JPWO2018056419A1 - 元素分析装置及び元素分析方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、加熱炉と真空雰囲気で元素を定量分析する質量分析計とを組み合わせた元素分析装置において、試料ガスに含まれるＡｒ元素を精度良く定量分析する。キャリアガスを導入しながら試料が入った黒鉛るつぼ（１１）を加熱することで該試料を気化して試料ガスを生成する加熱炉（１０）と、前記加熱炉から導出されるキャリアガス及び試料ガスからなる混合ガス中の該試料ガスに含まれるＡｒ元素を真空雰囲気で定量分析する四重極型質量分析計（４０）と、前記加熱炉（１０）に導入されるキャリアガスの圧力を制御する第１調圧器（１１１）と、前記加熱炉（１０）から導出される混合ガスの圧力を制御する第２調圧器（１２６）とを備える。
Description
本発明は、元素分析装置及び元素分析方法に関するものである。
従来の元素分析装置としては、特許文献１のように、加熱炉に収容された黒鉛るつぼに試料を投入し、加熱炉にキャリアガスを導入しながら黒鉛るつぼにインパルス電流を流してジュール発熱させて試料を気化させて試料ガスを生成し、加熱炉から導出されるキャリアガス及び試料ガスからなる混合ガスを四重極型質量分析計（Ｑ−ＭＳ）に導き、混合ガス中の試料ガスに含まれる元素を抽出して定量分析するものがある。
しかし、前記従来の元素分析装置においては、加熱炉から導出される混合ガスを四重極型質量分析計に導入するまでに十分に減圧しきれず、四重極型質量分析計において該混合ガス中の試料ガスに含まれる元素を精度良く定量分析することが困難であった。
詳述すると、四重極型質量分析計は、イオン化部に導入された試料ガスを高温のフィラメントから放出される熱電子によってイオン化し、続いて、該イオン化部で生成されたイオンを四重極部に導き、例えば４本の円柱形電極に直流及び交流電圧を印加して前記イオンを分類し、最後に、該四重極部で分類されたイオンをイオン検出部にてイオン電流として検出し、このイオン電流が持つ元素の量（分圧・濃度）に応じて変化する性質を利用して該試料ガスに含まれる元素を定量分析する原理になっているが、四重極部の雰囲気圧力が高くなると、その四重極部内を飛行するイオンと気体との衝突確率が高くなって該イオンがイオン検出部まで到達し難くなり、また、空間電荷の影響などによってイオン検出部における検出感度が変化するため、雰囲気圧力が最大使用圧力（例えば、１．５Ｐａ）を越えると、イオン電流が減少し始めることから、四重極型質量分析計に最大使用圧力を越える圧力の試料ガスを導入すると、測定精度が低下してしまう。
ところが、前記従来の元素分析装置においては、加熱炉から導出される混合ガスの圧力が非常に高圧であり、四重極型質量分析計に導入する前に該混合ガスの圧力を十分に減圧することができないため、これが原因となって測定精度が低下し、例えば、近年、金属粉末等に含まれるＡｒの濃度を低濃度でも精度良く測定したいという要求を満たすことができないことから、この要求に答えることができる新たな元素分析装置の開発が望まれている。
そこで、本発明は、加熱炉と真空雰囲気で元素を定量分析する質量分析計とを組み合わせた元素分析装置において、試料ガスに含まれる元素を精度良く定量分析することを主たる課題とするものである。
すなわち、本発明に係る元素分析装置は、キャリアガスを導入しながら試料が入ったるつぼを加熱し、該試料の少なくとも一部を気化して試料ガスを生成する加熱炉と、前記加熱炉から導出されるキャリアガス及び試料ガスからなる混合ガス中の該試料ガスに含まれる元素を真空雰囲気で抽出して定量分析する質量分析計と、前記加熱炉に導入されるキャリアガスの圧力を制御する第１調圧器と、前記加熱炉から導出される前記混合ガスの圧力を制御する第２調圧器とを備えることを特徴とするものである。
このようなものであれば、前記第１調圧器によって前記加熱炉に導入される高圧のキャリアガスを減圧し、さらに、前記第２調圧器によって前記加熱炉から導出されるキャリアガス及び試料ガスからなる混合ガスを減圧し、段階的に減圧するため、前記質量分析計に導入される混合ガスの圧力が該質量分析計に適した圧力にまで減圧されて分析精度が向上する。なお、本発明における真空雰囲気とは、所定の真空度に保持された状態を示している。
また、前記元素分析装置の別の構成としては、前記質量分析計が接続される真空チャンバをさらに備え、前記第２調圧器から導出される混合ガス全量が前記真空チャンバに導入されるものである。
また、前記元素分析装置の別の構成としては、前記第２調圧器と前記質量分析計との間で分岐する分岐ラインに設置され、前記第２調圧器から導出される前記混合ガスを吸引する吸引ポンプをさらに備えるものである。
このようなものであれば、前記第２調圧器で減圧された混合ガスが、前記吸引ポンプで吸引することによって質量分析計側（下流側）へ流れ易くなり、該質量分析側（下流側）のガス置換を早く行うことができ、また、前記吸引ポンプによって一部の混合ガスが排気され、残りの混合ガスが前記質量分析計へ流れるため、該混合ガスが導出ライン内に滞在する時間が短くなり、前記質量分析計による分析時間を短縮することができる。これにより、分析作業全体に必要な時間を短縮することができる。さらに、前記第２調圧器で減圧された混合ガスを前記吸引ポンプで吸引することにより、該混合ガスの圧力を更に減圧することができる。
また、前記元素分析装置の別の構成としては、前記第２調圧器の下流側に流量調整バルブを備えるものである。なお、該流量調整バルブは、前記分岐ラインの上流側に設置することが好ましい。このようなものであれば、前記第２調圧器で減圧された混合ガスの流量を該流量調整バルブによって減少させることにより、該混合ガスの圧力を更に減圧することができる。また、前記元素分析装置の別の構成としては、前記質量分析計が真空チャンバに接続されており、前記真空チャンバが下流側に向かって広がる流路を介して吸引ポンプに接続されているものである。このようなものであれば、前記質量分析計における測定において、真空チャンバにより多くの混合ガスを導入できるようになり、これに伴ってＳ／Ｎ比が向上する。
また、前記元素分析装置の別の構成としては、前記第１調圧器によって前記加熱炉に導入されるキャリアガスの圧力を２０ｋＰａ以上８０ｋＰａ以下の範囲内に制御するものである。なお、前記第１調圧器において前記加熱炉に導入されるキャリアガスを２０ｋＰａ未満の圧力まで減圧すると、脱ガス時に加熱炉内にガスが停滞してしまい、その後の測定に影響が出る。一方、８０ｋＰａを越える圧力までしか減圧しないと、前記第２調圧器において試料ガスの圧力を減圧し切れず、導出ライン１２０における第２調圧器の上流側に混合ガスが停滞し、Ｓ／Ｎ比が低下してしまう。
また、前記元素分析装置の別の構成としては、前記Ａｒ含有試料のものであり、前記質量分析計が四重極型質量分析計であり、前記加熱炉にキャリアガスを導入しながら前記試料の主成分を含有する浴剤が投入されたるつぼを加熱し、該加熱炉にキャリアガスを導入しながら該るつぼを試料を投入せずに加熱し、該加熱炉から導出されるキャリアガスを前記四重極型質量分析計に導入して得られる電流強度の経時変化を示す基準分析データと、該加熱炉にキャリアガスを導入しながら該るつぼを試料を投入して加熱し、該加熱炉から導出されるキャリアガス及び試料ガスからなる混合ガスを前記四重極型質量分析計に導入して得られる電流強度の経時変化を示す測定分析データと、に基づいて前記試料ガスに含まれる元素を定量分析する情報処理装置を備えるものである。
このようなものであれば、前記基準分析データ及び前記測定分析データのＡｒのピークが現れる時間帯の前後において電流強度が略一致し、これにより、前記基準分析データ及び前記測定分析データに基づいて試料ガスに含まれる元素を精度良く定量分析することができる。なお、前記加熱炉にキャリアガスを導入しながらＦｅを含有する浴剤が投入されたるつぼを加熱し、これによって発生するガスをパージラインから排出して脱ガスを行ってもよい。
また、前記情報処理装置が、基準分析データ及び測定分析データにおける試料ガスに含まれる元素が検出される所定時間帯に位置する各プロット点から電流強度軸と平行な直線を時間軸まで伸ばし、隣り合う直線の間に位置する部分の部分面積を積算して合計面積を算出し、測定分析データから得られる合計面積と基準分析データから得られる合計面積の差分面積に基づいて試料ガスに含まれる元素を定量分析するようにしてもよい。このようなものであれば、基準分析データ及び測定分析データの各プロット点の時間間隔が一定でない場合に、基準分析データの前記各プロット点の電流強度を積算した値と測定分析データの前記各プロット点の電流強度を積算した値との差分に基づいて試料ガスに含まれる元素を定量分析する場合に比べて、測定精度が向上する。
また、本発明に係る元素分析方法は、試料を気化して生成した試料ガスに含まれる元素を定量分析する元素分析方法であって、加熱炉に圧力が２０ｋＰａ以上８０ｋＰａ以下の範囲内のキャリアガスを導入しながら該加熱炉の前記試料の主成分を含有する浴剤が投入されたるつぼを加熱し、前記加熱炉に前記キャリアガスを導入しながら該加熱炉のＡｒ含有試料が投入されたるつぼを加熱して試料ガスを生成し、該加熱炉から導出されるキャリアガス及び試料ガスからなる混合ガスを１．５Ｐａ以下に減圧して四重極型質量分析計に導入し、該試料ガスに含まれる元素を抽出して定量分析することを特徴とするものである。
さらに、前記元素分析方法において、前記加熱炉に圧力が２０ｋＰａ以上８０ｋＰａ以下の範囲内のキャリアガスを導入しながら該加熱炉の前記試料の主成分を含有する浴剤が投入されたるつぼを加熱し、前記加熱炉に前記キャリアガスを導入しながら該加熱炉の試料が投入されていないるつぼを加熱し、該加熱炉から導出されるキャリアガスを１．５Ｐａ以下に減圧して四重極型質量分析計に導入して電流強度の経時変化を示す基準分析データを取得し、前記加熱炉に前記キャリアガスを導入しながら該加熱炉のＡｒ含有試料が投入されたるつぼを加熱して試料ガスを生成し、該加熱炉から導出されるキャリアガス及び試料ガスからなる混合ガスを１．５Ｐａ以下に減圧して四重極型質量分析計に導入して電流強度の経時変化を示す測定分析データを取得し、前記基準分析データ及び前記測定分析データに基づいて前記試料ガスに含まれる元素を定量分析するものである。
このように構成した本発明によれば、加熱炉と四重極型質量分析計等の真空雰囲気で元素を定量分析する質量分析計とを組み合わせた元素分析装置において、試料ガスに含まれる元素を精度良く定量分析することができる。
１００ ・・・元素分析装置
１０ ・・・インパルス炉
１１ ・・・黒鉛るつぼ
２０ ・・・キャリアガス供給器
４０ ・・・四重極型質量分析計
１１１ ・・・第１調圧器
１２６ ・・・第２調圧器
１２７ ・・・流量調節バルブ
１４１ ・・・吸引ポンプ
１０ ・・・インパルス炉
１１ ・・・黒鉛るつぼ
２０ ・・・キャリアガス供給器
４０ ・・・四重極型質量分析計
１１１ ・・・第１調圧器
１２６ ・・・第２調圧器
１２７ ・・・流量調節バルブ
１４１ ・・・吸引ポンプ
以下に、本発明に係る元素分析装置を図面を参照して説明する。
本実施形態の元素分析装置１００は、黒鉛るつぼに投入したチタン、鉄、スズ又はタングステンなどの金属や鉄鋼又は超合金などの合金からなる金属試料（以下、単に「試料」ともいう。）を加熱溶融し、その際に発生する試料ガスに含まれる元素を抽出して定量分析するものである。なお、本実施形態においては、Ａｒを含有し、かつ、Ｆｅを主成分とする鉄鋼材料を試料として用いる。
前記元素分析装置１００は、図１に示すように、インパルス炉１０と、インパルス炉１０から上流側に伸びる導入ライン１１０の始端に接続されるキャリアガス供給器２０と、インパルス炉１０から下流側に伸びる導出ライン１２０の終端に接続される真空チャンバ３０に取り付けられる四重極型質量分析計４０とを備えている。
前記インパルス炉１０は、炉内に試料を投入する黒鉛るつぼ１１を収納している。そして、黒鉛るつぼ１１にインパルス電流を流してジュール発熱させ、これにより、黒鉛るつぼ１１に投入された試料の少なくとも一部を気化させて試料ガスを生成する。
前記真空チャンバ３０は、四方に接続口を備えた構造になっており、具体的には、図２に示すように、導出ライン１２０の終端が接続される接続口３１、四重極型質量分析計４０が接続される接続口３２、真空チャンバ３０内の圧力を測定する圧力センサ５０が接続される接続口３３、真空チャンバ３０内の圧力を下げるターボ吸引ポンプ６０が接続される接続口３４を備えている。そして、真空チャンバ３０の接続口３４は、ターボ吸引ポンプ６０側（下流側）に向かって広がるテーパー状の流路を有する接続管３５を介して該ターボ吸引ポンプ６０に接続されており、真空チャンバ３０、接続管３５及びターボ吸引ポンプ６０を接続することによって形成される流路には、各部材の繋ぎ目によって段差が形成されないようになっている。なお、接続管３５は、比較的短いものが使用されている。これらの構成を採用することにより、導出ライン１２０から真空チャンバ３０に導入された混合ガスが該真空チャンバ３０からターボ吸引ポンプ６０へスムーズに導出されるため、四重極型質量分析計４０における測定においてターボ吸引ポンプ６０の能力が最大限に発揮できるため、流量調整バルブ１２７から導出される混合ガスの流量を増やすことができ、これに伴って真空チャンバ３０に導入される混合ガスの流量も増し、Ｓ／Ｎ比が向上する。
ターボ吸引ポンプ６０の下流側には、ドライポンプ６１が直列に接続されており、これらの吸引ポンプ６０，６１は、その回転数を制御して吸引流量を変更できる構成になっている。また、真空チャンバ３０に接続される導出ライン１２０の終端の手前には、リークバルブ７０が設置されており、このリークバルブ７０によって、導出ライン１２０を流れるガスのリーク量が的確に制御されて真空チャンバ３０に流れ込む。なお、リークバルブ７０には、弁座に対する弁軸の距離を変更してバルブの開度を調節するニードルバルブを使用することができる。この場合、ニードルバルブは、導出ライン１２０を構成する配管に対し、弁座から上流側に伸びるように設けられるｉｎ側の接続管と下流側に伸びるように設けられるｏｕｔ側の接続管を介して接続される態様となる。ところで、真空領域（真空チャンバ３０）の配管に使用されるニードルバルブは、一般的に、接続管の内径が比較的大きく、また、その接続管の内部容積が比較的大きいもの（前者のニードルバルブ）が使用される。ところが、このニードルバルブを、接続管の内径が比較的小さく、また、その接続管の内積が比較的小さいもの（後者のニードルバルブ）に変更することにより、次のような作用効果が得られることが分かった。すなわち、前者のニードルバルブを使用した場合には、四重極質量分析計４０における測定信号のピークがブロード状に推移して測定精度が低くなる一方、後者のニードルバルブを使用した場合には、当該測定信号のピークが鋭くなって測定精度が高くなるという作用効果が得られた。因みに、前者のニードルバルブとしては、内部容積が１０ｍｌ程度のものが使用されているが、後者のニードルバルブとして、内部容積が１ｍｌ以下のものを使用すれば、前記作用効果が顕著となる。
前記四重極型質量分析計４０は、図３に示すように、真空チャンバ３０の接続口３１に差し込まれるセンサ部４１と、該センサ部４１に接続されて交流発生器としての機能を有する情報処理装置４２を備えている。センサ部４１は、試料ガスをイオン化するイオン化部４３と、該イオン化部４３からイオンを引き出すイオン引き出し電極４４と、該イオン引き出し電極４４によってイオン化部４３から導出されたイオンを選択的に通過させる四重極部４５と、該四重極部４５を通過したイオンを検出するイオン検出部４６とを備えている。なお、イオン化部４３、イオン引き出し電極４４、四重極部４５及びイオン検出部４６を先端側からこの順で保護カバー４７内に収容しており、保護カバー４７内において、イオン化部４３、イオン引き出し電極４４、四重極部４５及びイオン検出部４６は一直線上に配置されている。具体的には、四重極部４５は、四つのロッド４５ａを備えており、この各ロッド４５ａの内接円の中心軸Ｘが前記直線上に配置される。この保護カバー４７の先端壁には、前記真空チャンバ３０の接続口に取り付けられた場合に、真空チャンバ３０内の試料ガスを保護カバー４７内に導入するためのガス導入口４８が形成されている。なお、保護カバー４７が真空チャンバ３０に設けられた接続口にシール部材等を介して気密に取り付けられる。これにより、保護カバー４７内がガス導入口４８を介して真空チャンバ３０内の雰囲気圧力と同一圧力なり、イオン化部４３、イオン引き出し電極４４、四重極部４５及びイオン検出部４６は、真空チャンバ３０内の雰囲気圧力に晒される。
なお、センサ部４１、具体的には、イオン検出部４６より得られた電流強度は、情報処理装置４２に出力される。電流強度を取得した情報処理装置４２は、電流強度に基づいて、試料ガスに含まれる元素の濃度を演算し、出力部８０（モニター）に出力する。なお、情報処理装置４２の具体的な構成は、例えばＣＰＵ、内部メモリ、入出力インタフェース、ＡＤ変換器等からなる汎用又は専用のコンピュータであり、前記内部メモリの所定領域に格納してあるプログラムに基づいてＣＰＵやその周辺機器等が作動することにより、試料ガスに含まれる元素の濃度を演算する機能を発揮する。
次に、前記導入ライン１１０及び前記導出ライン１２０に設置されたその他の構成について説明する。
前記導入ライン１１０には、キャリアガス供給器２０からインパルス炉１０に供給されるキャリアガスの圧力を制御する第１調圧器１１１が設置されている。なお、第１調圧器１１１によって、キャリアガス供給器２０から供給される圧力が０．３５ＭＰａ以下のキャリアガスを、圧力が２０ｋＰａ以上８０ｋＰａ以下の範囲まで減圧する。キャリアガスとしては、ヘリウムなどの不活性ガスを使用すればよい。
前記導出ライン１２０には、インパルス炉１０から真空チャンバ３０に向かって、ダストフィルタ１２１、第１三方弁１２２、第２三方弁１２３、第３三方弁１２４、第４三方弁１２５、第２調圧器１２６、流量調整バルブ１２７、リークバルブ７０がこの順番で設置されている。そして、前記導入ライン１２０の第１調圧器１１１の下流側からインパルス炉１０を回避するように炉回避ライン１３０が伸びており、該炉回避ライン１３０の終端は、第４三方弁１２５を介して該導出ライン１２０に接続されている。よって、第４三方弁１２５を調節することにより、導出ライン１２０に対する炉回避ライン１６０の接続又は切断を選択的に切り替えることができるようになっている。なお、炉回避ライン１３０の途中には、二方弁１３１が設置されており、この二方弁１３１を開くことによって導入ライン１１０から炉回避ライン１３０にキャリアガスを引き込むことができるようになっている。また、流量調節バルブ１２７とリークバルブ７０との間に位置する導出ライン１２０から分岐ライン１４０が伸びており、該分岐ライン１４０の終端に吸引ポンプ１４１が設置されている。なお、吸引ポンプ１４１は、ドライポンプであり、その回転数を制御して吸引流量を変更できる構成になっている。さらに、前記導出ライン１２０を流れるガスを排気するためのパージライン１５０が第３三方弁１２４を介して該導出ライン１２０に接続されており、第３三方弁１２４を調節することにより、導出ライン１２０に対するバージライン１５０の接続又は切断を選択的に切り替えることができるようになっている。
ダストフィルタ１２１は、インパルス炉１０からキャリアガスと共に導出される試料ガスから異物を除去するためのものである。
また、前記導出ライン１２０には、元素分析装置１００の校正に使用される校正ガスを生成するガスドーザー９０から該校正ガスを該導入ライン１２０に供給するためのバッファライン１６０が接続されている。なお、バッファライン１６０は、始端をガスドーザー９０に接続し、第５三方弁１６１を介して二股状に分かれた後、一方の終端を第１三方弁１２２に接続すると共に、他方の終端を２三方弁１２３に接続している。よって、第１三方弁１２２及び第２三方弁１２３を調節することにより、導出ライン１２０に対するバッファライン１６０の接続又は切断を選択的に切り替えることができるようになっている。なお、第５三方弁１６１と第２三方弁１２３との間には、バッファ管１６２が設置されている。
ガスドーザー９０は、キャリアガス供給器２０から第１調圧器１１１を介して供給されるキャリアガスと、元素ガス供給器９１から第３調圧器９２を介して供給される元素ガス（本実施形態においてはＡｒガス）とを混合し、測定対象となる元素（Ａｒ）を予め定められた量（濃度）含有する校正ガスを生成するものである。なお、ガスドーザー９０は、バージライン１５０に接続されており、不要となった校正ガスをバージライン１５０を介して排出できるようになっている。
バッファ管１６２は、バッファライン１６０に接続される両端に比べて中央が太い形状になっている。そして、太い部分の内径は、バッファライン１６０の内径よりも大きくなっている。これにより、インパルス炉１０から導出される試料ガスの流量とバッファ管１６２から導出される元素ガスの流量とが略一致し、バッファ管１２４を通過した校正ガスに含有される元素を四重極型質量分析計４０によって測定すると、インパルス炉１０から導出される試料ガスに含有される元素を四重極型質量分析計４０によって測定した場合のピーク波形と同程度のピーク波形が得られるようになる。
第２調圧器１２６は、インパルス炉１０から導出されるキャリアガス及び試料ガスからなる混合ガスの圧力を制御するものである。なお、第２調圧器１２６は、インパルス炉１０から導出される圧力が２０ｋＰａ以上８０ｋＰａ以下の範囲の混合ガスの圧力を減圧する。
流量調節バルブ１２７は、導出ライン１２０を流れる混合ガスの流量を制御するものであり、混合ガスの流量を制限させることにより、混合ガスの圧力を減圧することができる。
具体的には、例えば、第２調圧器１２６によってインパルス炉１０から導出されるキャリアガス及び試料ガスからなる混合ガスを減圧し、その後、流量調節バルブ１２７によって該混合ガスの流量を制限し、さらに、該混合ガスを吸引ポンプ１４１によって吸引することにより、該混合ガスの圧力を段階的に減圧して１．５Ｐａ以下にまで減圧すればよい。
なお、前記元素分析装置１００を構成するインパルス炉１０、キャリアガス供給器２０、四重極型質量分析計４０、吸引ポンプ６０，６１、リークバルブ７０、第１調圧器１１１、第１三方弁１２２、第２三方弁１２３、第３三方弁１２４、第４三方弁１２５、第２調圧器１２６、流量調節バルブ１２７、二方弁１３１、吸引ポンプ１４１、ガスドーザー９０、元素ガス供給器９１、第３調圧器９２、第５三方弁１６１の各機器は、それぞれ制御装置１７０に接続されており、制御装置１７０は、後述する校正工程や分析工程において、前記各機器の動作を制御する。なお、制御装置１７０の具体的な構成は、例えばＣＰＵ、内部メモリ、入出力インタフェース、ＡＤ変換器等からなる汎用又は専用のコンピュータであり、前記内部メモリの所定領域に格納してあるプログラムや前記入出力インタフェースから入力される作業者の指示に基づいてＣＰＵやその周辺機器等が作動することにより、前記各機器の動作を制御する機能を発揮する。
次に、前記元素分析装置１００を用いて試料に含まれるＡｒの濃度を測定する場合の動作を説明する。
最初に、前記元素分析装置１００の校正動作を実施する。校正動作は、次の二つ工程からなっている。先ず、前記制御装置１７０が、第４三方弁１２５を調節して炉回避ライン１３０を導出ライン１２０から切断し、第１三方弁１２２及び第２三方弁１２３を調節してバッファライン１６０を導出ライン１２０から切断し、第３三方弁１２４を調節してパージライン１５０を導出ライン１２０から切断した第１状態とし、この状態において、キャリアガス供給器２０からインパルス炉１０にキャリアガスを供給しながら、インパルス炉１０の黒鉛るつぼ１１に電流を印加することなく、四重極型質量分析計４０による分析を開始し、黒鉛るつぼ１１に電流を印加していない状態のインパルス炉１０から導出されるキャリアガスから得られる電流強度の経時変化を示す基準校正データ（図４の点線にて示すデータ）を得る。次に、前記制御装置１７０が、前記第１状態から、第４三方弁１２５を調節して炉回避ライン１３０を導出ライン１２０に接続し、第１三方弁１２２及び第２三方弁１２３を調節してバッファライン１６０を導出ライン１２０に接続した第２状態とし、この状態において、二方弁１３１を介して導出ライン１２０にキャリアガスを導入すると共に、第５三方弁１６１を介してガスドーザー９０から導入ライン１２０に校正ガスを導入した後、四重極型質量分析計４０による分析を開始し、該校正ガスから得られる電流強度の経時変化を示す測定校正データ（図４の実線にて示すデータ）を得る。
そして、前記四重極型質量分析計４０の情報処理装置４２が、前記基準校正データ及び前記測定校正データから校正ガスに含有されるＡｒの濃度を算出し、この算出濃度が校正ガスに含有されるＡｒの既知濃度と一致しているか否かを判定する。具体的には、図５に示すように、先ず、Ａｒが検出される検出時間帯（図４及び図５中、矢印にて示す時間帯）を特定する。次に、前記基準校正データについて、前記検出時間帯に測定されたプロット点（図５中、白丸にて示す点）から時間軸まで電流強度軸に平行な直線を下ろし、続いて、隣り合う直線によって挟まれた部分（より具体的には、前記両直線、前記両直線の一端に位置するプロット点を結ぶ直線及び前記両直線の他端に位置する時間軸との交点を結ぶ直線によって囲まれた台形部分）の基準部分面積を算出し、該各基準部分面積を積算して基準合計面積を算出する（図５中、破線ハッチングにて示す部分の面積）。同様に、前記測定校正データについても、前記検出時間帯で測定されたプロット点（図５中、黒丸にて示す点）から時間軸まで電流強度軸に平行な直線を下ろし、続いて、隣り合う直線によって挟まれた部分（より具体的には、前記両直線、前記両直線の一端に位置するプロット点を結ぶ直線及び前記両直線の他端に位置する時間軸との交点を結ぶ直線で囲まれた台形部分）の測定部分面積を算出し、該各測定部分面積を積算して測定合計面積を算出する（図５中、実線ハッチングにて示す部分の面積）。最後に、測定合計面積と基準合計面積との差分面積を算出し、この差分面積に基づいて測定校正ガスに含有されるＡｒの濃度を算出する。なお、前記基準校正データ及び前記測定校正データにおけるプロット点は、電流強度によって四重極型質量分析計で使用する検出に係るゲインを変更するため、この切り替えに時間がかかりプロット点の時間間隔に差が生じる。また、前記後工程において、校正ガスが、バッファ管１２４を介して徐々に導出ライン１２０に導入されることにより、Ａｒが比較的長時間に渡って検出されるため、測定校正データにおいてＡｒを示すピーク波形がシャープにならず、これにより、校正ガスに含有されるＡｒの濃度を精度良く算出することができる。また、前記後工程において、炉回避ライン１３０を介してキャリアガスを導出ライン１２０に導いておくことにより、該後工程中に導出ライン１２０の圧力が極端に低下することが防止され、これにより、引き続き実施する分析動作において、インパルス炉１０から導出される混合ガスが導出ライン１２０の下流側へとスムーズに流れ、分析動作における時間ロスを防止することができる。
続いて、前記校正動作を終えた元素分析装置１００を用いてＡｒを含有する試料の分析動作を実施することになるが、該分析を実施するに当たって、測定精度を向上させるために前記元素分析装置１００を構成する各機器を調整しながら数多くの実験を繰り返したところ一つの問題に直面した。
すなわち、通常の分析動作においては、先ず、前記制御装置１７０が、第４三方弁１２５を調節して炉回避ライン１３０を導出ライン１２０から切断し、第１三方弁１２２及び第２三方弁１２３を調節してバッファライン１６０を導出ライン１２０から切断し、第３三方弁１２４を調節してパージライン１５０を導出ライン１２０に接続した第３状態とし、この状態において、キャリアガス供給器２０からインパルス炉１０にキャリアガスを供給しながら試料を投入していない状態の黒鉛るつぼ１１に電流を印加して脱ガスを実施し、その印加状態を維持して、前記第３状態から、第３三方弁１２４を調節してパージライン１５０を導出ライン１２０から切断した第４状態（第１状態と同状態）に切り替え、所定時間経過した後、四重極型質量分析計４０による分析を開始し、黒鉛るつぼ１１に試料を投入せずに加熱された状態のインパルス炉１０から導出されるキャリアガスから得られる電流強度の経時変化を示す基準分析データ（図６の点線にて示すデータ）を得る。次に、前記制御装置１７０が、前記第４状態を維持し、黒鉛るつぼ１１に試料を投入して所定時間経過した後、四重極型質量分析計４０による分析を開始し、黒鉛るつぼ１１に試料を投入して加熱された状態のインパルス炉１０から導出されるキャリアガス及び試料ガスからなる混合ガスから得られる電流強度の経時変化を示す測定分析データ（図６の実線にて示すデータ）を得る。そして、前記四重極型質量分析計４０の情報処理装置４２が、前記校正作業と同様に前記基準分析データ及び前記測定分析データから試料に含有されるＡｒの濃度を算出するが、両分析データを比較すると、図６の二点鎖線にて示すように、Ａｒのピークが出現する検出時間帯（図６中、矢印にて示す時間帯）の後半において前記測定分析データと略一致するはずの前記基準分析データが、前記測定分析データから外れて上昇してしまう現象が生じていることを発見した。因みに、前記基準校正データ及び前記測定校正データを比較すると、Ａｒのピークが出現する検出時間帯（図４中、矢印にて示す時間帯）の前後において前記基準校正データが前記測定校正データと略一致している。そして、この通常の分析動作によって得られる前記基準分析データ及び前記測定分析データで生じる前記現象が測定精度の低下の一つの要因となっていることを突き止めた。
そこで、前記現象による測定精度の低下を改善すべく、試行錯誤を繰り返した結果、前記分析の各工程において、脱ガスを実施する場合に、黒鉛るつぼに試料ガスの主成分となる元素を含有する浴剤（本実施形態においては、試料の主成分となるＦｅを含有する浴剤）を投入すれば、前記現象を抑制できるという事実を発見した。
すなわち、改良した分析動作においては、先ず、前記制御装置１７０が、前記第３状態とし、この状態において、キャリアガス供給器２０からインパルス炉１０にキャリアガスを供給しながら黒鉛るつぼ１１に電流を印加して脱ガスを実施し、さらに、前記浴剤を投入した黒鉛るつぼ１１に電流を印加して脱ガスを実施し、印加状態を維持して、前記第３状態から第４状態に切り替え、所定時間経過した後、四重極型質量分析計４０による分析を開始し、黒鉛るつぼ１１に浴剤を投入して加熱された状態のインパルス炉１０から導出されるキャリアガスから得られる電流強度の経時変化を示す基準分析データ（図７中、点線にて示すデータ）を得る。次に、前記制御装置１７０が、前記第４状態を維持し、黒鉛るつぼ１１に試料を投入して所定時間経過した後、四重極型質量分析計４０による分析を開始し、黒鉛るつぼ１１に試料を投入して加熱された状態のインパルス炉１０から導出されるキャリアガス及び試料ガスからなる混合ガスから得られる電流強度の経時変化を示す測定分析データ（図７中、実線にて示すデータ）を得る。そうすると、図７の二点鎖線にて示すように、Ａｒのピークが出現する検出時間帯の後半において前記基準分析データが前記測定分析データと略一致し、前記現象が生じず、これにより、前記四重極型質量分析計４０の情報処理装置４２が、前記基準分析データ及び前記測定分析データから前記校正作業と同様の算出方法によって算出した試料ガスに含有されるＡｒの濃度の精度が向上する。なお、前記基準分析データ及び前記測定分析データにおいて、前記検出時間帯中に該基準分析データの電流強度が該測定分析データの電流強度を下回る時間帯及び上回る時間帯が混在する場合には、前記下回る時間帯に測定されたプロット点から算出される差分面積を正とし、前記上回る時間帯に測定されたプロット点から算出される差分面積を負とし、両差分面積を足し合わせた数値に基づいて測定校正ガスに含有されるＡｒの濃度を算出する。この場合、図７に示すように、前記上回る時間帯において、前記基準分析データの電流強度と前記測定分析データの電流強度とに大きな差がなければ、前記上回る時間帯に測定されたプロット点から算出される差分面積を無視して前記下回る時間帯に測定されたプロット点から算出される差分面積に基づいて測定校正ガスに含有されるＡｒの濃度を算出してもよい。
なお、前記改良した分析動作として具体的には次のような動作を行った。詳述すると、先ず、前記制御装置１７０が、前記元素分析装置１００を前記第３状態とし、この状態において、黒鉛るつぼ１１に対して連続して、Ｗ１ｋｗの電力を所定時間ｔ１印加し、その後、Ｗ２ｋｗの電力を所定時間ｔ２印加する。そして、前記最初のＷ１ｋｗ電力を印加し始めてから脱ガスを開始し、前記最初のＷ１ｋｗ電力を印加し始めてから所定時間ｔ３経過後に黒鉛るつぼ１１に対してＦｅをＸｇ含有する浴剤を投入して脱ガスし、黒鉛るつぼ１１に対するＷ２ｋｗの電力の印加を維持した状態で前記第３状態から前記第４状態に切り替え、該第４状態に切り替えた後、所定時間ｔ５経過後から四重極型質量分析計４０によって電力強度の経時変化を測定して基準分析データを得た。次に、前記制御装置１７０が、前記第４状態を維持し、引き続き黒鉛るつぼ１１に対してＷ２ｋｗの電力を所定時間ｔ５印加した状態を維持し、前記Ｗ２ｋｗ電力を印加し始めてから所定時間ｔ６経過後に黒鉛るつぼ１１に対してＡｒ含有試料Ｙｇを投入すると共に、所定時間ｔ７経過後から四重極型質量分析計によって電力強度の経時変化を測定して測定分析データを得た。なお、前記所定時間ｔ１〜ｔ７及びＷ１〜Ｗ２は、適宜決定される。
＜その他の実施形態＞
その他の実施形態に係る元素分析装置２００としては、図８に示すように、前記実施形態に係る元素分析装置１００の変形したものであり、具体的には、元素分析装置１００における分岐ライン１４０、吸引ポンプ１４１及びリークバルブ７０を取り除いた他は同一構造となっている。これにより、加熱炉１０から導出される混合ガス全量を真空チャンバ３０に導入することができる。
その他の実施形態に係る元素分析装置２００としては、図８に示すように、前記実施形態に係る元素分析装置１００の変形したものであり、具体的には、元素分析装置１００における分岐ライン１４０、吸引ポンプ１４１及びリークバルブ７０を取り除いた他は同一構造となっている。これにより、加熱炉１０から導出される混合ガス全量を真空チャンバ３０に導入することができる。
前記実施形態においては、試料としてＡｒを含有する鋼鉄材料を使用しているが、チタン、鉄、スズ又はタングステンなどの金属や、これらの金属を主成分とする鉄鋼材料又は超合金などの金属材料を試料としても良い。
また、前記実施形態においては、試料に含有されたＡｒを測定対象としているが、例えば、金属試料を気化して生成される試料ガスに含まれるその他の元素、具体的には、酸素、窒素、水素、硫黄を測定対象としてもよい。なお、酸素，窒素，水素を測定対象とする場合、加熱炉から導出された混合ガスに含まれるＣＯを酸化部で変換してなるＣＯ２から分析計を用いて酸素を定量分析し、また、混合ガスに含まれるＨ２を酸化部で変換してなるＨ２Ｏから分析計を用いて水素を定量分析し、Ｎ２から分析計を用いて窒素を定量分析する。なお、前記ＣＯ２から分析計を用いて酸素を定量分析する場合に、Ｎ２を定量分析しないのであれば、窒素除去剤を用いてＮ２を除去した後に混合ガスに含まれるＣＯを分析計を用いて定量分析してもよい。また、これらの定量分析に使用する分析計としては、質量分析計、ＮＤＩＲ、ＴＣＤを使用することができるが、質量分析計として真空雰囲気で元素を抽出して定量分析する質量分析計を使用する場合には、第２調圧器の下流側、より好ましくは導出ライン１２０における分岐ライン１４０との分岐点よりも下流側に配置すればよい。また、ＮＤＩＲ又はＴＣＤを使用する場合には、ダストフィルタ１２１の下流側に配置すればよい。酸化部は、酸化銅によって構成すればよく、脱ＣＯ２部は、アスカライトやシリカゲルなどに水酸化カリウムや水酸化ナトリウムを含浸させた試薬などで構成すればよい。
なお、前記四重極型質量分析計４０で得られる電流強度の経時変化を示すデータのピーク波形は、四重極部に印加されるＤＣ電圧及びＲＦ電圧によって変化する。詳述すると、前記四重極型質量分析計においては、試料ガスが有する成分毎（正確には、成分毎に決まる質量電荷比ｍ／ｚ毎：なお、ｍ／ｚにおいて、ｍは質量・ｚは電荷を示し、ｍ／ｚは、質量に依存する値となる。）に四重極部を通過できるＤＣ電圧及びＲＦ電圧の領域（以下、「安定領域」という）が決まっており、例えば、所定成分の安定領域は、ＤＣ電圧を縦軸・ＲＦ電圧を横軸とした場合に、図９の（ａ）において実線ハッチングに示すような山型になり、該安定領域内のＤＣ電圧及びＲＦ電圧を選択すると、所定成分が四重極部を通過して検出できるようになるが、該安定領域外のＤＣ電圧及びＲＦ電圧を選択すると、所定成分が四重極部を通過することできずに検出できなくなる。そして、前記ピーク波形は、前記安定領域内においてＤＣ電圧を下げる程緩やかな傾斜を描き、ＤＣ電圧を上げる程急な傾斜を描くようになる。ところで、前記安定領域は、成分毎に異なっており、図９の（ｂ）に示すように、成分の質量が増すほど、山型が大きくなると共に、そのピークがＲＦ電圧の高い方へシフトし、成分Ｘ，Ｙ，Ｚのように質量が近いと互いの安定領域Ｘ，Ｙ，Ｚが重なった状態となる。このため、例えば、図９の（ｂ）に示す成分Ｘ，Ｙ，Ｚが含まれる試料ガスにおける成分Ｙを測定対象とした場合に、測定精度向上を目的として安定領域Ｙ内でＤＣ電圧を下げ、安定領域Ｘ，Ｚに入るＤＣ電圧を選択してしまうと、成分Ｙだけでなく、成分Ｘ，Ｚまでも四重極部を通過してしまい成分Ｙのみを検出できなくなる事態が生じる。そして、通常、試料ガスには、測定対象となる成分だけでなく、他の成分も含まれるため、従来においては、前記事態を回避する目的で可能な限り安定領域内でＤＣ電圧を上げ、安定領域のピーク辺りに位置するＤＣ電圧を選択して測定が行われていた。
ところが、前記Ａｒを含有する金属試料を加熱して気化した混合ガスに含まれる成分の質量を比較すると、ＣＯが２８、 Ｎ２が２８、Ｈ２が２、Ａｒが４０となり、Ａｒの質量と他の成分の質量とにある程度差があるため、図９の（ｃ）に示すように、Ａｒの安定領域内であってその他の元素の安定領域と重ならない部分（例えば、図９の（ｃ）中、実線ハッチングで示す部分）でＤＣ電圧を下げたとしても、他の元素が検出されずに測定でき、これに伴って電流強度の経時変化を示すデータとして緩やかな傾斜を描くピーク波形が得られるようになり、測定精度を向上させることができる。仮に、酸化部等を設け、例えば、ＣＯ２（質量：４４）のようなＡｒに近い質量の成分が試料ガスに含まれるような場合には、安定領域のピーク辺りのＤＣ電圧を選択すれば測定でき、また、試料ガスに含まれる各成分の質量にある程度差がある場合には、前記と同様にＤＣ電圧を下げて測定することもできる。
そこで、測定対象となる複数の成分が含まれる混合ガスを測定する場合には、測定時におけるＲＦ電圧／ＤＣ電圧（以下、ＲＦ／ＤＣ比ともいう）を次の手順によって決定することができる。図１０に基づき詳述すると、先ず、測定対象となる複数の成分のうちで、隣り合う成分の質量数の差が最も小さい二つの成分をピックアップする。次に、横軸をＲＦ電圧及び縦軸をＤＣ電圧とするグラフにおいて、質量数が小さい成分（以下、成分Ａともいう）の安定領域の外形線と、質量数が大きい成分（以下、成分Ｂともいう）の安定領域の外形線と、の交点Ｉを特定する。因みに、交点Ｉは、成分Ａの安定領域の外形線のうちでＲＦ電圧が増加するに従ってＤＣ電圧が減少する部分と、成分Ｂの安定領域の外形線のうちでＲＦ電圧が増加するに従ってＤＣ電圧が増加する部分と、の交点となる。次に、ＤＣ電圧及びＲＦ電圧が０となる原点Ｏ及び交点Ｉを結ぶ直線Ｌを引く。次に、成分Ｂの安定領域の頂点ｖ（ピーク）からＲＦ電圧軸まで下した垂線ｌ及び直線Ｌの交点ｉを求める。そして、頂点ｖと交点ｉとの間の範囲ｒにおけるＲＦ電圧／ＤＣ電圧の値が、測定時に採用できるＲＦ／ＤＣ比となる。
なお、例えば、成分Ａを質量数１８のＨ２Ｏとし、成分Ｂを質量数４４のＡｒとした場合、すなわち、成分Ａと成分Ｂとの質量差が２２の場合には、交点Ｉ、頂点ｖ、交点ｉは、次のようになる。
交点Ｉ ： ＲＦ電圧、ＤＣ電圧＝０．１７、０．５８
頂点ｖ ： ＲＦ電圧、ＤＣ電圧＝０．７０６、０．２３６９９
交点ｉ ： ＲＦ電圧、ＤＣ電圧＝０．７０６、０．２０１７
よって、頂点ｖにおけるＲＦ／ＤＣ比が、５．９５８となり、交点ｉにおけるＲＦ／ＤＣ比が、７．０００となる。これにより、ＲＦ／ＤＣ比が、５．９５８〜７．０００になるようにＲＦ電圧及びＤＣ電圧を選択して測定することができる。この場合、ＲＦ／ＤＣ比を７．０００に近づけるほど、測定時における測定精度が向上する。
交点Ｉ ： ＲＦ電圧、ＤＣ電圧＝０．１７、０．５８
頂点ｖ ： ＲＦ電圧、ＤＣ電圧＝０．７０６、０．２３６９９
交点ｉ ： ＲＦ電圧、ＤＣ電圧＝０．７０６、０．２０１７
よって、頂点ｖにおけるＲＦ／ＤＣ比が、５．９５８となり、交点ｉにおけるＲＦ／ＤＣ比が、７．０００となる。これにより、ＲＦ／ＤＣ比が、５．９５８〜７．０００になるようにＲＦ電圧及びＤＣ電圧を選択して測定することができる。この場合、ＲＦ／ＤＣ比を７．０００に近づけるほど、測定時における測定精度が向上する。
すなわち、四重極質量分析計によって複数の成分が含まれる混合ガスを測定する場合におけるＲＦ／ＤＣ比の選定方法であって、前記複数の成分のうちで隣り合う成分の質量数の差が最も小さい二つの成分の安定領域を示したＲＦ電圧及びＤＣ電圧を縦横軸としたグラフにおいて、ＲＦ電圧及びＤＣ電圧が共に０となる原点Ｏから前記二つの成分の安定領域における外形線の第１交点（交点Ｉ）を通過するように伸びる直線Ｌと、前記質量が大きい成分の安定領域におけるＤＣ電圧が最も高い頂点ｖからＲＦ電圧軸へ下した垂線ｌと、の第２交点（交点ｉ）を算出し、ＲＦ／ＤＣ比を、前記頂点におけるＲＦ／ＤＣ比と前記第２交点におけるＲＦ／ＤＣ比との間の範囲で選定するＲＦ／ＤＣ比の選定方法によって、ＲＦ／ＤＣ比を選定すればよい。
また、前記実施形態においては、四重極型質量分析計４０のセンサ部４１で得られた基準分析データ及び測定分析データを情報処理装置４２によって定量分析しているが、基準分析データ及び測定分析データに基づいた定量分析を四重極型質量分析計４０とは別に設けられた情報処理装置によって実施してもよい。
また、前記実施形態おいて、加熱炉として、磁性るつぼを使用し、高周波炉を使用することもできる。
また、前記実施形態においては、真空チャンバ３０とターボ吸引ポンプ６とを真空チャンバ３０から下流側に向かって流路が広がる形状の接続管３５を介して接続しているが、真空チャンバ３０又はターボ吸引ポンプ６の接続部分に直接前記形状の流路を一体に形成してもよい。
また、四重極型質量分析計４０を用いた元素分析装置１００において、真空チャンバ３０（以下、「チャンバ」ともいう）に対する各機器の接続態様としては、例えば、特開２００８−４７５９７号に開示されるように、チャンバに対し、導出ライン及び四重極型質量分析計を互いに対向するように接続し、チャンバの内面に沿って導出ラインの先端となる導入口を設けると共に、その導入口と向かい合うように、チャンバの内面に沿って四重極型質量分析計の取込口を設け、導入口及び取込口の開口方向と直交するように吸引ポンプを接続したものがある。ところが、このようなチャンバに対する各機器の接続態様では、導入口と取込口との間の間隔が広がり、導入口からチャンバ内に導入された試料ガスの殆どが吸引ポンプからチャンバ外へ排出され、これにより、取込口から四重極型質量分析計に取り込まれる試料ガスの量が少なくなって分析精度が低下する要因となっていた。
そこで、四重極型質量分析計４０による分析精度を向上させるために、チャンバ３０に対する各機器の接続態様として次のような態様を採用してもよい。
すなわち、元素分析装置において、四重極型重量分析計が接続され、導入口から内部空間に導入される試料ガスがその内部空間に通じる取込口から前記四重極型質量分析計へ取り込まれるチャンバであって、前記導入口と前記取込口とが、間隔を空けて互いに向かい合うように開口しており、いずれか一方又は双方が前記チャンバの内面に対して内側に配置されているものである。
このようなものであれば、チャンバ内において導入口と取込口とを近づけることができ、導入口からチャンバ内へ導出された試料ガスが、取込口から四重極型質量分析計へ効率良く取り込まれ、これにより、四重極型質量分析計の分析精度が向上する。
また、前記元素分析装置において、さらに次のような構成を採用してもよい。すなわち、前記導入口から前記チャンバの内部空間に導入された試料ガスを前記チャンバ外へ排出する排出機構をさらに具備し、前記取込口が、前記導入口に対して前記排出機構の排出方向側にずれて配置されるように構成してもよい。このような構成であれば、導入口からチャンバ内に導入された後、排出機構によって吸引されて進行方向を変えた試料ガスが取込口に向かうようになり、取込口から取り込まれる試料ガスの量がさらに増し、これにより、四重極型質量分析計の分析精度がより向上する。
また、前記いずれかの元素分析装置において、前記取込口の開口方向と前記導入口の開口方向とが、相反する方向を向くように構成してもよい。また、前記排出機構の排出方向が、前記取込口及び前記導入口のいずれか一方又は双方の開口方向と直交するように構成してもよい。また、前記取込口が、前記チャンバに接続される前記四重極型質量分析計の先端に設けるように構成してもよい。また、前記導入口が、前記チャンバに接続される管材の先端に設けられるように構成してもよい。なお、前記管材は、前記導入ラインのチャンバに接続される先端を構成する部材である。
また、前記導入口が、前記管材の外周面とその管材が接続される前記チャンバの接続口の内周面とに設けられたネジ溝の嵌め合わせにより、前記チャンバに対する位置を調整できるように構成されていてもよい。このようなものであれば、管材を回転させることにより、チャンバに対する導入口の位置を容易に調整することができる。
また、前記取込口の内側に前記四重極型質量分析計の構成要素である試料ガスをイオン化するイオン化部が設けられており、前記導入口から、前記イオン化部に対して前記排出機構の排出方向と反対側の位置に向けて試料ガスが導入されるように構成してもよい。このようなものであれば、導入口から導入される試料ガスを効率良く、イオン化部に通過させることができ、これにより、四重極型質量分析計の分析精度がより向上する。
なお、以下において、前記チャンバに対する導出ライン、四重極型質量分析計及び吸引ポンプの接続態様の実施形態を図面に基づき説明する。
接続態様の実施形態は、図１１及び図１２に示すように、チャンバ３０が、直方体状の外形であって、円筒状の内部空間を有するものであり、対向する二つの側面と上下面の合計四つの面に接続口３１，３２，３３，３４が設けられている。そして、チャンバ３０には、二つの側面の接続口３１，３２にそれぞれ導出ライン１２０及び四重極型質量分析計４０が接続されており、上下面の接続口３３，３４にそれぞれ圧力センタ５０及び排気ポンプ６０が接続されている。なお、圧力センサ５０に比べて重く大きい排気ポンプ６０を、チャンバ３０の下面の接続口３４に接続することが好ましい。
導出ライン１２０は、チャンバ３０の接続口３１に管材からなる接続部１２０ｂが差し込まれており、その接続部１２０ｂの先端に四重極型質量分析計４０に向かって開口する導入口１２０ａが設けられている。また、四重極型質量分析計４０は、チャンバ３０の接続口３２にセンサ部４１が差し込まれており、そのセンサ部４１の先端に導出ライン１２０に向かって開口する取込口４１ａが設けられている。なお、導入口１２０ａ及び取込口４１ａは、いずれも一方の対向する二つの側面を貫通する軸線Ｘに対して同心状に位置付けられており、互いに間隔を空けて相反する方向に向かって開口している。また、導入口１２０ａ及び取込口４１ａは、いずれもチャンバ３０の内面に対して内側の内部空間内に配置されている。
また、導出ライン１２０は、接続部１２０ｂの外周面に設けられたネジ溝を接続口３１の内面に設けられたネジ溝にネジ止めして接続されている。これにより、導出ライン１２０は、接続口３１に対して接続部１２０ｂを回転させることで、導入口１２０ａを軸線Ｘに沿って移動させることができ、取込口４１ａに対する間隔を自由に調整できるようになっている。
このような構成にすれば、導入口１２０ａと取込口４１ａとの間隔を近づけることができるため、導入口１２０ａからチャンバ３０の内部空間に導出された試料ガスが、排気ポンプ６０によってチャンバ３０の内部空間から排出される前に、より多く取込口４１ａに達するため、取込口４１ａから四重極型質量分析計４０内に取り込まれる試料ガスの量が増加し、これにより、四重極型質量分析計４０の分析精度が向上する。
前記接続態様の実施形態の変形例としては、図１３〜図１５に示す実施形態を挙げることができる。図１３に示す実施形態は、導入口１２０ａが、その開口端をチャンバ３０の内面に沿わせて位置付けられており、四重極型質量分析計４０の取込口４１ａが、導入口１２０ａに近づけた状態でチャンバ３０の内面の内側に位置付けられている。また、図１４に示す実施形態は、四重極型質量分析計４０の取込口４１ａが、その開口端をチャンバ３０の内面に沿わせて位置付けられており、導入口１２０ａが、取込口４１ａに近づけた状態でチャンバ３０の内面の内側に位置付けられている。なお、これらの実施形態によれば、導入口１２０ａと取込口４１ａとの間の隙間が、排気ポンプ６０が接続される接続口３４の直上からずれて位置付けられる。このため、導入口１２０ａから取込口４１ａへ向かう試料ガスが、排気ポンプ６０による吸引の影響を受け難くなり、これにより、取込口１２０ａから四重極型質量分析計４０内に取り込まれる試料ガスの量が増加し、四重極型質量分析計４０の分析精度が向上する。
図１５に示す実施形態は、導入口１２０ａが、四重極型質量分析計４０の取込口４１ａに対し、排気ポンプ６０による排気方向とは反対側に向かってずれるように位置付けられている。この実施形態によれば、導入口１２０ａから導出された試料ガスが排気ポンプ６０に吸引される過程で取込口４１ａに取り込まれるようになり、これにより、取込口４１ａから四重極型質量分析計４０内に取り込まれる試料ガスの量が増加し、四重極型質量分析計４０の分析精度が向上する。
前記接続態様のその他の実施形態としては、前記各実施形態においては、四重極型質量分析計４０のセンサ部４１に対して取込口４１ａを設けているが、これに限定されず、四重極型質量分析計４０のセンサ部４１ａに取り付けられた配管を介して、センサ部４１に試料ガスを取り込むようにしてもよく、この場合には、配管の先端に設けられる取込口４１ａを導入口１２０ａに近づけて位置付ければよい。また、チャンバ３０の一方の対向する側面に設けられた接続口３１，３２に配管を掛け渡し、その配管の途中にスリットを設け、そのスリットから漏れ出た試料ガスが排気ポンプ６０によって排気されるようにしてもよい。この場合には、配管のスリットを挟んで一方側が導入口１２０ａになり、他方側が取込口４１ａとなる。
さらに、前記接続態様のその他の実施形態としては、取込口４１ａの内側に設けられた四重極側質量分析計４０の構成要素である試料ガスをイオン化するためのイオン化部４３に対し、導入口１２０ａが、イオン化部４３又はそのイオン化部４３に対して排出ポンプ６０の排出方向と反対側の位置に向けて試料ガスを導入するようにしてよい。
なお、前記いずれかのチャンバ３０の接続態様を採用した元素分析システムは、キャリアガスを導入しながら試料が入ったるつぼを加熱し、該試料の少なくとも一部を気化して試料ガスを生成する加熱炉と、前記加熱炉から導出されるキャリアガス及び試料ガスからなる混合ガスを導入口から内部空間に導入するチャンバと、前記チャンバに接続され、そのチャンバの内部空間に通じる取込口から前記混合ガスに含まれる前記試料ガスを取り込む四重極型質量分析計と、を備え、前記チャンバにおける前記導入口と前記取込口とが、間隔を空けて互いに向かい合うように開口しており、いずれか一方又は双方が前記チャンバの内面の内側に配置されているものとなる。より具体的には、この元素分析システムにおいて、前記加熱炉に導入されるキャリアガスの圧力を制御する第１調圧器と、前記質量分析計に導入される混合ガスの圧力を制御する第２調圧器と、をさらに備えるものである。
加熱炉と四重極型質量分析計等の真空雰囲気で元素を定量分析する質量分析計とを組み合わせた元素分析装置において、試料ガスに含まれる元素を精度良く定量分析する。
Claims (8)
- キャリアガスを導入しながら試料が入ったるつぼを加熱し、該試料の少なくとも一部を気化して試料ガスを生成する加熱炉と、
前記加熱炉から導出されるキャリアガス及び試料ガスからなる混合ガス中の該試料ガスに含まれる元素を真空雰囲気で抽出して定量分析する質量分析計と、
前記加熱炉に導入されるキャリアガスの圧力を制御する第１調圧器と、
前記質量分析計に導入される混合ガスの圧力を制御する第２調圧器とを備えることを特徴とする元素分析装置。 - 前記質量分析計が接続される真空チャンバをさらに備え、前記第２調圧器から導出される混合ガス全量が前記真空チャンバに導入される請求項１記載の元素分析装置。
- 前記第２調圧器と前記質量分析計との間から分岐して伸びる分岐ラインに設置され、該第２調圧器で圧力が制御された混合ガスを吸引する吸引ポンプをさらに備える請求項１記載の元素分析装置。
- 前記第１調圧器によって前記加熱炉に導入されるキャリアガスの圧力を２０ｋＰａ以上８０ｋＰａ以下の範囲内に制御する請求項１乃至３のいずれかに記載の元素分析装置。
- 前記試料がＡｒ含有試料である請求項１乃至４のいずれかに記載の元素分析装置。
- 前記質量分析計が四重極型質量分析計であり、
前記加熱炉をキャリアガスを導入しながら前記試料の主成分を含有する浴剤が投入されたるつぼを加熱し、該加熱炉にキャリアガスを導入しながら該るつぼを試料を投入せずに加熱し、該加熱炉から導出されるキャリアガスを前記四重極型質量分析計に導入して得られる電流強度の経時変化を示す基準分析データと、該加熱炉にキャリアガスを導入しながら該るつぼを試料を投入して加熱し、該加熱炉から導出されるキャリアガス及び試料ガスからなる混合ガスを前記四重極型質量分析計に導入して得られる電流強度の経時変化を示す測定分析データと、
に基づいて前記試料ガスに含まれる元素を定量分析する情報処理装置を備える請求項１乃至５のいずれかに記載の元素分析装置。 - 試料を気化して生成した試料ガスに含まれる元素を定量分析する元素分析方法であって、加熱炉に圧力が２０ｋＰａ以上８０ｋＰａ以下の範囲内のキャリアガスを導入しながら該加熱炉の前記試料の主成分を含有する浴剤が投入されたるつぼを加熱し、
前記加熱炉に前記キャリアガスを導入しながら該加熱炉のＡｒ含有試料が投入されたるつぼを加熱して試料ガスを生成し、該加熱炉から導出されるキャリアガス及び試料ガスからなる混合ガスを１．５Ｐａ以下に減圧して四重極型質量分析計に導入し、該試料ガスに含まれる元素を抽出して定量分析することを特徴とする元素分析方法。 - 前記加熱炉に圧力が２０ｋＰａ以上８０ｋＰａ以下の範囲内のキャリアガスを導入しながら該加熱炉の前記試料の主成分を含有する浴剤が投入されたるつぼを加熱し、
前記加熱炉に前記キャリアガスを導入しながら該加熱炉の試料が投入されていないるつぼを加熱し、該加熱炉から導出されるキャリアガスを１．５Ｐａ以下に減圧して四重極型質量分析計に導入して電流強度の経時変化を示す基準分析データを取得し、
前記加熱炉に前記キャリアガスを導入しながら該加熱炉のＡｒ含有試料が投入されたるつぼを加熱して試料ガスを生成し、該加熱炉から導出されるキャリアガス及び試料ガスからなる混合ガスを１．５Ｐａ以下に減圧して四重極型質量分析計に導入して電流強度の経時変化を示す測定分析データを取得し、
前記基準分析データ及び前記測定分析データに基づいて前記試料ガスに含まれる元素を定量分析する請求項７記載の元素分析方法。
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