KR19990077578A - 연속적으로흐르는가스스트림분석방법및이를수행하는데사용되는전기방전관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 방출 스펙트로미터용 전기 방전관 및 연속 흐름 상태에서 가스 스트림 내에 존재하는 다중 가스/증기 불순물의 저농도 레벨을 분석하고 측정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전기 방전관은 분석되고 측정될 수 있는 방전관을 따라 교류 전원에 의해 발생된 방출성 방사가 통과하는 다수의 분석 사이트를 포함하고 있다.

Description

연속적으로 흐르는 가스 스트림 분석 방법 및 이를 수행하는데 사용되는 전기 방전관 {A METHOD FOR ANALYZING A CONTINUOUSLY FLOWING GAS STREAM AND AN ELECTRIC DISCHARGE TUBE THEREFOR}

본 발명은 연속 흐름 상태에서 혼합된 가스의 가스 스트림 내의 소정의 가스 오염물의 농도를 검지하고 정량화하기 위해 가스 스트림을 분석하는 가스 방출 스펙트로미터(gas emission spectrometer)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스 방출 스펙트로미터용 하나 이상의 샘플 셀과 다수의 분석 사이트를 포함하는 개선된 전기 방전관과, 다수의 선택된 불순물을 동시 분석하는 방법에 관한 것이다.

초고순도 불활성 공급 가스, 특히 아르곤은 대용량 집적 회로의 제조에 필수적인 요소가 되어 왔다. 반도체 제조자는 아르곤 스트림 내의 불순물을 십억분의 10 미만으로 제거하기 위해 상업용 정화기를 사용한다. 이러한 정화기에 의해 제거되는 보다 중요한 불순물은 O₂, H₂O, CO, H₂, CO₂, CH₄, 및 N₂를 포함한다. 가스 스트림 순도가 그의 엄격한 규정에 계속적으로 부합되도록 하기 위해 연속 흐름 상태에서 불활성 가스 스트림을 연속적으로 모니터링하는 것은 필수적이다.

현재, 고순도 아르곤 가스 스트림 내에서 질소를 저농도 레벨로 연속적으로 모니터링하는 유일한 방법은 방출 스펙트로스코피를 이용하는 것이다. 방출 스펙트로스코피에서, 가스 스트림 내의 각각의 가스에 대한 광학적인 방출선 특성을 형성하기 위해 가스는 가스 방전관에서 여기된다. 이후, 질소의 방출선이 분리되어서 질소의 농도를 정량화하고 방출선의 강도를 측정하기 위해 방출선이 분석된다.

종래의 방출 스펙트로미터는 전기 방전을 발생시키기에 충분한 고포텐셜로 가해지는 교류 전기장으로부터 연장하는 두 개의 전극을 갖는 유전체 파이렉스관(dielectric pyrex tube)을 사용한다. 가스 샘플은 연속적인 흐름 상태 하에서 파이렉스관으로 공급되며, 전기 방전 동안 에너지 흡수에 의해 여기된다. 이는 가스분자가 높은 에너지 레벨로부터 낮은 에너지 레벨로 저하될 때 복사 에너지를 방출시키게 된다. 이러한 방출의 파장은 에너지의 흡수 및 배출에 의해 여기된 가스 성분의 특징을 나타낸다. 원하지 않는 파장을 여과시킴으로써, 가스 스트림 내의 소정의 가스의 방출 강도가 측정될 수 있다. 아르곤 가스 스트림에서, 질소와 같은 불순물 가스의 농도 레벨은 질소에 대한 가장 강한 특징적인 파장, 즉 337.1nm에서 광학적으로 빛을 분리하고 분리된 광학적 신호를 대응하는 전기 신호로 변환시킴으로써 측정할 수 있다.

종래의 방출 스펙트로스코피에서, 전기 방전 소오소로부터 복사된 출력 신호는 때때로 구어적으로 "초퍼(chopper)"로서 언급되는 기계적으로 회전하는 휠을 사용하여 교류 신호가 발생하도록 변조된다. 전기 방전관으로부터 광학 출력 신호를 변조하기 위해 사용되는 초퍼는 원하는 변조 주파수, 즉 510Hz를 발생시킨다. 이후, 변조된 신호는 337.1nm의 방출선을 분리시키기 위해 여과되는데, 이러한 방출선은 신호 전자장치를 사용하여 변조된 주파수에서 검출되며, 신호 전자장치는 510Hz의 변조된 주파수 신호를 선택적으로 증폭시키고 다른 주파수를 거부하는 동조된 증폭기를 포함하고 있다. 초퍼는 초기부터 탄성 전기 방전관의 광학적 출력 신호를 변조하기 위해 방출 스펙트로스코피에서 사용되어 왔다. 방출 스펙트로스코피에서 초퍼에 대한 기능과 필요성은 1962년 5월 1일 자로 허여된 미국 특허 제 3,032,654호에 상세하게 개시되어 있다.

방출 스펙트로미터의 다른 작용 양태는 1995년 5월 2일자로 허여된 미국 특허 제 5,412,467호에 개시되어 있다. 본 명세서에서는 방출 스펙트로미터의 작용에 필수적인 것으로 알려진 "초퍼"의 사용 및 그의 기능이 완전히 제거될 수도 있음을 발견하였다. 대신에, 전기 방전 소오스로부터의 방출성 복사는 고전압 변압기로 입력 주파수를 제어함에 의해 변조되고, 변조된 전기적 신호로 변환되며, 실질적으로 두배의 여기 주파수에 집중된 좁은 주파수 범위 내에서 전기 방전 소오스를 통해 적용된 선택적인 전압 소오스로 증폭된다. 이는 크기의 범위에 의해 가스 샘플 내의 어떠한 가스 불순물의 검출 민감도를 증가시키는 것으로 보고되었다. 특히, 이러한 개념을 사용하여 아르곤 가스 샘플 내의 질소 검출 범위가 십억분의 20 이하의 수준으로 확장되는 것으로 기재되어 있다.

방출 스펙트로스코피를 사용하여 십억분의 20 이하로 확대되는 농도 레벨에로 연속적으로 흐르는 가스 스트림을 분석하는 미국 특허 제 5,412,467호에 따른 방법은 a) 가스 스트림 샘플을 전기 방전 소오스를 통과시키는 단계와, b) 상기 전기 방전 소오스를 따라 미리 선택된 여기 주파수에서 교류 전원을 적용하는 단계로서, 상기 교류 전원이 전기 방전을 유지하고 상기 가스 스트림으로부터 방출성 방사의 폭넓은 방사 스펙트럼을 발생시키기 위해 충분한 피크 전압을 갖는 단계와, c) 분석될 가스 또는 증기 불순물의 보다 강한 방출 파장에 대응하여 좁은 방사 방출 대역폭을 갖는 광학 신호를 형성하기 위해 상기 방사 스펙트럼을 여과하는 단계와, d) 상기 광학 신호를 전기 신호로 변환시키는 단계와, e) 상기 전기 신호를 실질적으로 두배의 여기 주파수로 집중된 좁은 주파수 범위 내에서 선택적으로 증폭시키는 단계와, 그리고 f) 분석하에서 가스 또는 증기의 농도 레벨을 결정하기 위해 상기 선택적으로 증폭된 전기 신호를 분석하는 단계를 포함하고 있다.

이러한 방법을 사용하기 위해, 개선된 가스 방출 스펙트로미터는 a) 탄성 전기 방전 소오스와, b) 상기 방전 소오스를 통해 소정의 유량으로 샘플 가스를 공급하는 공급 수단과, c) 전기 방전을 유지하고 넓은 방사 스펙트럼에 대해 상기 가스 스트림으로부터 방출성 방사를 발생시키기에 충분한 피크 전압을 갖는 교류 전압을 상기 유전체 방전관을 따라 가하는 전력 공급 수단과, d) 상기 샘플 가스를 검출하도록 소정의 가스 불순물의 보다 강한 방출 파장에 대응하는 좁은 방사 대역폭을 갖는 광학 신호를 형성하기 위해 상기 방사 스펙트럼을 광학적으로 여과하는 여과 수단과, e) 상기 광학 신호를 대응하는 전기적 신호로 변환시키는 변환 수단과, 그리고 f) 상기 전기적 신호를 실질적으로 두배의 여기 주파수에서 집중된 좁은 주파수 범위 내에서 선택적으로 증폭시키는 아날로그 증폭 수단을 포함하고 있으며, 이에 의해 상기 가스 불순물의 검출 민감도가 십억분의 20 미만의 최소 검출 레벨(minimum detection level, MDL)로 증가된다.

미국 특허 제 3,032,654호에 개시된 종래의 가스 방출 스펙트로미터는 아르곤과 같은 샘플 가스에서 질소와 같은 불순물을 분석하도록 구성되었다. 따라서, 단일 분석관 및 단일 포토멀티플리어 검출기만이 요구되었다. 이러한 분석관은 일반적으로 주름져 있으며 비교적 조립이 용이한데, 이는 분석관이 두꺼운 판유리 및 에폭시처리된 스페이서로 이루어졌기 때문이다. 판유리와 스페이서의 두께는 9/16인치의 비교적 넓은 전극 갭을 형성한다. 그렇지만, 전극 갭은 샘플 가스 스트림에서 플라즈마 방전을 개시하는데 필수적인 전압을 결정하는 주요 인자이다. 9/16인치의 갭에서, 아르곤과 같은 용이하게 여기하는 샘플 가스에서 플라즈마를 일정하게 유지시키기 위해서는 대략 7000VAC가 필요하다. 이러한 전압을 장시간 연속적으로 공급하기 위해서는 대용량의 변압기가 요구된다. 게다가, 종래 기술에 따른 분석관의 구성에서, 에폭시는 일반적으로 연결부와 접합부를 밀봉하기 위해 사용되며, 이러한 에폭시는 셀 내로 공기를 누출시킬 위험성을 가져서 샘플 가스의 순도를 저하시킬 수 있다.

따라서, 다중 분석 능력이 이중 분석 장치와 전체적인 장치의 크기를 증가시키지 않으면서 연속적인 흐름 상태하에서 혼합된 가스의 가스 스트림 내의 다수의 선택된 불순물을 검출하기 위한 개선된 분석관 및 분석 방법을 요구하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 가스 스트림 내에서 다수의 선택된 가스 불순물을 분석하는 개선된 가스 방출 스펙트로스코피를 제공하는 것이다. 또한, 다수의 가스 또는 증기 불순물을 동시 분석할 수 있는 가스 방출 스펙트로포토미터용 개선된 전기방전관을 제공하는 것이다.

바람직한 전기 방전관은 에이치. 페이(H. Fay)에 의해 허여된 미국 특허 제 2,943,223호에 개시된 "유전체 전기 방전관"이다. 일반적으로, 전형적인 전기 방전 분석관은 전극이 부착되는 편평한 측부를 갖는 직사각형 모양을 형성하기 위해 굴대 상에서 편평하게 되는 파이렉스 유리관으로 구성된다. 전극들은 고전압 이온 전송기 및 가변 주파수 오실레이터를 포함하는 입력 전원 공급부에 연결되어 있다. 말체우스키(Malczewski) 등에 의해 허여된 미국 특허 제 5,412,467호에 따르면, 120볼트, 60Hz의 종래의 교류 라인 전원으로부터의 라인 전압은 전원의 입력 공급부의 가변 주파수 오실레이터에 연결된다. 가변 주파수 오실레이터는 전기 방전관에 가해지는 전원의 출력 주파수(본 명세서에서는 "여기 주파수"로 언급함)를 조절하도록 구성될 수도 있다. 여기 주파수는 교류 라인 공급 주파수에 대해 일 대 일의 비로부터 원하는 배수 또는 분수로 조절될 수도 있다. 고전압 이온 전송기는 종래의 구성으로서, 입력 전원 공급의 출력 전압을 전기 방전 분석관 사이의 전기 방전을 유지하기 위해 필수적으로 요구되는 전압으로 상승시킨다. 전기 방전을 유지하기 위해 필수적으로 요구되는 전압은 일반적으로 수천 볼트이다. 따라서, 이온 변압기는 7200볼트의 전형적인 입력 전압을 제공하기 위해 라인 전압에 120볼트의 라인 전압에 대한 배수 60을 곱할 수 있어야 한다.

분석관은 샘플 가스가 제어된 유량으로 분석관을 통과하도록 입구와 출구를 갖추고 있다. 조절가능한 밸브는 가스 공급 매니폴드로부터 분석관으로 흐르는 샘플 가스의 압력과 유량을 대기압에서 1 내지 4 SCFH 사이의 보다 적절한 흐름 범위로 조절하기 위해 사용될 수도 있다. 가스 조성물은 방출 스펙트로스코피에 의해 광학적인 방출 특성을 검출하는 본 발명에 따른 방법에 의해 연속적인 흐름 상태 하에서 분석관 내에서 분석될 수도 있다.

분석될 가스 불순물의 방출선을 고립시키기 위해 광학 필터가 사용된다. 따라서, 이러한 광학 필터는 유전체 전기 방전 소오스로부터 방출된 빛의 넓은 스펙트럼을 제거하기 위해 매우 좁은 대역을 가져야만 한다. 예를 들면, 아르곤 샘플 가스 내의 질소를 검출하기 위한 방출선은 337.1nm이다.

종래 구성의 포토멀티플리어는 광학 필터로부터 전송된 분리된 광학 신호를 전기적 출력 신호로 변환시키기 위해 사용된다. 포토멀티플리어는 검출될 가스 불순물의 방출선 부근에서 최대 스펙트럼 반응성을 가져야 한다.

포토멀티플리어로부터의 전기적 출력 신호는 본 발명에 따르면 집중된 좁은 주파수 범위 내에서 신호를 입력 공급 전력의 대략 두배의 여기 주파수로 선택적으로 증폭시킬 수 있는 종래의 아날로그 증폭기에 공급될 수도 있다. 아날로그 증폭기는 두배의 여기 주파수로 세팅될 조절가능한 기준 주파수 신호에 대응하는 주파수에서 신호를 증폭시키는 당업자들에게 알려진 종래의 "록-인(lock-in)" 증폭기일 수도 있으며, 또는 입력 공급 전력의 여기 주파수의 대략 두배와 대등한 전기 신호로부터 매우 좁은 주파수 밴드를 선택하도록 기능하는 "동조 증폭기(tuned amplifier)"일 수도 있다. 종래의 "동조 증폭기"는 하나 이상의 오퍼레이셔날 증폭기를 포함하는데, 이는 집중된 최대 응답을 가지거나 입력 공급 전력의 여기 주파수의 두배와 동등하게 동조한다. 따라서, 아날로그 증폭기는 입력 공급 전력의 여기 주파수의 대략 두배에서의 신호만을 증폭시킬 것이다. 분리형 DC 전력 공급원은 포토멀티플리어 및 아날로그 증폭기 각각에 전력을 공급한다.

아날로그 증폭기로부터의 출력 신호는 가스 불순물의 레벨 정도의 지침을 모니터 상에 표시 및/또는 특정한 불순물을 분석하기 위해 보정될 수도 있는 기록기를 구동시키는 DC 신호로 정류된다.

방전관으로부터의 광학 신호는 전기 신호로 여과되며 변환되는데, 이러한 전기 신호는 입력 공급 전력의 대략 두배의 여기 주파수에서 전기 신호를 선택적으로 증폭시키는 아날로그 증폭기에 의해 증폭된다. 여기 주파수가 사용될 수도 있지만, 255Hz 이상의 전력 공급 여기 주파수로 작동하는 것이 바람직하다. 이는 샘플 가스 내의 불순물의 존재를 검출하는 민감도를 증가시킨다.

광학 필터에 의해 선택된 파장을 교환시킴으로써, 본 발명의 스펙트로미터는 UV 또는 가시광선 스펙트럼 내에 적절한 방출선을 갖는 어떠한 불순물도 분석할 수 있다. 예를 들면, 337.1nm로부터 308.0nm로 광학 파장을 변화시킴으로써 수분을 분석할 수 있는 반면, 430nm로 파장을 변화시킴으로써 메탄을 분석할 수 있다. 더욱이, 이러한 분석은 아르곤보다 베이스 가스의 가스 스트림을 사용하여 수행될 수 있다. 작용 압력 및 방전관의 기하학적 형태는 낮은 이온 포텐셜을 갖는 가스 혼합물의 성분을 여기시키는데 유리하다. 질소는 잘소의 이온 포텐셜이 아르곤 보다 낮기 때문에 아르곤에서 분석될 수 있다. 따라서, 불순물 가스 또는 증기 보다 높은 이온 포텐셜을 갖는 베이스 가스가 사용될 수 있다. 예를 들면, 질소, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소, 메탄, 수소, 및 물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 불순물은 예를 들면 헬륨(He), 네온(Ne), 및 크립톤(Kr) 각각 또는 그의 혼합물과 같은 아르곤 이외의 베이스 가스 내의 불순물로서 용이하게 분석될 수도 있다.

미국 특허 제 5,412,467호에 개시된 표준 구성에서, 방출성 방사는 특정한 불순물 가스의 농도를 측정하기 위해 유전체 방전관의 특정 단부(분석 사이트)로부터 분석된다. 방전관의 다른 단부는 또한 방전관의 제 1분석 사이트로부터의 방출성 방사의 분석과 별개로 제 2불순물 가스의 존재에 대한 방출성 방사를 분석하는 분석 사이트로서 동시에 사용될 수 있다. 제 2광학 필터는 제 2불순물 가스가 수분인 경우에는 제 2불순물 가스에 대응하는 파장, 예를 들면 308nm 파장을 갖는 것이 사용되는 반면, 제 1광학 필터는 질소 또는 메탄을 분석하도록 선택된다. 제 2포토밀티플리어 관 및 아날로그 증폭기는 제 1불순물 가스를 분석하는 동시에 제 2불순물 가스의 농도를 분석하고 측정하기 위해 제 1포토밀티플리어 및 아날로그 증폭기의 기능을 두배로 증가시키기 위해 사용된다. 각각의 가스에 대한 분석 작용은 서로 별개이며, 간섭하지 않는다. 이러한 구성은 동일하게 방출된 방사로부터 두개의 불순물 가스에 대해 분석하는 비임 스플리터를 사용하는 것과 구분된다. 그렇지만, 일반적인 전기 방전 분석관의 기하학적 형태는 두 불순물에 대한 동시 분석 능력을 제한한다.

최근에는, 가스 방출 스펙트로스코피를 사용하여 연속적으로 흐르는 가스 스트름을 분석하는 개선된 방법이 제안되었으며, 이에 의해 가스 스트림 내의 셋 이상의 가스 또는 증기 불순물의 존재가 저농도 레벨에서 검출될 수 있다. 본 발명의 방법에 따르면, 샘플 가스 스트림은 하나 이상의 샘플 셀을 포함하는 전기 방전 분석관을 통과하며, 이러한 분석관은 가스 스트림으로부터 방출성 방사가 발생되는 셋 이상의 분석 사이트를 갖추고 있으며, 하나 이상의 샘플 셀은 가스 방전 소오스 내에 설치되어서 가스 스트림으로부터 방출성 방사의 넓은 스펙트럼을 발생시키기 위해 전기 방전 소오스를 따라 교류 전원을 공급하며, 분석 하의 가스 또는 증기의 농도를 결정하기 위해 다수의 분석 사이트에서 동시에 방출성 방사를 분석한다.

본 발명은 또한 연속 흐름 상태 하에서 가스 스트림 내의 다수의 가스/증기 불순물의 저농도를 분석하고 측정하기 위해 가스 방출 스펙트로미터에서 사용되는 개선된 전기 방전 분석관에 관한 것이다. 전기 방전 분석관은 하나 이상의 샘플 셀을 포함하고 있으며, 분석되고 측정될 수 있는 하나 이상의 샘플 셀을 따라 교류 전원에 의해 발생된 방출성 방사가 통과하는 셋 이상의 분석 사이트를 갖추고 있다.

도 1은 전기 방전 분석관의 사시도로서, 샘플 가스가 4개의 분석 사이트를 갖는 두 개의 평행한 샘플 셀로 분할된 사시도이다.

도 2는 전기 방전 분석관의 다른 실시예의 사시도로서, 단일 샘플 셀이 그의 둘레 에지부에 다수의 분석 사이트를 갖춘 원형 형태를 갖는 사시도이다.

도 3은 전기 방전 분석관의 사시도로서, 샘플 가스가 4개의 분석 사이트를 갖춘 샘플 셀을 통해 연속적으로 흐르는 사시도이다.

도 4는 방출 스펙트로미터 내의 분석 셀 구성의 개략적인 블록 다이어그램으로서, 가스 스트림 내의 불순물의 동시 분석을 달성하도록 샘플 가스가 두 개의 독립적인 전기 방전 분석관을 통해 순환되는데, 하나의 분석된 불순물은 차이를 연산하여 검출되고 측정되도록 다른 분석된 불순물로 변환되는 블록 다이어그램이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10,60 : 전기 방전 분석관

16,18,20,22 ; 66,68,70,72 : 분석 사이트

40 : 샘플 셀 90,92 : 분석 셀

94,96,98,100 : 포토멀티플리어관

이하에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기 방전 분석관의 바람직한 실시예가 도시하고 있다. 분석관(10)은 샘플 가스가 제어된 유량으로 분석관(10)을 통과하도록 입구(12)와 출구(14)를 갖추고 있다. 분석관(10) 내에서 바람직한 압력과 유량비를 갖도록 샘플 가스의 압력과 유량비를 조절하기 위해 조절가능한 밸브(도시되지 않음)가 끼워맞춤된 가스 공급 매니폴드가 사용될 수도 있다. 방출 스펙트로스코피에 의해 검출되는 광학적인 방출 특성을 갖는 가스 조성물이 연속적인 흐름 상태 하에서 분석관 내에서 분석될 수도 있다.

공정에 있어서, 가스는 입구(12)를 통해 분석관으로 흐르며, 도관(28)에서 두 경로로 분할된다. 분리된 흐름은 평행한 셀(24,26)을 통과한다. 전원은 각각의 샘플 셀의 대향하는 측부 상에 장착된 전극들(도시되지 않음) 사이에서 전기 방전을 유지하기 위한 필수적인 전압을 가한다. 가스 샘플로부터의 방사 방출은 평행한 셀들의 단부에서 다수의 분석 사이트(16,18,20,22) 각각을 통해 분석된다. 상이한 광학적인 필터는 분석될 가스 불순물의 방출 라인을 고립시키기 위해 각각의 분석 사이트에서 적용된다. 따라서, 4개의 가스 불순물 각각의 존재가 다른 불순물들의 방출성 방사의 분석과 독립적으로 동시에 분석될 수 있다. 포토멀티플리어 관 및 아날로그 증폭기는 동시에 개별적으로 간섭받지 않는 분석을 달성하기 위해 각각의 분석관에 장착된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있으며, 여기서는 분석관(40)이 샘플 가스가 후방판(50)과 전방판(52)을 갖춘 원형의 샘플 셀(40)을 통과하도록 유입관(42)과 배출관(44)을 갖추고 있다. 샘플 셀(40)은 그의 둘레 에지부(48)를 따라 다수의 분석관을 갖출 수 있으며, 에지부 둘레에는 다수의 포토멀티플리어관 검출기가 배열될 수 있다. 또한, 이러한 구성은 에폭시 밀봉을 필요로 하지 않으면서 콰츠로 완전히 융합된 상태로 용이하게 제조될 수 있다. 이러한 구성은 분석관의 보전성을 강화시키며, 또한 에폭시 밀봉을 공격할 수 있는 특정한 부식성 가스를 분석할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 분석관(60)은 샘플 가스가 제어된 유량으로 통과할 수 있도록 입구(61)와 출구(62)를 갖추고 있다. 조절가능한 밸브(도시되지 않음)에 끼워맞춤된 가스 공급 매니폴드는 샘플 가스의 압력과 유량을 바람직한 유량과 압력과 부합하도록 조절하기 위해 사용된다. 다른 가스 조성물이 연속 흐름 상태에서 방출 스펙트로스코피에 의해 검출되도록 광학 방출 특성을 갖는 분석관에서 분석될 수도 있다.

공정에서, 가스는 입구(61)를 통해 분석관 내로 흐르며, 연속적인 셀(64,66)을 통해 연속적으로 진행한다. 전원은 각각의 샘플 셀의 대향하는 측부에 장착된 전극들(도시되지 않음) 사이에서 전기 방전을 유지하는데 필수적인 전압을 가한다. 샘플 가스로부터의 방출성 방사는 각각의 셀 단부에 위치한 다수의 분석 사이트(66,68,70,72) 각각을 통과하면서 분석된다. 상이한 광학 필터가 분석될 불순물 가스의 방출선을 분리시키기 위해 각각의 분석 사이트에 적용된다. 따라서, 4개의 가스 불순물 각각의 존재가 다른 불순물의 방출성 방사의 분석과 별개로 동시에 분석될 수 있다. 포토멀티플리어관 및 아날로그 증폭기가 동시에 개별적으로 간섭받지 않는 분석을 달성하기 위해 분석 사이트 각각에 장착될 수 있다.

도 4는 가스 샘플이 두개의 독립적인 분석 셀(90,92)에서 회전되는 구성을 도시하고 있다. 포토멀티플리어관 검출기(94,96,98,100)는 동시에 독립적으로 간섭받지 않은 분석을 달성하기 위해 분석 셀의 단부의 장착된 각각의 분석 사이트에 위치되어 있다. 각각의 분석 셀을 통해 연속적으로 동일한 샘플을 선회시키기 보다는 독립적인 샘플 가스가 각각의 분석 셀(90,92)로 진행된다. 이러한 구성은 예를 들면 분석될 불순물이 검출되고 측정되기 위해 분석될 다른 불순물로 변환되는 경우에 장점을 제공한다. 수소는 분석될 불순물일 수도 있지만, 이러한 분석 기술에 의해 직접 측정될 수는 없다. 그렇지만, 먼저 수소 함유량이 물로 변환된다면 측정될 수 있다. 이러한 변환은 종래의 변환 촉매제의 사용을 통해 달성될 수 있다. 그러나, 이러한 접근 방법은 수분이 가스 스트림 내의 불순물로서 존재하는 경우에는 복잡해지며, 이러한 변환 기술은 분석이 수소와 수분 함유량의 합만을 나타내게 된다.

종래의 기술은 샘플 가스 스트림을 먼저 변환 촉매제를 통과시키고 변환 촉매제 주위에서 선택적으로 절환시키며, 수소를 물로 변환시키고 이미 존재하는 수분을 측정하고, 단지 수분만이 변환 촉매제를 통과할 때 측정된다. 샘플 가스 내의 수소 함유량은 이후 차이에 의해 결정된다. 그렇지만, 이러한 종래의 방법의 사용은 동시 측정을 제공하지 않는데, 이는 차이에 의한 수소 함유량의 결정은 엄밀히 말하면 정확하지 않기 때문이다. 추가로, 변환 촉매제가 통과하는 시간 동안, 샘플 가스는 촉매제를 통과하지 않으며, 분석기의 응답 시간을 떨어뜨리는 경향이 있다.

본 발명에 따른 구성에 따르면, 샘플 가스 스트림은 제 1분석 셀(92)내를 직접 통과하는데, 여기서는 예를 들면 물과 질소가 분석 셀(92)의 단부에 위치한 각각의 분석 사이트에서 포토멀티플리어 검출기(94,96)에 의해 분석되고 측정된다. 샘플 가스의 분리 스트림은 가스의 수소 함유량을 물로 변화시키기 위해 산소와 혼합시키는 촉매 연소 유닛(102)을 통과하며, 이후 가스 스트림은 다른 포토밀티플리어 검출기(100)가 다른 불순물을 분석하는 동안 전체 물이 하나의 포토멀티플리어 검출기(98)에 의해 검출되고 측정되는 분석 셀(90)을 통과한다. 이후, 가스 스트림의 실제 수소 함유량은 차이에 의해 정확하게 계산될 수 있다.

상기한 본 발명에 따른 실시예들은 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 개조 및 변형될 수 있음은 당업자들에게 명백하다.

상기한 본 발명에 따른 방법 및 전기 방전관에 의하면, 가스 스트림 내에서 다수의 선택된 가스 불순물을 동시에 분석할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 연속적으로 흐르는 가스 스트림 내에서 저농도 레벨의 다수의 가스 또는 증기 불순물의 존재를 검출하기 위해 가스방출 스펙트로스코피를 사용하여 가스 스트림을 분석하는 방법으로서,

   상기 가스 스트림의 샘플을 다수의 분석 사이트를 갖춘 하나 이상의 전기 방전 분석관을 통과시키는 단계와,

   상기 가스 스트림으로부터 방출성 방사의 넓은 스펙트럼을 발생시키기 위해 내부에 전기 방전 분석관이 설치된 전기 방전 소오스 양단에 교류 전원을 가하는 단계와, 그리고

   분석하에서 상기 다수의 가스 또는 증기의 농도를 결정하기 위해 상기 다수의 분석 사이트에서 상기 방출성 방사를 분석하는 단계를 포함하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 분석하에서 상기 다수의 가스 또는 증기의 농도를 결정하기 위해 상기 다수의 분석 사이트에서 상기 방출성 방사를 분석하는 단계가 상기 분석 사이트 각각에서 동시에 수행되는 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 전기 방전 분석관은 둘 이상의 샘플 셀을 포함하며, 상기 샘플 셀을 통해 상기 가스 스트림이 병렬의 흐름 경로로 흐르는 방법.
4. 제 2항에 있어서, 상기 가스 스트림의 샘플이 독립적인 샘플 셀을 갖춘 두 개의 전기 방전 분석관을 통과하며, 상기 샘플 셀을 통해 상기 가스 스트림이 병렬의 흐름 경로로 흐르는 방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 가스 스트림의 샘플이 상기 독립적인 샘플 셀들 중 하나를 통과하기 전에, 분석하의 하나의 가스 또는 증기를 분석하의 다른 가스 또는 증기로 변환시키기 위해 상기 가스 스트림이 변환기를 통과하는 방법.
6. 제 2항에 있어서, 상기 전기 방전 분석관이 둘 이상의 샘플 셀을 포함하며, 상기 샘플 셀을 통해 상기 가스 스트림이 직렬의 흐름 경로로 흐르는 방법.
7. 저농도의 다수의 가스 스트림 불순물을 분석하고 측정하는 가스 방출 스펙트로미터용 전기 방전관으로서,

   상기 전기 방전관의 양단에 교류 전원을 가함으로써 발생된 분석되고 측정될 수 있는 방출성 방사가 통과하는 다수의 분석 사이트를 포함하는 전기 방전관.
8. 제 7항에 있어서, 가스 스트림이 병렬의 흐름 경로로 통과할 수 있는 둘 이상의 샘플 셀을 더 포함하는 전기 방전관.
9. 제 7항에 있어서, 가스 스트림이 직렬의 흐름 경로로 통과할 수 있는 둘 이상의 샘플 셀을 더 포함하는 전기 방전관.
10. 제 7항에 있어서, 상기 샘플 셀의 둘레에 다수의 분석 사이트를 갖춘 원형의 샘플 셀을 더 포함하는 전기 방전관.