(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を装着する試料ホルダと、軸方向の移動によって一端が開閉自在な保護管の内部に形成され前記試料ホルダに装着された試料を配置する試料室と、この試料室に配置された試料を加熱する加熱手段と、加熱により試料から脱離したガスを検出する検出部を有する検出手段と、一端が開放された前記保護管の内部へ他端側から不活性ガスを供給するとともに開放された一端から当該不活性ガスを放出することで前記試料室への大気の流入を阻止する試料室保護手段と、を備え
且つ、前記試料ホルダが前記保護管とほぼ同一軸上に配置してあり、前記保護管は軸方向の移動により前記試料ホルダを一端開口部から露出させ、当該試料ホルダを露出させた状態にあっては、該試料ホルダが前記保護管における一端開口部と対向配置されることを特徴とする昇温脱離分析装置。
【請求項２】
請求項１記載の昇温脱離分析装置において、
前記検出手段の検出部を配置する測定室と、この測定室と前記試料室とを連通するとともに前記試料室を切り離し自在なガス導通路と、前記試料室が切り離されて開口したガス導通路内への大気の流入を不活性ガスを用いて阻止する導通路保護手段と、を備えたことを特徴とする昇温脱離分析装置。
【請求項３】
請求項２記載の昇温脱離分析装置において、
前記試料室保護手段は、前記試料室内に不活性ガスを供給し、該不活性ガスを試料室の開口から排出する構成であり、
前記導通路保護手段は、前記導通路内に不活性ガスを供給し、該不活性ガスを導通路の開口から排出する構成であることを特徴とする昇温脱離分析装置。
【請求項４】
請求項２記載の昇温脱離分析装置において、
前記試料室保護手段は、前記試料室の開口面に沿って不活性ガスを放出して、該開口面に不活性ガスの層を形成する構成であり、
前記導通路保護手段は、前記導通路の開口面に沿って不活性ガスを放出して、該開口面に不活性ガスの層を形成する構成であることを特徴とする昇温脱離分析装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載した昇温脱離分析装置において、
密閉された前記試料室内に不活性ガスを緩やかに供給する圧力調整手段を備えたことを特徴とする昇温脱離分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱分析装置の一つである昇温脱離分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
昇温脱離分析法は、固体試料の温度を一定速度で昇温させたときに、試料から脱離する発生ガス量を試料温度の関数として測定するための熱分析手法であり、ＴＤＳ（Thermal Desorption Spectroscopy）またはＴＰＳ（Temperature Programmed Desorption）とも称される。
この昇温脱離分析法は、試料を配置する試料室と、試料室内の試料を加熱する加熱炉と、試料から脱離したガスを検出する検出手段としての質量分析計と、高真空雰囲気の測定環境を形成するためのターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）とを備えた昇温脱離分析装置によって実現される。
【０００３】
ここで、従来の一般的な昇温脱離分析装置は、質量分析計の検出部が本体チャンバ内に配置され、この本体チャンバに対して試料室が着脱自在となっており、試料交換の際は試料室を本体チャンバから切り離して大気に開放する構成となっていた。したがって、試料交換に際し試料室内に大気が流入し、湿気を含む大気成分が試料室の内面に付着することが避けられなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように試料交換に際して湿気を含む大気成分が試料室の内面に付着した場合、その後に実施される試料の脱離分析において試料室を加熱したとき、試料室の内面に付着した大気成分が脱離してガスを発生する。このガスは試料から脱離したガスとともに質量分析計で検出されるため、この大気成分から脱離したガスがバックグラウンドとなって試料特有の脱離ガスの分解能を低下させてしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、従来も図４に示すような構造の昇温脱離分析装置が開発されている。同図に示す従来の昇温脱離分析装置は、ロードロックチャンバと称する試料交換室１００を備えており、この試料交換室１００と試料室１０１との間がゲードバルブ１０２によって開閉自在となっている。試料交換に際しては、ゲートバルブ１０２を開いて試料室１０１から測定済みの試料Ｓを取り出して試料交換室１００に配置し、続いてゲートバルブ１０２を閉じた後、試料交換室１００に設けられた試料交換用の開閉扉（図示せず）を開いて試料を交換する。
【０００６】
上記従来の昇温脱離分析装置において、試料室１０１からの測定済み試料Ｓの取り出しおよび新規測定試料の試料室１０１への搬送には、装置に組み込まれた搬送機構が使われる。この搬送機構は複雑で大形の構造をしているため、装置全体が大形化することは避けられない。しかも、この搬送機構を用いて試料が搬送される試料室１０１内も大きな容積が必要となるため、測定時の真空排気に時間がかかるばかりか、高真空の実現が困難であり測定精度が低下する問題があった。また、試料交換の途中で、搬送機構から試料が脱落することもあり、脱落した試料の取り出し作業はきわめて煩雑であった。
【０００７】
本発明はこのような従来の昇温脱離分析装置特有の事情に鑑みてなされたもので、簡易な構造で容易に試料交換ができ、しかも試料交換に際して試料室などへの大気の侵入を阻止して、測定精度の向上を図ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の昇温脱離分析装置は、試料を配置する開閉自在な試料室と、この試料室に配置された試料を加熱する加熱手段と、加熱により試料から脱離したガスを検出する検出部を有する検出手段と、開放された前記試料室内への大気の流入を不活性ガスを用いて阻止する試料室保護手段と、を備えたことを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
試料交換に際しては、試料室保護手段が不活性ガスを用いて試料室内への大気の流入を阻止するので、試料室内面などに大気成分が付着するおそれがなく、したがって測定雰囲気中への大気成分の混入による測定精度の低下を防止することができる。しかも、試料交換は、開放した試料室の開口から容易に行うことができ、さらに試料室保護手段は、不活性ガスを用いた機構としてあるので、装置を大形化することもない。
【００１０】
また、本発明の昇温脱離分析装置は、上記構成に加え、検出手段の検出部を配置する測定室と、この測定室と前記試料室とを連通するとともに前記試料室を切り離し自在なガス導通路と、前記試料室が切り離されて開口したガス導通路内への大気の流入を不活性ガスを用いて阻止する導通路保護手段と、を備えた構成とすることもできる。（請求項２）。
【００１１】
試料室が切り離されたガス導通路には、開口から大気が侵入してその内面に付着するおそれがある。ガス導通路内面への大気の付着は、試料室内面に大気が付着した場合と同様に、測定精度の低下をもたらす。そこで、上記構成とすることにより、試料交換に際して、導通路保護手段が不活性ガスを用いてガス導通路内への大気の流入を阻止するので、ガス導通路内面にも大気成分が付着するおそれがなくなり、測定雰囲気中への大気成分の混入による測定精度の低下をいっそう確実に防止することができる。
【００１２】
ここで、試料室保護手段は、前記試料室内に不活性ガスを供給し、該不活性ガスを試料室の開口から排出する構成、または試料室の開口面に沿って不活性ガスを放出して、該開口面に不活性ガスの層を形成する構成とすることができる（請求項３，４）。
【００１３】
また、導通路保護手段は、前記導通路内に不活性ガスを供給し、該不活性ガスを導通路の開口から排出する構成、または前記導通路の開口面に沿って不活性ガスを放出して、該開口面に不活性ガスの層を形成する構成とすることができる（請求項３，４）。
【００１４】
さらに、密閉された前記試料室内に不活性ガスを緩やかに供給する圧力調整手段を備えれば、測定に際して高真空に保たれていた試料室内を緩やかに大気圧近くまで調整することができ、特に粉体試料など急激な圧力変化に伴い飛散のおそれのある試料を取り出す際に、好適な試料室内の圧力調整を実現することができる（請求項５）。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１および図２は、本発明の第１実施形態に係る昇温脱離分析装置を模式的に示す構成図である。
これらの図に示す昇温脱離分析装置は、保護管１、中継チャンバ２および測定チャンバ３を備えている。
【００１６】
保護管１は、先端が閉塞された石英管など耐熱性を有する管体で構成してあり、その中空部内が試料室１ａを形成している。試料室１ａには、試料Ｓが配置される。ここで、試料Ｓは、中継チャンバ２から延出する試料ホルダ４の先端に装着してある。
【００１７】
保護管１の周囲には、加熱手段としての赤外線加熱炉５が設置してあり、この赤外線加熱炉５により試料室１ａに配置された試料Ｓがその周囲から均一に加熱される。これら保護管１と赤外線加熱炉５は、図示横方向へ一体に移動可能となっており、その移動によって保護管１の基端開口部１ｂが中継チャンバ２の接続部２ｂから着脱自在となっている。
【００１８】
中継チャンバ２の中空部はガス導通路２ａを形成しており、測定チャンバ３内に形成した測定室３ａと試料室１ａが、このガス導通路２ａを介して直列に連通している。測定室３ａには、質量分析計６（検出手段）の検出部（イオン源）６ａが配置してあり、加熱によって試料Ｓから脱離したガスをこの質量分析計６が測定室３ａ内で捕捉して検出する構成となっている。
【００１９】
また、測定チャンバ３には、ターボ分子ポンプ７および粗引き用のロータリーポンプ８が連結してある。ターボ分子ポンプ７は、試料室１ａから測定室３ａにかけての密閉された空間内に残留する不要なガスを測定室３ａ側から真空排気して除去するとともに、試料室１ａで試料Ｓから脱離したガスを測定室３ａに導く機能を有している。
【００２０】
本実施形態では、試料室１ａと測定室３ａとを、ガス導通路２ａを介して直列に連通するとともに、測定室３ａ側からターボ分子ポンプ７により真空排気する構成としたので、真空排気に伴い内部ガスが円滑に流れて迅速な除去が可能であり、しかも試料室１ａで発生した試料Ｓからの脱離ガスを効率的に測定室３ａへと流動させることができる。
【００２１】
中継チャンバ２には、測定チャンバ３との間にゲートバルブ９が設けてあり、このゲートバルブ９の開閉操作によって、ガス導通路２ａと測定室３ａとの間を開閉自在となっている。また、中継チャンバ２の周壁には、ゲートバルブ１０を介して粗引き用のロータリーポンプ１１が連結してある。
【００２２】
さらに、本実施形態では、中継チャンバ２の周壁にゲートバルブ２０が設けてあり、このゲートバルブ２０を介してガス導通路２ａに不活性ガス供給路２１が連結してある。不活性ガス供給路２１には、第１，第２の電磁バルブ２２，２３を介して、図示しないガス供給源から乾燥した不活性ガス（例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス）が供給可能となっている。これらゲートバルブ２０、不活性ガス供給路２１、第１，第２の電磁バルブ２２，２３は、保護管１が切り離されて開口したガス導通路２ａへの大気の流入を不活性ガスを用いて阻止する導通路保護手段を構成する。
【００２３】
なお、第２の電磁バルブ２３につながる管路には、絞り弁２４が設けてあり、第２の電磁バルブ２３を経由して供給される不活性ガスは、この絞り弁２４により抑制されている。この絞り弁２４と、第２の電磁バルブ２３乃至ゲートバルブ２０にかけての不活性ガス供給路２１は、密閉された試料室１ａ内に不活性ガスを緩やかに供給する圧力調整手段を構成する。
【００２４】
また、保護管１の先端部にもゲートバルブ２５が設けてあり、このゲートバルブ２５を介して試料室１ａに不活性ガス供給路２６が連結してある。この不活性ガス供給路２６には、上記第１の電磁バルブ２２を介して、図示しないガス供給源から乾燥した不活性ガスが供給される。これらゲートバルブ２５、不活性ガス供給路２６および第１の電磁バルブ２２は、開放された試料室１ａ内への大気の流入を不活性ガスを用いて阻止する試料室保護手段を構成する。
【００２５】
なお、保護管１には、試料室１ａ内の真空度を測定するための真空ゲージ２７が設けてある。
【００２６】
次に、上記構成の昇温脱離分析装置における試料交換の操作手順について説明する。
図１に示すように、試料室１ａ、ガス導通路２ａおよび測定室３ａが密閉され、その内部が高真空に維持された雰囲気中で昇温脱離分析が終了すると、まず、ゲートバルブ９を閉じて、測定室３ａを閉塞して真空保持する。次いで、ゲートバルブ２０と第２の電磁バルブ２３を開いて、不活性ガス供給路２１からガス導通路２ａ乃至試料室１ａへと、緩やかに不活性ガスを供給して、それらガス導通路２ａ乃至試料室１ａの内圧を大気圧近くまで上昇させる。ここで供給される不活性ガスの単位時間あたりの供給量は微量としてあり、これにより急激な圧力変化を抑制して粉体試料などの飛散防止を図っている。
【００２７】
ガス導通路２ａ乃至試料室１ａの内圧が大気圧近くまで上昇した後、保護管１を図示左方向へ移動して、中継チャンバ２から保護管１を切り離す。この操作により、保護管１から試料Ｓが露出するとともに、中継チャンバ２の接続部２ｂと保護管１の基端開口部１ｂがそれぞれ大気に開放される（図２参照）。
【００２８】
中継チャンバ２から保護管１を切り離す操作と同期して、第１の電磁バルブ２２を開いて、不活性ガス供給路２１およびゲートバルブ２０を介してガス導通路２ａに、乾燥した不活性ガスａを勢いよく供給する。このように供給された不活性ガスａは、ガス導通路２ａ内に充満するとともに、接続部２ｂ（開口）から放出されるため、外部からガス導通路２ａ内への大気の流入が不活性ガスａにより阻止される。
【００２９】
また、第１の電磁バルブ２２を開放と同時に、ゲートバルブ２５も開放して、不活性ガス供給路２６から試料室１ａ内に乾燥した不活性ガスａを勢いよく供給する。このように供給された不活性ガスａは、試料室１ａ内に充満するとともに、保護管１の基端開口部１ｂから放出されるため、外部から試料室１ａ内への大気の流入が不活性ガスａにより阻止される。
【００３０】
しかも本実施形態では、試料ホルダ４が保護管１とほぼ同一軸上に配置してあり、保護管の移動により試料ホルダ４が露出した状態にあっては、該試料ホルダ４が保護管１における基端開口部１ｂと対向配置されている。このため保護管１の基端開口部１ｂから放出された不活性ガスａが、試料ホルダ４の周囲を流動してガスカーテンの層を形成するので、試料ホルダ４への大気成分の吸着も抑制される。
【００３１】
試料ホルダ４は、保護管１から露出しているので、試料Ｓの交換はきわめて容易に実施することができる。そして、試料交換が終了した後、保護管１を移動して基端開口部１ｂを中継チャンバ２の接続部２ｂへ連結して、試料室１ａおよびガス導通路２ａを密閉する。さらに、この操作と同期してゲートバルブ２０、ゲートバルブ２５、第１の電磁バルブ２２および第２の電磁バルブ２３を閉じ、試料室１ａおよびガス導通路２ａへの不活性ガスａの供給を停止する。なお、保護管１にはリーク弁（図示せず）が設けてあり、試料室１ａ内が一定以上の圧力になったとき、該リーク弁を介して試料室１ａ内の圧力を開放するように構成されている。
【００３２】
上記試料交換に関する一連の操作が終了した後、ゲートバルブ１０を開くとともにロータリーポンプ１１を駆動して、試料室１ａ乃至ガス導通路２ａ内に残存する不活性ガスを排出する。続いて、ゲートバルブ９を開いて、ガス導通路２ａと測定室３ａとを連通して、次の測定操作に移行する。
【００３３】
図３は、本発明の第２実施形態に係る昇温脱離分析装置を模式的に示す構成図である。なお、先に示した図１および図２と同一または相当する部分には同一符号を付してある。
図３に示す第２実施形態では、中継チャンバ２における接続部２ｂの縁部に、その開口面に沿って不活性ガスを放出するゲートバルブ３０が設けてあり、このゲートバルブ３０が不活性ガス供給路３１を介して第１の電磁バルブ２２に連結してある。また、保護管１の基端縁部にも、基端開口部１ｂの開口面に沿って不活性ガスを放出するゲートバルブ３２が設けてあり、このゲートバルブ３２が不活性ガス供給路３３を介して第１の電磁バルブ２２に連結してある。
【００３４】
試料交換に際して、保護管１および中継チャンバ２を開放したときは、上記ゲートバルブ３０，３２を開き、第１の電磁バルブ２２から不活性ガス供給路３１，３３を介して乾燥した不活性ガスａを、接続部２ｂの開口面および基端開口部１ｂの開口面に沿って放出する。これにより、中継チャンバ２における接続部２ｂの開口面には、不活性ガスａのカーテン（層）が形成されるので、ガス導通路２ａ内への大気の侵入が阻止される。同様に、保護管１における基端開口部１ｂの開口面にも、不活性ガスａのカーテン（層）が形成されるので、試料室１ａ内への大気の侵入が阻止される。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、試料交換に際して、試料室保護手段が不活性ガスを用いて試料室内への大気の流入を阻止するので、試料室内面などに大気成分が付着するおそれがなく、したがって測定雰囲気中への大気成分の混入による測定精度の低下を防止することができる。しかも、試料交換は、開放した試料室の開口から容易に行うことができ、さらに試料室保護手段は、不活性ガスを用いた機構としてあるので、装置を大形化することもない。
【００３６】
更に導通路保護手段を備えた構成とすれば、試料交換に際して、この導通路保護手段が不活性ガスを用いてガス導通路内への大気の流入を阻止するので、ガス導通路内面にも大気成分が付着するおそれがなくなり、測定雰囲気中への大気成分の混入による測定精度の低下をいっそう確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る昇温脱離分析装置を模式的に示す構成図で、保護管を閉塞した状態を示している。
【図２】本発明の第１実施形態に係る昇温脱離分析装置を模式的に示す構成図で、保護管を開放した状態を示している。
【図３】本発明の第２実施形態に係る昇温脱離分析装置を模式的に示す構成図である。
【図４】従来の昇温脱離分析装置を模式的に示す構成図である。
【符号の説明】
Ｓ：試料
１：保護管１
１ａ：試料室
１ｂ：基端開口部
２：中継チャンバ
２ａ：ガス導通路
２ｂ：接続部
３：測定チャンバ
３ａ：測定室
４：試料ホルダ
５：赤外線加熱炉
６：質量分析計
６ａ：検出部（イオン源）
７：ターボ分子ポンプ
８，１１：ロータリーポンプ
９，１０，２０，２５，３０，３２：ゲートバルブ
２１，２６，３１，３３：不活性ガス供給路
２２：第１の電磁バルブ
２３：第２の電磁バルブ
２４：絞り弁
２７：真空ゲージ
【図１】
0003807600.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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