元素分析装置
【課題】装置構成を簡単にしつつ、遊離酸素による酸素濃度測定の測定誤差を低減し、炭化水素による窒素濃度測定の測定誤差を低減する。
【解決手段】るつぼＲに入れた試料を加熱炉１内で加熱し、当該試料内部に含まれている元素をガス成分として抽出して分析する元素分析装置１００であって、試料ガスに含まれる少なくともＣＯ２、Ｏ２及びＣＨ４を還元又は分解可能なガス処理部４と、ガス処理部４を通過した試料ガスに含まれるＣＯを検出するＣＯ検出部５と、ＣＯ検出部５の下流側に設けられ、試料ガスに含まれるＣＯをＣＯ２に酸化し、Ｈ２をＨ２Ｏに酸化する酸化部６と、酸化部６を通過した試料ガスからＣＯ２を吸着除去するＣＯ２除去部９１、及び酸化部６を通過した試料ガスからＨ２Ｏを吸着除去するＨ２Ｏ除去部９２を有する除去機構９と、除去機構９によりＣＯ２及びＨ２Ｏが除去された試料ガスに含まれるＮ２を検出するＮ２検出部１０と、を備える。
【解決手段】るつぼＲに入れた試料を加熱炉１内で加熱し、当該試料内部に含まれている元素をガス成分として抽出して分析する元素分析装置１００であって、試料ガスに含まれる少なくともＣＯ２、Ｏ２及びＣＨ４を還元又は分解可能なガス処理部４と、ガス処理部４を通過した試料ガスに含まれるＣＯを検出するＣＯ検出部５と、ＣＯ検出部５の下流側に設けられ、試料ガスに含まれるＣＯをＣＯ２に酸化し、Ｈ２をＨ２Ｏに酸化する酸化部６と、酸化部６を通過した試料ガスからＣＯ２を吸着除去するＣＯ２除去部９１、及び酸化部６を通過した試料ガスからＨ２Ｏを吸着除去するＨ２Ｏ除去部９２を有する除去機構９と、除去機構９によりＣＯ２及びＨ２Ｏが除去された試料ガスに含まれるＮ２を検出するＮ２検出部１０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鉄鋼や非鉄金属、セラミックスなどの測定試料中に含まれる窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）等の元素を分析する元素分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の元素分析装置は、試料を収容した黒鉛るつぼを加熱炉内において一対の電極により挟持し、当該るつぼに直接電圧を印加することにより、るつぼ及びるつぼ内の試料を加熱して、それによって生じたガスを分析して前記試料に含まれる元素を分析するものがある。
【０００３】
そして、この元素分析装置として、特許文献１に示すように、加熱炉からの試料ガスをガス流路に流し、当該ガス流路にＣＯ検出部（ＮＤＩＲ（非分散型赤外線ガス分析計））、ＣＯ２検出部（ＮＤＩＲ）、酸化試薬（酸化銅（ＣｕＯ））、Ｈ２Ｏ検出部（ＮＤＩＲ）、ＣＯ２検出部（ＮＤＩＲ）、Ｈ２Ｏ吸着部及びＮ２検出部（ＴＣＤ（熱伝導度型分析計））を、この順に直列に設けているものがある。
【０００４】
特許文献１に記載の元素分析装置は、試料に含まれる酸素濃度が高濃度（約２００ｐｐｍ以上）の場合には、酸化試薬の上流側に設けられたＣＯ検出部及びＣＯ２検出部の出力の合計値を試料に含まれる酸素濃度とし、試料に含まれる酸素濃度が低濃度（約２００ｐｐｍ未満）の場合には、酸化試薬の下流側に設けられたＣＯ２検出部の出力により試料に含まれる酸素濃度としている。
【０００５】
しかしながら、試料ガスには黒鉛るつぼ中の炭素と未反応の酸素（遊離酸素）が含まれることがあり、この遊離酸素は、各検出器では原理的に検出することが困難であることから、酸素濃度測定の測定誤差を招いてしまうという問題がある。
【０００６】
また、タンタル合金などの高濃度の水素を含む試料を分析する場合には、加熱により生じた水素が、黒鉛るつぼの炭素と反応して炭化水素が発生してしまう。この炭化水素は、窒素の熱伝導率と近い熱伝導率を有し（３５０Ｋでの熱伝導率：窒素 ２９３．９、メタン ４１２）、酸化試薬によって酸化されず、またＨ２Ｏ吸着剤によっても吸着されないため、そのままＮ２検出部に入り検出されてしまう。その結果、炭化水素が、窒素濃度測定の測定誤差を招いてしまう問題がある。
【０００７】
さらに装置構成の観点においては、高濃度の酸素を検出するためにＣＯ検出部及びＣＯ２検出部を酸化試薬の上流側に設ける必要があり、構成の複雑化及び肥大化を避けることはできず、さらに製造コストが大きくなってしまうという問題もある。
【特許文献１】特許第３８２１４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、装置構成を簡単にしつつ、遊離酸素による酸素濃度測定の測定誤差を低減し、炭化水素による窒素濃度測定の測定誤差を低減することをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明に元素分析装置は、るつぼに入れた試料を加熱炉内で加熱し、当該試料内部に含まれている元素をガス成分として抽出して分析する元素分析装置であって、下記（１）〜（５）を備えることを特徴とする。
（１）試料ガスに含まれる少なくとも二酸化炭素、遊離酸素及び炭化水素を還元又は分解可能なガス処理部。
（２）前記ガス処理部を通過した試料ガスに含まれる一酸化炭素を検出するＣＯ検出部。
（３）前記ＣＯ検出部の下流側に設けられ、試料ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に酸化し、水素を水に酸化する酸化部。
（４）前記酸化部を通過した試料ガスから二酸化炭素を吸着して除去するＣＯ２除去部、及び前記酸化部を通過した試料ガスから水を吸着して除去するＨ２Ｏ除去部を有する除去機構。
（５）前記除去機構により二酸化炭素及び水が除去された試料ガスに含まれる窒素を検出するＮ２検出部。
【００１０】
このようなものであれば、酸化部上流側に検出部としてＣＯ検出部のみを設け、そのＣＯ検出部における酸素濃度測定の測定誤差の要因となる二酸化炭素及び遊離酸素を、ガス処理部により一酸化炭素に還元しているので、ＣＯ検出器のみを用いて試料内部に含まれる酸素濃度を高精度に測定することができる。また、Ｎ２検出部における窒素濃度測定の測定誤差の要因となる炭化水素を、ガス処理部により炭素及び水素に分解するとともに、酸化部によりＮ２検出部の上流側に設けられた除去機構により吸着除去される形態に変化させているので、炭化水素がＮ２検出部で検出されることを防止し、試料内部に含まれる窒素濃度を高精度に測定することができる。したがって、装置構成を簡単にしながらも、酸素濃度測定及び窒素濃度測定の測定誤差を低減して、それらの測定精度を向上させることができる。
【００１１】
１つのフローの中で、酸素、窒素、水素の３成分を同時測定可能にするためには、前記酸化部及び前記除去機構の間に設けられ、試料ガスに含まれる水を検出するＨ２Ｏ検出部をさらに備えることが望ましい。
【００１２】
これならば、従来の元素分析装置では水素が炭化水素の生成に使われて減少してしまい、その減少分が水素濃度測定の測定誤差となる可能性もあるところ、炭化水素の分解により生じた水素が、酸化部により水に酸化されてＨ２Ｏ検出部に導かれて検出されるので、水素濃度の測定精度を向上させることができる。
【００１３】
さらに、前記ガス処理部が試料ガスに含まれるアンモニアを分解可能であることが望ましい。アンモニアは、Ｎ２検出部及びＨ２Ｏ検出部によって検出されないどころか、少なくともＮ２検出部においては干渉ガスとなり、Ｎ２検出部による窒素濃度測定の測定誤差を招くという問題がある。試料ガスがアンモニアを含むものであれば、アンモニアが、ガス処理部によりＮ２とＨ２とに分解され、Ｎ２検出部による窒素濃度測定の測定誤差を低減できるだけでなく、アンモニアに含まれる窒素を検出することができるので、窒素濃度測定の測定精度を一層向上させることができる。一方、アンモニアが分解されて生じる水素は、酸化部により水に酸化されて、Ｈ２Ｏ検出部に導かれて検出されるので、水素濃度の測定精度を向上させることができる。
【００１４】
試料に含まれる酸素を濃度に関わらず高精度に検出可能にするためには、前記酸化部及び前記Ｈ２Ｏ検出部の間に設けられ、試料ガスに含まれる二酸化炭素を検出するＣＯ２検出部と、前記酸化部、前記ＣＯ２検出部及び前記Ｈ２Ｏ検出部を接続するガス流路を１００度以上に加熱する加熱機構と、をさらに備えることが望ましい。これならば、ＣＯ検出部により得られた酸素濃度又はＣＯ２検出部により得られた酸素濃度のいずれかにより、試料内部に含まれる酸素を測定することができ、酸素濃度に応じて、測定精度の良い検出部により得られた酸素濃度を採用することで、高精度に酸素濃度を測定することができる。また、一酸化炭素又は二酸化炭素に択一的に還元又は酸化して１つの検出部によって検出するようにしているので、一酸化炭素又は二酸化炭素の濃度に拘わらず、高精度に試料に含まれる酸素を測定することができる。さらに、加熱機構を備えているので、酸化部により酸化された気体の水（水蒸気）が、当該酸化部からＣＯ２検出部を通ってＨ２Ｏ検出部に至るまでの間にガス流路内で結露してＨ２Ｏ検出部による水素濃度測定の測定誤差を低減することができる。また、結露した水によってガス流路を形成する流通管が錆びてしまうことを防止することができる。
【００１５】
ＣＯ検出部により得られた酸素濃度及びＣＯ２検出部により得られた酸素濃度のいずれにより試料に含まれる酸素濃度にするかを自動的に決定するためには、前記各検出部からの測定信号を取得して、試料内部に含まれる元素濃度を演算する演算部を備え、当該演算部が、試料内部の酸素濃度が所定の閾値以上の場合には、前記ＣＯ検出部により得られた酸素濃度を出力値とし、試料内部の酸素濃度が前記閾値未満の場合には、前記ＣＯ２検出部により得られた酸素濃度を出力値とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
このように本発明によれば、装置構成を簡単にしつつ、遊離酸素による酸素濃度測定の測定誤差を低減し、炭化水素による窒素濃度測定の測定誤差を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、図１は本実施形態の元素分析装置１００の概略構成図である。
【００１８】
＜装置構成＞
本実施形態に係る元素分析装置１００は、るつぼＲ内に収容された金属試料又はセラミック試料（以下、単に試料とも言う）を加熱溶解し、その際に発生するガス成分を分析することによって、当該試料内部に含まれている元素を測定するものである。
【００１９】
具体的にこのものは、図１に示すように、加熱炉１内に発生した試料ガスをキャリアガス（例えばＨｅガス等）とともに流通させる単一ガス流路２を形成する流通管を有し、当該流通管上に、ガス処理部４、ＣＯ検出部５、酸化部６、ＣＯ２検出部７、Ｈ２Ｏ検出部８、除去機構９、及びＮ２検出部１０が、この順に直列に設けられている。なお、加熱炉１及びガス処理部４の間には、試料ガスを除塵するためにダストフィルタ３が設けられている。
【００２０】
以下各部４〜１０について詳細に説明する。
【００２１】
ガス処理部４は、ダストフィルタ３により除塵された試料ガスに含まれる少なくとも二酸化炭素、遊離酸素及び炭化水素を還元又は分解可能なものである。
【００２２】
本実施形態のガス処理部４は、白金をコーティングした炭素粒子（白金炭素（Ｐｔ−Ｃ）触媒）を用いて構成されており、具体的には、石英管内に白金炭素触媒を充填することにより構成され、その白金炭素触媒は、約６００〜約１１００℃程度（好ましくは１０００℃以上）に加熱されている。この触媒の加熱方法は、発熱抵抗体により加熱する方法等が考えられる。
【００２３】
具体的に白金炭素触媒は、試料ガスに含まれる遊離酸素（Ｏ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、炭化水素（主としてメタン（ＣＨ４））及びアンモニア（ＮＨ３）を還元又は分解する。この白金炭素触媒により、遊離酸素は一酸化炭素（ＣＯ）に還元され、二酸化炭素は一酸化炭素に還元される。また、炭化水素は炭素（Ｃ）及び水素（Ｈ２）に分解され、アンモニアは、窒素（Ｎ２）及び水素（Ｈ２）に分解される。
【００２４】
ＣＯ検出部５は、ガス処理部４を通過した試料ガスに含まれる一酸化炭素を検出してその濃度を測定（検出）するものであり、非分散型赤外線ガス分析計（ＮＤＩＲ）により構成されている。このＣＯ検出部５は、その測定精度から試料内部に含まれる酸素が高濃度（例えば１５０ｐｐｍ以上、なお高濃度と判断する濃度として１５０〜３００ｐｐｍが好ましい。）の場合に有効であり、加熱炉１内で発生してＣＯ検出部５に流入する一酸化炭素だけでなく、ガス処理部４の還元機能により遊離酸素から還元された一酸化炭素、及び二酸化炭素から還元された一酸化炭素も併せて測定する。
【００２５】
酸化部６は、ＣＯ検出部５の下流側に設けられ、試料ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に酸化するとともに、水素を水（Ｈ２Ｏ）に酸化して水蒸気を生成するものである。
【００２６】
本実施形態の酸化部６は、例えば酸化銅（ＣｕＯ）を用いて構成されており、具体的には、石英管内に酸化銅を充填することにより構成され、その酸化銅は、約６５０度程度に加熱されている。この酸化銅（ＣｕＯ）の加熱方法は、発熱抵抗体により加熱する方法等が考えられる。
【００２７】
以上の構成から本実施形態の元素分析装置１００において、酸化部６の上流側に設けられる検出部は、ＣＯ検出部５のみである。
【００２８】
ＣＯ２検出部７は、酸化部６及び後述する除去機構９の間、具体的に酸化部６及びＨ２Ｏ検出部８の間に設けられ、試料ガスに含まれる二酸化炭素を検出してその濃度を測定するものであり、非分散型赤外線ガス分析計（ＮＤＩＲ）により構成されている。このＣＯ２検出部７は、その測定精度から試料内部に含まれる酸素が低濃度（例えば１５０ｐｐｍ未満）の場合に有効である。
【００２９】
Ｈ２Ｏ検出部８は、酸化部６及び後述する除去機構９の間、具体的にはＣＯ２検出部７及び除去機構９の間に設けられ、試料ガスに含まれる水（水蒸気）を検出してその濃度を測定するものであり、非分散型赤外線ガス分析計（ＮＤＩＲ）により構成されている。このＨ２Ｏ検出部８は、加熱炉１内で発生した水素が酸化部６により酸化されて生成された水（水蒸気）だけでなく、ガス処理部４の分解機能により炭化水素（主としてメタン（ＣＨ４））から分解された水素が酸化部６により酸化されて生成された水（水蒸気）、及びガス処理部４の分解機能によりアンモニア（ＮＨ３）から分解された水素が酸化部６により酸化されて生成された水（水蒸気）を測定する。
【００３０】
そして、酸化部６、ＣＯ２検出部７及びＨ２Ｏ検出部８を接続するガス流路２を形成する流通管は、１００℃以上に加熱されている。具体的には、流通管の外周面には、発熱抵抗体等からなる加熱機構１１が設けられている。これにより、酸化部６により生成された水蒸気が、Ｈ２Ｏ検出部８に到達するまでに結露して減少して生じるＨ２Ｏ検出部８の測定誤差を防止することができる。さらに、結露した水によって流通管が錆びてしまうことを防止することもできる。
【００３１】
除去機構９は、酸化部６を通過した試料ガスから二酸化炭素を吸着して除去するＣＯ２除去部９１と、酸化部６を通過した試料ガスから水（水蒸気）を吸着して除去するＨ２Ｏ除去部９２とからなる。なお、本実施形態ではＣＯ２除去部９１及びＨ２Ｏ除去部９２がこの順に設けられている。
【００３２】
ＣＯ２除去部９１は、試料ガスに含まれる窒素に対して反応及び吸着等しないものであり、例えば、アスカライト又はゼオライト系モレキュラーシーブ等を用いることができる。Ｈ２Ｏ除去部９２は、試料ガスに含まれる窒素に対して反応及び吸着等しないものであり、例えば、過塩素酸マグネシウム又は塩化カルシウム等を用いることができる。
【００３３】
Ｎ２検出部１０は、除去機構９により二酸化炭素及び水が吸着除去された試料ガスに含まれる窒素を検出してその濃度を測定するものであり、熱伝導度型分析計（ＴＣＤ）により構成されている。このＮ２検出部１０は、加熱炉１内で発生してＮ２検出部１０に流入する窒素（Ｎ２）だけでなく、ガス処理部４の分解機能によりアンモニア（ＮＨ３）から分離された窒素も併せて測定する。また、窒素に熱伝導率の近いメタンは、Ｎ２検出部における干渉ガスと成りうるが、ガス処理部４によって分解されており、Ｎ２検出部１０の測定結果に影響を及ぼすことはない。
【００３４】
＜元素分析装置１００の動作＞
次にこのように構成した元素分析装置１００の分析フローを説明する。
【００３５】
加熱炉１内に試料を収容したるつぼＲを一対の電極により挟持して設置して、電極を通電してるつぼＲを通電加熱する。これにより、熱分解還元により生じる試料ガスをキャリアガスによりガス流路２に導出する。
【００３６】
ガス流路２を流れる試料ガスは、ダストフィルタ３を通ってガス処理部４に導かれる。そして、試料ガスに含まれる遊離酸素、二酸化炭素が還元されて一酸化炭素が生成される。また、試料ガスに含まれる炭化水素（主としてメタン）が炭素及び水素に分解されるとともに、アンモニアが窒素及び水素に分解される。このとき試料ガスに含まれる成分は、一酸化炭素、炭素、水素及び窒素である。
【００３７】
ガス処理部４を通過した試料ガスは、ＣＯ検出部５に導かれる。このＣＯ検出部５によって試料ガスに含まれる一酸化酸素の濃度が測定される。
【００３８】
次に、ＣＯ検出部５を通過した試料ガスは、酸化部６に導かれる。ここで、試料ガスに含まれる一酸化炭素は二酸化炭素に酸化され、水素は水（水蒸気）に酸化される。このとき試料ガスに含まれる成分は、二酸化炭素、水及び窒素である。
【００３９】
酸化部６を通過した試料ガスは、ＣＯ２検出部７に導かれる。このＣＯ２検出部７によって試料ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が測定される。
【００４０】
ＣＯ２検出部７により二酸化炭素の濃度が測定された試料ガスは、Ｈ２Ｏ検出部８に導かれる。このＨ２Ｏ検出部８によって試料ガスに含まれる水（水蒸気）の濃度が測定される。
【００４１】
Ｈ２Ｏ検出部８により水（水蒸気）の濃度が測定された試料ガスは、ＣＯ２除去部９１及びＨ２Ｏ除去部９２により二酸化炭素及び水（水蒸気）が吸着等されることにより除去される。ここで、試料ガスに含まれる成分は、窒素のみとなる。
【００４２】
そして、最後に試料ガスは、Ｎ２検出部１０に導かれ、窒素の濃度が測定される。
【００４３】
各検出部により得られた測定信号（各ガス成分の濃度を示す測定値）は、演算部１２に出力される。測定信号を取得した演算部１２は、各測定信号に基づいて、試料内部に含まれる酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）及び窒素（Ｎ）の濃度を演算する。そして、演算部は、演算結果である酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）及び窒素（Ｎ）の濃度を図示しない出力部（モニタ）に出力する。なお、演算部１２の具体的な構成は、例えばＣＰＵ、内部メモリ、入出力インタフェース、ＡＤ変換器等からなる汎用又は専用のコンピュータであり、前記内部メモリの所定領域に格納してあるプログラムに基づいてＣＰＵやその周辺機器等が作動することにより、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）及び窒素（Ｎ）の濃度を演算する。なお、演算部１２は、コンピュータによることなくバッファや増幅器、比較器等を用いたディスクリートアナログ回路を用いて構成しても構わない。
【００４４】
演算部１２は、試料に含まれる酸素濃度を演算するに際して、試料内部の酸素濃度が所定の閾値（１５０ｐｐｍ）以上の場合には、ＣＯ検出部５により得られた酸素濃度を出力値とし、試料ガス中の酸素濃度が閾値（１５０ｐｐｍ）未満の場合には、ＣＯ２検出部７により得られた酸素濃度を出力値とする。より詳細には、低濃度領域において高精度の性能を示すＣＯ２検出部７により得られた酸素濃度が１５０ｐｐｍ以上の場合には、ＣＯ検出部５により得られた測定値より算出された酸素濃度を出力部に出力し、ＣＯ２検出部７により得られた酸素濃度が１５０ｐｐｍ未満の場合には、ＣＯ２検出部７により得られた測定値により算出された酸素濃度を出力部に出力する。なお、前記所定の閾値は、ＣＯ検出部５により得られた酸素濃度又はＣＯ２検出部７により得られた酸素濃度のいずれを出力値とするかを切り換えるための酸素濃度であり、高濃度と判断するための酸素濃度（前述したように、例えば１５０ｐｐｍ以上、なお高濃度と判断する濃度として１５０〜３００ｐｐｍが好ましい。）と同一である。
【００４５】
最後に、白金炭素触媒のメタンの分解作用についての実験結果を図２及び図３に示す。
【００４６】
図２は、ヘリウムをベースガスとして、メタン濃度約１５０ｐｐｍ、窒素濃度約２０００ｐｐｍを含むサンプルガスを、（ａ）ガス処理部無しのガス流路を通してＮ２検出部（ＴＣＤ）で検出した場合、（ｂ）約１０００度に加熱したガス処理部（白金炭素触媒）を設けたガス通路通してＮ２検出部（ＴＣＤ）で検出した場合、（ｃ）約１０００度に加熱したガス処理部（活性炭触媒）を設けたガス通路を通してＮ２検出部（ＴＣＤ）で検出した場合、において、それぞれＮ２検出部（ＴＣＤ）での窒素の測定結果を示す。この図２から分かるように、サンプルガスを白金炭素触媒又は活性炭触媒を通過させることにより、いずれも測定される窒素濃度が低下している。このことから、メタンが白金炭素触媒又は活性炭触媒により分解されて、メタンによるＮ２検出部における測定誤差が低減されていることが分かる。
【００４７】
図３は、前記サンプルガスを（ａ）ガス処理部無しのガス流路を通してフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）で検出した場合、（ｂ）約１０００度に加熱したガス処理部（白金炭素触媒）を設けたガス通路通してＦＴＩＲで検出した場合、の測定結果を示す。この図３から分かるように、メタンが白金炭素触媒により分解されていることが分かる。
【００４８】
＜本実施形態の効果＞
【００４９】
このように構成した本実施形態に係る元素分析装置１００によれば、１つのフローの中で、酸素、窒素、水素の３成分を同時測定可能であり、酸化部６上流側に検出部としてＣＯ検出部５のみを設け、そのＣＯ検出部５における酸素濃度測定の測定誤差の要因となる二酸化炭素及び遊離酸素を、ガス処理部４により一酸化炭素に還元しているので、ＣＯ検出器５のみを用いて試料内部に含まれる酸素濃度を高精度に測定することができる。
【００５０】
また、Ｎ２検出部１０における窒素濃度測定の測定誤差の要因となる炭化水素を、ガス処理部４により炭素及び水素に分解するとともに、酸化部６によりＮ２検出部１０の上流側に設けられた除去機構９により吸着除去される形態に変化させているので、炭化水素がＮ２検出部１０で検出されることを防止し、試料内部に含まれる窒素濃度を高精度に測定することができる。この場合においては、試料ガスに含まれる炭化水素が分解されて生成された水素が酸化部６により水（水蒸気）に酸化されてＨ２Ｏ検出部８に導かれて検出されるので、水素濃度の測定精度を向上させることができる。
【００５１】
さらに、Ｎ２検出部１０による窒素濃度測定の測定誤差の要因となるアンモニアを、ガス処理部４により窒素及び水素に分解して、Ｎ２検出部１０による窒素濃度測定の測定誤差を低減できるだけでなく、アンモニアに含まれる窒素を測定することができるので、窒素濃度測定の測定精度を一層向上させることができる。また、アンモニアが分解されて生じる水素は、酸化部６により水に酸化されて、Ｈ２Ｏ検出部８に導かれて検出されるので、水素濃度の測定精度を向上させることができる。
【００５２】
したがって、装置構成を簡単にしながらも、試料に含まれる酸素、水素及び窒素濃度の測定精度を向上させることができる。
【００５３】
＜その他の変形実施形態＞
【００５４】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。
【００５５】
例えば、前記実施形態の元素分析装置は、ＣＯ検出部５、ＣＯ２検出部７、Ｈ２Ｏ検出部８及びＮ２検出部１０を備えるものであったが、その他、図４に示すように、ＣＯ検出部５及びＮ２検出部１０のみ、或いは図５に示すように、ＣＯ検出部５、Ｈ２Ｏ検出部８及びＮ２検出部１０のみを備えるものであっても良い。なお、いずれの場合においても前記実施形態の加熱機構を不要とすることができる。
【００５６】
また、ＣＯ２検出部がＮＤＩＲであれば、ＣＯ２の測定値にＨ２Ｏも含まれてしまい測定誤差に成ってしまう。そこで演算部が、Ｈ２Ｏ検出部により得られた水の濃度に基づいて、ＣＯ２検出部の検出値を補正するようにしても良い。
【００５７】
さらに、加熱炉は、電極炉の他に高周波炉であっても良い。
【００５８】
その上、ガス処理部には、白金炭素触媒の他に、活性炭などの炭素系触媒を用いることもできる。
【００５９】
その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記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ことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施形態に係る元素分析装置の概略構成図。
【図２】白金炭素触媒によるメタン（ＣＨ４）の分解作用を示す比較図。
【図３】白金炭素触媒によるメタン（ＣＨ４）の分解作用を示す比較図。
【図４】変形実施形態に係る元素分析装置の概略構成図。
【図５】変形実施形態に係る元素分析装置の概略構成図。
【符号の説明】
【００６１】
１００・・・元素分析装置
Ｒ ・・・るつぼ
１ ・・・加熱炉
２ ・・・ガス流路
３ ・・・ダストフィルタ
４ ・・・ガス処理部
５ ・・・ＣＯ検出部
６ ・・・酸化部
７ ・・・ＣＯ２検出部
８ ・・・Ｈ２Ｏ検出部
９ ・・・除去機構
９１ ・・・ＣＯ２除去部
９２ ・・・Ｈ２Ｏ除去部
１０ ・・・Ｎ２検出部
１１ ・・・加熱機構
１２ ・・・演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鉄鋼や非鉄金属、セラミックスなどの測定試料中に含まれる窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）等の元素を分析する元素分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の元素分析装置は、試料を収容した黒鉛るつぼを加熱炉内において一対の電極により挟持し、当該るつぼに直接電圧を印加することにより、るつぼ及びるつぼ内の試料を加熱して、それによって生じたガスを分析して前記試料に含まれる元素を分析するものがある。
【０００３】
そして、この元素分析装置として、特許文献１に示すように、加熱炉からの試料ガスをガス流路に流し、当該ガス流路にＣＯ検出部（ＮＤＩＲ（非分散型赤外線ガス分析計））、ＣＯ２検出部（ＮＤＩＲ）、酸化試薬（酸化銅（ＣｕＯ））、Ｈ２Ｏ検出部（ＮＤＩＲ）、ＣＯ２検出部（ＮＤＩＲ）、Ｈ２Ｏ吸着部及びＮ２検出部（ＴＣＤ（熱伝導度型分析計））を、この順に直列に設けているものがある。
【０００４】
特許文献１に記載の元素分析装置は、試料に含まれる酸素濃度が高濃度（約２００ｐｐｍ以上）の場合には、酸化試薬の上流側に設けられたＣＯ検出部及びＣＯ２検出部の出力の合計値を試料に含まれる酸素濃度とし、試料に含まれる酸素濃度が低濃度（約２００ｐｐｍ未満）の場合には、酸化試薬の下流側に設けられたＣＯ２検出部の出力により試料に含まれる酸素濃度としている。
【０００５】
しかしながら、試料ガスには黒鉛るつぼ中の炭素と未反応の酸素（遊離酸素）が含まれることがあり、この遊離酸素は、各検出器では原理的に検出することが困難であることから、酸素濃度測定の測定誤差を招いてしまうという問題がある。
【０００６】
また、タンタル合金などの高濃度の水素を含む試料を分析する場合には、加熱により生じた水素が、黒鉛るつぼの炭素と反応して炭化水素が発生してしまう。この炭化水素は、窒素の熱伝導率と近い熱伝導率を有し（３５０Ｋでの熱伝導率：窒素 ２９３．９、メタン ４１２）、酸化試薬によって酸化されず、またＨ２Ｏ吸着剤によっても吸着されないため、そのままＮ２検出部に入り検出されてしまう。その結果、炭化水素が、窒素濃度測定の測定誤差を招いてしまう問題がある。
【０００７】
さらに装置構成の観点においては、高濃度の酸素を検出するためにＣＯ検出部及びＣＯ２検出部を酸化試薬の上流側に設ける必要があり、構成の複雑化及び肥大化を避けることはできず、さらに製造コストが大きくなってしまうという問題もある。
【特許文献１】特許第３８２１４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、装置構成を簡単にしつつ、遊離酸素による酸素濃度測定の測定誤差を低減し、炭化水素による窒素濃度測定の測定誤差を低減することをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明に元素分析装置は、るつぼに入れた試料を加熱炉内で加熱し、当該試料内部に含まれている元素をガス成分として抽出して分析する元素分析装置であって、下記（１）〜（５）を備えることを特徴とする。
（１）試料ガスに含まれる少なくとも二酸化炭素、遊離酸素及び炭化水素を還元又は分解可能なガス処理部。
（２）前記ガス処理部を通過した試料ガスに含まれる一酸化炭素を検出するＣＯ検出部。
（３）前記ＣＯ検出部の下流側に設けられ、試料ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に酸化し、水素を水に酸化する酸化部。
（４）前記酸化部を通過した試料ガスから二酸化炭素を吸着して除去するＣＯ２除去部、及び前記酸化部を通過した試料ガスから水を吸着して除去するＨ２Ｏ除去部を有する除去機構。
（５）前記除去機構により二酸化炭素及び水が除去された試料ガスに含まれる窒素を検出するＮ２検出部。
【００１０】
このようなものであれば、酸化部上流側に検出部としてＣＯ検出部のみを設け、そのＣＯ検出部における酸素濃度測定の測定誤差の要因となる二酸化炭素及び遊離酸素を、ガス処理部により一酸化炭素に還元しているので、ＣＯ検出器のみを用いて試料内部に含まれる酸素濃度を高精度に測定することができる。また、Ｎ２検出部における窒素濃度測定の測定誤差の要因となる炭化水素を、ガス処理部により炭素及び水素に分解するとともに、酸化部によりＮ２検出部の上流側に設けられた除去機構により吸着除去される形態に変化させているので、炭化水素がＮ２検出部で検出されることを防止し、試料内部に含まれる窒素濃度を高精度に測定することができる。したがって、装置構成を簡単にしながらも、酸素濃度測定及び窒素濃度測定の測定誤差を低減して、それらの測定精度を向上させることができる。
【００１１】
１つのフローの中で、酸素、窒素、水素の３成分を同時測定可能にするためには、前記酸化部及び前記除去機構の間に設けられ、試料ガスに含まれる水を検出するＨ２Ｏ検出部をさらに備えることが望ましい。
【００１２】
これならば、従来の元素分析装置では水素が炭化水素の生成に使われて減少してしまい、その減少分が水素濃度測定の測定誤差となる可能性もあるところ、炭化水素の分解により生じた水素が、酸化部により水に酸化されてＨ２Ｏ検出部に導かれて検出されるので、水素濃度の測定精度を向上させることができる。
【００１３】
さらに、前記ガス処理部が試料ガスに含まれるアンモニアを分解可能であることが望ましい。アンモニアは、Ｎ２検出部及びＨ２Ｏ検出部によって検出されないどころか、少なくともＮ２検出部においては干渉ガスとなり、Ｎ２検出部による窒素濃度測定の測定誤差を招くという問題がある。試料ガスがアンモニアを含むものであれば、アンモニアが、ガス処理部によりＮ２とＨ２とに分解され、Ｎ２検出部による窒素濃度測定の測定誤差を低減できるだけでなく、アンモニアに含まれる窒素を検出することができるので、窒素濃度測定の測定精度を一層向上させることができる。一方、アンモニアが分解されて生じる水素は、酸化部により水に酸化されて、Ｈ２Ｏ検出部に導かれて検出されるので、水素濃度の測定精度を向上させることができる。
【００１４】
試料に含まれる酸素を濃度に関わらず高精度に検出可能にするためには、前記酸化部及び前記Ｈ２Ｏ検出部の間に設けられ、試料ガスに含まれる二酸化炭素を検出するＣＯ２検出部と、前記酸化部、前記ＣＯ２検出部及び前記Ｈ２Ｏ検出部を接続するガス流路を１００度以上に加熱する加熱機構と、をさらに備えることが望ましい。これならば、ＣＯ検出部により得られた酸素濃度又はＣＯ２検出部により得られた酸素濃度のいずれかにより、試料内部に含まれる酸素を測定することができ、酸素濃度に応じて、測定精度の良い検出部により得られた酸素濃度を採用することで、高精度に酸素濃度を測定することができる。また、一酸化炭素又は二酸化炭素に択一的に還元又は酸化して１つの検出部によって検出するようにしているので、一酸化炭素又は二酸化炭素の濃度に拘わらず、高精度に試料に含まれる酸素を測定することができる。さらに、加熱機構を備えているので、酸化部により酸化された気体の水（水蒸気）が、当該酸化部からＣＯ２検出部を通ってＨ２Ｏ検出部に至るまでの間にガス流路内で結露してＨ２Ｏ検出部による水素濃度測定の測定誤差を低減することができる。また、結露した水によってガス流路を形成する流通管が錆びてしまうことを防止することができる。
【００１５】
ＣＯ検出部により得られた酸素濃度及びＣＯ２検出部により得られた酸素濃度のいずれにより試料に含まれる酸素濃度にするかを自動的に決定するためには、前記各検出部からの測定信号を取得して、試料内部に含まれる元素濃度を演算する演算部を備え、当該演算部が、試料内部の酸素濃度が所定の閾値以上の場合には、前記ＣＯ検出部により得られた酸素濃度を出力値とし、試料内部の酸素濃度が前記閾値未満の場合には、前記ＣＯ２検出部により得られた酸素濃度を出力値とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
このように本発明によれば、装置構成を簡単にしつつ、遊離酸素による酸素濃度測定の測定誤差を低減し、炭化水素による窒素濃度測定の測定誤差を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、図１は本実施形態の元素分析装置１００の概略構成図である。
【００１８】
＜装置構成＞
本実施形態に係る元素分析装置１００は、るつぼＲ内に収容された金属試料又はセラミック試料（以下、単に試料とも言う）を加熱溶解し、その際に発生するガス成分を分析することによって、当該試料内部に含まれている元素を測定するものである。
【００１９】
具体的にこのものは、図１に示すように、加熱炉１内に発生した試料ガスをキャリアガス（例えばＨｅガス等）とともに流通させる単一ガス流路２を形成する流通管を有し、当該流通管上に、ガス処理部４、ＣＯ検出部５、酸化部６、ＣＯ２検出部７、Ｈ２Ｏ検出部８、除去機構９、及びＮ２検出部１０が、この順に直列に設けられている。なお、加熱炉１及びガス処理部４の間には、試料ガスを除塵するためにダストフィルタ３が設けられている。
【００２０】
以下各部４〜１０について詳細に説明する。
【００２１】
ガス処理部４は、ダストフィルタ３により除塵された試料ガスに含まれる少なくとも二酸化炭素、遊離酸素及び炭化水素を還元又は分解可能なものである。
【００２２】
本実施形態のガス処理部４は、白金をコーティングした炭素粒子（白金炭素（Ｐｔ−Ｃ）触媒）を用いて構成されており、具体的には、石英管内に白金炭素触媒を充填することにより構成され、その白金炭素触媒は、約６００〜約１１００℃程度（好ましくは１０００℃以上）に加熱されている。この触媒の加熱方法は、発熱抵抗体により加熱する方法等が考えられる。
【００２３】
具体的に白金炭素触媒は、試料ガスに含まれる遊離酸素（Ｏ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、炭化水素（主としてメタン（ＣＨ４））及びアンモニア（ＮＨ３）を還元又は分解する。この白金炭素触媒により、遊離酸素は一酸化炭素（ＣＯ）に還元され、二酸化炭素は一酸化炭素に還元される。また、炭化水素は炭素（Ｃ）及び水素（Ｈ２）に分解され、アンモニアは、窒素（Ｎ２）及び水素（Ｈ２）に分解される。
【００２４】
ＣＯ検出部５は、ガス処理部４を通過した試料ガスに含まれる一酸化炭素を検出してその濃度を測定（検出）するものであり、非分散型赤外線ガス分析計（ＮＤＩＲ）により構成されている。このＣＯ検出部５は、その測定精度から試料内部に含まれる酸素が高濃度（例えば１５０ｐｐｍ以上、なお高濃度と判断する濃度として１５０〜３００ｐｐｍが好ましい。）の場合に有効であり、加熱炉１内で発生してＣＯ検出部５に流入する一酸化炭素だけでなく、ガス処理部４の還元機能により遊離酸素から還元された一酸化炭素、及び二酸化炭素から還元された一酸化炭素も併せて測定する。
【００２５】
酸化部６は、ＣＯ検出部５の下流側に設けられ、試料ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に酸化するとともに、水素を水（Ｈ２Ｏ）に酸化して水蒸気を生成するものである。
【００２６】
本実施形態の酸化部６は、例えば酸化銅（ＣｕＯ）を用いて構成されており、具体的には、石英管内に酸化銅を充填することにより構成され、その酸化銅は、約６５０度程度に加熱されている。この酸化銅（ＣｕＯ）の加熱方法は、発熱抵抗体により加熱する方法等が考えられる。
【００２７】
以上の構成から本実施形態の元素分析装置１００において、酸化部６の上流側に設けられる検出部は、ＣＯ検出部５のみである。
【００２８】
ＣＯ２検出部７は、酸化部６及び後述する除去機構９の間、具体的に酸化部６及びＨ２Ｏ検出部８の間に設けられ、試料ガスに含まれる二酸化炭素を検出してその濃度を測定するものであり、非分散型赤外線ガス分析計（ＮＤＩＲ）により構成されている。このＣＯ２検出部７は、その測定精度から試料内部に含まれる酸素が低濃度（例えば１５０ｐｐｍ未満）の場合に有効である。
【００２９】
Ｈ２Ｏ検出部８は、酸化部６及び後述する除去機構９の間、具体的にはＣＯ２検出部７及び除去機構９の間に設けられ、試料ガスに含まれる水（水蒸気）を検出してその濃度を測定するものであり、非分散型赤外線ガス分析計（ＮＤＩＲ）により構成されている。このＨ２Ｏ検出部８は、加熱炉１内で発生した水素が酸化部６により酸化されて生成された水（水蒸気）だけでなく、ガス処理部４の分解機能により炭化水素（主としてメタン（ＣＨ４））から分解された水素が酸化部６により酸化されて生成された水（水蒸気）、及びガス処理部４の分解機能によりアンモニア（ＮＨ３）から分解された水素が酸化部６により酸化されて生成された水（水蒸気）を測定する。
【００３０】
そして、酸化部６、ＣＯ２検出部７及びＨ２Ｏ検出部８を接続するガス流路２を形成する流通管は、１００℃以上に加熱されている。具体的には、流通管の外周面には、発熱抵抗体等からなる加熱機構１１が設けられている。これにより、酸化部６により生成された水蒸気が、Ｈ２Ｏ検出部８に到達するまでに結露して減少して生じるＨ２Ｏ検出部８の測定誤差を防止することができる。さらに、結露した水によって流通管が錆びてしまうことを防止することもできる。
【００３１】
除去機構９は、酸化部６を通過した試料ガスから二酸化炭素を吸着して除去するＣＯ２除去部９１と、酸化部６を通過した試料ガスから水（水蒸気）を吸着して除去するＨ２Ｏ除去部９２とからなる。なお、本実施形態ではＣＯ２除去部９１及びＨ２Ｏ除去部９２がこの順に設けられている。
【００３２】
ＣＯ２除去部９１は、試料ガスに含まれる窒素に対して反応及び吸着等しないものであり、例えば、アスカライト又はゼオライト系モレキュラーシーブ等を用いることができる。Ｈ２Ｏ除去部９２は、試料ガスに含まれる窒素に対して反応及び吸着等しないものであり、例えば、過塩素酸マグネシウム又は塩化カルシウム等を用いることができる。
【００３３】
Ｎ２検出部１０は、除去機構９により二酸化炭素及び水が吸着除去された試料ガスに含まれる窒素を検出してその濃度を測定するものであり、熱伝導度型分析計（ＴＣＤ）により構成されている。このＮ２検出部１０は、加熱炉１内で発生してＮ２検出部１０に流入する窒素（Ｎ２）だけでなく、ガス処理部４の分解機能によりアンモニア（ＮＨ３）から分離された窒素も併せて測定する。また、窒素に熱伝導率の近いメタンは、Ｎ２検出部における干渉ガスと成りうるが、ガス処理部４によって分解されており、Ｎ２検出部１０の測定結果に影響を及ぼすことはない。
【００３４】
＜元素分析装置１００の動作＞
次にこのように構成した元素分析装置１００の分析フローを説明する。
【００３５】
加熱炉１内に試料を収容したるつぼＲを一対の電極により挟持して設置して、電極を通電してるつぼＲを通電加熱する。これにより、熱分解還元により生じる試料ガスをキャリアガスによりガス流路２に導出する。
【００３６】
ガス流路２を流れる試料ガスは、ダストフィルタ３を通ってガス処理部４に導かれる。そして、試料ガスに含まれる遊離酸素、二酸化炭素が還元されて一酸化炭素が生成される。また、試料ガスに含まれる炭化水素（主としてメタン）が炭素及び水素に分解されるとともに、アンモニアが窒素及び水素に分解される。このとき試料ガスに含まれる成分は、一酸化炭素、炭素、水素及び窒素である。
【００３７】
ガス処理部４を通過した試料ガスは、ＣＯ検出部５に導かれる。このＣＯ検出部５によって試料ガスに含まれる一酸化酸素の濃度が測定される。
【００３８】
次に、ＣＯ検出部５を通過した試料ガスは、酸化部６に導かれる。ここで、試料ガスに含まれる一酸化炭素は二酸化炭素に酸化され、水素は水（水蒸気）に酸化される。このとき試料ガスに含まれる成分は、二酸化炭素、水及び窒素である。
【００３９】
酸化部６を通過した試料ガスは、ＣＯ２検出部７に導かれる。このＣＯ２検出部７によって試料ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が測定される。
【００４０】
ＣＯ２検出部７により二酸化炭素の濃度が測定された試料ガスは、Ｈ２Ｏ検出部８に導かれる。このＨ２Ｏ検出部８によって試料ガスに含まれる水（水蒸気）の濃度が測定される。
【００４１】
Ｈ２Ｏ検出部８により水（水蒸気）の濃度が測定された試料ガスは、ＣＯ２除去部９１及びＨ２Ｏ除去部９２により二酸化炭素及び水（水蒸気）が吸着等されることにより除去される。ここで、試料ガスに含まれる成分は、窒素のみとなる。
【００４２】
そして、最後に試料ガスは、Ｎ２検出部１０に導かれ、窒素の濃度が測定される。
【００４３】
各検出部により得られた測定信号（各ガス成分の濃度を示す測定値）は、演算部１２に出力される。測定信号を取得した演算部１２は、各測定信号に基づいて、試料内部に含まれる酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）及び窒素（Ｎ）の濃度を演算する。そして、演算部は、演算結果である酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）及び窒素（Ｎ）の濃度を図示しない出力部（モニタ）に出力する。なお、演算部１２の具体的な構成は、例えばＣＰＵ、内部メモリ、入出力インタフェース、ＡＤ変換器等からなる汎用又は専用のコンピュータであり、前記内部メモリの所定領域に格納してあるプログラムに基づいてＣＰＵやその周辺機器等が作動することにより、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）及び窒素（Ｎ）の濃度を演算する。なお、演算部１２は、コンピュータによることなくバッファや増幅器、比較器等を用いたディスクリートアナログ回路を用いて構成しても構わない。
【００４４】
演算部１２は、試料に含まれる酸素濃度を演算するに際して、試料内部の酸素濃度が所定の閾値（１５０ｐｐｍ）以上の場合には、ＣＯ検出部５により得られた酸素濃度を出力値とし、試料ガス中の酸素濃度が閾値（１５０ｐｐｍ）未満の場合には、ＣＯ２検出部７により得られた酸素濃度を出力値とする。より詳細には、低濃度領域において高精度の性能を示すＣＯ２検出部７により得られた酸素濃度が１５０ｐｐｍ以上の場合には、ＣＯ検出部５により得られた測定値より算出された酸素濃度を出力部に出力し、ＣＯ２検出部７により得られた酸素濃度が１５０ｐｐｍ未満の場合には、ＣＯ２検出部７により得られた測定値により算出された酸素濃度を出力部に出力する。なお、前記所定の閾値は、ＣＯ検出部５により得られた酸素濃度又はＣＯ２検出部７により得られた酸素濃度のいずれを出力値とするかを切り換えるための酸素濃度であり、高濃度と判断するための酸素濃度（前述したように、例えば１５０ｐｐｍ以上、なお高濃度と判断する濃度として１５０〜３００ｐｐｍが好ましい。）と同一である。
【００４５】
最後に、白金炭素触媒のメタンの分解作用についての実験結果を図２及び図３に示す。
【００４６】
図２は、ヘリウムをベースガスとして、メタン濃度約１５０ｐｐｍ、窒素濃度約２０００ｐｐｍを含むサンプルガスを、（ａ）ガス処理部無しのガス流路を通してＮ２検出部（ＴＣＤ）で検出した場合、（ｂ）約１０００度に加熱したガス処理部（白金炭素触媒）を設けたガス通路通してＮ２検出部（ＴＣＤ）で検出した場合、（ｃ）約１０００度に加熱したガス処理部（活性炭触媒）を設けたガス通路を通してＮ２検出部（ＴＣＤ）で検出した場合、において、それぞれＮ２検出部（ＴＣＤ）での窒素の測定結果を示す。この図２から分かるように、サンプルガスを白金炭素触媒又は活性炭触媒を通過させることにより、いずれも測定される窒素濃度が低下している。このことから、メタンが白金炭素触媒又は活性炭触媒により分解されて、メタンによるＮ２検出部における測定誤差が低減されていることが分かる。
【００４７】
図３は、前記サンプルガスを（ａ）ガス処理部無しのガス流路を通してフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）で検出した場合、（ｂ）約１０００度に加熱したガス処理部（白金炭素触媒）を設けたガス通路通してＦＴＩＲで検出した場合、の測定結果を示す。この図３から分かるように、メタンが白金炭素触媒により分解されていることが分かる。
【００４８】
＜本実施形態の効果＞
【００４９】
このように構成した本実施形態に係る元素分析装置１００によれば、１つのフローの中で、酸素、窒素、水素の３成分を同時測定可能であり、酸化部６上流側に検出部としてＣＯ検出部５のみを設け、そのＣＯ検出部５における酸素濃度測定の測定誤差の要因となる二酸化炭素及び遊離酸素を、ガス処理部４により一酸化炭素に還元しているので、ＣＯ検出器５のみを用いて試料内部に含まれる酸素濃度を高精度に測定することができる。
【００５０】
また、Ｎ２検出部１０における窒素濃度測定の測定誤差の要因となる炭化水素を、ガス処理部４により炭素及び水素に分解するとともに、酸化部６によりＮ２検出部１０の上流側に設けられた除去機構９により吸着除去される形態に変化させているので、炭化水素がＮ２検出部１０で検出されることを防止し、試料内部に含まれる窒素濃度を高精度に測定することができる。この場合においては、試料ガスに含まれる炭化水素が分解されて生成された水素が酸化部６により水（水蒸気）に酸化されてＨ２Ｏ検出部８に導かれて検出されるので、水素濃度の測定精度を向上させることができる。
【００５１】
さらに、Ｎ２検出部１０による窒素濃度測定の測定誤差の要因となるアンモニアを、ガス処理部４により窒素及び水素に分解して、Ｎ２検出部１０による窒素濃度測定の測定誤差を低減できるだけでなく、アンモニアに含まれる窒素を測定することができるので、窒素濃度測定の測定精度を一層向上させることができる。また、アンモニアが分解されて生じる水素は、酸化部６により水に酸化されて、Ｈ２Ｏ検出部８に導かれて検出されるので、水素濃度の測定精度を向上させることができる。
【００５２】
したがって、装置構成を簡単にしながらも、試料に含まれる酸素、水素及び窒素濃度の測定精度を向上させることができる。
【００５３】
＜その他の変形実施形態＞
【００５４】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。
【００５５】
例えば、前記実施形態の元素分析装置は、ＣＯ検出部５、ＣＯ２検出部７、Ｈ２Ｏ検出部８及びＮ２検出部１０を備えるものであったが、その他、図４に示すように、ＣＯ検出部５及びＮ２検出部１０のみ、或いは図５に示すように、ＣＯ検出部５、Ｈ２Ｏ検出部８及びＮ２検出部１０のみを備えるものであっても良い。なお、いずれの場合においても前記実施形態の加熱機構を不要とすることができる。
【００５６】
また、ＣＯ２検出部がＮＤＩＲであれば、ＣＯ２の測定値にＨ２Ｏも含まれてしまい測定誤差に成ってしまう。そこで演算部が、Ｈ２Ｏ検出部により得られた水の濃度に基づいて、ＣＯ２検出部の検出値を補正するようにしても良い。
【００５７】
さらに、加熱炉は、電極炉の他に高周波炉であっても良い。
【００５８】
その上、ガス処理部には、白金炭素触媒の他に、活性炭などの炭素系触媒を用いることもできる。
【００５９】
その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記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ことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施形態に係る元素分析装置の概略構成図。
【図２】白金炭素触媒によるメタン（ＣＨ４）の分解作用を示す比較図。
【図３】白金炭素触媒によるメタン（ＣＨ４）の分解作用を示す比較図。
【図４】変形実施形態に係る元素分析装置の概略構成図。
【図５】変形実施形態に係る元素分析装置の概略構成図。
【符号の説明】
【００６１】
１００・・・元素分析装置
Ｒ ・・・るつぼ
１ ・・・加熱炉
２ ・・・ガス流路
３ ・・・ダストフィルタ
４ ・・・ガス処理部
５ ・・・ＣＯ検出部
６ ・・・酸化部
７ ・・・ＣＯ２検出部
８ ・・・Ｈ２Ｏ検出部
９ ・・・除去機構
９１ ・・・ＣＯ２除去部
９２ ・・・Ｈ２Ｏ除去部
１０ ・・・Ｎ２検出部
１１ ・・・加熱機構
１２ ・・・演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
るつぼに入れた試料を加熱炉内で加熱し、当該試料内部に含まれている元素をガス成分として抽出して分析する元素分析装置であって、
試料ガスに含まれる少なくとも二酸化炭素、遊離酸素及び炭化水素を還元又は分解可能なガス処理部と、
前記ガス処理部を通過した試料ガスに含まれる一酸化炭素を検出するＣＯ検出部と、
前記ＣＯ検出部の下流側に設けられ、試料ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に酸化し、水素を水に酸化する酸化部と、
前記酸化部を通過した試料ガスから二酸化炭素を吸着して除去するＣＯ２除去部、及び前記酸化部を通過した試料ガスから水を吸着して除去するＨ２Ｏ除去部を有する除去機構と、
前記除去機構により二酸化炭素及び水が除去された試料ガスに含まれる窒素を検出するＮ２検出部と、を備える元素分析装置。
【請求項２】
前記酸化部及び前記除去機構の間に設けられ、試料ガスに含まれる水を検出するＨ２Ｏ検出部をさらに備える請求項１記載の元素分析装置。
【請求項３】
前記酸化部及び前記Ｈ２Ｏ検出部の間に設けられ、試料ガスに含まれる二酸化炭素を検出するＣＯ２検出部と、
前記酸化部、前記ＣＯ２検出部及び前記Ｈ２Ｏ検出部を接続するガス流路を１００度以上に加熱する加熱機構と、をさらに備える請求項２記載の元素分析装置。
【請求項４】
前記各検出部からの測定信号を取得して、試料に含まれる元素濃度を演算する演算部を備え、当該演算部が、試料内部の酸素濃度が所定の閾値以上の場合には、前記ＣＯ検出部により得られた酸素濃度を出力値とし、試料内部の酸素濃度が前記閾値未満の場合には、前記ＣＯ２検出部により得られた酸素濃度を出力値とする請求項３記載の元素分析装置。
【請求項１】
るつぼに入れた試料を加熱炉内で加熱し、当該試料内部に含まれている元素をガス成分として抽出して分析する元素分析装置であって、
試料ガスに含まれる少なくとも二酸化炭素、遊離酸素及び炭化水素を還元又は分解可能なガス処理部と、
前記ガス処理部を通過した試料ガスに含まれる一酸化炭素を検出するＣＯ検出部と、
前記ＣＯ検出部の下流側に設けられ、試料ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に酸化し、水素を水に酸化する酸化部と、
前記酸化部を通過した試料ガスから二酸化炭素を吸着して除去するＣＯ２除去部、及び前記酸化部を通過した試料ガスから水を吸着して除去するＨ２Ｏ除去部を有する除去機構と、
前記除去機構により二酸化炭素及び水が除去された試料ガスに含まれる窒素を検出するＮ２検出部と、を備える元素分析装置。
【請求項２】
前記酸化部及び前記除去機構の間に設けられ、試料ガスに含まれる水を検出するＨ２Ｏ検出部をさらに備える請求項１記載の元素分析装置。
【請求項３】
前記酸化部及び前記Ｈ２Ｏ検出部の間に設けられ、試料ガスに含まれる二酸化炭素を検出するＣＯ２検出部と、
前記酸化部、前記ＣＯ２検出部及び前記Ｈ２Ｏ検出部を接続するガス流路を１００度以上に加熱する加熱機構と、をさらに備える請求項２記載の元素分析装置。
【請求項４】
前記各検出部からの測定信号を取得して、試料に含まれる元素濃度を演算する演算部を備え、当該演算部が、試料内部の酸素濃度が所定の閾値以上の場合には、前記ＣＯ検出部により得られた酸素濃度を出力値とし、試料内部の酸素濃度が前記閾値未満の場合には、前記ＣＯ２検出部により得られた酸素濃度を出力値とする請求項３記載の元素分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−３２２６４（Ｐ２０１０−３２２６４Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９２６５５（Ｐ２００８−１９２６５５）
【出願日】平成２０年７月２５日（２００８．７．２５）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２５日（２００８．７．２５）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
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