(57)【要約】  試料ガスに含まれるＨ元素を高い精度で定量分析できる元素分析装置を得る。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、当該試料の少なくとも一部を気化してＨ元素を含む試料ガスを生成し、当該試料ガスを当該キャリアガスとの混合ガスとして導出する加熱炉と、前記加熱炉から導出される前記混合ガス中の前記試料ガスに含まれる少なくとも一つの元素を定量分析する質量分析計とを備え、前記質量分析計が、前記混合ガス中にＨ２Ｏ成分として含まれるＨ元素を前記試料ガスに含まれるＨ元素として定量分析する。
2019225573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、当該試料の少なくとも一部を気化してＨ元素を含む試料ガスを生成し、当該試料ガスを当該キャリアガスとの混合ガスとして導出する加熱炉と、
前記加熱炉から導出される前記混合ガス中の前記試料ガスに含まれる少なくとも一つの元素を定量分析する質量分析計とを備え、
前記質量分析計が、前記混合ガス中にＨ２Ｏ成分として含まれるＨ元素を前記試料ガスに含まれるＨ元素として定量分析することを特徴とする元素分析装置。
【請求項２】
前記加熱炉及び前記質量分析計の間に設置された酸化部をさらに備え、
前記加熱炉が、Ｈ元素をＨ含有成分として含む試料ガスを生成し、当該Ｈ含有成分を含む混合ガスを導出するものであり、
前記酸化部が、前記混合ガス中の前記Ｈ含有成分を酸化してＨ２Ｏ成分を生成するものであり、
前記質量分析計が、酸化後の混合ガス中に前記Ｈ２Ｏ成分として含まれるＨ元素を前記試料ガスに含まれるＨ元素として定量分析するものである請求項１記載の元素分析装置。
【請求項３】
前記加熱炉が、Ｈ元素をＨ含有成分として含むと共に、当該Ｈ元素以外の複数の他元素をそれぞれ異なる他元素含有成分として含む試料ガスを生成し、当該Ｈ含有成分及び当該複数の他元素含有成分を含む混合ガスを導出するものであり、
前記酸化部が、前記混合ガス中の前記Ｈ含有成分を酸化してＨ２Ｏ成分を生成すると共に、前記混合ガス中の前記複数の他元素含有成分のうちで質量数の差が３以下である二つの他元素含有成分の少なくとも一方を酸化するものであり、
前記質量分析計が、酸化後の混合ガス中に前記Ｈ２Ｏ成分として含まれるＨ元素を前記試料ガスに含まれるＨ元素として定量分析すると共に、当該酸化後の混合ガス中に他元素含有成分として含まれる前記Ｈ元素以外の他元素を前記試料ガスに含まれる他元素として定量分析するものである請求項２記載の元素分析装置。
【請求項４】
前記加熱炉が、Ｈ元素をＨ含有成分として含むと共に、当該Ｈ元素以外の他元素であるＮ元素及びＯ元素をそれぞれＮ２成分及びＣＯ成分として含む試料ガスを生成し、当該Ｈ含有成分、Ｎ２成分及びＣＯ成分を含む混合ガスを導出するものであり、
前記酸化部が、前記混合ガス中の前記Ｈ含有成分を酸化してＨ２Ｏ成分を生成すると共に、前記混合ガス中の前記ＣＯ成分を酸化してＣＯ２成分を生成するものである請求項３記載の元素分析装置。
【請求項５】
前記キャリアガスが、Ｈｅガスである請求項１記載の元素分析装置。
【請求項６】
前記質量分析計が、四重極質量分析計であり、
前記四重極質量分析計が演算部を備え、
前記演算部が、
前記加熱炉に前記キャリアガスを導入しながら、当該加熱炉によって前記試料が投入されていない状態のるつぼを加熱し、当該加熱炉から導出される当該キャリアガスを前記四重極質量分析計に導入して信号強度の経時変化を示す基準データを作成する基準データ作成部と、
前記加熱炉に前記キャリアガスを導入しながら、当該加熱炉によって前記試料が投入された状態のるつぼを加熱し、当該加熱炉から導出される前記混合ガスを前記四重極質量分析計に導入して信号強度の経時変化を示す測定データを作成する測定データ作成部と、
前記測定データにおける前記混合ガス中の前記試料ガスに含まれる元素を含む成分に対応する信号強度のピークが検出されたピーク時間帯を特定するピーク時間帯特定部と、
前記基準データと、前記基準データにおける信号強度が極値になる時間を含まず、かつ、前記ピーク時間帯を含むように定めた所定時間帯の始点及び終点を結ぶ直線とによって囲まれる部分の面積を補正値として算出する補正値算出部と、
前記測定データと前記補正値とに基づき、前記試料ガスに含まれる元素を定量分析する分析部とを備える請求項１記載の元素分析装置。
【請求項７】
前記加熱炉の下流側に設置され、前記質量分析計が接続されるチャンバと、
前記チャンバ内の圧力を前記質量分析計で定量分析される元素に合わせて調節できるように構成されている調圧機構とをさらに備える請求項１記載の元素分析装置。
【請求項８】
前記チャンバ内の圧力を測定する圧力センサをさらに備え、
前記調圧機構が、
前記圧力センサで測定される圧力値が、前記質量分析計で定量分析される元素に合わせて予め定められた設定圧力に近づくように制御する圧力制御部とを備える請求項７記載の元素分析装置。
【請求項９】
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、当該試料の少なくとも一部を気化してＨ元素を含む試料ガスを生成し、当該加熱炉から導出される当該試料ガス及び当該キャリアガスの混合ガス中のＨ元素をＨ２Ｏ成分として質量分析計に導入し、当該質量分析計によって当該混合ガス中に当該Ｈ２Ｏ成分として含まれるＨ元素を定量分析する元素分析方法。
【請求項１０】
前記加熱炉に前記キャリアガスを導入しながら、当該加熱炉によって前記試料が投入されていない状態のるつぼを加熱し、当該加熱炉から導出される当該キャリアガスを前記四重極質量分析計に導入して信号強度の経時変化を示す基準データを作成し、
前記加熱炉に前記キャリアガスを導入しながら、当該加熱炉によって前記試料が投入された状態のるつぼを加熱し、当該加熱炉から導出される前記混合ガスを前記四重極質量分析計に導入して信号強度の経時変化を示す測定データを作成し、
前記測定データにおける前記混合ガス中の前記試料ガスに含まれる元素を含む成分に対応する信号強度のピークが検出されたピーク時間帯を特定し、
前記基準データと、前記基準データにおける信号強度が極値になる時間を含まず、かつ、前記ピーク時間帯を含むように定めた所定時間帯の始点及び終点を結ぶ直線とによって囲まれる部分の面積を補正値として算出し、
前記測定データと前記補正値とに基づき、前記試料ガスに含まれる元素を定量分析する請求項９記載の元素分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来の元素分析装置としては、特許文献１のように、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、その試料の少なくとも一部を気化して試料ガスを生成し、その試料ガスをキャリアガスとの混合ガスとして導出する加熱炉と、加熱炉から導出された混合ガス中の試料ガスに含まれる少なくとも一つの元素を定量分析する質量分析計と、を備えたものがある。【０００３】
なお、前記従来の元素分析装置において、例えば、鉄鋼等を試料とし、その鉄鋼等に含まれる微量のＨ元素を定量分析する場合には、Ｈ元素をＨ２成分として含む試料ガスを生成し、その試料ガスをキャリアガスとの混合ガスとして質量分析計に導入して定量分析する。【０００４】
すなわち、前記従来の元素分析装置においては、混合ガス中にＨ２成分として含まれるＨ元素を試料ガスに含まれるＨ元素として定量分析することになる。ところが、この場合、質量分析計は、質量数の小さいＨ２成分を感度良く検出することができず、その結果、試料ガスに含まれるＨ元素を高い精度で定量分析することができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２６９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、試料ガスに含まれるＨ元素を高い精度で定量分析できる元素分析装置を得ることを主な課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、当該試料の少なくとも一部を気化してＨ元素を含む試料ガスを生成し、当該試料ガスを当該キャリアガスとの混合ガスとして導出する加熱炉と、前記加熱炉から導出される前記混合ガス中の前記試料ガスに含まれる少なくとも一つの元素を定量分析する質量分析計とを備え、前記質量分析計が、前記混合ガス中にＨ２Ｏ成分として含まれるＨ元素を前記試料ガスに含まれるＨ元素として定量分析することを特徴とするものである。【０００８】
このようなものであれば、試料ガスに含まれるＨ元素を定量分析しようとする場合に、そのＨ元素を質量数の大きいＨ２Ｏ成分として質量分析計に導入するため、質量分析計においてＨ含有元素を感度良く検出できるようになる。その結果、試料ガスに含まれるＨ元素を高い精度で定量分析できるようになる。【０００９】
具体的には、前記加熱炉及び前記質量分析計の間に設置された酸化部をさらに備え、前記加熱炉が、Ｈ元素をＨ含有成分として含む試料ガスを生成し、当該Ｈ含有成分を含む混合ガスを導出するものであり、前記酸化部が、前記混合ガス中の前記Ｈ含有成分を酸化してＨ２Ｏ成分を生成するものであり、前記質量分析計が、酸化後の混合ガス中に前記Ｈ２Ｏ成分として含まれるＨ元素を前記試料ガスに含まれるＨ元素として定量分析するものであるように構成すればよい。【００１０】
さらに、例えば、加熱炉によってＨ元素をＨ２成分として含むと共に、当該Ｈ元素以外の他の元素であるＮ元素及びＯ元素をそれぞれＮ２成分及びＣＯ成分として含む試料ガスが生成される場合には、酸化部によって混合ガス中のＨ２成分を酸化してＨ２Ｏ成分を生成するだけでなく、混合ガス中のＣＯ成分を酸化してＣＯ２成分を成分する必要がある。なぜなら、Ｎ２成分及びＣＯ成分は、質量数が共に２８で同一であるため、そのまま質量分析計に導入すると、質量分析計で検出される各成分を示すピークが現れる時間帯が重なり合ってピークを分離することが困難になるからである。【００１１】
そこで、前記加熱炉が、Ｈ元素をＨ含有成分として含むと共に、当該Ｈ元素以外の複数の他元素をそれぞれ異なる他元素含有成分として含む試料ガスを生成し、当該Ｈ含有成分及び当該複数の他元素含有成分を含む混合ガスを導出するものであり、前記酸化部が、前記混合ガス中の前記Ｈ含有成分を酸化してＨ２Ｏ成分を生成すると共に、前記混合ガス中の前記複数の他元素含有成分のうちで質量数の差が３以下である二つの他元素含有成分の少なくとも一方を酸化するものであり、前記質量分析計が、酸化後の混合ガス中に前記Ｈ２Ｏ成分として含まれるＨ元素を前記試料ガスに含まれるＨ元素として定量分析すると共に、当該酸化後の混合ガス中に他元素含有成分として含まれる前記Ｈ元素以外の他元素を前記試料ガスに含まれる他元素として定量分析するように構成すればよい。【００１２】
このようなものであれば、酸化部によって質量数の差が３以下である二つの他元素含有成分の少なくとも一方が酸化するため、当該二つの他元素含有成分の酸化後の質量数の差が３よりも大きくなる。言い換えれば、酸化後の混合ガスに含まれる最も質量数の近い二つの他元素含有成分の質量数の差が３よりも大きくなる。これにより、質量分析計によって検出される酸化後の二つの他元素含有成分を示すピークが現れる時間帯がずれる。【００１３】
また、前記キャリアガスとしては、Ｈｅガスを使用することが好ましい。この種の元素分析装置のキャリアガスとしてＡｒガスが使用される場合がある。しかし、Ａｒ原子は、分子直径が比較的大きいことから、これが原因となって、質量分析計において分析対象元素を含む成分のイオン化が妨げられる。一方、Ｈｅ原子は、分子直径が比較的小さいことから、質量分析計において分析対象元素を含む成分のイオン化を妨げない。さらに、ＨｅはＡｒと比較して平均自由工程が長いので、ＨｅガスのほうがＡｒガスと比較してチャンバ圧をより高く設定することができる。よって、キャリアガスとしてＨｅガスを使用することにより、質量分析計において分析対象元素を含む成分が効率良くイオン化されるようになる。これにより、質量分析計において分析対象元素を含む成分のイオンをより多く検出できるようになり、その結果、試料ガスに含まれるＨ元素を高い精度で定量分析できるようになる。【００１４】
また、前記質量分析計として四重極質量分析計を使用する場合には、前記四重極質量分析計が演算部を備え、前記演算部が、前記加熱炉に前記キャリアガスを導入しながら、当該加熱炉によって前記試料が投入されていない状態のるつぼを加熱し、当該加熱炉から導出される当該キャリアガスを前記四重極質量分析計に導入して信号強度の経時変化を示す基準データを作成する基準データ作成部と、前記加熱炉に前記キャリアガスを導入しながら、当該加熱炉によって前記試料が投入された状態のるつぼを加熱し、当該加熱炉から導出される前記混合ガスを前記四重極質量分析計に導入して信号強度の経時変化を示す測定データを作成する測定データ作成部と、前記測定データにおける前記混合ガス中の前記試料ガスに含まれる元素を含む成分に対応する信号強度のピークが検出されたピーク時間帯を特定するピーク時間帯特定部と、前記基準データと、前記基準データにおける信号強度が極値になる時間を含まず、かつ、前記ピーク時間帯を含むように定めた所定時間帯の始点及び終点を結ぶ直線とによって囲まれる部分の面積を補正値として算出する補正値算出部と、前記測定データと前記補正値とに基づき、前記試料ガスに含まれる元素を定量分析する分析部とを備えるように構成すればよい。【００１５】
四重極質量分析計によって試料ガスに含まれる元素を定量分析する場合には、測定データから得た数値を基準データから得た補正値によって補正することにより、試料ガスに含まれる元素を定量分析する。この場合、補正値として、基準データと、基準データにおける信号強度が極値になる時間を含まず、かつ、ピーク時間帯を含むように定めた所定時間帯の始点及び終点を結ぶ直線とによって囲まれる部分の面積を採用すれば、定量分析可能な下限が伸び、これにより、より広い範囲で定量分析が可能となる。【００１６】
また、元素分析装置によって試料ガスに含まれる元素を定量分析する場合には、質量分析計が接続されるチャンバ内を真空に近い圧力に保持するが、出願人は、この時、試料ガスに含まれる元素毎に感度良く検出される圧力が存在することを発見した。そこで、前記元素分析装置を、前記加熱炉の下流側に設置され、前記質量分析計が接続されるチャンバと、前記チャンバ内の圧力を前記質量分析計で定量分析される元素に合わせて調節できるように構成されている調圧機構とをさらに備えるようにしてもよい。【００１７】
より具体的には、前記調圧機構が、前記加熱炉とチャンバとの間に設置されるバルブと、前記チャンバの下流側に設置される排気ポンプとを備え、前記バルブの開度に基づき前記チャンバ内の圧力を調節するように構成すればよく、さらに、前記チャンバ内の圧力を測定する圧力センサをさらに備え、前記調圧機構が、前記圧力センサで測定される圧力値が、前記質量分析計で定量分析される元素に合わせて予め定められた設定圧力に近づくように制御する圧力制御部とを備える構成すればよい。【００１８】
なお、例えば、前記質量分析計でＨ元素を含むＨ２Ｏ成分を定量分析する場合における前記設定圧力は１．０Ｐａ以上が好ましく、より好ましくは、１．０Ｐａ以上３．５Ｐａ以下である。【００１９】
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、当該試料の少なくとも一部を気化してＨ元素を含む試料ガスを生成し、当該加熱炉から導出される当該試料ガス及び当該キャリアガスの混合ガス中のＨ元素をＨ２Ｏ成分として質量分析計に導入し、当該質量分析計によって当該混合ガス中にＨ２Ｏ成分として含まれるＨ元素を定量分析するものである。【００２０】
この場合、前記加熱炉に前記キャリアガスを導入しながら、当該加熱炉によって前記試料が投入されていない状態のるつぼを加熱し、当該加熱炉から導出される当該キャリアガスを前記四重極質量分析計に導入して信号強度の経時変化を示す基準データを作成し、前記加熱炉に前記キャリアガスを導入しながら、当該加熱炉によって前記試料が投入された状態のるつぼを加熱し、当該加熱炉から導出される前記混合ガスを前記四重極質量分析計に導入して信号強度の経時変化を示す測定データを作成し、前記測定データにおける前記混合ガス中の前記試料ガスに含まれる元素を含む成分に対応する信号強度のピークが検出されたピーク時間帯を特定し、前記基準データと、前記基準データにおける信号強度が極値になる時間を含まず、かつ、前記ピーク時間帯を含むように定めた所定時間帯の始点及び終点を結ぶ直線とによって囲まれる部分の面積を補正値として算出し、前記測定データと前記補正値とに基づき、前記試料ガスに含まれる元素を定量分析してもよい。
【発明の効果】
【００２１】
このように構成した元素分析装置によれば、試料ガスに含まれるＨ元素を高い精度で定量分析できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態１に係る元素分析装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】同実施形態に係る元素分析装置の四重極質量分析計における演算部を示すブロック図である。
【図３】同実施形態に係る元素分析装置の分析動作で得られた基準データ及び測定データを示すグラフである。
【図４】同実施形態に係る元素分析装置の分析動作で得られた測定データのピーク付近を拡大して示すグラフである。
【図５】同実施形態に係る元素分析装置のチャンバ圧力と信号強度との関係を示すグラフである。
【図６】その他の実施形態に係る元素分析装置の全体構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２３】
１００  元素分析装置
１０  加熱炉
１１  るつぼ
２０  キャリアガス供給器
３０  チャンバ
４０  四重極質量分析計
５０  調圧機構
５１  調圧バルブ
５２  排気機構
８０  酸化部
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明に係る元素分析装置を図面に基づいて説明する。
【００２５】
本実施形態の元素分析装置は、るつぼに投入した鉄鋼やセラミックスなどの試料を加熱溶融し、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。
【００２６】
＜実施形態１＞  本実施形態に係る元素分析装置１００は、図１に示すように、加熱炉１０と、加熱炉１０から上流側に延びる上流ラインＬ１と、上流ラインＬ１の始端に接続されるキャリアガス供給器２０と、加熱炉１０から下流側に延びる下流ラインＬ２と、下流ラインＬ２の終端に接続されるチャンバ３０と、チャンバ３０に接続される四重極型質量分析計４０と、チャンバ３０内の圧力を調節する調圧機構５０と、を備えている。
【００２７】
前記加熱炉１０は、所謂インパルス炉であり、炉内に試料を投入するるつぼ１１を収納している。なお、加熱炉１０は、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、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ようになっている。るつぼ１１としては、黒鉛るつぼを使用することができる。
【００２８】
前記上流ラインＬ１は、キャリアガス供給器２０から供給されるキャリアガスを加熱炉１０へ導入するものである。また、上流ラインＬ１には、その途中にキャリアガスを精製するための精製器６０が設置されている。なお、キャリアガスとしては、不活性ガスを使用し、特にＨｅガスを使用することが好ましい。
【００２９】
前記下流ラインＬ２は、加熱炉１０から導出される試料ガス及びキャリアガスの混合ガスをチャンバ３０へ導入するものである。そして、下流ラインＬ２には、その途中から分岐して延びる第１排気ラインＬ３が接続されている。なお、第１排気ラインＬ３は、その終端が大気開放されている。
【００３０】
前記チャンバ３０は、四つのポートを備えた構造になっている。そして、四つのポートには、下流ラインＬ３と、四重極型質量分析計４０と、チャンバ内の圧力を測定する圧力センサＰと、第２排気ラインＬ４と、がそれぞれ接続されている。
【００３１】
前記四重極質量分析計４０は、混合ガス中の試料ガスに含まれる元素（以下、分析対象元素ともいう）を定量分析するものである。具体的には、四重極質量分析計４０は、分析対象元素を含む成分をイオン化し、そのイオンを検出するセンサ部４１と、センサ部４１で検出された信号強度の経時変化を参照して分析対象元素を定量分析する演算部４２と、を備えている。ここで、信号強度は、例えば、電流強度や電磁強度等である。なお、四重極質量分析計４０は、センサ部４１をポートに差し込むようにしてチャンバ３０に接続されている。
【００３２】
前記演算部４２は、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａコンバータ等を備えた所謂コンピュータであり、当該メモリに格納されているプログラムを実行し、分析対象元素を定量分析する機能を実現するように構成されている。
【００３３】
具体的には、前記演算部４２は、基準データを作成する基準データ作成部４２ａと、測定データを作成する測定データ作成部４２ｂと、測定データにおけるピーク時間帯を特定するピーク時間帯特定部４２ｃと、基準データ及びピーク時間帯に基づき補正値を算出する補正値算出部４２ｄと、基準データ及び補正値に基づき分析対象元素を定量分析する分析部４２ｅと、を備えている。
【００３４】
前記基準データ作成部４２ａは、次の工程を経て基準データを作成する。詳述すると、先ず、上流ラインＬ１から加熱炉１０へキャリアガスを導入しながら、加熱炉１０によって試料が投入されていない状態のるつぼ１１を加熱する。次に、その状態の加熱炉１０から下流ラインＬ２へ導出されたキャリアガスを四重極質量分析計４０に導入する。そして、基準データ作成部４２ａは、四重極質量分析計４０にキャリアガスを導入して検出される信号強度の経時変化をプロットした基準データＤ１（図３中、実線にて示すデータ）を作成する。
【００３５】
前記測定データ作成部４２ｂは、次の工程を経て測定データを作成する。詳述すると、先ず、上流ラインＬ１から加熱炉１０へキャリアガスを導入しながら、加熱炉１０によって試料が投入された状態のるつぼ１１を加熱する。次に、その状態の加熱炉１０から下流ラインＬ２へ導出された混合ガスを四重極質量分析計４０に導入する。そして、測定データ作成部４２ｂは、四重極質量分析計４０に混合ガスを導入して検出される信号強度の経時変化をプロットした測定データＤ２（図３中、点線にて示すデータ）を作成する。
【００３６】
前記ピーク時間帯特定部４２ｃは、測定データＤ２における分析対象元素を含む成分に対応する信号強度のピークＰが検出されたピーク時間帯Ｚを特定するものである。例えば、図３及び図４に示すように、測定データＤ２におけるピークＰは、基準データＤ１に対して凸状に突出するように現れる。そこで、ピーク時間帯Ｚは、ピークＰの立ち上がり始めの時間を始点ＳＰとし、立ち下がり終りの時間を終点ＥＰとし、その始点ＳＰ及び終点ＥＰの間の時間帯とする。具体的には、ピーク時間帯Ｚの始点ＳＰは、ピークＰの立ち上がりにおいて、測定データＤ２の接線の傾きが基準データＤ１を通る接線の傾きと一致した状態から一致しない状態に変化する変移点の時間であり、ピーク時間帯Ｚの終点ＥＰは、ピークＰの立ち下がりにおいて、測定データＤ２の接線の傾きが基準データＤ１を通る接線の傾きと一致しない状態から一致した状態に変化する変移点の時間である。よって、ピーク時間帯Ｚは、ピークＰにおける信号強度が最大（極大値）となる時間を含む前後の時間帯となる。
【００３７】
前記補正値算出部４２ｄは、基準データＤ１と、その基準データＤ１における信号強度が極値になる時間を含まず、かつ、ピーク時間帯Ｚを含むように定めた所定時間帯Ｚ´の始点ＳＰ１及び終点ＥＰ１を結ぶ直線ｌ１と、によって囲まれる部分（図４中、点線斜線で示す部分）の面積を補正値として算出するものである。なお、本実施形態においては、所定時間帯Ｚ´をピーク時間帯Ｚと一致させるように設定しているが、所定時間帯Ｚ´をピーク時間帯Ｚを含むように設定してもよい。
【００３８】
前記分析部４２ｅは、測定データＤ２及び補正値に基づき分析対象元素を定量分析するものである。具体的には、分析部４２ｅは、測定データＤ２と、その測定データＤ２における前記所定時間帯Ｚの始点ＳＰ２及び終点ＥＰ２を結ぶ直線ｌ２によって囲まれる部分（図４中、実線斜線で示す部分）の面積を算出し、その算出値から補正値を差し引いて分析対象元素を含む成分のイオンの濃度を算出する。そして、分析部４２ｅは、当該分析対象元素を含む成分のイオンの濃度と、そのイオンに含まれる元素の質量数等の既知の数値を参照し、分析対象元素を含む成分の濃度や分析対象元素の量等を算出する。なお、本実施形態においては、基準データＤ１における所定時間帯Ｚ´の始点ＳＰ１及び終点ＥＰ１と、測定データＤ２における所定時間帯Ｚ´の始点ＳＰ２及び終点ＥＰ２と、がそれぞれ一致しているため、直線ｌ１及び直線ｌ２が同一直線となっている。因みに、基準データＤ１や測定データＤ２の形状や所定時間帯Ｚ´の設定の仕方によっては、始点ＳＰ１及び終点ＥＰ１と、始点ＳＰ２及び終点ＥＰ２と、がそれぞれ一致しない場合もあり得る。この場合、当然に直線ｌ１及び直線ｌ２は同一直線とならない。
【００３９】
前記調圧機構５０は、下流ラインＬ２における第１排気ラインＬ３との分岐点よりも下流側に設置される調圧バルブ５１と、第２排気ラインＬ４に設置される排気機構５２と、調圧バルブ５１の開度を制御してチャンバ３０内の圧力を制御する圧力制御部（図示せず）と、を備えている。なお、調圧バルブ５１としては、ニードルバルブを使用できる。また、排気機構５２としては、ターボポンプ及びドライポンプを使用できる。本実施形態の排気機構５２は、上流側に配置されるターボポンプ５２ａ及び下流側に配置されるドライポンプ５２ｂを直列に並べて構成している。
【００４０】
前記圧力制御部は、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａコンバータ等を備えた所謂コンピュータであり、当該メモリに格納されているプログラムを実行し、圧力センサＰの圧力値が予め定められた設定圧力に近づくように調圧バルブ５１の開度を制御する機能を実現するようになっている。
【００４１】
なお、前記設定圧力は、分析対象元素を含む成分毎に予め定められた圧力である。詳述すると、例えば、四重極質量分析計４０に分析対象元素となるＨ元素を含むＨ２Ｏ成分を導入して信号強度を測定する場合に、チャンバ３０内の圧力以外の条件を同一にすると、図５に示すように、１．５Ｐａ以上において信号強度が大きくなっていることが分かる。これは、四重極質量分析計にＨ２Ｏ成分を導入して信号強度を測定する場合に、チャンバ内の圧力を１．５Ｐａ以上に保つことによって四重極質量分析計４０の感度が向上することを示している。そこで、予め分析対象元素を含む成分毎に感度が向上する圧力を検証し、その圧力を設定圧力とする。なお、設定圧力は、圧力制御部に設けられたメモリに記憶しておき、必要に応じて切り換えられるようにしておくこともできる。
【００４２】
次に、前記下流ラインＬ２に設置されるその他の機器について説明する。
【００４３】
前記下流ラインＬ２には、第１排気ラインＬ３との分岐点よりも上流側にダストフィルタ７０、酸化部８０及び排気量調節バルブ９０が、上流側から下流側へ向かってこの順番で配置されている。
【００４４】
前記ダストフィルタ７０は、加熱炉１０から導出される混合ガスからすす等のダストを除去するためのものである。
【００４５】
前記酸化部８０は、混合ガス中に含まれる成分を酸化するためのものである。具体的には、加熱炉１０で生成された試料ガスにＣＯやＨ２が含まれている場合には、これらを酸化してＣＯ２やＨ２Ｏに変化させるものである。より具体的には、酸化部としては、酸化銅等の高温酸化剤を使用すればよい。
【００４６】
前記排気量調節バルブ９０は、第１排気ラインＬ３から排気される混合ガスの排気量を調節するものである。排気量調節バルブ９０としては、ニードルバルブを使用することができる。なお、排気量調節バルブ９０は、第１排気ラインＬ３に設置してもよい。
【００４７】
また、前記下流ラインＬ２には、酸化部８０からチャンバ３０へ至る部分を加熱するヒータ（図示せず）が設置されている。これにより、酸化部８０からチャンバ３０へ至る下流ラインＬ２を流れるＨ２Ｏ成分が水滴になって下流ラインＬ２内に滞留することを防止できる。
【００４８】
次に、前記元素分析装置１００を用いて試料ガスに含まれる元素を定量分析する場合の動作を説明する。なお、動作の説明にあたっては、キャリアガスとしてＨｅガスを使用し、試料を気化してＨ２成分、ＣＯ成分及びＮ２成分を含む試料ガスを生成し、その試料ガスに含まれるＯ元素、Ｎ元素及びＨ元素を定量分析する場合を例示して説明する。よって、Ｈ２成分が、請求項におけるＨ含有成分となり、ＣＯ成分及びＮ２成分が、請求項における他元素含有成分となる。
【００４９】
先ず、加熱炉１０にＨｅガスを導入しながら、加熱炉１０によって試料が投入されていない状態のるつぼ１１を加熱する。続いて、加熱炉１０から導出されたＨｅガスをダストフィルタ７０及び酸化部８０に通した後、四重極質量分析計４０のセンサ部４１に導入する。これにより、基準データ作成部４２ａは、センサ部４１に導入されたＨｅガスの信号強度の経時変化をプロットした基準データＤ１を作成する（基準データ作成工程）。
【００５０】
次に、加熱炉１０のるつぼ１１に試料を投入する。その後、加熱炉１０にＨｅガスを導入しながら、加熱炉１０によって試料が投入された状態のるつぼ１１を加熱する。これにより、加熱炉１０内にＣＯ成分、Ｎ２成分及びＨ２成分を含む試料ガスが生成される。続いて、加熱炉１０から導出された混合ガスをダストフィルタ７０及び酸化部８０に通した後、四重極質量分析計４０のセンサ部４１に導入する。
【００５１】
ここで、加熱炉１０から導出される混合ガス中の試料ガスに含まれる成分は、酸化部８０によって酸化された状態で四重極質量分析計４０のセンサ部４１に導入される。具体的には、混合ガス中の試料ガスに含まれるＣＯ成分、Ｎ２成分及びＨ２成分のうちで、ＣＯ成分及びＨ２成分がそれぞれＣＯ２成分及びＨ２Ｏ成分に酸化された状態で四重極質量分析計４０のセンサ部４１に導入される。よって、Ｈ２成分は、酸化部８０を通過してＨ２成分よりも質量数が大きいＨ２Ｏ成分に変化し、Ｎ２成分と質量数が同一であるＣＯ成分は、酸化部８０を通過してＮ２成分と質量数が異なるＣＯ２成分に変化する。すなわち、混合ガス中の試料ガスに含まれる一部の成分が、酸化部８０によって質量数の大きい成分に変化し、また、混合ガス中の試料ガスに含まれる質量数が同じ二つの他元素含有成分（言い換えれば、質量数の差が３以下の他元素含有成分）の一方が、酸化部８０によって質量数の異なる他元素含有成分（具体的には、他方の他元素含有成分との質量数の差が３よりも大きい他元素含有成分）に変化する。よって、四重極質量分析計４０のセンサ部４１には、ＣＯ２成分、Ｎ２成分及びＨ２Ｏ成分を含む混合ガスが導入されることになる。
【００５２】
これにより、測定データ作成部４２ｂが、センサ部４１に導入された混合ガス中の前記各成分について信号強度の経時変化をプロットした測定データＤ２を作成する（測定データ作成工程）。
【００５３】
ここで、加熱炉１０から導出される混合ガス中の試料ガスに含まれる成分は、加熱炉１０に導入される試料によって変わるため、例えば、ＣＨ４成分（質量数１６）、ＮＨ３成分（質量数１７）及びＨ２Ｏ成分（質量数１８）の各成分を含む混合ガスが導出される場合や、Ｃ２Ｈ２成分（質量数２６）、ＨＣＮ成分（質量数２７）及びＣ２Ｈ４成分（質量数２８）の各成分を含む混合ガスが導出される場合等がある。なお、これらの混合ガスに含まれる前記各成分も互いに質量数の差が３以下になっている。そして、このような混合ガスであっても、酸化部８０を通過させて少なくとも一部の成分を酸化させることにより、四重極質量分析計４０のセンサ部４１に導入される混合ガスに含まれる各成分の質量差を大きくすることができる。
【００５４】
なお、四重極質量分析計４０においては、センサ部４１の四重極に印加する電圧を変化させて検出される成分を変更しながら、前記各成分に対応する測定データＤ２を順次作成される。また、圧力制御部は、調圧機構５０によってチャンバ３０内の圧力をセンサ部４１で検出される成分に合わせて、その成分に対応する設定圧力に順次調節する。
【００５５】
次に、ピーク時間帯特定部４２ｃが、ＣＯ２成分、Ｎ２成分及びＨ２Ｏ成分に対応する各測定データＤ２についてピークＰが検出されたピーク時間帯Ｚを特定する。
【００５６】
次に、補正値算出部４２ｄが、基準データＤ１と、その基準データＤ１における信号強度が極値になる時間を含まず、かつ、ピーク時間帯Ｚを含むように定めた所定時間帯Ｚ´の始点ＳＰ１及び終点ＥＰ１を結ぶ直線ｌ１と、によって囲まれる部分の面積を補正値として算出する。
【００５７】
そして、分析部４２ｅが、前記各測定データＤについて、測定データＤ２と、その測定データＤ２における前記所定時間帯Ｚ´の始点ＳＰ２及び終点ＥＰ２を結ぶ直線ｌ２と、によって囲まれる部分の面積を算出し、その算出値から補正値を差し引いて前記各成分のイオンの濃度を算出する。その後、分析部４２ｅは、前記各成分のイオンから当該各成分の濃度や当該各成分に含まれる分析対象元素の量を算出する。
【００５８】
因みに、より正確には、基準データ作成工程及び測定データ作成工程のいずれの場合であっても、加熱炉１０によってるつぼ１１を加熱すると、るつぼ由来のガスも生成される。よって、加熱炉１０から導入されるガス（キャリアガス及び混合ガス）には、るつぼ由来のガスも含まれることになる。
【００５９】
＜その他の実施形態＞  その他の実施形態としては、図６に示す元素分析装置１００が挙げられる。図６に示す元素分析装置１００は、前記実施形態１に係る元素分析装置１００と比較すると、下流ラインＬ２におけるダストフィルタ７０及び酸化部８０の間に第１濃度計２１０が設置されており、また、また、第１排気ラインＬ３に第２濃度計２２０、第３濃度計２３０、脱ＣＯ２部２４０、脱Ｈ２Ｏ部２５０、及び、ＴＣＤ２６０が上流側から下流側へ向かってこの順番に配置されている他は、実施形態１と同様の構成を有している。
【００６０】
前記第１濃度計２１０、前記第２濃度計及び前記第３濃度計は、所謂ＮＤＩＲであり、非分散型赤外線吸収法を用いた濃度計である。具体的には、第１濃度計は、混合ガス中の試料ガスに含まれる比較的高濃度のＣＯ成分を検出するために使用される。また、第２濃度計は、混合ガス中の試料ガスに含まれる比較的高濃度のＣＯ２成分を検出するために使用される。また、第３濃度計は、混合ガス中の試料ガスに含まれる比較的高濃度のＨ２Ｏ成分を検出するために使用される。
【００６１】
前記脱ＣＯ２部２４０は、酸化部８０から導出された混合ガスに含まれるＣＯ２成分を取り除くものであり、また、前記脱Ｈ２Ｏ部２５０は、酸化部８０から導出された混合ガスに含まれるＨ２Ｏ成分を取り除くものである。
【００６２】
前記ＴＣＤ２６０は、窒素検出器である。そして、ＴＣＤ２６０は、酸化部８０から導出され、脱ＣＯ２部２４０及び脱Ｈ２Ｏ部を通過した混合ガスに含まれるＮ２成分を検出するために使用される。
【００６３】
このようなものであれば、加熱炉１０から導出される混合ガス中に含まれる比較的高濃度の各成分を第１濃度計２１０、第２濃度計２２０、第３濃度計２３０及びＴＣＤ２６０によって順次定量分析することができる。また、調圧バルブ５１の開度を調節することにより、当該混合ガス中に含まれる極微量の各成分を四重極質量分析計４０によって順次定量分析することができる。これにより、装置全体で測定可能なレンジ幅が広がり、また、より多くの成分を含む試料ガスの分析が可能となる。
【００６４】
その他、本発明は前記各実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明に係る元素分析装置によれば、試料ガスに含まれるＨ元素を高い精度で定量分析できるようになる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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