定量分析方法、定量分析装置及びプログラム
【課題】ＨＦ炉型炭素濃度計を用いた定量分析が実行でき、またＥＲ炉炭素濃度計またはＨＦ炉型炭素濃度計のいずれを用いても、定量分析の処理速度を大幅に向上させることが可能な定量分析方法を提供する。
【解決手段】加熱前に遊離炭素を含む炭化ケイ素の質量を測定する。続いて、マッフル炉を用いて所定温度にて所定時間、遊離炭素を含む炭化ケイ素を加熱させる。その後、加熱後の炭化ケイ素及び酸化ケイ素の質量を測定する。続いてこれらをＨＦ炉５１に投入し、これらを燃焼させ、燃焼後の炭素濃度を測定する。遊離炭素を含む炭化ケイ素を加熱させる場合に得られる第１反応方程式及び加熱後の炭化ケイ素及び酸化ケイ素を燃焼させる場合に得られる第２反応方程式に基づき導出されるモデル式へ、測定した前後の質量及び炭素濃度を代入することにより遊離炭素含有率を算出する。
【解決手段】加熱前に遊離炭素を含む炭化ケイ素の質量を測定する。続いて、マッフル炉を用いて所定温度にて所定時間、遊離炭素を含む炭化ケイ素を加熱させる。その後、加熱後の炭化ケイ素及び酸化ケイ素の質量を測定する。続いてこれらをＨＦ炉５１に投入し、これらを燃焼させ、燃焼後の炭素濃度を測定する。遊離炭素を含む炭化ケイ素を加熱させる場合に得られる第１反応方程式及び加熱後の炭化ケイ素及び酸化ケイ素を燃焼させる場合に得られる第２反応方程式に基づき導出されるモデル式へ、測定した前後の質量及び炭素濃度を代入することにより遊離炭素含有率を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遊離炭素を含む炭化物を定量分析する定量分析方法、定量分析装置及び該定量分析装置を機能させるためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭化ケイ素等の炭化物に含まれる遊離炭素を定量する場合、ＪＩＳ規格（Ｒ１６１６−１９９４）に従い、電気抵抗加熱炉炭素濃度計（以下、ＥＲ炉炭素濃度計）を用いて遊離炭素含有率を算出している（例えば特許文献１参照）。これは、試料を酸素気流中で８５０℃に加熱し、生成した二酸化炭素（及び一酸化炭素）を測定し、加熱後の試料の質量増加から炭化ケイ素の酸化による二酸化炭素量を算出し補正するという燃焼−質量補正法を用いるものである。
【０００３】
以下に、その詳細な手順を説明する。まずＥＲ炉炭素濃度計のＥＲ炉内の温度を８５０℃とする。次に試料をボートにはかり取り、一様な厚さに広げる。ここで、加熱前の試料のはかり取り量を記録する。ＥＲ炉炭素濃度計の燃焼管入口の栓を開き、試料の入ったボートを燃焼管の中央部まで挿入し、直ちに気密に栓をして酸素を指定の流量で流しながら加熱し、１０分後に炭素濃度計の積算値を読み取る。そして加熱後ボートを燃焼管から取り出し、デシケータ中で放冷した後、その質量を計測する。このようにして、加熱前後の質量変化及び加熱時に炭素濃度計で直接測定した炭素濃度に基づき、遊離炭素含有率を算出することができる。
【特許文献１】特開２００２−３４０７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＥＲ炉炭素濃度計に代えて、現在多く普及している高周波誘導加熱炉炭素濃度計（以下、ＨＦ炉型炭素濃度計）を用いる場合、ＥＲ炉炭素濃度計と異なり厳密な温度管理ができないため、ＪＩＳ規格で指定するような温度条件にて遊離炭素を完全に脱離させ、そのとき生成したＣＯ2 を炭素濃度計で測定することはできない。また、ＥＲ炉炭素濃度計を用いた場合でも、それぞれの試料について個別に１０分程度加熱し、その後炭素濃度を計測する必要があるため、多くの試料を短時間で計測するには向かないという問題があった。
【０００５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、遊離炭素を含む炭化物を加熱させる段階と、炭素濃度計測のために加熱後の炭化物及び酸化物を加熱させる段階とに分け、各段階の反応方程式から得られるモデル式へ、加熱前後の質量及び炭素濃度を代入することにより、ＨＦ炉型炭素濃度計を用いた定量分析が実行でき、またＥＲ炉炭素濃度計またはＨＦ炉型炭素濃度計のいずれを用いても、定量分析の処理速度を大幅に向上させることが可能な定量分析方法、定量分析装置及び該定量分析装置を機能させるためのプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る定量分析方法は、遊離炭素を含む炭化物を定量分析する定量分析方法において、遊離炭素を含む炭化物の質量を測定し、所定温度にて所定時間前記炭化物を加熱し、加熱後の炭化物及び酸化物の質量を測定し、加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させ炭素濃度計にて炭素濃度を測定し、遊離炭素を含む炭化物を加熱する場合に得られる第１反応方程式及び前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させる場合に得られる第２反応方程式に基づき導出されるモデル式へ、前記測定した加熱前後の質量及び炭素濃度を代入して遊離炭素含有率を算出することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る定量分析方法は、遊離炭素を含む炭化物を加熱させる場合に得られる第１反応方程式及び前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させる場合に得られる第２反応方程式に基づき導出されるモデル式へ、前記測定した加熱前後の質量及び炭素濃度を代入して加熱前の炭化物の炭素含有率をさらに算出することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る定量分析方法は、前記炭化物は、炭化ケイ素であり、前記モデル式は、
【０００９】
【数１】
【００１０】
ただし、
Ｆ．Ｃ[％]：遊離炭素含有率
Ｗ１：加熱前の遊離炭素を含む炭化物の測定質量
Ｗ２：加熱後の炭化物及び酸化物の測定質量
Ａ：炭素濃度計による測定炭素濃度
であることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る定量分析方法は、前記炭化物は、炭化ケイ素であり、前記モデル式は、
【００１２】
【数２】
【００１３】
ただし、
Ｃ[％]：炭化ケイ素中の炭素含有率
Ｗ１：加熱前の遊離炭素を含む炭化物の測定質量
Ｗ２：加熱後の炭化物及び酸化物の測定質量
Ａ：炭素濃度計による測定炭素濃度
であることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る定量分析方法は、前記炭素濃度計は、高周波誘導加熱炉炭素濃度計であることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る定量分析方法は、前記炭化物は、炭化ホウ素であることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る定量分析装置は、遊離炭素を含む炭化物を定量分析する定量分析装置において、遊離炭素を含む炭化物の質量の入力を受け付ける手段と、所定温度にて所定時間前記炭化物を加熱させた後の炭化物及び酸化物の質量の入力を受け付ける手段と、前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させ炭素濃度計にて測定した炭素濃度の入力を受け付ける手段と、遊離炭素を含む炭化物を加熱させる場合に得られる第１反応方程式及び前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させる場合に得られる第２反応方程式に基づき導出されるモデル式を記憶部から読み出す手段と、該読み出したモデル式へ、前記受け付けた加熱前後の質量及び炭素濃度を制御部により代入して遊離炭素含有率を算出する手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る定量分析装置は、前記炭化物は、炭化ケイ素であり、前記モデル式は、
【００１８】
【数３】
【００１９】
ただし、
Ｆ．Ｃ[％]：遊離炭素含有率
Ｗ１：加熱前の遊離炭素を含む炭化物の測定質量
Ｗ２：加熱後の炭化物及び酸化物の測定質量
Ａ：炭素濃度計による測定炭素濃度
であることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係るプログラムは、遊離炭素を含む炭化物をコンピュータにより定量分析するためのプログラムにおいて、コンピュータに、遊離炭素を含む炭化物の質量の入力を受け付けるステップと、所定温度にて所定時間前記炭化物を加熱させた後の炭化物及び酸化物の質量の入力を受け付けるステップと、前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させ炭素濃度計にて測定した炭素濃度の入力を受け付けるステップと、遊離炭素を含む炭化物を加熱させる場合に得られる第１反応方程式及び前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させる場合に得られる第２反応方程式に基づき導出されるモデル式を記憶部から読み出すステップと、該読み出したモデル式へ、前記受け付けた加熱前後の質量及び炭素濃度を制御部により代入して遊離炭素含有率を算出するステップとを実行させることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係るプログラムは、前記炭化物は、炭化ケイ素であり、前記モデル式は、
【００２２】
【数４】
【００２３】
ただし、
Ｆ．Ｃ[％]：遊離炭素含有率
Ｗ１：加熱前の遊離炭素を含む炭化物の測定質量
Ｗ２：加熱後の炭化物及び酸化物の測定質量
Ａ：炭素濃度計による測定炭素濃度
であることを特徴とする。
【００２４】
本発明にあっては、まず、加熱前に遊離炭素を含む炭化物（炭化ケイ素または炭化ホウ素等）の質量を測定する。続いて、マッフル炉等を用いて所定温度にて所定時間、遊離炭素を含む炭化物を加熱させる。その後、加熱後の炭化物及び酸化物（酸化ケイ素または酸化ホウ素）の質量を測定する。続いて加熱後の炭化物及び酸化物を炭素濃度計に投入し、これらを燃焼させ、燃焼後の炭素濃度を測定する。遊離炭素を含む炭化物を加熱させる場合に得られる第１反応方程式及び前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させる場合に得られる第２反応方程式に基づき導出されるモデル式へ、測定した加熱前後の質量及び炭素濃度を代入する。
【００２５】
遊離炭素含有率を算出する場合、第１反応方程式及び第２反応方程式を用いて質量分率をとることにより、モデル式は、式（１）で表現できる。一方、炭化物中の炭素含有率も同様に、式（２）により表現される。そして、これらモデル式へ測定した加熱前後の質量及び炭素濃度を代入することにより、遊離炭素を含む炭化物中の遊離炭素含有率、及び、炭化物中の炭素含有率が算出できるので、所定時間、所定温度加熱させる処理をマッフル炉等に置き換えて実行することができ、ＨＦ炉型炭素濃度計を用いた場合でも、遊離炭素含有率を定量分析することが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明にあっては、遊離炭素を含む炭化物を加熱させる段階と、炭素濃度計測のために加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させる段階との２段階に分け、各段階の反応方程式から得られるモデル式へ、前後の質量及び炭素濃度を代入することにより、遊離炭素含有率及び炭素含有率を算出する。これにより、所定時間、所定温度に加熱させる処理をマッフル炉等に置き換えて実行することができ、ＨＦ炉型炭素濃度計を用いた場合でも、遊離炭素含有率を定量分析することが可能となる。また、所定時間、所定温度加熱させる処理を多くの試料を加熱することが可能なマッフル炉（電気抵抗炉）で行わせ、より短時間での燃焼及び計測処理をＨＦ炉型炭素濃度計、または、ＥＲ炉炭素濃度計で並列して行わせ得るようにしたので、短時間で多くの炭化物の定量分析が可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
実施の形態１
以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は加熱処理の第１段階を示す説明図である。本実施の形態においては、炭化物として炭化ケイ素原料粉を用いた例について説明する。この炭化ケイ素原料粉には、一般に炭化ケイ素と微量の遊離炭素（不純物炭素）が含まれている。第１段階においては遊離炭素を含む炭化ケイ素（ＳｉＣ）１（以下、試料１）、磁製るつぼ２、マッフル炉３及びデシケータ４を用いる。まず、磁製るつぼ２を十分に空焼きして水分等を除去する。なお、本実施の形態においては磁製るつぼを用いたが石英等からなるるつぼを用いても良い。空焼き後の磁製るつぼ２を冷却させ、その中に、例えば０．１ｇの試料１を投入する。このときの試料１の質量をＷ１とする。なお、このＷ１は試料１と磁製るつぼ２との合計質量であっても良い。
【００２８】
そして磁製るつぼ２をマッフル炉３に入れ、遊離炭素を完全に脱離させるべく所定温度で、所定時間加熱させる。なお、このときの温度は例えば約９００℃であり、時間は１０分程度とすれば良い。加熱後、磁製るつぼ２を取り出し、デシケータ４を用い水分等を吸着させないよう磁製るつぼ２ごと常温まで冷却させる。この冷却後の炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）１１（以下、試料１１）の質量をＷ２とする。なお、このＷ２は試料１１と磁製るつぼ２との合計質量としても良い。試料１を加熱させて試料１１を得る際の化学反応式（以下、第１反応方程式）は式（５）で表される。
【００２９】
【数５】
【００３０】
ここで、ａ、ｂ、及びｃは物質量の比（モル比）を示す係数である。試料１（遊離炭素を含む炭化ケイ素）の質量Ｗ１は第１反応方程式から、式（６）の如く表すことができる。なお、１ｍｏｌあたりの質量を炭素Ｃ＝１２、炭化ケイ素ＳｉＣ＝４０、酸化ケイ素ＳｉＯ2 ＝６０としている。
【００３１】
【数６】
【００３２】
同様に試料１１（炭化ケイ素及び酸化ケイ素）の質量Ｗ２は第１反応方程式から、式（７）の如く表すことができる。
【００３３】
【数７】
【００３４】
第１反応方程式におけるＯ2 及びＣＯ2 は気体であるので質量は無視している。第１段階における加熱処理おいては、遊離炭素が完全に抽出されており、質量Ｗ２と質量Ｗ１との差は、ＳｉＣからＳｉＯ2 への質量変化と遊離炭素の加熱による質量変化とを示すものである。
【００３５】
図２は第２段階における燃焼処理で用いるＨＦ炉型炭素濃度計のハードウェア構成を示すブロック図である。図において５は定量分析装置たるＨＦ炉型炭素濃度計であり、高周波誘導加熱炉５１（以下、ＨＦ炉）、脱水管５２、炭素濃度計５３、増幅器５４、Ａ／Ｄ変換器５５及びコンピュータ６を含んで構成される。冷却された試料１１に、例えば、助燃剤としてタングステンチップ１ｇ、Ｓｎ（スズ）粒１ｇ及びＣｕ（銅）粒２ｇを順に加え、その後、これらをＨＦ炉５１内部に挿入する。
【００３６】
その後ＨＦ炉５１を直ちに気密に栓をして酸素を所定の流量で流しつつ試料１１を燃焼させる。このＨＦ炉５１においては温度約１５００℃〜１８００℃で、約１〜２分試料１１を燃焼させる。ＨＦ炉５１からは、ＣＯ2 （二酸化炭素）、ＣＯ（一酸化炭素）、Ｈ2 Ｏ（水）及びＯ2（酸素）が脱水管５２へむけて排出される。脱水管５２には例えば、過塩素酸マグネシウム等の脱水剤が投入されており、Ｈ2 Ｏが除去される。その後、ＣＯ2、ＣＯ及びＯ2 は炭素濃度計５３へ排出される。炭素濃度計５３は赤外線射出光源及び赤外線検出器等を内部に備え、赤外線吸収量に基づいて、ＣＯ及びＣＯ2 を測定し、その測定値を出力する。計測された計測値は増幅器５４にて増幅され、Ａ／Ｄ変換器５５へ入力される。Ａ／Ｄ変換器５５においてアナログ信号からデジタル信号へ変更され、最終的に炭素濃度Ａ（％）が得られる。
【００３７】
以上述べた第２段階における燃焼処理は式（８）で示す化学反応式（以下、第２反応方程式）で表すことができる。
【００３８】
【数８】
【００３９】
式（８）で示す第２反応方程式から炭素濃度Ａは、式（９）で表すことができる。
【００４０】
【数９】
【００４１】
なお、原子量及び濃度の定義から、式（９）右辺分子は４４（ａ−ｃ）となるが、炭素濃度計５３では測定値はＣＯ2 濃度等を炭素（Ｃ）濃度に変換しているから、ＣＯ2 ＝４４を用いるのではなく、Ｃ＝１２を用いて１２（ａ−ｃ）としている。
【００４２】
同様に、第１反応方程式及び第２反応方程式から質量分率をとることにより遊離炭素の試料１に対する含有率Ｆ．Ｃ[％]は式（１０）で表すことができる。
【００４３】
【数１０】
【００４４】
さらに、第１反応方程式及び第２反応方程式から質量分率をとることにより遊離炭素を除く炭化ケイ素（ＳｉＣ）中の炭素（Ｃ）の試料１に対する含有率Ｃ[％]は、式（１１）で表すことができる。
【００４５】
【数１１】
【００４６】
第１反応方程式及び第２反応方程式から得られた式（６）、式（７）及び式（９）の連立方程式を解くことにより、係数ａ，ｂ及びｃが得られる。そしてこれら得られた係数の値を式（１０）へ代入することにより、式（１）のとおり、試料１に対する遊離炭素含有率Ｆ．Ｃ[％]を示す第１モデル式が導出される。
【００４７】
さらに、得られた係数の値を式（１１）へ代入することにより、式（２）のとおり、遊離炭素を除く炭化ケイ素（ＳｉＣ）中の炭素（Ｃ）の試料１に対する含有率Ｃ[％]を示す第２モデル式が導出される。
【００４８】
導出された第１モデル式及び第２モデル式へ測定した加熱前後の質量Ｗ１、Ｗ２及び計測した炭素濃度Ａを代入することにより、遊離炭素含有率及び炭素含有率が求まることになる。なお、この求めた遊離炭素含有率と炭素含有率とを加算することにより、試料１の全体的な炭素含有率（全炭素濃度）を得ることができる。
【００４９】
次に図２に示すコンピュータ６について説明する。コンピュータ６は例えばパーソナルコンピュータ等が用いられる。コンピュータ６は、制御部としてのＣＰＵ(Central Processing Unit)６１、ＲＡＭ(Random Access Memory)６２、入力部６８、表示部６４、操作部６３及び記憶部６５を含んで構成される。ＣＰＵ６１は、バス６７を介してコンピュータ６のハードウェア各部と接続されていて、それらを制御すると共に、記憶部６５に格納された制御プログラム６５Ｐに従って、各ソフトウェア処理を実行する。
【００５０】
表示部６４は例えば液晶ディスプレイ等であり、操作部６３はキーボード及びマウス等から構成される。入力部６８はＡ／Ｄ変換器５５から出力される測定値から求められた炭素濃度の値の入力を受け付けるものであり、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ポート、シリアルポート、ＬＡＮカード等である。なお、入力部６８をキーボード等により構成し、Ａ／Ｄ変換器５５で得られた炭素濃度をオペレータ等が手入力するようにしても良い。記憶部６５は例えばハードディスクで構成され、内部には上述した制御プログラム６５Ｐ及びモデル式記憶ファイル６５１が記憶されている。モデル式記憶ファイル６５１には上述した第１モデル式及び第２モデル式が記憶されている。ＲＡＭ６２は任意のアドレスを指定して読み書きすることが可能な半導体メモリである。
【００５１】
ＣＰＵ６１は、Ａ／Ｄ変換器５５から出力される測定値に基づいて求められた炭素濃度Ａを、入力部６８を介して受け付け、また加熱前の質量Ｗ１及び加熱後の質量Ｗ２の値を、それぞれ操作部６３を介して受け付ける。ＣＰＵ６１はこれら受け付けた炭素濃度Ａ、質量Ｗ１及びＷ２をＲＡＭ６２に記憶する。なお、これら質量Ｗ１及びＷ２はオペレータ等が操作部６３から手入力するようにすればよい。ＣＰＵ６１は制御プログラム６５Ｐを実行し、モデル式記憶ファイル６５１に記憶された第１モデル式及び第２モデル式を読み出す。そして、ＣＰＵ６１は、第１モデル式及び第２モデル式に、ＲＡＭ６２に記憶した炭素濃度Ａ、質量Ｗ１及びＷ２を代入し、遊離炭素含有率Ｆ．Ｃ[％]及び炭化ケイ素中の炭素含有率Ｃ[％]をそれぞれ算出し、表示部６４へ出力する。なお、試料１の総炭素含有率は遊離炭素含有率Ｆ．Ｃ[％]と炭素含有率Ｃ[％]との合計値で表すことができるため、ＣＰＵ６１はこれらの値を加算したものを総炭素含有率として表示部６４へ出力する。
【００５２】
図３はコンピュータ６における定量分析処理の手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ６１は、操作部６３を介して加熱前の質量Ｗ１の入力を受け付ける（ステップＳ３１）。同様に、ＣＰＵ６１は、操作部６３を介して加熱後の質量Ｗ２の入力を受け付ける（ステップＳ３２）。さらに、ＣＰＵ６１は、Ａ／Ｄ変換器５５から出力される炭素濃度Ａを、入力部６８を介して受け付ける（ステップＳ３３）。ＣＰＵ６１はこれら受け付けた炭素濃度Ａ、質量Ｗ１及びＷ２をＲＡＭ６２に記憶する。ＣＰＵ６１は制御プログラム６５Ｐを実行し、モデル式記憶ファイル６５１に記憶された第１モデル式及び第２モデル式を読み出す（ステップＳ３４）。
【００５３】
ＣＰＵ６１は、第１モデル式及び第２モデル式に、ＲＡＭ６２に記憶した炭素濃度Ａ、質量Ｗ１及びＷ２を代入し、遊離炭素含有率Ｆ．Ｃ[％]及び炭化ケイ素中の炭素含有率Ｃ[％]をそれぞれ算出する（ステップＳ３５）。また、ＣＰＵ６１は算出した遊離炭素含有率Ｆ．Ｃ[％]と炭素含有率Ｃ[％]とを加算して、試料１の総炭素含有率を算出する（ステップＳ３６）。最後に、ＣＰＵ６１は算出した遊離炭素含有率、炭素含有率及び総炭素含有率を表示部６４へ表示する（ステップＳ３７）。なお、本実施の形態においては、ＨＦ炉５１を用いたが、他の加熱炉、例えばＥＲ炉を用いても良いことはもちろんである。
【００５４】
実施の形態２
実施の形態１においては炭化物として炭化ケイ素を用いたが、炭化ケイ素以外でも加熱により酸化物の特定が可能である場合、同様にモデル化して質量補正を行うことが可能である。実施の形態２に示す如く、炭化ホウ素（Ｂ4 Ｃ）を用いても良い。炭化ホウ素をマッフル炉３で加熱させた場合、すなわち第１段階における加熱を示す化学反応式は式（１２）の如く表される。
【００５５】
【数１２】
【００５６】
同様に、加熱後の炭化ケイ素Ｂ4 Ｃ及び酸化物Ｂ2 Ｏ3 をさらに燃焼させた場合、すなわち第２段階における燃焼を示す化学反応式は式（１３）の如く表される。
【００５７】
【数１３】
【００５８】
これらについても実施の形態１で述べた方法と同じく式（１２）及び式（１３）で示す化学反応式からモデル式及び各係数の値を求めることができる。そして、計測した質量Ｗ１、Ｗ２及び炭素濃度Ａをこのモデル式へ代入することにより、遊離炭素含有率、Ｂ4 Ｃ中の炭素含有率及び総炭素含有率を算出することが可能となる。
【００５９】
また、任意の炭化物ＭＣの酸化物が複数（例えばＭＯ2 、ＭＯ3 ）存在する場合（例えばＷＣ（タングステンカーバイト）等のようにＷＯ2 、ＷＯ3 が生成される場合）、化学反応式は式（１４）及び式（１５）で表すことができる。なお、係数Ｘ及びＹはＭＯ2 及びＭＯ3 の生成比を示し、Ｘ：Ｙが一定であることを条件とする。
【００６０】
【数１４】
【００６１】
【数１５】
【００６２】
ここで全ての係数を求める場合は加熱前後の質量Ｗ１、Ｗ２及び炭素濃度Ａを代入すると共に、各係数に適当な値を入力して最小２乗法等を用いたフィッティング処理を、コンピュータを用いて実行することにより、最適な係数の値を決定すればよい。これにより、同様にモデル式を得ることができる。
【００６３】
本実施の形態２は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６４】
実施の形態３
図４は実施の形態３に係るＨＦ炉型炭素濃度計５のハードウェア構成を示すブロック図である。実施の形態３に係る定量分析装置たるコンピュータ６を動作させるためのコンピュータプログラムは、本実施の形態３のように、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリーカード等の可搬型記録媒体１Ａで提供することも可能である。さらに、コンピュータプログラムを、ＬＡＮ、またはインターネット等の図示しない通信網を介して図示しないサーバコンピュータからダウンロードすることも可能である。以下に、その内容を説明する。
【００６５】
図４に示すコンピュータ６の図示しない記録媒体読み取り装置に、質量Ｗ１の入力を受け付けさせ、質量Ｗ２の入力を受け付けさせ、炭素濃度Ａの入力を受け付けさせ、モデル式を読み出させ、遊離炭素含有率を算出させるコンピュータプログラムが記録された可搬型記録媒体１Ａを、挿入して記憶部６５のプログラム内にこのプログラムをインストールする。または、かかるプログラムを、図示しない通信部を介して外部の図示しないサーバコンピュータからダウンロードし、記憶部６５にインストールするようにしても良い。かかるプログラムはＲＡＭ６２にロードして実行される。これにより、上述のような本発明のコンピュータ６として機能する。
【００６６】
本実施の形態３は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１及び２と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】加熱処理の第１段階を示す説明図である。
【図２】第２段階における燃焼処理で用いるＨＦ炉型炭素濃度計のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図３】コンピュータにおける定量分析処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態３に係るＨＦ炉型炭素濃度計のハードウェア構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ 試料（遊離炭素を含む炭化ケイ素）
２ 磁製るつぼ
３ マッフル炉
４ デシケータ
５ ＨＦ炉型炭素濃度計（高周波誘導加熱炉炭素濃度計、定量分析装置）
６ コンピュータ（定量分析装置）
１１ 試料（炭化ケイ素及び酸化ケイ素）
５１ ＨＦ炉（高周波誘導加熱炉）
５２ 脱水管
５３ 炭素濃度計
６１ ＣＰＵ（制御部）
６３ 操作部
６４ 表示部
６５ 記憶部
６８ 入力部
６５１ モデル式記憶ファイル
１Ａ 可搬型記録媒体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遊離炭素を含む炭化物を定量分析する定量分析方法、定量分析装置及び該定量分析装置を機能させるためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭化ケイ素等の炭化物に含まれる遊離炭素を定量する場合、ＪＩＳ規格（Ｒ１６１６−１９９４）に従い、電気抵抗加熱炉炭素濃度計（以下、ＥＲ炉炭素濃度計）を用いて遊離炭素含有率を算出している（例えば特許文献１参照）。これは、試料を酸素気流中で８５０℃に加熱し、生成した二酸化炭素（及び一酸化炭素）を測定し、加熱後の試料の質量増加から炭化ケイ素の酸化による二酸化炭素量を算出し補正するという燃焼−質量補正法を用いるものである。
【０００３】
以下に、その詳細な手順を説明する。まずＥＲ炉炭素濃度計のＥＲ炉内の温度を８５０℃とする。次に試料をボートにはかり取り、一様な厚さに広げる。ここで、加熱前の試料のはかり取り量を記録する。ＥＲ炉炭素濃度計の燃焼管入口の栓を開き、試料の入ったボートを燃焼管の中央部まで挿入し、直ちに気密に栓をして酸素を指定の流量で流しながら加熱し、１０分後に炭素濃度計の積算値を読み取る。そして加熱後ボートを燃焼管から取り出し、デシケータ中で放冷した後、その質量を計測する。このようにして、加熱前後の質量変化及び加熱時に炭素濃度計で直接測定した炭素濃度に基づき、遊離炭素含有率を算出することができる。
【特許文献１】特開２００２−３４０７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＥＲ炉炭素濃度計に代えて、現在多く普及している高周波誘導加熱炉炭素濃度計（以下、ＨＦ炉型炭素濃度計）を用いる場合、ＥＲ炉炭素濃度計と異なり厳密な温度管理ができないため、ＪＩＳ規格で指定するような温度条件にて遊離炭素を完全に脱離させ、そのとき生成したＣＯ2 を炭素濃度計で測定することはできない。また、ＥＲ炉炭素濃度計を用いた場合でも、それぞれの試料について個別に１０分程度加熱し、その後炭素濃度を計測する必要があるため、多くの試料を短時間で計測するには向かないという問題があった。
【０００５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、遊離炭素を含む炭化物を加熱させる段階と、炭素濃度計測のために加熱後の炭化物及び酸化物を加熱させる段階とに分け、各段階の反応方程式から得られるモデル式へ、加熱前後の質量及び炭素濃度を代入することにより、ＨＦ炉型炭素濃度計を用いた定量分析が実行でき、またＥＲ炉炭素濃度計またはＨＦ炉型炭素濃度計のいずれを用いても、定量分析の処理速度を大幅に向上させることが可能な定量分析方法、定量分析装置及び該定量分析装置を機能させるためのプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る定量分析方法は、遊離炭素を含む炭化物を定量分析する定量分析方法において、遊離炭素を含む炭化物の質量を測定し、所定温度にて所定時間前記炭化物を加熱し、加熱後の炭化物及び酸化物の質量を測定し、加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させ炭素濃度計にて炭素濃度を測定し、遊離炭素を含む炭化物を加熱する場合に得られる第１反応方程式及び前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させる場合に得られる第２反応方程式に基づき導出されるモデル式へ、前記測定した加熱前後の質量及び炭素濃度を代入して遊離炭素含有率を算出することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る定量分析方法は、遊離炭素を含む炭化物を加熱させる場合に得られる第１反応方程式及び前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させる場合に得られる第２反応方程式に基づき導出されるモデル式へ、前記測定した加熱前後の質量及び炭素濃度を代入して加熱前の炭化物の炭素含有率をさらに算出することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る定量分析方法は、前記炭化物は、炭化ケイ素であり、前記モデル式は、
【０００９】
【数１】
【００１０】
ただし、
Ｆ．Ｃ[％]：遊離炭素含有率
Ｗ１：加熱前の遊離炭素を含む炭化物の測定質量
Ｗ２：加熱後の炭化物及び酸化物の測定質量
Ａ：炭素濃度計による測定炭素濃度
であることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る定量分析方法は、前記炭化物は、炭化ケイ素であり、前記モデル式は、
【００１２】
【数２】
【００１３】
ただし、
Ｃ[％]：炭化ケイ素中の炭素含有率
Ｗ１：加熱前の遊離炭素を含む炭化物の測定質量
Ｗ２：加熱後の炭化物及び酸化物の測定質量
Ａ：炭素濃度計による測定炭素濃度
であることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る定量分析方法は、前記炭素濃度計は、高周波誘導加熱炉炭素濃度計であることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る定量分析方法は、前記炭化物は、炭化ホウ素であることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る定量分析装置は、遊離炭素を含む炭化物を定量分析する定量分析装置において、遊離炭素を含む炭化物の質量の入力を受け付ける手段と、所定温度にて所定時間前記炭化物を加熱させた後の炭化物及び酸化物の質量の入力を受け付ける手段と、前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させ炭素濃度計にて測定した炭素濃度の入力を受け付ける手段と、遊離炭素を含む炭化物を加熱させる場合に得られる第１反応方程式及び前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させる場合に得られる第２反応方程式に基づき導出されるモデル式を記憶部から読み出す手段と、該読み出したモデル式へ、前記受け付けた加熱前後の質量及び炭素濃度を制御部により代入して遊離炭素含有率を算出する手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る定量分析装置は、前記炭化物は、炭化ケイ素であり、前記モデル式は、
【００１８】
【数３】
【００１９】
ただし、
Ｆ．Ｃ[％]：遊離炭素含有率
Ｗ１：加熱前の遊離炭素を含む炭化物の測定質量
Ｗ２：加熱後の炭化物及び酸化物の測定質量
Ａ：炭素濃度計による測定炭素濃度
であることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係るプログラムは、遊離炭素を含む炭化物をコンピュータにより定量分析するためのプログラムにおいて、コンピュータに、遊離炭素を含む炭化物の質量の入力を受け付けるステップと、所定温度にて所定時間前記炭化物を加熱させた後の炭化物及び酸化物の質量の入力を受け付けるステップと、前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させ炭素濃度計にて測定した炭素濃度の入力を受け付けるステップと、遊離炭素を含む炭化物を加熱させる場合に得られる第１反応方程式及び前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させる場合に得られる第２反応方程式に基づき導出されるモデル式を記憶部から読み出すステップと、該読み出したモデル式へ、前記受け付けた加熱前後の質量及び炭素濃度を制御部により代入して遊離炭素含有率を算出するステップとを実行させることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係るプログラムは、前記炭化物は、炭化ケイ素であり、前記モデル式は、
【００２２】
【数４】
【００２３】
ただし、
Ｆ．Ｃ[％]：遊離炭素含有率
Ｗ１：加熱前の遊離炭素を含む炭化物の測定質量
Ｗ２：加熱後の炭化物及び酸化物の測定質量
Ａ：炭素濃度計による測定炭素濃度
であることを特徴とする。
【００２４】
本発明にあっては、まず、加熱前に遊離炭素を含む炭化物（炭化ケイ素または炭化ホウ素等）の質量を測定する。続いて、マッフル炉等を用いて所定温度にて所定時間、遊離炭素を含む炭化物を加熱させる。その後、加熱後の炭化物及び酸化物（酸化ケイ素または酸化ホウ素）の質量を測定する。続いて加熱後の炭化物及び酸化物を炭素濃度計に投入し、これらを燃焼させ、燃焼後の炭素濃度を測定する。遊離炭素を含む炭化物を加熱させる場合に得られる第１反応方程式及び前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させる場合に得られる第２反応方程式に基づき導出されるモデル式へ、測定した加熱前後の質量及び炭素濃度を代入する。
【００２５】
遊離炭素含有率を算出する場合、第１反応方程式及び第２反応方程式を用いて質量分率をとることにより、モデル式は、式（１）で表現できる。一方、炭化物中の炭素含有率も同様に、式（２）により表現される。そして、これらモデル式へ測定した加熱前後の質量及び炭素濃度を代入することにより、遊離炭素を含む炭化物中の遊離炭素含有率、及び、炭化物中の炭素含有率が算出できるので、所定時間、所定温度加熱させる処理をマッフル炉等に置き換えて実行することができ、ＨＦ炉型炭素濃度計を用いた場合でも、遊離炭素含有率を定量分析することが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明にあっては、遊離炭素を含む炭化物を加熱させる段階と、炭素濃度計測のために加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させる段階との２段階に分け、各段階の反応方程式から得られるモデル式へ、前後の質量及び炭素濃度を代入することにより、遊離炭素含有率及び炭素含有率を算出する。これにより、所定時間、所定温度に加熱させる処理をマッフル炉等に置き換えて実行することができ、ＨＦ炉型炭素濃度計を用いた場合でも、遊離炭素含有率を定量分析することが可能となる。また、所定時間、所定温度加熱させる処理を多くの試料を加熱することが可能なマッフル炉（電気抵抗炉）で行わせ、より短時間での燃焼及び計測処理をＨＦ炉型炭素濃度計、または、ＥＲ炉炭素濃度計で並列して行わせ得るようにしたので、短時間で多くの炭化物の定量分析が可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
実施の形態１
以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は加熱処理の第１段階を示す説明図である。本実施の形態においては、炭化物として炭化ケイ素原料粉を用いた例について説明する。この炭化ケイ素原料粉には、一般に炭化ケイ素と微量の遊離炭素（不純物炭素）が含まれている。第１段階においては遊離炭素を含む炭化ケイ素（ＳｉＣ）１（以下、試料１）、磁製るつぼ２、マッフル炉３及びデシケータ４を用いる。まず、磁製るつぼ２を十分に空焼きして水分等を除去する。なお、本実施の形態においては磁製るつぼを用いたが石英等からなるるつぼを用いても良い。空焼き後の磁製るつぼ２を冷却させ、その中に、例えば０．１ｇの試料１を投入する。このときの試料１の質量をＷ１とする。なお、このＷ１は試料１と磁製るつぼ２との合計質量であっても良い。
【００２８】
そして磁製るつぼ２をマッフル炉３に入れ、遊離炭素を完全に脱離させるべく所定温度で、所定時間加熱させる。なお、このときの温度は例えば約９００℃であり、時間は１０分程度とすれば良い。加熱後、磁製るつぼ２を取り出し、デシケータ４を用い水分等を吸着させないよう磁製るつぼ２ごと常温まで冷却させる。この冷却後の炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）１１（以下、試料１１）の質量をＷ２とする。なお、このＷ２は試料１１と磁製るつぼ２との合計質量としても良い。試料１を加熱させて試料１１を得る際の化学反応式（以下、第１反応方程式）は式（５）で表される。
【００２９】
【数５】
【００３０】
ここで、ａ、ｂ、及びｃは物質量の比（モル比）を示す係数である。試料１（遊離炭素を含む炭化ケイ素）の質量Ｗ１は第１反応方程式から、式（６）の如く表すことができる。なお、１ｍｏｌあたりの質量を炭素Ｃ＝１２、炭化ケイ素ＳｉＣ＝４０、酸化ケイ素ＳｉＯ2 ＝６０としている。
【００３１】
【数６】
【００３２】
同様に試料１１（炭化ケイ素及び酸化ケイ素）の質量Ｗ２は第１反応方程式から、式（７）の如く表すことができる。
【００３３】
【数７】
【００３４】
第１反応方程式におけるＯ2 及びＣＯ2 は気体であるので質量は無視している。第１段階における加熱処理おいては、遊離炭素が完全に抽出されており、質量Ｗ２と質量Ｗ１との差は、ＳｉＣからＳｉＯ2 への質量変化と遊離炭素の加熱による質量変化とを示すものである。
【００３５】
図２は第２段階における燃焼処理で用いるＨＦ炉型炭素濃度計のハードウェア構成を示すブロック図である。図において５は定量分析装置たるＨＦ炉型炭素濃度計であり、高周波誘導加熱炉５１（以下、ＨＦ炉）、脱水管５２、炭素濃度計５３、増幅器５４、Ａ／Ｄ変換器５５及びコンピュータ６を含んで構成される。冷却された試料１１に、例えば、助燃剤としてタングステンチップ１ｇ、Ｓｎ（スズ）粒１ｇ及びＣｕ（銅）粒２ｇを順に加え、その後、これらをＨＦ炉５１内部に挿入する。
【００３６】
その後ＨＦ炉５１を直ちに気密に栓をして酸素を所定の流量で流しつつ試料１１を燃焼させる。このＨＦ炉５１においては温度約１５００℃〜１８００℃で、約１〜２分試料１１を燃焼させる。ＨＦ炉５１からは、ＣＯ2 （二酸化炭素）、ＣＯ（一酸化炭素）、Ｈ2 Ｏ（水）及びＯ2（酸素）が脱水管５２へむけて排出される。脱水管５２には例えば、過塩素酸マグネシウム等の脱水剤が投入されており、Ｈ2 Ｏが除去される。その後、ＣＯ2、ＣＯ及びＯ2 は炭素濃度計５３へ排出される。炭素濃度計５３は赤外線射出光源及び赤外線検出器等を内部に備え、赤外線吸収量に基づいて、ＣＯ及びＣＯ2 を測定し、その測定値を出力する。計測された計測値は増幅器５４にて増幅され、Ａ／Ｄ変換器５５へ入力される。Ａ／Ｄ変換器５５においてアナログ信号からデジタル信号へ変更され、最終的に炭素濃度Ａ（％）が得られる。
【００３７】
以上述べた第２段階における燃焼処理は式（８）で示す化学反応式（以下、第２反応方程式）で表すことができる。
【００３８】
【数８】
【００３９】
式（８）で示す第２反応方程式から炭素濃度Ａは、式（９）で表すことができる。
【００４０】
【数９】
【００４１】
なお、原子量及び濃度の定義から、式（９）右辺分子は４４（ａ−ｃ）となるが、炭素濃度計５３では測定値はＣＯ2 濃度等を炭素（Ｃ）濃度に変換しているから、ＣＯ2 ＝４４を用いるのではなく、Ｃ＝１２を用いて１２（ａ−ｃ）としている。
【００４２】
同様に、第１反応方程式及び第２反応方程式から質量分率をとることにより遊離炭素の試料１に対する含有率Ｆ．Ｃ[％]は式（１０）で表すことができる。
【００４３】
【数１０】
【００４４】
さらに、第１反応方程式及び第２反応方程式から質量分率をとることにより遊離炭素を除く炭化ケイ素（ＳｉＣ）中の炭素（Ｃ）の試料１に対する含有率Ｃ[％]は、式（１１）で表すことができる。
【００４５】
【数１１】
【００４６】
第１反応方程式及び第２反応方程式から得られた式（６）、式（７）及び式（９）の連立方程式を解くことにより、係数ａ，ｂ及びｃが得られる。そしてこれら得られた係数の値を式（１０）へ代入することにより、式（１）のとおり、試料１に対する遊離炭素含有率Ｆ．Ｃ[％]を示す第１モデル式が導出される。
【００４７】
さらに、得られた係数の値を式（１１）へ代入することにより、式（２）のとおり、遊離炭素を除く炭化ケイ素（ＳｉＣ）中の炭素（Ｃ）の試料１に対する含有率Ｃ[％]を示す第２モデル式が導出される。
【００４８】
導出された第１モデル式及び第２モデル式へ測定した加熱前後の質量Ｗ１、Ｗ２及び計測した炭素濃度Ａを代入することにより、遊離炭素含有率及び炭素含有率が求まることになる。なお、この求めた遊離炭素含有率と炭素含有率とを加算することにより、試料１の全体的な炭素含有率（全炭素濃度）を得ることができる。
【００４９】
次に図２に示すコンピュータ６について説明する。コンピュータ６は例えばパーソナルコンピュータ等が用いられる。コンピュータ６は、制御部としてのＣＰＵ(Central Processing Unit)６１、ＲＡＭ(Random Access Memory)６２、入力部６８、表示部６４、操作部６３及び記憶部６５を含んで構成される。ＣＰＵ６１は、バス６７を介してコンピュータ６のハードウェア各部と接続されていて、それらを制御すると共に、記憶部６５に格納された制御プログラム６５Ｐに従って、各ソフトウェア処理を実行する。
【００５０】
表示部６４は例えば液晶ディスプレイ等であり、操作部６３はキーボード及びマウス等から構成される。入力部６８はＡ／Ｄ変換器５５から出力される測定値から求められた炭素濃度の値の入力を受け付けるものであり、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ポート、シリアルポート、ＬＡＮカード等である。なお、入力部６８をキーボード等により構成し、Ａ／Ｄ変換器５５で得られた炭素濃度をオペレータ等が手入力するようにしても良い。記憶部６５は例えばハードディスクで構成され、内部には上述した制御プログラム６５Ｐ及びモデル式記憶ファイル６５１が記憶されている。モデル式記憶ファイル６５１には上述した第１モデル式及び第２モデル式が記憶されている。ＲＡＭ６２は任意のアドレスを指定して読み書きすることが可能な半導体メモリである。
【００５１】
ＣＰＵ６１は、Ａ／Ｄ変換器５５から出力される測定値に基づいて求められた炭素濃度Ａを、入力部６８を介して受け付け、また加熱前の質量Ｗ１及び加熱後の質量Ｗ２の値を、それぞれ操作部６３を介して受け付ける。ＣＰＵ６１はこれら受け付けた炭素濃度Ａ、質量Ｗ１及びＷ２をＲＡＭ６２に記憶する。なお、これら質量Ｗ１及びＷ２はオペレータ等が操作部６３から手入力するようにすればよい。ＣＰＵ６１は制御プログラム６５Ｐを実行し、モデル式記憶ファイル６５１に記憶された第１モデル式及び第２モデル式を読み出す。そして、ＣＰＵ６１は、第１モデル式及び第２モデル式に、ＲＡＭ６２に記憶した炭素濃度Ａ、質量Ｗ１及びＷ２を代入し、遊離炭素含有率Ｆ．Ｃ[％]及び炭化ケイ素中の炭素含有率Ｃ[％]をそれぞれ算出し、表示部６４へ出力する。なお、試料１の総炭素含有率は遊離炭素含有率Ｆ．Ｃ[％]と炭素含有率Ｃ[％]との合計値で表すことができるため、ＣＰＵ６１はこれらの値を加算したものを総炭素含有率として表示部６４へ出力する。
【００５２】
図３はコンピュータ６における定量分析処理の手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ６１は、操作部６３を介して加熱前の質量Ｗ１の入力を受け付ける（ステップＳ３１）。同様に、ＣＰＵ６１は、操作部６３を介して加熱後の質量Ｗ２の入力を受け付ける（ステップＳ３２）。さらに、ＣＰＵ６１は、Ａ／Ｄ変換器５５から出力される炭素濃度Ａを、入力部６８を介して受け付ける（ステップＳ３３）。ＣＰＵ６１はこれら受け付けた炭素濃度Ａ、質量Ｗ１及びＷ２をＲＡＭ６２に記憶する。ＣＰＵ６１は制御プログラム６５Ｐを実行し、モデル式記憶ファイル６５１に記憶された第１モデル式及び第２モデル式を読み出す（ステップＳ３４）。
【００５３】
ＣＰＵ６１は、第１モデル式及び第２モデル式に、ＲＡＭ６２に記憶した炭素濃度Ａ、質量Ｗ１及びＷ２を代入し、遊離炭素含有率Ｆ．Ｃ[％]及び炭化ケイ素中の炭素含有率Ｃ[％]をそれぞれ算出する（ステップＳ３５）。また、ＣＰＵ６１は算出した遊離炭素含有率Ｆ．Ｃ[％]と炭素含有率Ｃ[％]とを加算して、試料１の総炭素含有率を算出する（ステップＳ３６）。最後に、ＣＰＵ６１は算出した遊離炭素含有率、炭素含有率及び総炭素含有率を表示部６４へ表示する（ステップＳ３７）。なお、本実施の形態においては、ＨＦ炉５１を用いたが、他の加熱炉、例えばＥＲ炉を用いても良いことはもちろんである。
【００５４】
実施の形態２
実施の形態１においては炭化物として炭化ケイ素を用いたが、炭化ケイ素以外でも加熱により酸化物の特定が可能である場合、同様にモデル化して質量補正を行うことが可能である。実施の形態２に示す如く、炭化ホウ素（Ｂ4 Ｃ）を用いても良い。炭化ホウ素をマッフル炉３で加熱させた場合、すなわち第１段階における加熱を示す化学反応式は式（１２）の如く表される。
【００５５】
【数１２】
【００５６】
同様に、加熱後の炭化ケイ素Ｂ4 Ｃ及び酸化物Ｂ2 Ｏ3 をさらに燃焼させた場合、すなわち第２段階における燃焼を示す化学反応式は式（１３）の如く表される。
【００５７】
【数１３】
【００５８】
これらについても実施の形態１で述べた方法と同じく式（１２）及び式（１３）で示す化学反応式からモデル式及び各係数の値を求めることができる。そして、計測した質量Ｗ１、Ｗ２及び炭素濃度Ａをこのモデル式へ代入することにより、遊離炭素含有率、Ｂ4 Ｃ中の炭素含有率及び総炭素含有率を算出することが可能となる。
【００５９】
また、任意の炭化物ＭＣの酸化物が複数（例えばＭＯ2 、ＭＯ3 ）存在する場合（例えばＷＣ（タングステンカーバイト）等のようにＷＯ2 、ＷＯ3 が生成される場合）、化学反応式は式（１４）及び式（１５）で表すことができる。なお、係数Ｘ及びＹはＭＯ2 及びＭＯ3 の生成比を示し、Ｘ：Ｙが一定であることを条件とする。
【００６０】
【数１４】
【００６１】
【数１５】
【００６２】
ここで全ての係数を求める場合は加熱前後の質量Ｗ１、Ｗ２及び炭素濃度Ａを代入すると共に、各係数に適当な値を入力して最小２乗法等を用いたフィッティング処理を、コンピュータを用いて実行することにより、最適な係数の値を決定すればよい。これにより、同様にモデル式を得ることができる。
【００６３】
本実施の形態２は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６４】
実施の形態３
図４は実施の形態３に係るＨＦ炉型炭素濃度計５のハードウェア構成を示すブロック図である。実施の形態３に係る定量分析装置たるコンピュータ６を動作させるためのコンピュータプログラムは、本実施の形態３のように、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリーカード等の可搬型記録媒体１Ａで提供することも可能である。さらに、コンピュータプログラムを、ＬＡＮ、またはインターネット等の図示しない通信網を介して図示しないサーバコンピュータからダウンロードすることも可能である。以下に、その内容を説明する。
【００６５】
図４に示すコンピュータ６の図示しない記録媒体読み取り装置に、質量Ｗ１の入力を受け付けさせ、質量Ｗ２の入力を受け付けさせ、炭素濃度Ａの入力を受け付けさせ、モデル式を読み出させ、遊離炭素含有率を算出させるコンピュータプログラムが記録された可搬型記録媒体１Ａを、挿入して記憶部６５のプログラム内にこのプログラムをインストールする。または、かかるプログラムを、図示しない通信部を介して外部の図示しないサーバコンピュータからダウンロードし、記憶部６５にインストールするようにしても良い。かかるプログラムはＲＡＭ６２にロードして実行される。これにより、上述のような本発明のコンピュータ６として機能する。
【００６６】
本実施の形態３は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１及び２と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】加熱処理の第１段階を示す説明図である。
【図２】第２段階における燃焼処理で用いるＨＦ炉型炭素濃度計のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図３】コンピュータにおける定量分析処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態３に係るＨＦ炉型炭素濃度計のハードウェア構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ 試料（遊離炭素を含む炭化ケイ素）
２ 磁製るつぼ
３ マッフル炉
４ デシケータ
５ ＨＦ炉型炭素濃度計（高周波誘導加熱炉炭素濃度計、定量分析装置）
６ コンピュータ（定量分析装置）
１１ 試料（炭化ケイ素及び酸化ケイ素）
５１ ＨＦ炉（高周波誘導加熱炉）
５２ 脱水管
５３ 炭素濃度計
６１ ＣＰＵ（制御部）
６３ 操作部
６４ 表示部
６５ 記憶部
６８ 入力部
６５１ モデル式記憶ファイル
１Ａ 可搬型記録媒体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遊離炭素を含む炭化物を定量分析する定量分析方法において、
遊離炭素を含む炭化物の質量を測定し、
所定温度にて所定時間前記炭化物を加熱し、加熱後の炭化物及び酸化物の質量を測定し、
加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させ炭素濃度計にて炭素濃度を測定し、
遊離炭素を含む炭化物を加熱する場合に得られる第１反応方程式及び前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させる場合に得られる第２反応方程式に基づき導出されるモデル式へ、前記測定した加熱前後の質量及び炭素濃度を代入して遊離炭素含有率を算出する
ことを特徴とする定量分析方法。
【請求項２】
遊離炭素を含む炭化物を加熱させる場合に得られる第１反応方程式及び前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させる場合に得られる第２反応方程式に基づき導出されるモデル式へ、前記測定した加熱前後の質量及び炭素濃度を代入して加熱前の炭化物の炭素含有率をさらに算出することを特徴とする請求項１に記載の定量分析方法。
【請求項３】
前記炭化物は、炭化ケイ素であり、前記モデル式は、
【数１】
ただし、
Ｆ．Ｃ[％]：遊離炭素含有率
Ｗ１：加熱前の遊離炭素を含む炭化物の測定質量
Ｗ２：加熱後の炭化物及び酸化物の測定質量
Ａ：炭素濃度計による測定炭素濃度
であることを特徴とする請求項１に記載の定量分析方法。
【請求項４】
前記炭化物は、炭化ケイ素であり、前記モデル式は、
【数２】
ただし、
Ｃ[％]：炭化ケイ素中の炭素含有率
Ｗ１：加熱前の遊離炭素を含む炭化物の測定質量
Ｗ２：加熱後の炭化物及び酸化物の測定質量
Ａ：炭素濃度計による測定炭素濃度
であることを特徴とする請求項２に記載の定量分析方法。
【請求項５】
前記炭素濃度計は、高周波誘導加熱炉炭素濃度計であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の定量分析方法。
【請求項６】
前記炭化物は、炭化ホウ素であることを特徴とする請求項１または２に記載の定量分析方法。
【請求項７】
遊離炭素を含む炭化物を定量分析する定量分析装置において、
遊離炭素を含む炭化物の質量の入力を受け付ける手段と、
所定温度にて所定時間前記炭化物を加熱させた後の炭化物及び酸化物の質量の入力を受け付ける手段と、
前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させ炭素濃度計にて測定した炭素濃度の入力を受け付ける手段と、
遊離炭素を含む炭化物を加熱させる場合に得られる第１反応方程式及び前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させる場合に得られる第２反応方程式に基づき導出されるモデル式を記憶部から読み出す手段と、
該読み出したモデル式へ、前記受け付けた加熱前後の質量及び炭素濃度を制御部により代入して遊離炭素含有率を算出する手段と
を備えることを特徴とする定量分析装置。
【請求項８】
前記炭化物は、炭化ケイ素であり、前記モデル式は、
【数３】
ただし、
Ｆ．Ｃ[％]：遊離炭素含有率
Ｗ１：加熱前の遊離炭素を含む炭化物の測定質量
Ｗ２：加熱後の炭化物及び酸化物の測定質量
Ａ：炭素濃度計による測定炭素濃度
であることを特徴とする請求項７に記載の定量分析装置。
【請求項９】
遊離炭素を含む炭化物をコンピュータにより定量分析するためのプログラムにおいて、
コンピュータに、
遊離炭素を含む炭化物の質量の入力を受け付けるステップと、
所定温度にて所定時間前記炭化物を加熱させた後の炭化物及び酸化物の質量の入力を受け付けるステップと、
前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させ炭素濃度計にて測定した炭素濃度の入力を受け付けるステップと、
遊離炭素を含む炭化物を加熱させる場合に得られる第１反応方程式及び前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させる場合に得られる第２反応方程式に基づき導出されるモデル式を記憶部から読み出すステップと、
該読み出したモデル式へ、前記受け付けた加熱前後の質量及び炭素濃度を制御部により代入して遊離炭素含有率を算出するステップと
を実行させるプログラム。
【請求項１０】
前記炭化物は、炭化ケイ素であり、前記モデル式は、
【数４】
ただし、
Ｆ．Ｃ[％]：遊離炭素含有率
Ｗ１：加熱前の遊離炭素を含む炭化物の測定質量
Ｗ２：加熱後の炭化物及び酸化物の測定質量
Ａ：炭素濃度計による測定炭素濃度
であることを特徴とする請求項９に記載のプログラム。
【請求項１】
遊離炭素を含む炭化物を定量分析する定量分析方法において、
遊離炭素を含む炭化物の質量を測定し、
所定温度にて所定時間前記炭化物を加熱し、加熱後の炭化物及び酸化物の質量を測定し、
加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させ炭素濃度計にて炭素濃度を測定し、
遊離炭素を含む炭化物を加熱する場合に得られる第１反応方程式及び前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させる場合に得られる第２反応方程式に基づき導出されるモデル式へ、前記測定した加熱前後の質量及び炭素濃度を代入して遊離炭素含有率を算出する
ことを特徴とする定量分析方法。
【請求項２】
遊離炭素を含む炭化物を加熱させる場合に得られる第１反応方程式及び前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させる場合に得られる第２反応方程式に基づき導出されるモデル式へ、前記測定した加熱前後の質量及び炭素濃度を代入して加熱前の炭化物の炭素含有率をさらに算出することを特徴とする請求項１に記載の定量分析方法。
【請求項３】
前記炭化物は、炭化ケイ素であり、前記モデル式は、
【数１】
ただし、
Ｆ．Ｃ[％]：遊離炭素含有率
Ｗ１：加熱前の遊離炭素を含む炭化物の測定質量
Ｗ２：加熱後の炭化物及び酸化物の測定質量
Ａ：炭素濃度計による測定炭素濃度
であることを特徴とする請求項１に記載の定量分析方法。
【請求項４】
前記炭化物は、炭化ケイ素であり、前記モデル式は、
【数２】
ただし、
Ｃ[％]：炭化ケイ素中の炭素含有率
Ｗ１：加熱前の遊離炭素を含む炭化物の測定質量
Ｗ２：加熱後の炭化物及び酸化物の測定質量
Ａ：炭素濃度計による測定炭素濃度
であることを特徴とする請求項２に記載の定量分析方法。
【請求項５】
前記炭素濃度計は、高周波誘導加熱炉炭素濃度計であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の定量分析方法。
【請求項６】
前記炭化物は、炭化ホウ素であることを特徴とする請求項１または２に記載の定量分析方法。
【請求項７】
遊離炭素を含む炭化物を定量分析する定量分析装置において、
遊離炭素を含む炭化物の質量の入力を受け付ける手段と、
所定温度にて所定時間前記炭化物を加熱させた後の炭化物及び酸化物の質量の入力を受け付ける手段と、
前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させ炭素濃度計にて測定した炭素濃度の入力を受け付ける手段と、
遊離炭素を含む炭化物を加熱させる場合に得られる第１反応方程式及び前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させる場合に得られる第２反応方程式に基づき導出されるモデル式を記憶部から読み出す手段と、
該読み出したモデル式へ、前記受け付けた加熱前後の質量及び炭素濃度を制御部により代入して遊離炭素含有率を算出する手段と
を備えることを特徴とする定量分析装置。
【請求項８】
前記炭化物は、炭化ケイ素であり、前記モデル式は、
【数３】
ただし、
Ｆ．Ｃ[％]：遊離炭素含有率
Ｗ１：加熱前の遊離炭素を含む炭化物の測定質量
Ｗ２：加熱後の炭化物及び酸化物の測定質量
Ａ：炭素濃度計による測定炭素濃度
であることを特徴とする請求項７に記載の定量分析装置。
【請求項９】
遊離炭素を含む炭化物をコンピュータにより定量分析するためのプログラムにおいて、
コンピュータに、
遊離炭素を含む炭化物の質量の入力を受け付けるステップと、
所定温度にて所定時間前記炭化物を加熱させた後の炭化物及び酸化物の質量の入力を受け付けるステップと、
前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させ炭素濃度計にて測定した炭素濃度の入力を受け付けるステップと、
遊離炭素を含む炭化物を加熱させる場合に得られる第１反応方程式及び前記加熱後の炭化物及び酸化物を燃焼させる場合に得られる第２反応方程式に基づき導出されるモデル式を記憶部から読み出すステップと、
該読み出したモデル式へ、前記受け付けた加熱前後の質量及び炭素濃度を制御部により代入して遊離炭素含有率を算出するステップと
を実行させるプログラム。
【請求項１０】
前記炭化物は、炭化ケイ素であり、前記モデル式は、
【数４】
ただし、
Ｆ．Ｃ[％]：遊離炭素含有率
Ｗ１：加熱前の遊離炭素を含む炭化物の測定質量
Ｗ２：加熱後の炭化物及び酸化物の測定質量
Ａ：炭素濃度計による測定炭素濃度
であることを特徴とする請求項９に記載のプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−３９６０７（Ｐ２００８−３９６０７Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１４８２６（Ｐ２００６−２１４８２６）
【出願日】平成１８年８月７日（２００６．８．７）
【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２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月７日（２００６．８．７）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
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