JPS6165154A - 金属試料中の炭素,硫黄成分の迅速分析方法および装置 - Google Patents

金属試料中の炭素,硫黄成分の迅速分析方法および装置

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JPS6165154A
JPS6165154A JP59186563A JP18656384A JPS6165154A JP S6165154 A JPS6165154 A JP S6165154A JP 59186563 A JP59186563 A JP 59186563A JP 18656384 A JP18656384 A JP 18656384A JP S6165154 A JPS6165154 A JP S6165154A
Authority
JP
Japan
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sample
carbon
sulfur
gas
oxide
Prior art date
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Pending
Application number
JP59186563A
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English (en)
Inventor
Akihiro Ono
小野 昭紘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPS6165154A publication Critical patent/JPS6165154A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N31/00Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
    • G01N31/005Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods investigating the presence of an element by oxidation

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  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (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) 本発明は金属分析試料中に含まれる炭素、硫黄を筒中、
迅速に分析する方法および装置に関するものであり、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
(従来の技術) 金属の精錬、製鋼プロセスなとの操業の管理には、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、迅速分析か必要である。分析対象成分の中で
も、炭素および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。
金属試料中の炭素および硫黄の分析方法は各種いろいる
あるが、両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(J[S G1203鉄および鋼の光電測光
法による発光分光分析方法通則(1968) 、 JI
S G1253鉄および鋼の光電4111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、
金属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′屯を行なわせ、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求める方法
である。
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冨光学装置であるために
室温変化か少なく、振動が起らずまた塵埃の少なQ)場
所に設置しなけらばならない。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、しかも設置五の制約条件が廠しくなく
、安価な分析装置が望まれる場合が多い。
(発明が解決しようとする問題点) 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および/または硫黄を
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た特長
をもつものである。
(問題点を解決するだめの手段) 本発明は金属試料中に含まれる炭素、硫黄を酸素ガスを
含む不活性ガス雰囲気中でスパーク放電等によって励起
させ、両成分を炭酸ガスおよび亜硫酸ガスなどの酸化物
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の濃度を測定し、金属試料中の
両成分の含有率を簡単、迅速に分析するものである。
(発明の構成争作用・実施例) 第1図に示す本発明の実施装置例をもとに、本発明の構
成1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′屯を採用した例を示し
た。
本発明の装置は、酸化物生成部1.スパーク放電用電源
部2.アルゴンなとの不活性カス制御部3、酸化物ガス
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。酸化物生成部lは分析試N7に対抗し
てタングステン製などの対電極8が設けられ、酸素カス
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6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のイ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抑圧した状態で保持す
る。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′M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。例えは、スパーク放電
回路定数が自己誘導10gH,静電容量3、F、抵抗O
Ωで、電圧は+ooov 、周波数は100〜400 
Hz、  電極間間隙は4〜6+im程度の−・般的な
低圧スパーク放電条件を採用した場合、)t量結果の感
度、精度かイΩれていた。
カス制御部3は、酸素カスを0.01〜20%程度弗合
した高純度アルゴンカスボンベ10.高純度アルコンガ
スポンベll、ニードル/ヘルプ付M(、IlfシナI
8a。
18b、 18c、電磁弁 19a”19eなどから構
成され、酸素イ昆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、酸化物生成部
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、酸素混合
アルゴンガスボンベl O+ IQ ME 計(7,Q
@lO〜201/ll1in)  18b、電磁弁ja
b、 +9c。
カス供給管18.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?3よ
び19bにかわって流量計(流量0.5〜2!Q、/ 
min )  18a 、 ′s磁方弁19a通りほか
はすべて上記と同じ経路(壬ヤリアーガス経路)に酸素
混合フルコンカスを流し、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
料中の炭素および硫黄の酸化物ガスを放電室9より搬送
管17へ連ひ出す。酸化物カスは搬送管17から検出g
l!5へ送られて、各元素の分析か行なわれるが、1試
料の分析終了後には、第1図の破線矢印 の経路(クリ
ーニングガス経路)、すなわちアルゴンカスポンベll
+mft計18c、電磁弁 19e 、四方口切替弁2
0a、電磁弁19d、l!送管17.放電室9.ガス供
給管1B、電磁弁19c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法発微粒子など
を洗浄除去する。分析試料7に鉄鋼試料を用い、高純度
アルゴンカ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Tる。この粒子は0、OIALm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酸素ガスを混合し
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、けい素等は酸化物の超微粒子を形成する
が、炭素および硫黄は励起された瞬間に酸素と反応して
それぞれ炭酸カス、−酸化炭素ガスおよび亜硫酸ガスな
どの各々のカス状の酸化物が生成することを見い出した
。生成した各酸化物ガスは、放電室9から搬送管17を
通り電磁弁18d、四方口切替弁20aを経て系外に排
出されるか、所定時期に3方口電磁弁19d t−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.カス計量
管13aおよび 13b、電磁弁19fおよび19gか
ら構成される。電磁弁+9dを経て送られてきた酸化物
ガスは、フィルター12で一緒に送られてき一酸化鉄な
どの、tlfl微粒子が除去され、四方日切巷升20b
f!:通り1〜5cc程度で一定容、+7Fとした細管
からなるカス計量管L3aBJ、ひ 13b中を満たし
て電磁弁19fおよび19gより糸外へ排出される。計
に計13a 、 13bに計量サンプリングされた酸化
物カスは四方口切替弁20a、 20bを切替えること
によって、ホンへ11から高純度アルゴンカスをキャリ
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(FPD) 15から構成される6両検
出器ともカ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。炭酸ガス
はFID検出器では測定できないために、 FIDの前
にニッケル触媒を加熱したガス還元装置21を取°り付
ける。炭酸ガスや一酸化炭素はメタンに還元されてFI
Dに導入され高感度で検出される。FPD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。本発明においてFIDは炭素の酸
化物の検出に、FPDはg黄の酸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
もつか、硫黄については400nm付近に最大強度を示
す波長をもつので、この波長領域をよく通す干渉フィル
ター2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、各成分のピーク高さあるいはピーク面積が求めら
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、鉄鋼試料中の炭素および/または硫黄の各含有址が
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、lパルスの放電で鉄鋼試料
の約lagが励起蒸発する。周波数200Hzを採用し
た場合には、1分1(Ifに約12mgの試料が蒸発し
、例えば鉄鋼試料中のl0ppa+の炭素および硫黄は
酸素混合アルゴンカス流量を0.5文/mIn とした
場合に、炭酸ガスおよび亜硫酸カスの生成効率を100
%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。Fry、 FPDともに各成分の
検出濃度は更に低く、IPρωの濃度は十分に余裕のあ
る定量濃度であり、酸化物の生成効率か例えば2(H程
度であっても定量できる。従って未決、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
、硫黄は十分定量できる。また1分析所要時間は、試料
を酸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
起唐発エネルギー源としてスパーク放電を例に説明した
か、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も適用できる。
(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、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l/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、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・・・酸化物生成部、2・・・スパーク放電用電源部
。 3・・・ガス制御部、4・・・酸化物ガスサンプリング
部、5・・・検出部、6・・・データ処理部、7・・・
分析試料、8・・・対電極、9・・・放電室、 10・
・・酸素混合アルゴンガスポンベ、II・・・アルゴン
ガスボンベ、12・・・微粒子フィルター、 +3a、
13b・・・ガス計州管、14・・・水素炎イオン化検
出器(FID)  、 15・・・水素炎光度検出器(
FPD)、+8・・・酸素混合アルゴンガス供給管。 17・・・酸化物ガス搬送管、 18a、18b、18
c・・・流量調節器付ガス流J、計、 19a 〜19
g、20a、 20b=・カス切替バルブ、 2+・・
・カス還元装置 時計出願人 代理人

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)酸素ガスを混合した不活性ガス雰囲気中で分析試
    料にスパーク放電、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および硫黄成分
    を励起してガス状の酸化物に変化させ、これらの酸化物
    ガスを水素炎中に導入して炭素成分の導電率および/ま
    たは硫黄成分の発光強度を測定し、各元素の試料中の含
    有率を求めることを特徴とする金属試料中の炭素および
    硫黄の迅速分析方法。
  2. (2)分析試料設定部、同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、酸素
    ガスを混合した不活性ガス供給口および酸化物ガスの排
    出口を設けた密閉状で小容積の酸化物ガス生成室を有す
    る金属試料中の炭素および硫黄の各酸化物ガス生成装置
    、 前記金属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
    酸素ガスを混合した不活性ガスの流量制御装置、前記酸
    化物ガス排出口に酸化物ガス搬送管、同ガスサンプリン
    グ装置および同ガス還元装置を介して接続した水素炎イ
    オン化検出器、前記酸化物ガス排出口に酸化物ガス搬送
    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
    を特徴とする金属試料中の炭素および硫黄の迅速分析装
    置。
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Cited By (4)

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