(57)【要約】【課題】  スパーク放電発光分光分析法によって金属試料を分析するに際し、切断して得た金属試料が平滑度の低い金属試料であっても精度良く分析する。【解決手段】  試料支持台１０に装着された金属試料３と、当該金属試料に対向して配置される対電極４との間で、多数回のスパーク放電を不活性ガス雰囲気中で発生させ、スパーク放電毎の発光を分光して金属試料中の元素を定量する発光分光分析方法において、前記金属試料を前記試料支持台に設けた突起部１１の上に装着してスパーク放電させる。金属試料は突起部と接触するので、金属試料に凹凸が存在しても、凹凸の影響を受けることなく分析することができる。【選択図】            図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料支持台に装着された金属試料と、当該金属試料に対向して配置される対電極との間で、多数回のスパーク放電を不活性ガス雰囲気中で発生させ、スパーク放電毎の発光を分光して金属試料中の元素を定量する発光分光分析方法において、前記金属試料を前記試料支持台に設けた突起部の上に装着してスパーク放電させることを特徴とする発光分光分析方法。
【請求項２】
前記突起部は、前記試料支持台の開口部を囲んで環状に設けられ、且つ、高さが０．５ｍｍ以上で、金属試料を装着する面の幅が０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の発光分光分析方法。
【請求項３】
前記金属試料と前記対電極との距離を１ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の発光分光分析方法。
【請求項４】
前記金属試料におけるスパーク放電の領域を直径４ｍｍ以下とすることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の発光分光分析方法。
【請求項５】
試料支持台の開口部を覆うようにして試料支持台に装着された金属試料と、当該金属試料に対向して配置される対電極との間で、多数回のスパーク放電を不活性ガス雰囲気中で発生させ、スパーク放電毎の発光を分光して金属試料中の元素を定量する発光分光分析装置において、前記試料支持台には前記開口部を囲んで環状の突起部が設けられており、金属試料は当該突起部の先端部位に接触して試料支持台に装着されることを特徴とする発光分光分析装置。
【請求項６】
前記突起部は、高さが０．５ｍｍ以上で、金属試料と接触する面の幅が０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項３に記載の発光分光分析装置。
【請求項７】
前記金属試料と前記対電極との距離が１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項５または請求項６に記載の発光分光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光分光分析方法及び分析装置に関し、詳しくは、金属試料の切断面端部に形成される切断バリのような部分的に平滑度の低い部位を有する金属試料であっても精度良く分析することのできる発光分光分析方法及び分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼業においては、転炉及び真空脱ガス炉などの精錬炉で精錬されている溶鋼から金属試料を採取して分析し、その金属試料の分析値に基づいて合金元素の添加量或いは必要処理時間などを決定し、溶鋼の成分調整が行われている。従って、これらの精錬を迅速に行うためには、精錬中に採取された金属試料を極めて短時間で分析することが必要になる。
【０００３】
このため、この分析には、迅速性に優れたスパーク放電発光分光分析法が主に用いられているが、生産量の増加、コスト削減などにより、更なる高速な精錬が求められており、そのため分析処理においても一層の時間短縮が求められている。
【０００４】
しかしながら、現状のスパーク放電発光分光分析法では、例えば特許文献１に示されるように、分析精度を維持する上で金属試料表面を研磨し平坦にする必要があり、この研磨に１０秒間〜２０秒間を費やしていた。分析時間短縮のためにこの研磨工程を省略し、切断したままの金属試料を分析しようとすると、金属試料表面の平滑度が低いので発光分光分析装置の試料支持台に金属試料を装着したときに試料支持台に対して分析面が傾斜し、金属試料と対電極との距離が検量線を作成した状態とは変化してしまうので、分析精度が低下するという問題が発生した。
【０００５】
この問題は、特に、金属試料の切断面端部にバリなどの凹凸が存在する場合に顕著であり、このような凹凸が存在する場合には、切断したままの金属試料の定量分析は実質的に不可能であった。
【特許文献１】特開２００４−６１５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
切断面の端部にバリなどの凹凸の存在する金属試料であっても、この凹凸を研磨或いは研削によって除去することなく、精度良く分析する手段が切望されているにも拘わらず、従来、有効な手段はなく、やむなく、分析精度を確保するために、測定前の処理として切断した金属試料を研磨或いは研削して分析する面の全体を平滑にしており、従来に比べて更なる分析時間の短縮は不可能であった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、スパーク放電発光分光分析法によって金属試料を分析するに際し、切断して得た金属試料が平滑度の低い金属試料であっても、特に、金属試料の切断面端部にバリなどの凹凸が存在する金属試料であっても、精度良く分析することのできる発光分光分析方法及び分析装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究・検討を行った。以下に研究・検討結果を説明する。
【０００９】
図６に、従来のスパーク放電発光分光分析装置において用いられている試料支持台の概略断面図を示すように、通常、従来のスパーク放電発光分光分析装置においては、分析用の金属試料３を装着するための試料支持台１０は平坦で、その一部に円状の孔１０ａが開いており、この孔１０ａ、即ち開口部１０ａを覆うようにして金属試料３を装着し、対電極４と金属試料３との間で開口部１０ａを介して放電が行われている。このとき、金属試料３における試料支持台１０との接触領域は、開口部１０ａを覆う部分を除いた金属試料３の分析面全面であり、金属試料３の接触領域に凹凸が存在すると凸部が試料支持台１０と接触することによって、金属試料３は試料支持台１０と密着することができず、金属試料３の分析面と対電極４との距離が設定値と異なったものとなり、分析精度が低下する。また、接触面の間隙からの大気の進入なども分析精度の低下をもたらす原因となる。ここで、距離の設定値とは、金属試料３が試料支持台１０と密着したときの距離であり、発光分光分析法における検量線は通常この設定値で作成される。
【００１０】
このため、スパーク放電発光分光分析装置における定量分析の際には、金属試料を研磨或いは研削して分析面全面を平滑にしてから金属試料３を試料支持台１０に装着することが必須であった。
【００１１】
しかしながら、分析用の金属試料３を得る際に広く使用されている高速切断機（丸鋸切断機）で切断された金属試料切断面の観察の結果、金属試料切断面の全面において凹凸が発生するものではなく、凹凸は主に切断面の端部で発生しており、切断面の大部分は放電可能な平坦領域であり、この平坦領域は研磨或いは研削しなくても十分に定量分析可能であるとの知見を得た。
【００１２】
そこで、この平坦領域を利用することを検討した結果、金属試料切断面の凹凸部が試料支持台１０に接触しないようにして金属試料３を試料支持台１０に装着すれば定量分析可能であるとの知見を得た。換言すれば、試料支持台に突起部を設け、切断面の一部に形成される平坦領域のみを突起部に接触させることで、切断面の凹凸部の影響を受けることなく、十分に定量分析が可能であるとの知見を得た。
【００１３】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る発光分光分析方法は、試料支持台に装着された金属試料と、当該金属試料に対向して配置される対電極との間で、多数回のスパーク放電を不活性ガス雰囲気中で発生させ、スパーク放電毎の発光を分光して金属試料中の元素を定量する発光分光分析方法において、前記金属試料を前記試料支持台に設けた突起部の上に装着してスパーク放電させることを特徴とするものである。
【００１４】
第２の発明に係る発光分光分析方法は、第１の発明において、前記突起部は、前記試料支持台の開口部を囲んで環状に設けられ、且つ、高さが０．５ｍｍ以上で、金属試料を装着する面の幅が０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１５】
第３の発明に係る発光分光分析方法は、第１または第２の発明において、前記金属試料と前記対電極との距離を１ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることを特徴とするものである。
【００１６】
第４の発明に係る発光分光分析方法は、第１または第２の発明において、前記金属試料におけるスパーク放電の領域を直径４ｍｍ以下とすることを特徴とするものである。
【００１７】
第５の発明に係る発光分光分析装置は、試料支持台の開口部を覆うようにして試料支持台に装着された金属試料と、当該金属試料に対向して配置される対電極との間で、多数回のスパーク放電を不活性ガス雰囲気中で発生させ、スパーク放電毎の発光を分光して金属試料中の元素を定量する発光分光分析装置において、前記試料支持台には前記開口部を囲んで環状の突起部が設けられており、金属試料は当該突起部の先端部位に接触して試料支持台に装着されることを特徴とするものである。
【００１８】
第６の発明に係る発光分光分析装置は、第６の発明において、前記突起部は、高さが０．５ｍｍ以上で、金属試料と接触する面の幅が０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１９】
第７の発明に係る発光分光分析装置は、第５または第６の発明において、前記金属試料と前記対電極との距離が１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、金属試料を装着するための試料支持台に突起部を設けて、分析用の金属試料を突起部の先端部位で支持するので、切断したままの金属試料に切断バリなどの凹凸が存在しても、これらの凹凸以外の比較的平滑な部分を突起部と接触させることで、金属試料の凸部は試料支持台に接触せず、試料支持台の所定の位置に金属試料を装着することができる。その結果、金属試料と対電極との間の距離は常に一定に保たれ、予め作成した検量線に基づいて精度良く金属試料の定量分析を行うことが可能となる。また、分析面の研磨・研削を行っていた定量分析において、この研磨・研削工程を省略することが可能になり、従来に比べて大幅な分析所用時間の短縮並びに分析作業負荷の低減が達成されるのみならず、転炉及び真空脱ガス炉などの精錬時間も短縮され、工業上有益な効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明に係るスパーク放電発光分光分析装置の全体構成の１例を示す概略図、図２は、本発明に係るスパーク放電発光分光分析装置において用いられている試料支持台の１例を示す概略断面図である。
【００２２】
図１に示すように、スパーク放電発光分光分析装置１は、放電装置２、分析用金属試料（電極でもある）３及び対電極４からなり、Ａｒガスなどの不活性ガス雰囲気下で放電装置２からの信号に応じて金属試料３と対電極４との間でスパーク放電を発生する発光部と、スリット５、回折格子６及び検出器７からなり、発光部で発光した光を分光するための分光部と、分光部の検出器７によって検出されたスペクトル線を処理するための測光装置８と、測光装置８から入力されるスペクトル線強度に基づいて金属試料３の元素の含有量を求めるデータ処理装置９と、で構成されている。
【００２３】
このスパーク放電発光分光分析装置１において金属試料３を装着するための試料支持台１０には、図２に示すように、試料支持台１０に設けられた開口部１０ａの周囲に沿って平面形状が円形である環状の突起部１１が設けられており、金属試料３は突起部１１の上に乗った状態で試料支持台１０に装着されている。即ち、金属試料３は突起部１１の先端部位とのみ接触するようにして試料支持台１０に装着されている。そして、金属試料３は、この状態のままで対電極４との間でスパーク放電する構成になっている。対電極４の周囲はＡｒガスなどの不活性ガス雰囲気となっている。尚、図１では試料支持台１０を省略している。
【００２４】
このように、金属試料３と試料支持台１０との接触面は、突起部１１の先端部位のみの極狭い範囲に限られるため、切断して切り出されたままの金属試料３であっても、切断バリなどの凹凸を研磨或いは研削などによって除去することなく、切断面の平坦な部分を突起部１１に接触させることで、金属試料３の分析面の一部に凹凸が存在しても、この凹凸の影響を受けることなく金属試料３の分析面と対電極４との距離は設定値と等しくなり、且つ、金属試料３の分析面と試料支持台１０とが間隙なく密着することから、研磨或いは研削された分析面と同等の精度で定量分析することが可能となる。
【００２５】
この場合、切断バリなどの凹凸の影響をできるだけ少なくするために、突起部１１の高さを０．５ｍｍ以上とし、突起部１１の先端部位の幅を０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることが好ましい。高さが０．５ｍｍ未満になると、金属試料３の凸部が突起部１１の周囲の試料支持台１０と接触して金属試料３と突起部１１とが密着せず、分析精度が低下する恐れが発生する。突起部１１の高さの上限は特に限定する必要はないが、金属試料３での凹凸の発生状況から判断すれば、５ｍｍ程度で十分である。また、突起部１１の幅が０．５ｍｍ未満では金属試料３を保持した際に突起部１１が変形する恐れがあると同時に、変形によって形成される間隙から空気が混入して分析精度が低下する恐れがあり、一方、突起部１１の幅が３ｍｍを超えると金属試料３の分析面と突起部１１との接触面積が大きくなり、金属試料３の凹凸の影響を受けやすくなり分析精度が低下する恐れがある。
【００２６】
切断したままの金属試料３を分析するに当たり、分析面となる切断面の平滑度は高い方が望ましく、従って、本発明を実施する場合には、比較的高い切断面の平滑度を得ることができる、外形が円形の回転刃を有する高速切断機で切断することが好ましい。
【００２７】
しかしながら、金属試料３は切断したままであるので、分析面には微小な凹凸部が存在する。この微小な凹凸部の影響を回避するためには、金属試料３と対電極４との距離を１ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることが好ましい。この微小の凹凸部の影響は、金属試料３の分析面における放電領域を狭くすることによって、効率良く回避することができる。図４（図４の詳細説明は実施例の欄で後述）は、金属試料３と対電極４との距離を変化させ、そのときの金属試料３における放電領域を調査した結果である。金属試料３と対電極４との距離を１ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることにより、放電領域の直径を５ｍｍ程度以下にすることが可能となる。つまり、金属試料３と対電極４との距離を１ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることで、分析面の微小の凹凸部の影響を回避して、微小な領域の分析を高い精度で実施することが可能となる。
【００２８】
特に、金属試料３における放電領域を直径４ｍｍ以下とすることで、従来の放電領域に比べて１／４から１／１０の微小な領域の分析が可能となり、分析面の微小の凹凸部の影響をより一層回避することができる。この場合、試料支持台１０に設けられた開口部１０ａの直径は７ｍｍ以下で十分である。
【００２９】
尚、本発明は上記に説明した範囲に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができる。例えば、上記説明では環状の突起物１１が開口部１０ａの周囲に沿って設置されているが、開口部１０ａを囲むようにして設置される限り、開口部１０ａから離れた位置に設置してもよい。又、環状の突起部１１は平面形状が円形であるのみならず、四角形や多角形、或いは楕円形など、循環する形状である限りどのような形状であっても構わない。本発明でいう「環状」とは、「循環する形状である」という意味である。
【実施例１】
【００３０】
図３に示すスパーク放電発光分光分析装置を用い、金属試料３の位置及び対電極４の位置を変更して、金属試料３における放電領域並びに各元素のバックグランド相当濃度に及ぼす金属試料と対電極との距離（Ｌ）の影響を調査した。ここでは、突起部に代わって厚みを変更可能なスペーサー１２を使用して、金属試料３の設置位置を変更した。また、試料支持台１０の厚みを極力薄くして、距離（Ｌ）が１ｍｍ程度まで可能な構造とした。対電極４の位置は、対電極４の先端が試料支持台１０の上面から１ｍｍとなる位置を基準としたが、対電極４の位置も上下に調整可能であり、一部試験では下方向に移動させた。金属試料３の位置及び対電極４の位置は、図３に示すように、試料支持台１０の上面の位置を基準位置とした。
【００３１】
図４に、放電の電気的な条件を一定として、金属試料と対電極との距離（Ｌ）を変化させたときの金属試料３における放電領域を調査した結果を示す。図４から明らかなように、放電領域は、距離（Ｌ）を小さくするほど小さくなり、金属試料３と対電極４との距離を１ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることにより、放電領域の直径を５ｍｍ程度以下にできることが分かった。つまり、金属試料３と対電極４との距離を１ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることで、金属試料３の分析面の微小の凹凸部の影響を回避して、微小な領域の分析を高い精度で実施することが可能であることが分かった。
【００３２】
図５は、金属試料３の位置と距離（Ｌ）とを変えてＣ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓのバックグランド相当濃度に及ぼす影響を調査した結果を示す図である。図５で試料位置が０ｍｍとは、スペーサー１２を用いず、金属試料３を試料支持台１０に直接載せた状態を示しており、試料位置が１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍとはスペーサー１２の厚みがそれぞれ１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍの場合を示している。また、従来（２ｍｍ）とは、従来の厚みの厚い試料支持台１０を用いた場合であり、この場合には、図３に示す金属試料３の位置関係で金属試料の位置を表すと２ｍｍの位置に相当するという意味である。
【００３３】
バックグランド相当濃度は低いほうが一般に精度上有利であり、図５からも明らかなように、距離（Ｌ）を１ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることにより、放電領域の微小化を達成しつつ高精度な分析が可能であることが分かった。特に、スペーサー１２の厚みを１ｍｍとし、且つ、距離（Ｌ）を３ｍｍ以下とすることによって、高精度な分析が可能であることが分かった。
【実施例２】
【００３４】
湿式定量分析法などによって元素濃度を予め測定した、元素濃度が既知の低合金鋼から高速切断機を用いて分析用金属試料を切り出し、切断面を研磨・研削することなく発光分光分析用試料に供した。用いた発光分光分析装置は、図２に示す突起部を有する試料支持台を備えた本発明による発光分光分析装置と、図６に示す試料支持台を備えた従来の発光分光分析装置との２種類を用いた。金属試料の同一切断面についてそれぞれ３回ずつ分析を行った。本発明による発光分光分析装置を用いて分析した場合を本発明例と称し、一方、従来の発光分光分析装置を用いて分析した場合を比較例と称す。表１にそれぞれ３回行った分析結果を示す。本発明例では金属試料と対電極との距離は２ｍｍとした。比較例では、金属試料と対電極との距離は４ｍｍである。
【００３５】
【表１】
2006177922.tif 000003
【００３６】
表１に示すように、比較例では３回の分析結果にばらつきが生じ、しかも、濃度の絶対値が予め定量分析した濃度から大幅に逸脱しているのに対し、本発明例では３回の分析結果のばらつきが少なく、且つ濃度の絶対値も予め定量分析した濃度と良く一致していた。この結果から、切断したままの金属試料であっても本発明を適用することで精度よく定量分析することが可能であることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係るスパーク放電発光分光分析装置の全体構成の１例を示す概略図である。
【図２】本発明に係るスパーク放電発光分光分析装置において用いられている試料支持台の１例を示す概略断面図である。
【図３】実施例１で使用したスパーク放電発光分光分析装置の試料支持台部分の概略断面図である。
【図４】金属試料と対電極との距離を変化させ、そのときの金属試料における放電領域を調査した結果を示す図である。
【図５】金属試料の位置及び金属試料と対電極との距離を変化させ、Ｃ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓのバックグランド相当濃度に及ぼす影響を調査した結果を示す図である。
【図６】従来のスパーク放電発光分光分析装置において用いられている試料支持台の概略断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  スパーク放電発光分光分析装置
２  放電装置
３  金属試料
４  対電極
５  スリット
６  回折格子
７  検出器
８  測光装置
９  データ処理装置
１０  試料支持台
１０ａ  開口部
１１  突起部
１２  スペーサー
【図１】
2006177922.tif 000004
【図２】
2006177922.tif 000005
【図３】
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【図４】
2006177922.tif 000007
【図５】
2006177922.tif 000008
【図６】
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