭素、燐、硫黄成分を励起してガス状の水素化
    物に変化させ、これら水素化物を水素炎中に導入して各
    元素の発光強度もしくは導電率を測定し、各元素の試料
    中の含有率をめることを特徴とする炭素、燐、硫黄の迅
    速分析方法。
  2. (2)分析試料設定部、同分析試料面に対向して設けた
    スパーク放電、アーク放電、プラズマアーク放電、レー
    ザービーム照射等の分析試料の励起エネルギー発生部、
    水素ガスないしは水素ガスを混合した不活性ガス供給口
    および水素化物ガスの排出口を設けた密閉状で小容積の
    水素化物ガス生成室を有する分析試料中の炭素、燐、硫
    黄の各水素化物ガス生成装置。 前記分析試料の励起エネルギー発生部に接続する各励起
    エネルギー発生装置、前記不活性ガス供給口に接続する
    水素ガスないしは水素ガスを混合した不活性ガスの流量
    制御装置、前記水素化物ガス排出口に水素化物ガス搬送
    管および同ガスサンプリング装置を介して接続した水素
    炎、イオン化検出器、水素炎光度検出器およびデータ処
    理装置から構成することを特徴とする分析試料中の炭素
    、燐、硫黄の迅速分析装置。
JP59088370A 1984-05-04 1984-05-04 水素化物生成炭素,燐,硫黄成分の迅速分析方法および装置 Pending JPS60233538A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0502121A1 (en) * 1989-12-01 1992-09-09 Sievers Research, Inc. Process and apparatus for simultaneous measurement of sulfur and non-sulfur containing compounds
RU2541135C2 (ru) * 2013-05-22 2015-02-10 Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Предприятие "Дельта" (Оао "Нпп "Дельта") Электроразрядный имитатор поверочных газовых смесей
CN109596603A (zh) * 2018-12-24 2019-04-09 河南省核工业放射性核素检测中心 一种土壤中痕量砷与多种金属元素同时测定的方法

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