ガス分析装置
【課題】本発明は、被測定ガスを加熱して加熱前後の被測定ガスの重量差を求め、被測定ガス中の微量ガスの実際の重さを測定することを課題とする。
【解決手段】大気等に含まれる微量ガスを定量するガス分析装置であり、被測定ガスを加熱する電気炉（加熱手段）３１と、被測定ガスの加熱前後のガス量を測定する計測手段とを具備することを特徴とするガス分析装置。
【解決手段】大気等に含まれる微量ガスを定量するガス分析装置であり、被測定ガスを加熱する電気炉（加熱手段）３１と、被測定ガスの加熱前後のガス量を測定する計測手段とを具備することを特徴とするガス分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は大気等に含まれる微量ガスを高感度で定量することが可能なガス分析装置に関し、特に、大気中の特定ガス，自動車排気ガス中の有害ガス，呼気中の特定ガス，構造材に含まれる特定ガス等の微量ガスを最高ｐｐｍオーダーの高い感度で測定することができるガス分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大気等に含まれる微量ガスを質量分析法により測定する場合には、測定しようとするガス（対象ガス）を含む大気等（被測定ガス）を連続的に質量分析計のイオン源に流し込む必要があるが、大気圧かそれに近い被測定ガス圧力と質量分析計が正常に作動する圧力の間には１億倍（１０８）以上の差があるため、数段の差動排気を行い、質量分析計のイオン源へのガス流入口の孔径を極度に小さくしている。
【０００３】
即ち、従来のガス分析装置は、図７に示すようになっている。ガス分析装置は、ガス供給機構１を備えている。ここで、ガス供給機構１は、被測定ガスリザーバ２と、可変リークバルブ３を介装した配管４と、圧力計５を備えたマニホールド６と、このマニホールド６と配管７を介して接続する真空排気装置８とから構成されている。真空排気装置８は、ターボ分子ポンプ９とダイヤフラムポンプ１０とからなる。また、ガス分析装置は、前記ガス供給機構１の下流側にオリフィス板１１を備えた分岐管１２を備えている。図中の符番１１ａはオリフィス板１１のオリフィスである。更に、ガス分析装置は、前記分岐管１２の下流側にイオン源１３を備えた四極子型質量分析計１４と、この質量分析計１４に接続する真空排気装置１５を備えている。真空排気装置１５は、ターボ分子ポンプ１６とダイヤフラムポンプ１７とからなる。
【０００４】
こうした分析装置の動作は次のとおりである。即ち、まず、２つの前記真空排気装置８，１５により可変リークバルブ３の下流側の配管４と四極子型質量分析計１４内を高真空に排気し、質量分析計１４を作動状態にする。次に、可変リークバルブ３を適度に開き、マニホールド６に取り付けてある圧力計５の指示が所定の値になるようにする。この所定の値は、このとき質量分析計のイオン源１３部の圧力がこの値とオリフィス１１ａのコンダクタンスと排気装置の実効排気速度とにより、測定に最適な値となるように予め設定されたガス分析装置固有なものである。
【０００５】
この状態において、被測定ガスリザーバ２から放出された被測定ガスの一部がマニホールド６の近くに設けられたオリフィス板１１のオリフィス１１ａから四極子型質量分析計１４のイオン源１３に流れ込むので、そのガスのマススペクトルを分析することにより被測定ガスの中の対象ガスの濃度を測定することができる。
【０００６】
しかしながら、図７の従来のガス分析装置では、可変リークバルブ３を絞って被測定ガスリザーバ２からのガス放出量を少なくすると、流量を微調整するのが難しいため再現性に乏しくなる。反対に、可変リークバルク３を開いて被測定ガスリザーバ２からのガス放出量を多くすると、マニホールド部の圧力が上昇するためオリフィス径を極端に小さくする必要がある。それ故、オリフィスのコンダクタンスが変化したり、オリフィスが詰まったりして、同様に再現性が悪くなるという難点がある。
【０００７】
また、従来のガス分析装置では、基本的に被測定ガスを連続的に流して、定常状態にて測定する方式を採用しているため、流れの再現性が仮に確保されたとしても、通常、被測定ガス中に多量に含まれている水蒸気等の吸着性ガスの影響により対象ガスの検出感度が著しく低下するという問題を有している。
【０００８】
即ち、例えば、被測定ガス中に存在する微量の水素を測定しようとする場合、イオンの質量数と電荷の比ｍ／ｅ＝２（Ｈ２＋）に着目して分析を行うが、被測定ガス中に多量の水蒸気が存在するとｍ／ｅ＝１（Ｈ＋）が生成し、ｍ／ｅ＝１の値が大きくなるとこれに隣接するｍ／ｅ＝２の指値にも影響を与える。このため、対象ガスの水素に起因するｍ／ｅ＝２の正確な値が読めなくなり、結果的に検出感度の低下を招くことになる。
水蒸気等の吸着性ガスは、質量分析計の管壁や電極に吸着しやすく、一旦吸着すると高温に加熱しない限り簡単に脱離しない性質を有している。
【０００９】
従って、質量分析法によるガス分析装置を大気等に含まれる微量ガスの分析に使用するためには、検出感度を最高ｐｐｍオーダーにまで高めるとともに、測定値の精度（再現性）の向上、測定の迅速化等、改善すべき課題が山積している。
【００１０】
こうしたことから、本発明者らは、先に、上述した課題を解決するために高感度ガス分析装置を提案した（非特許文献１）。この提案は、被測定ガス導入部に開閉弁付小容器と該小容器に前記開閉弁を介して接続される比較的大容量のバッファタンクを設けた構成にすることにより、被測定ガスをパルス的に導入できるようにするとともに、オリフィスから被測定ガスの一部を四極子型質量分析計のイオン源に流入させることにより、特定ガス等の微量ガスを最高ｐｐｍオーダーの高い感度で再現性よく測定できるようにしたものである。
【非特許文献１】特願２００４−２３４０１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、非特許文献１によれば、大気等に含まれる複数の微量ガスを高感度で検出することはできるものの、各ガスを相対値で測定するもので、絶対値で測定するものではなかった。また、被測定ガス中に微量ガスが具体的にどのくらい含まれているかを測定することもできなかった。
【００１２】
本発明は、こうした事情を考慮してなされたもので、被測定ガスを加熱する加熱手段と、被測定ガスの加熱前後のガス量を測定する計測手段とを備えることにより、被測定ガスを加熱して加熱前後の被測定ガスの重量差を求めて、被測定ガス中の微量ガスの実際の重さを測定しえるガス分析装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、被測定ガスをパルス的に流すためのガス供給機構と、このガス供給機構の下流側に配置されたバッファタンクと、このバッファタンクの下流側に配置された，イオン源を備えた四極子型質量分析計と、前記ガス供給機構から被測定ガスの一部を前記四極子型質量分析計のイオン源に流入させるためのオリフィス板とを更に備えた構成にすることにより、被測定ガス中の各微量ガスの絶対量を測定しえるガス分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るガス分析装置は、大気等に含まれる微量ガスを定量するガス分析装置であり、被測定ガスを加熱する加熱手段と、被測定ガスの加熱前後のガス量を測定する計測手段とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被測定ガスを加熱して加熱前後の被測定ガスの重量差を求めて、被測定ガス中の微量ガスの実際の重さを測定することができる。また、本発明によれば、被測定ガスをパルス的に流すためのガス供給機構と、このガス供給機構の下流側に配置されたバッファタンクと、このバッファタンクの下流側に配置された，イオン源を備えた四極子型質量分析計と、前記ガス供給機構から被測定ガスの一部を前記四極子型質量分析計のイオン源に流入させるためのオリフィス板とを更に備えた構成にすることにより、被測定ガス中の各微量ガスの絶対量を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明について更に詳しく説明する。
上述したように、本発明のガス分析装置は、被測定ガスを加熱する加熱手段と、被測定ガスの加熱前後のガス量を測定する計測手段とを具備している。
【００１７】
本発明において、前記計測手段としては、１）測定前後にサンプリング管内の試料を真空容器から取り出して大気中で測定する方法、あるいは２）真空マニプレータを使用して真空容器内に吊り下げ天秤を設置して連続してサンプリング内の試料からの微量放出ガスを測定する方法が挙げられる。ここで、１）による計測方法は、試料の重量変化量が大きく大気の影響を無視できる場合に有効で、簡単な計測装置を用いて低コストで微量放出ガスを測定できるというメリットを有する。２）による計測方法は、大気中での測定と比べて、微量放出ガスの測定を大気中での不純物の影響を受けずに正確に測定できるというメリットを有する。上記２）の具体的な例は、後述する図２、図３に示すとおりである。
【００１８】
本発明においては、被測定ガスをパルス的に流すためのガス供給機構と、このガス供給機構の下流側に配置されたバッファタンクと、このバッファタンクの下流側に配置された、イオン源を備えた四極子型質量分析計と、前記ガス供給機構から被測定ガスの一部を前記四極子型質量分析計のイオン源に流入させるためのオリフィス板とを更に備えることが好ましい。こうした構成にすることにより、被測定ガス中の微量ガスの各成分の絶対量を測定することができる。
【００１９】
前記ガス供給機構は、前記バッファタンクに接続された，被測定ガスの一部を一時的に貯蔵する一次貯蔵容器と、この一次貯蔵容器の開閉を行う複数の開閉バルブを備えていることが好ましい。こうした構成にすることにより、サンプリング管表面に付着した不純物ガスの各成分の絶対量を測定することができる。ここで、前記一時貯蔵容器と前記バッファタンクの内容積の比は、１／１００００〜１／４００であることが好ましい。この数値限定の理由は、上記比が１／４００未満ではガス量を測定する測定手段（例えば、四極子型質量分析計）がＯＦＦとなってガス量の検出が不可能であり、上記比が１／１００００を越えると前記分析計の感度が低下するからである。ここで、一時貯蔵容器に採取した一定量の大気圧の被測定ガスを前記開閉弁を高速で全開して流出させることにより、前記ガス供給機構の被測定ガスの流れを繰り返し再現できる。
【００２０】
本発明においては、前記ガス供給機構と前記加熱手段間に、被測定ガスが流通する配管を冷却するための冷却手段が配置されていることが好ましい。冷却手段を設けることにより、加熱手段からバッファタンク等に熱的悪影響が及ぶのを回避することができる。
【００２１】
本発明において、前記加熱手段としては、電気炉、あるいは電気炉と高周波加熱、レーザ加熱、ハロゲンランプの少なくともいずれか１つとを組み合わせることができる。電気炉は一般に急速加熱するのに不向きであるので、サンプリング管表面の不純物ガスの加熱には急速加熱に適した高周波加熱、レーザ加熱あるいはハロゲンランプによる加熱処理を行うことが好ましい。高周波加熱等の急速加熱手段はサンプリング管を収容する加熱管の内側あるいは外側に配置することができる。
【００２２】
本発明において、前記四極子型質量分析計には真空排気装置が接続されていることが好ましい。但し、前記質量分析計が不要の場合、この真空排気装置又は前記ガス供給機構の真空排気装置の一方のみを用いることにより、コスト低減を図ることができる。
【００２３】
次に、本発明に係るガス分析装置の具体的な例について図面を参照して説明する。
(実施例１）
本発明の実施例１に係るガス分析装置について図１を参照して説明する。
図中の符番２１は、両端にフランジ２１a,２１ｂが形成されたバッファタンクを示す。このバッファタンク２１の片側（右側）には、被測定ガスをバッファタンク側にパルス的に流すためのガス供給機構２３が接続されている。ガス供給機構２３は、片側にフランジ２４aが形成された一時貯蔵容器２４と、この一時貯蔵容器２４に設けられた開閉バルブ２５，２６とから構成されている。一時貯蔵容器２４の片側には、フランジ２７aが形成された配管２７を冷却するための二重壁構造の冷却管（冷却手段）２８が配置されている。この冷却管２８には冷却水が矢印Ｙのように供給される。また、配管２７の一端側にはフランジ２９aを備えた加熱管２９が取り付けられ、この加熱管２９内に被測定ガスを収容するサンプリング管３０が配置されている。
【００２４】
前記ガス分析装置は、加熱管２９及びサンプリング管３０を加熱するヒータ３１aを備えた電気炉（加熱手段）３１を更に備え、該電気炉３１はＸ方向に移動できるようになっている。また、前記加熱管２９は、フランジ２９a部分で配管２７から取り外しできるようになっている。前記バッファタンク２１の他端側（左側）のフランジ２１aには、一端側にフランジ３２aが形成され,途中にバルブ３３が設けられたマニホールド３２が接続されている。マニホールド３２は、他端部に加熱管２９側から被測定ガスの一部を四極子型質量分析計３４のイオン源３５に流入させるためのオリフィス板３６を具備している。オリフィス板３６は、円形のオリフィス（孔）３６ａを有する薄い金属板で、孔の直径は０．３ｍｍ前後である。オリフィス板３６に厚みがある場合には、孔径がこれよりも大きくなる。
【００２５】
前記バッファタンク２１には、バルブ３７aを備えた配管３７を介して第１の真空排気装置３８が接続されている。この真空排気装置３８は、ターボ分子ポンプ３９とダイヤフラムポンプ４０とからなる。前記四極子型質量分析計３４は前記マニホールド３２の下流側に配置され、マニホールド３２と四極子型質量分析計３４間には真空容器４１が配置されている。この真空容器４１には配管４２を介して第２の真空排気装置４３が接続されている。真空排気装置４３は、ターボ分子ポンプ４４とダイヤフラムポンプ４５とからなる。
【００２６】
次に、こうした構成のガス分析装置を用いて、例えばＡ３５６（Ａｌ合金）１００ｇ中の不純物ガスを測定する例を示す。
１）まず、不純物を含む被測定ガスをガス分析装置に導入する前に、別途用意した天秤で被測定ガスの重量Ｗ１を測定しておく。ここで、被測定ガスの重量とは、サンプリング管３０、ガス及びサンプルの重さを示す。次に、サンプリング管３０を収容した加熱管２９のフランジ部２９ａを、配管２７のフランジ部２７ａに位置あわせ、ボルトで固定する。つづいて、一時貯蔵容器２４の開閉弁２５，開閉弁２６が開き、配管３７のバルブ３７ａを開いた状態で、第１の真空排気装置３８により加熱管２９内の真空排気を行う。
【００２７】
２）次に、加熱管２９内が所定の圧力になったら、真空排気を止め、開閉弁２６を開いて、開閉弁２５を閉じる。つづいて、電気炉３１のヒータ３１ａで加熱管２９及びサンプリング管３０を加熱し、サンプリング管３０内の被測定ガスを一時貯蔵容器２４に詰める。開閉弁２６を閉じると、一時貯蔵容器２４には一定容積の大気圧（略１気圧，１０５Ｐａ）の被測定ガスが採取できる。
【００２８】
３）次に、バルブ３７ａを開き、バルブ３３が閉じた状態で第１の真空排気装置３８が作動していることを確認してから、開閉弁２５を高速で全開する。これにより、一時貯蔵容器２４内の被測定ガスはバッファタンク２１内に速やかに拡散する。このとき、バッファタンク２１内の圧力は、図４に示すように一旦極大値に達し、以後、第１の真空排気装置３８により排気されるので、徐々に低下していく。なお、マニホールド３２内の圧力はバッファタンク２１内の圧力と略同様な変化をする。
【００２９】
４）ここで、通常、一時貯蔵容器２４の内容積は０．１〜０．５ｍＬ、バッファタンク２１の内容積は０．２〜１Ｌで両者の比は１／２０００前後である。従って、開閉弁２５を開いた直後のバッファタンク２１及びマニホールド３２内の圧力は、およそ１／２０００気圧の５０Ｐａ前後である。第１の真空排気装置３８によるバッファタンク２１及びマニホールド３２における実効排気速度は０．０２〜０．１Ｌ／ｓで、圧力減衰（図４参照）の時定数は１０ｓ前後である。
【００３０】
５）次に、冷却管２８で配管２７等を冷却しながら、加熱炉３１のヒータ３１ａでサンプリング管３０の被測定ガスを加熱する。これにより、被測定ガスの温度が上がり、被測定ガス中の各成分例えばＨ２，ＣＯ，Ｈ２Ｏ，ＣＯ２，Ｃ，Ｃ４Ｈ７が出てくる。
【００３１】
６）次に、バルブ３７ａを閉じ、バルブ３３を開いた状態で第２の真空排気装置４３を作動させることにより、バッファタンク２１及びマニホールド３２より被測定ガスの一部を真空容器４１を介して四極子型質量分析計３４のイオン源３５に流し込む。ここで、第２の真空排気装置４３の実効排気速度は２０〜１００Ｌ／ｓである。
【００３２】
７）第２の真空排気装置４３が作動状態にあり、オリフィス３６ａからのガス流入がないときには、四極子型質量分析計３４のイオン源３５内は圧力が１０−５Ｐａ以下の超高真空になっている。しかし、マニホールド３２内に被測定ガスが存在すると、該被測定ガスの一部がオリフィス３６ａ、真空容器４１を通ってイオン源３５に流入し、イオン源３５内の圧力が上昇する。イオン源３５に流入したガスは第２の真空排気装置４３によって排気される。
【００３３】
８）オリフィス３６ａを通過するガスの流量はマニホールド３２内のガスの圧力に略比例するが、第２の真空排気装置４３の実効排気速度は圧力によらず略一定なので、イオン源３５内の被測定ガスの圧力はマニホールド３２内の被測定ガスの圧力に略比例して変化し、その比例定数は（オリフィスのコンダクタンス）／（第２の真空排気装置の実効排気速度）で表される。本実施例１では、比例定数がおよそ１／１００００〜１／２０００である。
【００３４】
９）サンプリング管３０内又は表面の被測定ガス中の対象ガス（Ｈ２，ＣＯ，Ｈ２Ｏ，ＣＯ２，Ｃ，Ｃ４Ｈ７等）の定量は、四極子型質量分析計３４のイオン源３５で被測定ガスをイオン化し、対象ガスに特有なｍ／ｅのイオンを四極子型質量分析計３４で分離してそのイオン電流を測定する。通常、イオン電流が極大に達したときのイオン電流を測定し、予め作成してある校正曲線から絶対値を求める。本発明の具体的な実施例では、最高ｐｐｍオーダーまでの微量ガスの測定が可能である。
【００３５】
１０）図６は、各対象ガスによる時間と濃度（イオン電流）との関係を示す。なお、図６中、曲線（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）は、夫々Ｈ２，ＣＯ，Ｈ２Ｏ，ＣＯ２，Ｃ，Ｃ４Ｈ７の曲線を示す。前記特性図より、各対象ガスの夫々の相対比は、次のようにして計算する。
Ｈ２ ：Ｓ１×２＝Ｓ１’
ＣＯ ：Ｓ２×２８＝Ｓ２’
Ｈ２Ｏ：Ｓ３×１８＝Ｓ３’
ＣＯ２：Ｓ４×４４＝Ｓ４’
Ｃ ：Ｓ５×１２＝Ｓ５’
Ｃ４Ｈ７：Ｓ６×５５＝Ｓ６’
但し、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６は夫々図４中の各曲線（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）の下側の面積（積分値）を示す。
上記Ｓ１’，Ｓ２’，Ｓ３’，Ｓ４’，Ｓ５’，Ｓ６’により、各対象ガスの相対比が判明する。例えば、Ｈ２の相対比は、Ｓ１’／（Ｓ１＋Ｓ２’＋Ｓ３’＋Ｓ４’＋Ｓ５’＋Ｓ６’）である。このようにして他の対象ガスの相対比も求めることができる。
【００３６】
１１）次に、加熱後の被測定ガスの重量Ｗ２を別途用意した天秤で求め、加熱前後の被測定ガスの重量差ΔＷ＝（Ｗ１−Ｗ２）を求める。従って、被測定ガス中の個々の対象ガスの重量を求めることができる。例えば、Ｈ２は、次の式で求めることができる。
【００３７】
Ｈ２：ΔＷ×Ｓ１’／（Ｓ１＋Ｓ２’＋Ｓ３’＋Ｓ４’＋Ｓ５’＋Ｓ６’）
このようにして他の対象ガスの重量を求めることができる。
【００３８】
上記実施例１によれば、第１に、被測定ガスの上流，下流側に夫々開閉弁２６，２５を備えた一時貯蔵容器２４を用いて被測定ガスをガス分析装置にパルス的に導入できる。これにより、ガスの流れの再現性が確保されるとともに、従来のガスを連続的に流す装置に比べ、四極子型質量分析計３４の管壁や電極が被測定ガスに触れる度合いが数桁低くなり、ひいては、水蒸気等の吸着性ガスに起因するバックグラウンド圧上昇が抑えられ、対象ガスに対する検出感度の低下を防ぐことができる。第２に、加熱炉３１を用いて加熱前後の被測定ガスの重量を測定し、図６の時間−濃度特性図に基づいて、被測定ガス中の各対象ガスの重量を具体的に測定できる。従って、実施例１のガス分析装置によれば、被測定ガス中の各対象ガスの実際の重量を感度よく測定できる。
【００３９】
なお、サンプリング管２９には、内部のみならず表面にも不純物ガスが付着しているので、時間とサンプルの不純物ガスの重さの変化をグラフ化すると、立ち上がりに急激な重さの変化を示すことが明らかになっている。この特性は、サンプルの表面の不純物ガスに起因すると考えられている。
【００４０】
(実施例２）
本発明の実施例２に係るガス分析装置について図２を参照して説明する。このガス分析装置は、実施例１のガス分析装置と比べて、加熱手段，計測手段のみが異なるため、要部のみ説明する。即ち、実施例１では、被測定ガスの重量は別途用意した天秤を用いて測定したが、本実施例２では、図２に示す構成の計測手段５１及び加熱手段を用いて行った。なお、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。
【００４１】
計測手段５１は、図２に示すように、加熱管２９及びサンプリング管３０を出入するための窓５２が形成された真空容器５３を備えている。この真空容器５３の側壁には、図１の配管２７のフランジ部２７ａと位置あわせ、固定する為のフランジ部５３ａが形成されている。真空容器５３内の上方には電子天秤５４が配置され、該電子天秤５４には吊り下げ部材５５により受け皿５６が吊り下げられている。前記真空容器５３内で受け皿５６の周囲には、受け皿５６に載置される前記加熱管及びサンプリング管を加熱するヒータ５７が載置されている。電子天秤５４と受け皿５６間には、ヒータ５７からの熱を遮蔽するための板状の熱遮蔽板５８が配置されている。この熱遮蔽板５８の材質は例えばステンレスである。なお、熱遮蔽板は板状に限らず、内部に水を流すことができるように中空状にしてもよい。
【００４２】
こうした構成のガス分析装置によれば、配管２７のフランジ部２７ａと位置合わせるフランジ部５３ａを備えた真空容器５３と、加熱管及びサンプリング管を収容する受け皿５６と、電子天秤５４と、ヒータ５７と、熱遮蔽板５８とを備えた計測手段５１となっているので、実施例１の装置と比べ、微量放出ガスの測定を大気中での不純物の影響を受けずに正確に測定できるという効果が得られる。
【００４３】
(実施例３）
本発明の実施例３に係るガス分析装置について図３を参照して説明する。このガス分析装置は、実施例２のガス分析装置の計測手段と比べ、計測手段５１の構成が若干異なるのみであるため、要部のみ説明する。
図３中の符番５９は、受け皿５６を電子天秤５４まで上下動させる昇降機構を示す。昇降機構５９はマニプレーター（図示せず）を大気側から操作するもので、窓５２から受け皿５６に加熱管及びサンプリング管を載置した後、受け皿５６を電子天秤５４側まで矢印Ａのように下降させて微量放出ガスを測定する。
実施例３によれば、実施例２と同様な効果が得られる。
【００４４】
（実施例４）
図５を参照する。但し、図1と同部材は同符番を付して説明を省略する。実施例４に係るガス分析装置は、実施例１の装置のように不純物ガス中の各対象ガスの重量を測定するものではなく、加熱前後の不純物ガスの全量変化を測定する場合に有効である。従って、実施例４のガス分析装置においては、実施例１の場合と異なり、四極子型質量分析計、第２の真空排気装置及びオリフィス板が不要となる。
【００４５】
このように、実施例４のガス分析装置によれば、被測定ガスをパルス的に流すためのガス供給機構２３と、被測定ガスを加熱する加熱手段としての電気炉３１と、被測定ガスの加熱前後のガス量を測定する計測手段としての天秤（図示せず）とを具備し、ガス供給機構２３は、片側にフランジ２４ａを有した一時貯蔵容器２４と、この一時貯蔵容器２４に設けられた開閉弁２５，２６とを備えた構成となっている。従って、加熱前後の不純物ガスの全量変化を測定することができる。また、実施例１の場合と比べ、高価な第２の真空排気装置等を不要にできるので、コスト低減を図ることができる。
【００４６】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。具体的には、四極子型質量分析計は必ずしも必要なものではない。この場合、第１・第２の真空排気装置のうちいずれかが不要であるとともに、オリフィス板も不要となる。また、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は本発明の実施例１に係るガス分析装置の説明図である。
【図２】図２は本発明の実施例２に係るガス分析装置の一構成である計測手段及び加熱手段の説明図である。
【図３】図３は本発明の実施例３に係るガス分析装置の一構成である計測手段及び加熱手段の説明図である。
【図４】図４は図1のガス分析装置のバッファタンク及びマニホールド内の圧力の時間的変化を概略的に示す図である。
【図５】図５は本発明の実施例４に係るガス分析装置の概略的な図である。
【図６】図６は図1のガス分析装置による時間と濃度との関係を示す特性図である。
【図７】図７は従来のガス分析装置の説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
２１…バッファタンク、２３…ガス供給機構、２４…一時貯蔵容器、２５，２６…開閉弁、２７，３７，４２…配管、２８…冷却管、２９…加熱管、３０…サンプリング管、３１…電気炉、３２…マニホールド、３４…四極子型質量分析計、３５…イオン源、３６…オリフィス板、３６ａ…オリフィス、３８，４２…真空排気装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は大気等に含まれる微量ガスを高感度で定量することが可能なガス分析装置に関し、特に、大気中の特定ガス，自動車排気ガス中の有害ガス，呼気中の特定ガス，構造材に含まれる特定ガス等の微量ガスを最高ｐｐｍオーダーの高い感度で測定することができるガス分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大気等に含まれる微量ガスを質量分析法により測定する場合には、測定しようとするガス（対象ガス）を含む大気等（被測定ガス）を連続的に質量分析計のイオン源に流し込む必要があるが、大気圧かそれに近い被測定ガス圧力と質量分析計が正常に作動する圧力の間には１億倍（１０８）以上の差があるため、数段の差動排気を行い、質量分析計のイオン源へのガス流入口の孔径を極度に小さくしている。
【０００３】
即ち、従来のガス分析装置は、図７に示すようになっている。ガス分析装置は、ガス供給機構１を備えている。ここで、ガス供給機構１は、被測定ガスリザーバ２と、可変リークバルブ３を介装した配管４と、圧力計５を備えたマニホールド６と、このマニホールド６と配管７を介して接続する真空排気装置８とから構成されている。真空排気装置８は、ターボ分子ポンプ９とダイヤフラムポンプ１０とからなる。また、ガス分析装置は、前記ガス供給機構１の下流側にオリフィス板１１を備えた分岐管１２を備えている。図中の符番１１ａはオリフィス板１１のオリフィスである。更に、ガス分析装置は、前記分岐管１２の下流側にイオン源１３を備えた四極子型質量分析計１４と、この質量分析計１４に接続する真空排気装置１５を備えている。真空排気装置１５は、ターボ分子ポンプ１６とダイヤフラムポンプ１７とからなる。
【０００４】
こうした分析装置の動作は次のとおりである。即ち、まず、２つの前記真空排気装置８，１５により可変リークバルブ３の下流側の配管４と四極子型質量分析計１４内を高真空に排気し、質量分析計１４を作動状態にする。次に、可変リークバルブ３を適度に開き、マニホールド６に取り付けてある圧力計５の指示が所定の値になるようにする。この所定の値は、このとき質量分析計のイオン源１３部の圧力がこの値とオリフィス１１ａのコンダクタンスと排気装置の実効排気速度とにより、測定に最適な値となるように予め設定されたガス分析装置固有なものである。
【０００５】
この状態において、被測定ガスリザーバ２から放出された被測定ガスの一部がマニホールド６の近くに設けられたオリフィス板１１のオリフィス１１ａから四極子型質量分析計１４のイオン源１３に流れ込むので、そのガスのマススペクトルを分析することにより被測定ガスの中の対象ガスの濃度を測定することができる。
【０００６】
しかしながら、図７の従来のガス分析装置では、可変リークバルブ３を絞って被測定ガスリザーバ２からのガス放出量を少なくすると、流量を微調整するのが難しいため再現性に乏しくなる。反対に、可変リークバルク３を開いて被測定ガスリザーバ２からのガス放出量を多くすると、マニホールド部の圧力が上昇するためオリフィス径を極端に小さくする必要がある。それ故、オリフィスのコンダクタンスが変化したり、オリフィスが詰まったりして、同様に再現性が悪くなるという難点がある。
【０００７】
また、従来のガス分析装置では、基本的に被測定ガスを連続的に流して、定常状態にて測定する方式を採用しているため、流れの再現性が仮に確保されたとしても、通常、被測定ガス中に多量に含まれている水蒸気等の吸着性ガスの影響により対象ガスの検出感度が著しく低下するという問題を有している。
【０００８】
即ち、例えば、被測定ガス中に存在する微量の水素を測定しようとする場合、イオンの質量数と電荷の比ｍ／ｅ＝２（Ｈ２＋）に着目して分析を行うが、被測定ガス中に多量の水蒸気が存在するとｍ／ｅ＝１（Ｈ＋）が生成し、ｍ／ｅ＝１の値が大きくなるとこれに隣接するｍ／ｅ＝２の指値にも影響を与える。このため、対象ガスの水素に起因するｍ／ｅ＝２の正確な値が読めなくなり、結果的に検出感度の低下を招くことになる。
水蒸気等の吸着性ガスは、質量分析計の管壁や電極に吸着しやすく、一旦吸着すると高温に加熱しない限り簡単に脱離しない性質を有している。
【０００９】
従って、質量分析法によるガス分析装置を大気等に含まれる微量ガスの分析に使用するためには、検出感度を最高ｐｐｍオーダーにまで高めるとともに、測定値の精度（再現性）の向上、測定の迅速化等、改善すべき課題が山積している。
【００１０】
こうしたことから、本発明者らは、先に、上述した課題を解決するために高感度ガス分析装置を提案した（非特許文献１）。この提案は、被測定ガス導入部に開閉弁付小容器と該小容器に前記開閉弁を介して接続される比較的大容量のバッファタンクを設けた構成にすることにより、被測定ガスをパルス的に導入できるようにするとともに、オリフィスから被測定ガスの一部を四極子型質量分析計のイオン源に流入させることにより、特定ガス等の微量ガスを最高ｐｐｍオーダーの高い感度で再現性よく測定できるようにしたものである。
【非特許文献１】特願２００４−２３４０１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、非特許文献１によれば、大気等に含まれる複数の微量ガスを高感度で検出することはできるものの、各ガスを相対値で測定するもので、絶対値で測定するものではなかった。また、被測定ガス中に微量ガスが具体的にどのくらい含まれているかを測定することもできなかった。
【００１２】
本発明は、こうした事情を考慮してなされたもので、被測定ガスを加熱する加熱手段と、被測定ガスの加熱前後のガス量を測定する計測手段とを備えることにより、被測定ガスを加熱して加熱前後の被測定ガスの重量差を求めて、被測定ガス中の微量ガスの実際の重さを測定しえるガス分析装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、被測定ガスをパルス的に流すためのガス供給機構と、このガス供給機構の下流側に配置されたバッファタンクと、このバッファタンクの下流側に配置された，イオン源を備えた四極子型質量分析計と、前記ガス供給機構から被測定ガスの一部を前記四極子型質量分析計のイオン源に流入させるためのオリフィス板とを更に備えた構成にすることにより、被測定ガス中の各微量ガスの絶対量を測定しえるガス分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るガス分析装置は、大気等に含まれる微量ガスを定量するガス分析装置であり、被測定ガスを加熱する加熱手段と、被測定ガスの加熱前後のガス量を測定する計測手段とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被測定ガスを加熱して加熱前後の被測定ガスの重量差を求めて、被測定ガス中の微量ガスの実際の重さを測定することができる。また、本発明によれば、被測定ガスをパルス的に流すためのガス供給機構と、このガス供給機構の下流側に配置されたバッファタンクと、このバッファタンクの下流側に配置された，イオン源を備えた四極子型質量分析計と、前記ガス供給機構から被測定ガスの一部を前記四極子型質量分析計のイオン源に流入させるためのオリフィス板とを更に備えた構成にすることにより、被測定ガス中の各微量ガスの絶対量を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明について更に詳しく説明する。
上述したように、本発明のガス分析装置は、被測定ガスを加熱する加熱手段と、被測定ガスの加熱前後のガス量を測定する計測手段とを具備している。
【００１７】
本発明において、前記計測手段としては、１）測定前後にサンプリング管内の試料を真空容器から取り出して大気中で測定する方法、あるいは２）真空マニプレータを使用して真空容器内に吊り下げ天秤を設置して連続してサンプリング内の試料からの微量放出ガスを測定する方法が挙げられる。ここで、１）による計測方法は、試料の重量変化量が大きく大気の影響を無視できる場合に有効で、簡単な計測装置を用いて低コストで微量放出ガスを測定できるというメリットを有する。２）による計測方法は、大気中での測定と比べて、微量放出ガスの測定を大気中での不純物の影響を受けずに正確に測定できるというメリットを有する。上記２）の具体的な例は、後述する図２、図３に示すとおりである。
【００１８】
本発明においては、被測定ガスをパルス的に流すためのガス供給機構と、このガス供給機構の下流側に配置されたバッファタンクと、このバッファタンクの下流側に配置された、イオン源を備えた四極子型質量分析計と、前記ガス供給機構から被測定ガスの一部を前記四極子型質量分析計のイオン源に流入させるためのオリフィス板とを更に備えることが好ましい。こうした構成にすることにより、被測定ガス中の微量ガスの各成分の絶対量を測定することができる。
【００１９】
前記ガス供給機構は、前記バッファタンクに接続された，被測定ガスの一部を一時的に貯蔵する一次貯蔵容器と、この一次貯蔵容器の開閉を行う複数の開閉バルブを備えていることが好ましい。こうした構成にすることにより、サンプリング管表面に付着した不純物ガスの各成分の絶対量を測定することができる。ここで、前記一時貯蔵容器と前記バッファタンクの内容積の比は、１／１００００〜１／４００であることが好ましい。この数値限定の理由は、上記比が１／４００未満ではガス量を測定する測定手段（例えば、四極子型質量分析計）がＯＦＦとなってガス量の検出が不可能であり、上記比が１／１００００を越えると前記分析計の感度が低下するからである。ここで、一時貯蔵容器に採取した一定量の大気圧の被測定ガスを前記開閉弁を高速で全開して流出させることにより、前記ガス供給機構の被測定ガスの流れを繰り返し再現できる。
【００２０】
本発明においては、前記ガス供給機構と前記加熱手段間に、被測定ガスが流通する配管を冷却するための冷却手段が配置されていることが好ましい。冷却手段を設けることにより、加熱手段からバッファタンク等に熱的悪影響が及ぶのを回避することができる。
【００２１】
本発明において、前記加熱手段としては、電気炉、あるいは電気炉と高周波加熱、レーザ加熱、ハロゲンランプの少なくともいずれか１つとを組み合わせることができる。電気炉は一般に急速加熱するのに不向きであるので、サンプリング管表面の不純物ガスの加熱には急速加熱に適した高周波加熱、レーザ加熱あるいはハロゲンランプによる加熱処理を行うことが好ましい。高周波加熱等の急速加熱手段はサンプリング管を収容する加熱管の内側あるいは外側に配置することができる。
【００２２】
本発明において、前記四極子型質量分析計には真空排気装置が接続されていることが好ましい。但し、前記質量分析計が不要の場合、この真空排気装置又は前記ガス供給機構の真空排気装置の一方のみを用いることにより、コスト低減を図ることができる。
【００２３】
次に、本発明に係るガス分析装置の具体的な例について図面を参照して説明する。
(実施例１）
本発明の実施例１に係るガス分析装置について図１を参照して説明する。
図中の符番２１は、両端にフランジ２１a,２１ｂが形成されたバッファタンクを示す。このバッファタンク２１の片側（右側）には、被測定ガスをバッファタンク側にパルス的に流すためのガス供給機構２３が接続されている。ガス供給機構２３は、片側にフランジ２４aが形成された一時貯蔵容器２４と、この一時貯蔵容器２４に設けられた開閉バルブ２５，２６とから構成されている。一時貯蔵容器２４の片側には、フランジ２７aが形成された配管２７を冷却するための二重壁構造の冷却管（冷却手段）２８が配置されている。この冷却管２８には冷却水が矢印Ｙのように供給される。また、配管２７の一端側にはフランジ２９aを備えた加熱管２９が取り付けられ、この加熱管２９内に被測定ガスを収容するサンプリング管３０が配置されている。
【００２４】
前記ガス分析装置は、加熱管２９及びサンプリング管３０を加熱するヒータ３１aを備えた電気炉（加熱手段）３１を更に備え、該電気炉３１はＸ方向に移動できるようになっている。また、前記加熱管２９は、フランジ２９a部分で配管２７から取り外しできるようになっている。前記バッファタンク２１の他端側（左側）のフランジ２１aには、一端側にフランジ３２aが形成され,途中にバルブ３３が設けられたマニホールド３２が接続されている。マニホールド３２は、他端部に加熱管２９側から被測定ガスの一部を四極子型質量分析計３４のイオン源３５に流入させるためのオリフィス板３６を具備している。オリフィス板３６は、円形のオリフィス（孔）３６ａを有する薄い金属板で、孔の直径は０．３ｍｍ前後である。オリフィス板３６に厚みがある場合には、孔径がこれよりも大きくなる。
【００２５】
前記バッファタンク２１には、バルブ３７aを備えた配管３７を介して第１の真空排気装置３８が接続されている。この真空排気装置３８は、ターボ分子ポンプ３９とダイヤフラムポンプ４０とからなる。前記四極子型質量分析計３４は前記マニホールド３２の下流側に配置され、マニホールド３２と四極子型質量分析計３４間には真空容器４１が配置されている。この真空容器４１には配管４２を介して第２の真空排気装置４３が接続されている。真空排気装置４３は、ターボ分子ポンプ４４とダイヤフラムポンプ４５とからなる。
【００２６】
次に、こうした構成のガス分析装置を用いて、例えばＡ３５６（Ａｌ合金）１００ｇ中の不純物ガスを測定する例を示す。
１）まず、不純物を含む被測定ガスをガス分析装置に導入する前に、別途用意した天秤で被測定ガスの重量Ｗ１を測定しておく。ここで、被測定ガスの重量とは、サンプリング管３０、ガス及びサンプルの重さを示す。次に、サンプリング管３０を収容した加熱管２９のフランジ部２９ａを、配管２７のフランジ部２７ａに位置あわせ、ボルトで固定する。つづいて、一時貯蔵容器２４の開閉弁２５，開閉弁２６が開き、配管３７のバルブ３７ａを開いた状態で、第１の真空排気装置３８により加熱管２９内の真空排気を行う。
【００２７】
２）次に、加熱管２９内が所定の圧力になったら、真空排気を止め、開閉弁２６を開いて、開閉弁２５を閉じる。つづいて、電気炉３１のヒータ３１ａで加熱管２９及びサンプリング管３０を加熱し、サンプリング管３０内の被測定ガスを一時貯蔵容器２４に詰める。開閉弁２６を閉じると、一時貯蔵容器２４には一定容積の大気圧（略１気圧，１０５Ｐａ）の被測定ガスが採取できる。
【００２８】
３）次に、バルブ３７ａを開き、バルブ３３が閉じた状態で第１の真空排気装置３８が作動していることを確認してから、開閉弁２５を高速で全開する。これにより、一時貯蔵容器２４内の被測定ガスはバッファタンク２１内に速やかに拡散する。このとき、バッファタンク２１内の圧力は、図４に示すように一旦極大値に達し、以後、第１の真空排気装置３８により排気されるので、徐々に低下していく。なお、マニホールド３２内の圧力はバッファタンク２１内の圧力と略同様な変化をする。
【００２９】
４）ここで、通常、一時貯蔵容器２４の内容積は０．１〜０．５ｍＬ、バッファタンク２１の内容積は０．２〜１Ｌで両者の比は１／２０００前後である。従って、開閉弁２５を開いた直後のバッファタンク２１及びマニホールド３２内の圧力は、およそ１／２０００気圧の５０Ｐａ前後である。第１の真空排気装置３８によるバッファタンク２１及びマニホールド３２における実効排気速度は０．０２〜０．１Ｌ／ｓで、圧力減衰（図４参照）の時定数は１０ｓ前後である。
【００３０】
５）次に、冷却管２８で配管２７等を冷却しながら、加熱炉３１のヒータ３１ａでサンプリング管３０の被測定ガスを加熱する。これにより、被測定ガスの温度が上がり、被測定ガス中の各成分例えばＨ２，ＣＯ，Ｈ２Ｏ，ＣＯ２，Ｃ，Ｃ４Ｈ７が出てくる。
【００３１】
６）次に、バルブ３７ａを閉じ、バルブ３３を開いた状態で第２の真空排気装置４３を作動させることにより、バッファタンク２１及びマニホールド３２より被測定ガスの一部を真空容器４１を介して四極子型質量分析計３４のイオン源３５に流し込む。ここで、第２の真空排気装置４３の実効排気速度は２０〜１００Ｌ／ｓである。
【００３２】
７）第２の真空排気装置４３が作動状態にあり、オリフィス３６ａからのガス流入がないときには、四極子型質量分析計３４のイオン源３５内は圧力が１０−５Ｐａ以下の超高真空になっている。しかし、マニホールド３２内に被測定ガスが存在すると、該被測定ガスの一部がオリフィス３６ａ、真空容器４１を通ってイオン源３５に流入し、イオン源３５内の圧力が上昇する。イオン源３５に流入したガスは第２の真空排気装置４３によって排気される。
【００３３】
８）オリフィス３６ａを通過するガスの流量はマニホールド３２内のガスの圧力に略比例するが、第２の真空排気装置４３の実効排気速度は圧力によらず略一定なので、イオン源３５内の被測定ガスの圧力はマニホールド３２内の被測定ガスの圧力に略比例して変化し、その比例定数は（オリフィスのコンダクタンス）／（第２の真空排気装置の実効排気速度）で表される。本実施例１では、比例定数がおよそ１／１００００〜１／２０００である。
【００３４】
９）サンプリング管３０内又は表面の被測定ガス中の対象ガス（Ｈ２，ＣＯ，Ｈ２Ｏ，ＣＯ２，Ｃ，Ｃ４Ｈ７等）の定量は、四極子型質量分析計３４のイオン源３５で被測定ガスをイオン化し、対象ガスに特有なｍ／ｅのイオンを四極子型質量分析計３４で分離してそのイオン電流を測定する。通常、イオン電流が極大に達したときのイオン電流を測定し、予め作成してある校正曲線から絶対値を求める。本発明の具体的な実施例では、最高ｐｐｍオーダーまでの微量ガスの測定が可能である。
【００３５】
１０）図６は、各対象ガスによる時間と濃度（イオン電流）との関係を示す。なお、図６中、曲線（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）は、夫々Ｈ２，ＣＯ，Ｈ２Ｏ，ＣＯ２，Ｃ，Ｃ４Ｈ７の曲線を示す。前記特性図より、各対象ガスの夫々の相対比は、次のようにして計算する。
Ｈ２ ：Ｓ１×２＝Ｓ１’
ＣＯ ：Ｓ２×２８＝Ｓ２’
Ｈ２Ｏ：Ｓ３×１８＝Ｓ３’
ＣＯ２：Ｓ４×４４＝Ｓ４’
Ｃ ：Ｓ５×１２＝Ｓ５’
Ｃ４Ｈ７：Ｓ６×５５＝Ｓ６’
但し、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６は夫々図４中の各曲線（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）の下側の面積（積分値）を示す。
上記Ｓ１’，Ｓ２’，Ｓ３’，Ｓ４’，Ｓ５’，Ｓ６’により、各対象ガスの相対比が判明する。例えば、Ｈ２の相対比は、Ｓ１’／（Ｓ１＋Ｓ２’＋Ｓ３’＋Ｓ４’＋Ｓ５’＋Ｓ６’）である。このようにして他の対象ガスの相対比も求めることができる。
【００３６】
１１）次に、加熱後の被測定ガスの重量Ｗ２を別途用意した天秤で求め、加熱前後の被測定ガスの重量差ΔＷ＝（Ｗ１−Ｗ２）を求める。従って、被測定ガス中の個々の対象ガスの重量を求めることができる。例えば、Ｈ２は、次の式で求めることができる。
【００３７】
Ｈ２：ΔＷ×Ｓ１’／（Ｓ１＋Ｓ２’＋Ｓ３’＋Ｓ４’＋Ｓ５’＋Ｓ６’）
このようにして他の対象ガスの重量を求めることができる。
【００３８】
上記実施例１によれば、第１に、被測定ガスの上流，下流側に夫々開閉弁２６，２５を備えた一時貯蔵容器２４を用いて被測定ガスをガス分析装置にパルス的に導入できる。これにより、ガスの流れの再現性が確保されるとともに、従来のガスを連続的に流す装置に比べ、四極子型質量分析計３４の管壁や電極が被測定ガスに触れる度合いが数桁低くなり、ひいては、水蒸気等の吸着性ガスに起因するバックグラウンド圧上昇が抑えられ、対象ガスに対する検出感度の低下を防ぐことができる。第２に、加熱炉３１を用いて加熱前後の被測定ガスの重量を測定し、図６の時間−濃度特性図に基づいて、被測定ガス中の各対象ガスの重量を具体的に測定できる。従って、実施例１のガス分析装置によれば、被測定ガス中の各対象ガスの実際の重量を感度よく測定できる。
【００３９】
なお、サンプリング管２９には、内部のみならず表面にも不純物ガスが付着しているので、時間とサンプルの不純物ガスの重さの変化をグラフ化すると、立ち上がりに急激な重さの変化を示すことが明らかになっている。この特性は、サンプルの表面の不純物ガスに起因すると考えられている。
【００４０】
(実施例２）
本発明の実施例２に係るガス分析装置について図２を参照して説明する。このガス分析装置は、実施例１のガス分析装置と比べて、加熱手段，計測手段のみが異なるため、要部のみ説明する。即ち、実施例１では、被測定ガスの重量は別途用意した天秤を用いて測定したが、本実施例２では、図２に示す構成の計測手段５１及び加熱手段を用いて行った。なお、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。
【００４１】
計測手段５１は、図２に示すように、加熱管２９及びサンプリング管３０を出入するための窓５２が形成された真空容器５３を備えている。この真空容器５３の側壁には、図１の配管２７のフランジ部２７ａと位置あわせ、固定する為のフランジ部５３ａが形成されている。真空容器５３内の上方には電子天秤５４が配置され、該電子天秤５４には吊り下げ部材５５により受け皿５６が吊り下げられている。前記真空容器５３内で受け皿５６の周囲には、受け皿５６に載置される前記加熱管及びサンプリング管を加熱するヒータ５７が載置されている。電子天秤５４と受け皿５６間には、ヒータ５７からの熱を遮蔽するための板状の熱遮蔽板５８が配置されている。この熱遮蔽板５８の材質は例えばステンレスである。なお、熱遮蔽板は板状に限らず、内部に水を流すことができるように中空状にしてもよい。
【００４２】
こうした構成のガス分析装置によれば、配管２７のフランジ部２７ａと位置合わせるフランジ部５３ａを備えた真空容器５３と、加熱管及びサンプリング管を収容する受け皿５６と、電子天秤５４と、ヒータ５７と、熱遮蔽板５８とを備えた計測手段５１となっているので、実施例１の装置と比べ、微量放出ガスの測定を大気中での不純物の影響を受けずに正確に測定できるという効果が得られる。
【００４３】
(実施例３）
本発明の実施例３に係るガス分析装置について図３を参照して説明する。このガス分析装置は、実施例２のガス分析装置の計測手段と比べ、計測手段５１の構成が若干異なるのみであるため、要部のみ説明する。
図３中の符番５９は、受け皿５６を電子天秤５４まで上下動させる昇降機構を示す。昇降機構５９はマニプレーター（図示せず）を大気側から操作するもので、窓５２から受け皿５６に加熱管及びサンプリング管を載置した後、受け皿５６を電子天秤５４側まで矢印Ａのように下降させて微量放出ガスを測定する。
実施例３によれば、実施例２と同様な効果が得られる。
【００４４】
（実施例４）
図５を参照する。但し、図1と同部材は同符番を付して説明を省略する。実施例４に係るガス分析装置は、実施例１の装置のように不純物ガス中の各対象ガスの重量を測定するものではなく、加熱前後の不純物ガスの全量変化を測定する場合に有効である。従って、実施例４のガス分析装置においては、実施例１の場合と異なり、四極子型質量分析計、第２の真空排気装置及びオリフィス板が不要となる。
【００４５】
このように、実施例４のガス分析装置によれば、被測定ガスをパルス的に流すためのガス供給機構２３と、被測定ガスを加熱する加熱手段としての電気炉３１と、被測定ガスの加熱前後のガス量を測定する計測手段としての天秤（図示せず）とを具備し、ガス供給機構２３は、片側にフランジ２４ａを有した一時貯蔵容器２４と、この一時貯蔵容器２４に設けられた開閉弁２５，２６とを備えた構成となっている。従って、加熱前後の不純物ガスの全量変化を測定することができる。また、実施例１の場合と比べ、高価な第２の真空排気装置等を不要にできるので、コスト低減を図ることができる。
【００４６】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。具体的には、四極子型質量分析計は必ずしも必要なものではない。この場合、第１・第２の真空排気装置のうちいずれかが不要であるとともに、オリフィス板も不要となる。また、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は本発明の実施例１に係るガス分析装置の説明図である。
【図２】図２は本発明の実施例２に係るガス分析装置の一構成である計測手段及び加熱手段の説明図である。
【図３】図３は本発明の実施例３に係るガス分析装置の一構成である計測手段及び加熱手段の説明図である。
【図４】図４は図1のガス分析装置のバッファタンク及びマニホールド内の圧力の時間的変化を概略的に示す図である。
【図５】図５は本発明の実施例４に係るガス分析装置の概略的な図である。
【図６】図６は図1のガス分析装置による時間と濃度との関係を示す特性図である。
【図７】図７は従来のガス分析装置の説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
２１…バッファタンク、２３…ガス供給機構、２４…一時貯蔵容器、２５，２６…開閉弁、２７，３７，４２…配管、２８…冷却管、２９…加熱管、３０…サンプリング管、３１…電気炉、３２…マニホールド、３４…四極子型質量分析計、３５…イオン源、３６…オリフィス板、３６ａ…オリフィス、３８，４２…真空排気装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気等に含まれる微量ガスを定量するガス分析装置であり、被測定ガスを加熱する加熱手段と、被測定ガスの加熱前後のガス量を測定する計測手段とを具備することを特徴とするガス分析装置。
【請求項２】
前記計測手段は、真空容器と、この真空容器内に配置された電子天秤と、前記真空容器内に配置され，被測定ガスを収容するサンプリング管を載置する受け皿と、この受け皿に載置されたサンプリング管を加熱するヒータ部とを具備することを特徴とする請求項１記載のガス分析装置。
【請求項３】
前記計測手段は、真空容器と、この真空容器内に配置された電子天秤と、前記真空容器内に配置され，被測定ガスを収容するサンプリング管を載置する受け皿と、この受け皿に載置されたサンプリング管を加熱するヒータ部と、前記受け皿を電子天秤まで上下動させる昇降機構とを具備することを特徴とする請求項１記載のガス分析装置。
【請求項４】
被測定ガスをパルス的に流すためのガス供給機構と、このガス供給機構の下流側に配置されたバッファタンクと、このバッファタンクの下流側に配置された，イオン源を備えた四極子型質量分析計と、前記ガス供給機構から被測定ガスの一部を前記四極子型質量分析計のイオン源に流入させるためのオリフィス板とを更に備えることを特徴とする請求項１記載のガス分析装置。
【請求項５】
前記ガス供給機構は、前記バッファタンクに接続された，被測定ガスの一部を一時的に貯蔵する一次貯蔵容器と、この一次貯蔵容器の開閉を行う複数の開閉バルブを備えていることを特徴とする請求項４記載のガス分析装置。
【請求項６】
前記ガス供給機構と加熱手段間に、被測定ガスが流通する配管を冷却するための冷却手段が配置されていることを特徴とする請求項４又は５いずれか記載のガス分析装置。
【請求項７】
前記加熱手段は、電気炉、あるいは電気炉と高周波加熱、レーザ加熱、ハロゲンランプの少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項１記載のガス分析装置。
【請求項８】
前記四極子型質量分析計に真空排気装置が接続されていることを特徴とする請求項４記載のガス分析装置。
【請求項９】
前記一時貯蔵容器と前記バッファタンクの内容積の比が１／１００００〜１／４００であることを特徴とする請求項５に記載のガス分析装置。
【請求項１】
大気等に含まれる微量ガスを定量するガス分析装置であり、被測定ガスを加熱する加熱手段と、被測定ガスの加熱前後のガス量を測定する計測手段とを具備することを特徴とするガス分析装置。
【請求項２】
前記計測手段は、真空容器と、この真空容器内に配置された電子天秤と、前記真空容器内に配置され，被測定ガスを収容するサンプリング管を載置する受け皿と、この受け皿に載置されたサンプリング管を加熱するヒータ部とを具備することを特徴とする請求項１記載のガス分析装置。
【請求項３】
前記計測手段は、真空容器と、この真空容器内に配置された電子天秤と、前記真空容器内に配置され，被測定ガスを収容するサンプリング管を載置する受け皿と、この受け皿に載置されたサンプリング管を加熱するヒータ部と、前記受け皿を電子天秤まで上下動させる昇降機構とを具備することを特徴とする請求項１記載のガス分析装置。
【請求項４】
被測定ガスをパルス的に流すためのガス供給機構と、このガス供給機構の下流側に配置されたバッファタンクと、このバッファタンクの下流側に配置された，イオン源を備えた四極子型質量分析計と、前記ガス供給機構から被測定ガスの一部を前記四極子型質量分析計のイオン源に流入させるためのオリフィス板とを更に備えることを特徴とする請求項１記載のガス分析装置。
【請求項５】
前記ガス供給機構は、前記バッファタンクに接続された，被測定ガスの一部を一時的に貯蔵する一次貯蔵容器と、この一次貯蔵容器の開閉を行う複数の開閉バルブを備えていることを特徴とする請求項４記載のガス分析装置。
【請求項６】
前記ガス供給機構と加熱手段間に、被測定ガスが流通する配管を冷却するための冷却手段が配置されていることを特徴とする請求項４又は５いずれか記載のガス分析装置。
【請求項７】
前記加熱手段は、電気炉、あるいは電気炉と高周波加熱、レーザ加熱、ハロゲンランプの少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項１記載のガス分析装置。
【請求項８】
前記四極子型質量分析計に真空排気装置が接続されていることを特徴とする請求項４記載のガス分析装置。
【請求項９】
前記一時貯蔵容器と前記バッファタンクの内容積の比が１／１００００〜１／４００であることを特徴とする請求項５に記載のガス分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１５１５９０（Ｐ２００８−１５１５９０Ａ）
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３８６５９（Ｐ２００６−３３８６５９）
【出願日】平成１８年１２月１５日（２００６．１２．１５）
【出願人】（５０５３７４７８３）独立行政法人 日本原子力研究開発機構 (727)
【出願人】（５９１０５８７９２）日本金属化学株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１５日（２００６．１２．１５）
【出願人】（５０５３７４７８３）独立行政法人 日本原子力研究開発機構 (727)
【出願人】（５９１０５８７９２）日本金属化学株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
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