JP3492248B2 - Method for measuring trace helium in metals - Google Patents
Method for measuring trace helium in metalsInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヘリウムの測定方
法に関し、特に、金属中に含まれる微量のヘリウムを測
定する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、金属中に含まれる微量のヘリウム
(He)を測定する微量ヘリウム測定方法では、試料金
属を高温にしてヘリウムを固体側から気相に抽出し、ガ
スクロマトグラフの熱伝導検出器(又は、TCDセルと
いう)の原理を用いて、気相(ガス)のヘリウムを測定
していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術では、ヘリウムと共存するキャリアガス
による妨害・希釈作用があるため、正確にヘリウムを測
定するのが困難であった。また、近年では金属中のヘリ
ウムの挙動が解析されてきており、少なくとも従来の測
定精度に対して2桁の感度向上が望まれているが、従来
の技術では、定量下限を向上させるのが困難であるとい
う課題がある。
【0004】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、ヘリウム(He)以外の共存ガスによる測定
妨害や希釈作用を回避するとともに、定量下限の向上を
図るようにした、金属中の微量ヘリウム測定方法を提供
することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】このため、本発明の金属
中の微量ヘリウム測定方法は、試料金属を加熱して試料
ガスを発生させ、該試料ガスを採取バッグに捕集した
後、該試料ガスを吸着管に通して該試料ガスを冷却する
ことにより不純物を除去し、ヘリウム検出器に導入して
ヘリウムを測定することを特徴としている。
【0006】これにより、例えば、測定ヘリウム以外の
共存ガスによる測定妨害の回避については、キャリアガ
スによる供給・排気の繰り返し操作を反復して行なうこ
とにより、測定装置内の残存ガスを排除する。さらに、
捕集ビン内に存在し採取バッグを透過して測定ガス中に
混入する空気中のヘリウム、又は測定の繰り返しにより
試料ガス系から捕集ビン内に拡散するヘリウムによる測
定ガス中への妨害を排除するため捕集ビン内のパージを
行なうとともに、試料ガス捕集時に採取バッグの容積変
化、又は吸着管への導入時の採取バッグの容積変化に追
従する際に大気中のヘリウムの微小な影響をも排除する
必要から、捕集ビン内で採取バッグの容積変化が生じて
いる間は外気の混入を防ぐため切り換え弁を経て少量の
キャリアガスを流して空気の逆流を防ぎヘリウムの定量
妨害を防ぐ。
【0007】一方、測定ガスに混在するキャリアガス又
は機器系内,配管内のガスは、測定ガス内のヘリウムを
希釈し、測定下限値を高め、測定感度を悪化させるので
極微量ヘリウム分析においては、分離除去することが必
要である。このため、冷却した吸着剤中を通じてキャリ
アガス、主として酸素,窒素の空気成分,試料の高温加
熱において発生する水分,炭酸ガス等を定量的に除く。
本発明では水素及びヘリウム以外は99%以上の効率で
除去し、見かけ上測定成分のヘリウム測定への干渉を完
全に排除する。
【0008】さらには、加熱炉内の金属から抽出される
ヘリウムの時間変化は、試料金属の加熱温度変化,管路
長さに支配される遅れのため、採取バッグに到達する抽
出ヘリウム含有ガスは一定ではない。このために、熱伝
導検出器によるモニタリングにより試料ガスの採取バッ
グへの捕集タイミングを選定し、可能な限り不必要なキ
ャリアガスの捕集を回避して共存ガスの希釈による濃度
低下(すなわち、検出下限値・感度の悪化)を防ぐため
にプログラムを設定し試料ガスを最適条件で捕集する。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の一実
施形態としての金属中の微量ヘリウム測定方法について
説明すると、図1はそのフローシートを示す模式図であ
る。図1において30は水素分析装置(水素計ともい
う)であって、加熱炉2,カラム4及びTCDセル5等
をそなえている。そして、本願のヘリウム測定方法で
は、この水素分析装置30を用いて試料金属(試料)1
からヘリウムガスを発生させて、採取バッグ7に捕集し
た後、吸着管12にヘリウムガスを通して冷却し、不純
物を除去してから、ヘリウム検出器15に導入してヘリ
ウムを測定するようになっている。
【0010】試料金属1は、加熱炉2内への搬入前に必
要に応じてアセトン等の溶剤による超音波洗浄,乾燥及
び重量測定が行なわれた後、加熱炉2内の所定位置に載
置される。そして、この状態で、加熱炉2を2000°
C又はそれ以上に加熱して金属1中のヘリウム(He)
を気相に抽出し、キャリアガスボンベ3からアルゴンガ
ス(Arガス)を送出して加熱炉2内からHeを押し出
すようになっている。なお、アルゴンガスの代わりに窒
素を用いてもよい。
【0011】そして、カラム4で共存ガスとHeとが分
離され、TCDセル(検出器)5を経て、Heをガス捕
集ビン内のテドラバッグ(フレキシブルガス採取バッ
グ)7内に採取する。符号19は、ガス流路を排気と試
料ガス採取バッグ7系とに切り替えるためのバイパス排
気弁(三方弁)であり、加熱炉条件から設定されるキャ
リアガス流量、加熱膨張による一時的な変化、さらには
キャリアガスの流通と加熱He抽出との最適時間帯等を
TCDセル5でモニタして、このバイパス排気弁19の
切り替えが制御されるようになっている。ここで、バイ
パス排気弁19は、通電時に閉じ、非通電時(通常時)
に開いているノーマルオープン(NO)の電磁弁であっ
て、開弁時には水素分析装置30と排気経路とが連通す
るようになっている。
【0012】試料ガス採取バッグ7内は予めフラッシン
グしておく。また、Heの残存や、大気中のHeの干渉
等を排除するためニードル弁8,三方弁9及び吸引ポン
プ(エアポンプ)10を操作して、系内の残存ガスを完
全にキャリアガスに置換しておく。バッグ7内に捕集さ
れた測定ガスは、吸着管12に内装したソープションポ
ンプ13に送られる。なお、吸着管12は、冷媒11に
より冷却されている。また、吸着管12内には吸着剤1
4又は充填剤が充填されており、ここで、水素,He等
の低沸点ガス以外はトラップ(捕集)され、系から除去
される。
【0013】 その後、Heは、He検出器15に送ら
れてHe質量4に相当する質量を分析する質量分析装置
型検出器によりHeの到達量が測定され、記録計16に
記録される。この測定値を標準ボンベ17から送られる
既知のHe濃度のガスによる較正直線(検量線)と対比
して正確なHe量を求め、試料金属1の量から金属中の
Heの濃度が計算される。
【0014】上記、分析の操作ステップの設定・作動
は、所定のタイムプログラムを内装した操作盤18の指
令に基づいて段階的に測定操作が進められるようになっ
ている。なお、符号6,20,21,22は、それぞれ
開放弁,遮断弁,微流量ニードル弁(微流量弁),三方
弁であって、これらの弁6,20,21,22及び上述
した各弁8,9,19は、いずれも上記操作盤18から
の制御信号に基づいてその作動が制御されるようになっ
ている。
【0015】 分析操作タイムプログラムは、試料金属
1の装着後、系内パージ、炉の加熱、試料ガスの捕集ビ
ンへのサンプリングタイミング、設定流速に基づいて捕
集ビンからトラップを経てヘリウム検出器15へ導入す
る操作等を段階的に、しかも微量分析における最適な操
作条件に適合(マッチ)するようにプログラミングされ
ている。
【0016】次に、実験例について説明する。実験装置
は、図1を用いて説明したものと同様に構成されてい
る。本発明の重要な技術的要素は、いかに外気中のHe
の干渉を排除するか、測定He以外の共存ガスの影響を
排除するかにある。このため、図1に示すように、この
試験装置ではHeを抽出したガスを捕集する捕集ビン内
にフレキシブルガス採取バッグ7を設けた二重構造とし
ている。そして、外層とバッグ層とのガスの拡散・透過
の影響を極微量のHe定量の障害とならない程度に抑制
するための設定条件、妨害物質の選択的除去効率の設定
条件、及び加熱炉2からHe測定系にいたる一連のタイ
ムプログラムの条件設定について詳細な検討を行ない、
装置・機器の最適操作条件とシステムの機能検討を経て
図2に示すような操作プログラムとステップとを決定し
た。
【0017】抽出した操作条件を以下に示す。
加熱炉:誘導加熱方式、加熱温度2200°C、加熱時
間3〜10min
試料金属量:0.1〜5g
サンプリングタイム
排気:炉加熱から0.6min
バッグ捕集:炉加熱から1.4〜5.1min(サンプ
リングタイムは装置特性に支配される。図7参照)
キャリア:高純度窒素ガス(He<0.01ppm)、
流速10〜400ml/min
カラム:MS−5A充填、長さ200mm
ガス捕集ビン:内容積3000ml
フレキシブルバッグ:テドラバッグ、容積:膨張時最大
3000ml
パージ回数:キャリアガス供給・排気3回以上
バッグ操作時の捕集ビンキャリアガスパージ量:ガス移
動最大量の130%過剰
吸着管:石英粉充填・液体空気冷却
次に、図2に示すタイムプログラムについて説明する
と、このタイムプログラムは以下の1〜5の各目的を達
成すべく設定されている。
【0018】1.分析試料ガスの採取:測定装置管内や
炉内等には、キャリアガスが存在する。試料金属1の加
熱時・Heの抽出時に目的とする試料ガス中にキャリア
ガスが共存すると、測定するHeを希釈して測定感度を
低下させる作用があるので、TCD検出器5の信号をモ
ニタしてHeが含まれる時間帯のガスのみをテドラバッ
グ7に採取するべく三方弁19を操作する。
【0019】2.試料採取バッグ(テドラバッグ)7内
のパージ:フレキシブルバッグとしてのテドラバッグ7
内を予めキャリアガスでパージする操作で、三方弁9と
吸引ポンプ10により吸排気する。
3.管内排気:三方弁22及び吸引ポンプ(エアポン
プ)10を操作して管内の残存ガスを置換浄化する。
【0020】4.不純物の脱離排気:ソープションポン
プ13のヒータを作動させて、吸着管12に捕集された
不純物を脱離排気する。
5.Heのサンプリング・分析:微流量弁21及び遮断
弁20を操作してサンプリングを行なう。次に、図2を
用いて、それぞれの操作を具体的に説明すると、例えば
以下のようにしてパージ,試料ガスのサンプリング及び
分析が行なわれる。
パージ
サンプルガス採取の準備として流路及びテドラバッグ7
内をパージする。
【0021】(1)三方弁19を排気側(NO側)から
切り換えて(NC側)、水素分析装置30内のキャリア
ガスで流路をパージする。なお、水素分析装置30と排
気通路との間に三方弁19をバイパスするバイパス路を
設け、このバイパス路に二方弁を設けてもよく、このよ
うに構成した場合には、流路切り換えショックを低減す
べく、三方弁19をNC側に切り換えた後、所定時間
(例えば3秒)遅れてバイパス路の二方弁を閉じて流路
をパージする。
【0022】(2)そして、所定時間(例えば2分)
後、三方弁19を排気側に切り換える。同時にテドラバ
ッグ7に溜まったガスを排気するために、三方弁22を
開(オン)・エアポンプ10をオンにして、テドラバッ
グ7に溜まったガスを、エアポンプ10の吸引作用によ
り三方弁9,22を介して排気する。なお、上述のよう
に、三方弁19,22をバイパスするバイパス路及びこ
のバイパス路を開閉する二方弁を設けた場合には、三方
弁19を排気側に切り換える直前に二方弁を排気側に切
り換えて、流路切り換えショックを低減する。
【0023】(3)テドラバッグ7内の排気が終了した
ら、三方弁22を閉(オフ)に切り換えるとともにエア
ポンプ10をオフとする。また、これと同時にニードル
弁(二方弁)8を開いてキャリアガスボンベ(Arガス
ボンベ)3よりArガス(検出対象となるヘリウムを含
んでいないのでゼロガスともいう)をテドラバッグ7へ
供給する。
【0024】(4)約1分後、ニードル弁(二方弁)8
を閉じて、Arガスの供給を停止する。また、これと略
同時に、三方弁22を開くとともに、エアポンプ10を
オンに切り換えて排気する。
(5)以下、(3),(4)の各操作を繰り返してテド
ラバッグ7内のパージを実行する。
試料ガスサンプリング
(1)水素分析装置30の加熱炉2に試料金属1を導入
し、加熱溶融して水素・ヘリウムをガス相に展開する。
モニタにより展開状況を観察し、サンプリングのタイミ
ングを決定する。
【0025】(2)試料ガスのサンプリング開始時に
は、まず三方弁19を排気側(NO側)から連通側(N
C側)に切り換える。なお、のパージで説明したよう
に、水素分析装置30と排気通路との間にバイパス路及
びこのバイパス路を開閉する二方弁を設けた場合には、
三方弁19をNC側に切り換えてからやはり所定時間
(3秒程度)遅れて二方弁を閉じて、流路切り換えショ
ックを低減する。
【0026】 (3)その後、所定時間経過後(水素+
ヘリウムの展開状況によるが例えば2分後)サンプリン
グが終了したら、三方弁19をNO側に切り換える。ま
た、上述のバイパス路及びこのバイパス路を開閉する二
方弁を設けた場合には、三方弁19をNO側に切り換え
る直前に二方弁を閉に切り換えて流路切り換えショック
を低減する。また、この三方弁19のNO側への切り換
えと同時に遮断弁20を閉じる。3.分析
(1)まず、三方弁9をソープションポンプ13側に切
り換えて(NC側)、微流量ニードル弁21を調整開と
して、テドラバッグ7内の試料ガスをHe検出器15内
へ導入する。また、このとき遮断弁20を手動で開く。
なお、図2に示すように、三方弁9はNC側に切り換え
られる前は、NO側(エアポンプ10側)のままであ
り、NC側に切り換えられることにより、テドラバッグ
7内の試料ガスがHe検出器15側の管路に流入する。
【0027】(2)分析が終了したら、三方弁9をNO
側に切り換えるとともに、三方弁22を開、エアポンプ
10をオンに切り換えて、テドラバッグ7内に残留した
試料ガスを排気する。
(3)排気が終了したら、三方弁22を閉じるととも
に、エアポンプ10をオフに切り換える。
ソープションポンプ13の再生
長時間停止後、ソープションポンプ13の排気性能が低
下した場合等には、以下の手順により、再生を行なう。
【0028】(1)遮断弁20を閉じ、ソープションポ
ンプ13を水素分析装置30から分離する。
(2)開放弁6を開き、これと略同時に開放弁6よりも
排気側にある真空ポンプ(図示省略)をオンにする。ま
た、これと略同時に図示しないソープションポンプヒー
タをオンにする。
【0029】(3)3時間程度、吸着剤14の活性化を
行なう。
(4)開放弁6を閉じ、ともに図示しない真空ポンプ及
びソープションポンプヒータをいずれもオフに切り換え
る。
(5)ソープションポンプ13が室温程度になるまで自
然冷却する。
図3は系内に残留する不純物がHeの定量にどの程度の
影響を及ぼすかを知るために、装置・配管系内をパージ
した回数と系内に残存する大気成分との比で示したもの
である。試験結果から、系内を3回パージすれば、妨害
率は1%以下となり、He測定の妨害にならないことが
確認できた。
【0030】図4は測定試料ガス中のHeを濃縮する
〔即ち、共存不純物ガス(大気成分)を除去する〕ため
の、低温下に保持した吸着管の操作条件を検討したもの
である。吸着剤14の充填層高を35mm,100mm
と変えて管内流速と大気成分の除去率との関連を求めた
ものである。除去率を99%以上とするには、流速30
cm/sec以下にすればよいことを把握した。
【0031】図5は本装置を用いて標準ガスによる検量
線を求めたもので、Heの濃度がおよそ0.01〜10
ppmの範囲では直線性(線形)が成り立つことを示し
ている。図6は実ガス測定時のチャートの一例である。
横軸が時間、縦軸がHeの信号強度を示している。グラ
フにおいてピーク高さがHeの濃度に相関がある。図7
はHeを測定するための試料金属1の加熱・溶融時間,
キャリアガス流速と検出器におけるHe到達時間の関連
を示したものであり、炉ガス中のHeを正確に且つ不純
物の混入を少なくして採取する適正時間を示しており、
例えばキャリア200ml/minでは、炉の加熱開始
から1.5〜5.2minの間に採取すれば、捕集率も
99%以上且つ不純物ミニマムで測定に供することがで
きる。
【0032】以下に、上記条件に基づいて実施した標準
試料のHe測定結果(上記実験例の結果)を表1に示
す。なお、併せて従来の測定方法で測定した結果も示
す。
【0033】
【表1】【0034】(注)表の測定結果は試料金属0.370
〜1.628gの粒を秤量し、各7回の分析結果の平均
値又は計算値である。このように、本発明の一実施形態
にかかる金属中の微量ヘリウム測定方法によれば、内部
管路に存在するヘリウム(He)以外の共存ガスの測定
妨害や希釈作用を回避できるとともに、系外からの干渉
を防止することができる利点があるほか、測定下限界の
大幅な改善とデータ変動幅の改善とを図ることができる
という利点がある。また、測定の省力化や簡易化を図る
ことができるという利点がある。
【0035】なお、本発明は上述の実施形態に限定され
るものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々
の変形が可能である。特に、本発明は、吸着法によって
試験ガス中のHeと大気成分を分離し、Heを濃縮して
測定感度を上昇させて定量下限値を下げたりする点及び
これらの手法を特別なプログラム設定により対処する点
で限定されるものではない。
【0036】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の金属中の
微量ヘリウム測定方法によれば、試料金属を加熱して試
料ガスを発生させ、試料ガスを採取バッグに捕集した
後、該試料ガスを吸着管に通して試料ガスを冷却しする
ことにより不純物を除去して、この試料ガスをヘリウム
検出器に導入してヘリウムを測定するので、以下のよう
な利点がある。
1.内部管路に存在するヘリウム以外の共存ガスによる
測定妨害や希釈作用を回避することができるとともに系
外からの干渉を防止することができる。
2.測定下限界の大幅な向上とデータ変動幅の改善とを
図ることができる。
3.測定の省力化,簡易化を図ることができる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring helium, and more particularly to a method for measuring a small amount of helium contained in a metal. Conventionally, in a trace helium measurement method for measuring a trace amount of helium (He) contained in a metal, helium is extracted from the solid side into the gas phase by raising the temperature of the sample metal, and a gas chromatograph is used. Gas phase (gas) helium has been measured using the principle of a heat conduction detector (or TCD cell). However, in such a conventional technique, it is difficult to accurately measure helium because there is an interference and dilution action by the carrier gas coexisting with helium. In recent years, the behavior of helium in metals has been analyzed, and at least a two-digit improvement in sensitivity to the conventional measurement accuracy is desired. However, it is difficult to improve the lower limit of quantification with the conventional technique. There is a problem of being. The present invention was devised in view of such problems, and avoids measurement interference and dilution action due to coexisting gases other than helium (He), and is intended to improve the lower limit of quantification. An object of the present invention is to provide a method for measuring trace amounts of helium. For this reason, the method for measuring a trace amount of helium in a metal according to the present invention generates a sample gas by heating the sample metal and collects the sample gas in a collection bag. the impurity was removed by cooling the sample gas through the sample gas to the adsorption tube, it is characterized by measuring the helium is introduced into helium detector. Thus, for example, in order to avoid measurement interference caused by a coexisting gas other than measurement helium, the residual gas in the measurement apparatus is eliminated by repeatedly performing supply and exhaust operations using the carrier gas. further,
Eliminates interference in the measurement gas by helium in the air that is present in the collection bottle and passes through the collection bag and enters the measurement gas, or by helium diffusing from the sample gas system into the collection bottle due to repeated measurement In addition to purging the collection bottle, the collection bag volume is changed during sample gas collection, or the volume of the collection bag is changed when introduced into the adsorption tube. In order to prevent outside air from being mixed while the collection bag volume is changing in the collection bottle, a small amount of carrier gas is allowed to flow through the switching valve to prevent backflow of air and prevent helium quantitative interference. . On the other hand, the carrier gas mixed in the measurement gas or the gas in the instrument system and piping dilutes helium in the measurement gas, increases the lower limit of measurement, and deteriorates the measurement sensitivity. It is necessary to separate and remove. For this reason, carrier gas, mainly oxygen and nitrogen air components, moisture generated by high-temperature heating of the sample, carbon dioxide gas, etc. are quantitatively removed through the cooled adsorbent.
In the present invention, components other than hydrogen and helium are removed with an efficiency of 99% or more, and apparently interference of the measurement component to the helium measurement is completely eliminated. Furthermore, the time change of helium extracted from the metal in the heating furnace is a delay controlled by the change in the heating temperature of the sample metal and the pipe length, so the extracted helium-containing gas reaching the collection bag is It is not constant. For this purpose, the collection timing of the sample gas in the collection bag is selected by monitoring with a heat conduction detector, avoiding unnecessary collection of the carrier gas as much as possible and reducing the concentration due to dilution of the coexisting gas (ie, A program is set up to prevent lowering of detection limit and sensitivity), and sample gas is collected under optimum conditions. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for measuring a trace amount of helium in a metal according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a flow sheet thereof. In FIG. 1, reference numeral 30 denotes a hydrogen analyzer (also referred to as a hydrogen meter), which includes a heating furnace 2, a column 4, a TCD cell 5, and the like. In the helium measurement method of the present application, a sample metal (sample) 1 is obtained using the hydrogen analyzer 30.
From to generate helium gas, after collecting the collection bag 7, and cooled through a helium gas suction pipes 12, after removing the impurities, so as to measure the helium is introduced into helium test can 15 It has become. The sample metal 1 is placed at a predetermined position in the heating furnace 2 after being ultrasonically cleaned, dried and weighed with a solvent such as acetone before being brought into the heating furnace 2. Is done. And in this state, the heating furnace 2 is 2000 °
Helium (He) in metal 1 heated to C or higher
Is extracted into the gas phase, and argon gas (Ar gas) is sent out from the carrier gas cylinder 3 to push out He from the heating furnace 2. Nitrogen may be used instead of argon gas. Then, the coexisting gas and He are separated in the column 4, and through a TCD cell (detector) 5, He is collected in a Tedra bag (flexible gas collection bag) 7 in a gas collection bottle. Reference numeral 19 is a bypass exhaust valve (three-way valve) for switching the gas flow path between the exhaust gas and the sample gas collection bag 7 system, the carrier gas flow rate set from the heating furnace conditions, a temporary change due to heating expansion, Furthermore, the switching of the bypass exhaust valve 19 is controlled by monitoring the optimum time zone between the distribution of the carrier gas and the extraction of the heated He with the TCD cell 5. Here, the bypass exhaust valve 19 is closed when energized, and is de-energized (normal time)
A normally open (NO) solenoid valve that is open at the same time, the hydrogen analyzer 30 and the exhaust path communicate with each other when the valve is opened. The sample gas collection bag 7 is flushed in advance. In addition, the needle valve 8, the three-way valve 9 and the suction pump (air pump) 10 are operated to completely remove the remaining He and the interference of He in the atmosphere, thereby completely replacing the remaining gas in the system with the carrier gas. Keep it. The measurement gas collected in the bag 7 is sent to a sorption pump 13 built in the adsorption pipe 12. The adsorption tube 12 is cooled by the refrigerant 11. Further, the adsorbent 1 is disposed in the adsorption tube 12.
4 or a filler is filled, and except for low-boiling point gases such as hydrogen and He are trapped (collected) and removed from the system. [0013] Then, He is reached amount of He by mass spectrometer detector for analyzing mass sent to H e biopsy can 15 corresponding to He mass 4 is measured and recorded in the recorder 16 . The measured value is compared with a calibration line (calibration curve) using a gas having a known He concentration sent from the standard cylinder 17 to obtain an accurate He amount, and the concentration of He in the metal is calculated from the amount of the sample metal 1. . In the setting and operation of the analysis operation step, the measurement operation is advanced step by step based on a command from the operation panel 18 equipped with a predetermined time program. Reference numerals 6, 20, 21, and 22 are an open valve, a shut-off valve, a fine flow needle valve (fine flow valve), and a three-way valve, respectively. The operations of 8, 9, and 19 are all controlled based on a control signal from the operation panel 18. [0015] Analysis Operation time program after mounting of the sample metal 1, the system in the purge, heating of the furnace, the sampling timing to the collecting bottle of the sample gas, helium test through a trap from the collection bottle on the basis of the set flow rate The operation or the like to be introduced into the container 15 is programmed so as to conform to (match) the operation conditions in a stepwise manner and in the microanalysis. Next, experimental examples will be described. The experimental apparatus has the same configuration as that described with reference to FIG. An important technical element of the present invention is how He in the open air
Or the influence of coexisting gases other than the measurement He. For this reason, as shown in FIG. 1, in this test apparatus, it is set as the double structure which provided the flexible gas collection bag 7 in the collection bottle which collects the gas which extracted He. From the heating furnace 2, setting conditions for suppressing the influence of gas diffusion and permeation between the outer layer and the bag layer to such an extent that they do not hinder the determination of a very small amount of He, the setting conditions for selective removal efficiency of interfering substances, and Detailed study on setting conditions of a series of time programs leading to the He measurement system,
The operation program and steps as shown in FIG. 2 were determined through examination of the optimum operation conditions of the apparatus and equipment and the function of the system. The extracted operation conditions are shown below. Heating furnace: induction heating method, heating temperature 2200 ° C, heating time 3-10 min Sample metal amount: 0.1-5 g Sampling time exhaust: 0.6 min from furnace heating Bag collection: 1.4-5. 1 min (sampling time is governed by device characteristics. See FIG. 7) Carrier: High purity nitrogen gas (He <0.01 ppm),
Flow rate: 10 to 400 ml / min Column: MS-5A packed, length 200 mm Gas collection bottle: Internal volume 3000 ml Flexible bag: Tedora bag, Volume: Up to 3000 ml when inflated Purge times: Carrier gas supply / exhaust 3 times or more during bag operation Collection bottle carrier gas purge amount: 130% excess adsorption tube of gas movement maximum amount: Quartz powder filling / liquid air cooling Next, the time program shown in FIG. 2 will be described. It is set to achieve. 1. Collection of analysis sample gas: Carrier gas is present in the measuring apparatus tube, furnace, and the like. When the carrier gas coexists in the target sample gas when heating the sample metal 1 or when extracting He, the signal to be measured by the TCD detector 5 is monitored because the measurement He is diluted to reduce the measurement sensitivity. Then, the three-way valve 19 is operated so as to collect only the gas in the time zone containing He in the Tedora bag 7. 2. Purging in the sample collection bag (Tedora bag) 7: Tedla bag 7 as a flexible bag
The interior is purged with a carrier gas in advance, and the three-way valve 9 and the suction pump 10 are used for intake and exhaust. 3. In-pipe exhaust: The three-way valve 22 and the suction pump (air pump) 10 are operated to replace and purify the residual gas in the pipe. 4. Desorption / exhaust of impurities: The heater of the sorption pump 13 is operated to desorb / exhaust the impurities collected in the adsorption pipe 12. 5. Sa sampling / analysis: The fine flow valve 21 and the shutoff valve 20 are operated to perform sampling. Next, each operation will be described in detail with reference to FIG. 2. For example, purging, sampling of sample gas, and analysis are performed as follows. Flow path and tedlar bag 7 in preparation for purge sample gas collection
Purge inside. (1) The three-way valve 19 is switched from the exhaust side (NO side) (NC side), and the flow path is purged with the carrier gas in the hydrogen analyzer 30. Note that a bypass passage for bypassing the three-way valve 19 may be provided between the hydrogen analyzer 30 and the exhaust passage, and a two-way valve may be provided in this bypass passage. After switching the three-way valve 19 to the NC side, the two-way valve of the bypass passage is closed after a predetermined time (for example, 3 seconds) to purge the flow path. (2) And a predetermined time (for example, 2 minutes)
Thereafter, the three-way valve 19 is switched to the exhaust side. At the same time, in order to exhaust the gas accumulated in the tedra bag 7, the three-way valve 22 is opened (ON), the air pump 10 is turned on, and the gas accumulated in the tedra bag 7 is passed through the three-way valves 9 and 22 by the suction action of the air pump 10. And exhaust. As described above, when a bypass passage that bypasses the three-way valves 19 and 22 and a two-way valve that opens and closes the bypass passage are provided, the two-way valve is placed on the exhaust side immediately before the three-way valve 19 is switched to the exhaust side. To reduce the flow path switching shock. (3) When the exhaust in the tedora bag 7 is finished, the three-way valve 22 is switched to the closed (off) state and the air pump 10 is turned off. At the same time, the needle valve (two-way valve) 8 is opened to supply Ar gas (also referred to as zero gas because it does not contain helium to be detected) from the carrier gas cylinder (Ar gas cylinder) 3 to the tedra bag 7. (4) After about 1 minute, the needle valve (two-way valve) 8
Is closed and the supply of Ar gas is stopped. At the same time as this, the three-way valve 22 is opened and the air pump 10 is switched on to exhaust. (5) Thereafter, the operations in (3) and (4) are repeated, and the purge in the tedlar bag 7 is executed. Sample Gas Sampling (1) The sample metal 1 is introduced into the heating furnace 2 of the hydrogen analyzer 30 and heated and melted to develop hydrogen and helium in the gas phase.
The development status is observed with a monitor, and the sampling timing is determined. (2) When sampling of the sample gas is started, first, the three-way valve 19 is moved from the exhaust side (NO side) to the communication side (N
Switch to C side). As described in the purge, when a bypass path and a two-way valve for opening and closing the bypass path are provided between the hydrogen analyzer 30 and the exhaust path,
After switching the three-way valve 19 to the NC side, the two-way valve is closed after a predetermined time (about 3 seconds) to reduce the flow path switching shock. (3) Thereafter, after a predetermined time has elapsed (hydrogen +
When the sampling is finished, the three-way valve 19 is switched to the NO side. Further, when the above-described bypass path and the two-way valve for opening and closing the bypass path are provided, the two-way valve is switched to a closed state immediately before the three-way valve 19 is switched to the NO side to reduce the flow path switching shock. At the same time when the three-way valve 19 is switched to the NO side, the shutoff valve 20 is closed. 3. Analysis (1) First, by switching the three-way valve 9 to the sorption pump 13 side (NC side), as an open regulation of micro-flow needle valve 21, for introducing a sample gas Tedorabaggu within 7 to H e test can 15 . At this time, the shutoff valve 20 is manually opened.
Incidentally, as shown in FIG. 2, before the three-way valve 9 is switched to the NC side, remains NO side (the air pump 10 side), by being switched to the NC side, the sample gas Tedorabaggu within 7 H e It flows into the conduit inspection can 15 side. (2) When the analysis is completed, set the three-way valve 9 to NO.
In addition, the three-way valve 22 is opened and the air pump 10 is turned on to exhaust the sample gas remaining in the tedla bag 7. (3) When exhaust is completed, the three-way valve 22 is closed and the air pump 10 is switched off. If the exhaust performance of the sorption pump 13 is lowered after the sorption pump 13 is stopped for a long time, the regeneration is performed according to the following procedure. (1) The shutoff valve 20 is closed and the sorption pump 13 is separated from the hydrogen analyzer 30. (2) The release valve 6 is opened, and a vacuum pump (not shown) on the exhaust side of the release valve 6 is turned on substantially simultaneously. At the same time, a sorption pump heater (not shown) is turned on. (3) The adsorbent 14 is activated for about 3 hours. (4) The release valve 6 is closed and both the vacuum pump and the sorption pump heater (not shown) are both turned off. (5) Cool naturally until the sorption pump 13 reaches room temperature. Fig. 3 shows the ratio of the number of purges of the equipment / piping system to the atmospheric components remaining in the system in order to know how much the impurities remaining in the system affect the determination of He. It is. From the test results, it was confirmed that if the system was purged three times, the interference rate would be 1% or less and would not interfere with the He measurement. FIG. 4 shows the operating conditions of the adsorption tube held at a low temperature for concentrating the He in the measurement sample gas (that is, removing the coexisting impurity gas (atmospheric component)). Adsorbent 14 packed bed height 35mm, 100mm
In other words, the relationship between the pipe flow velocity and the removal rate of atmospheric components was obtained. For a removal rate of 99% or higher, a flow rate of 30
It was grasped that it should be made cm / sec or less. FIG. 5 shows a calibration curve obtained with a standard gas using this apparatus. The concentration of He is about 0.01 to 10.
It shows that linearity (linear) is established in the ppm range. FIG. 6 is an example of a chart during actual gas measurement.
The horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the signal intensity of He. In the graph, the peak height is correlated with the concentration of He. FIG.
Is the heating and melting time of the sample metal 1 for measuring He,
This shows the relationship between the carrier gas flow rate and the He arrival time in the detector, and shows the proper time to collect He in the furnace gas accurately and with less impurities.
For example, at a carrier of 200 ml / min, if the sample is collected between 1.5 and 5.2 min from the start of heating of the furnace, the collection rate can be 99% or more and the measurement can be performed with an impurity minimum. Table 1 shows the He measurement results (results of the above experimental examples) of the standard sample carried out based on the above conditions. In addition, the result measured by the conventional measuring method is also shown. [Table 1] (Note) The measurement results in the table are the sample metal 0.370.
˜1.628 g of the particles are weighed, and is an average value or a calculated value of the analysis results of 7 times each. As described above, according to the method for measuring a trace amount of helium in a metal according to an embodiment of the present invention, it is possible to avoid measurement interference and dilution action of a coexisting gas other than helium (He) present in the internal conduit, and In addition to being able to prevent interference from, there is an advantage that it is possible to greatly improve the lower limit of measurement and improve the data fluctuation range. In addition, there is an advantage that it is possible to save and simplify the measurement. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. In particular, the present invention separates He and atmospheric components in the test gas by the adsorption method, concentrates He to increase the measurement sensitivity, and lowers the lower limit of quantification, and these techniques are set by special program settings. The point to deal with is not limited. As described in detail above, according to the method for measuring a trace amount of helium in a metal of the present invention, the sample metal is heated to generate the sample gas, and the sample gas is collected in the collection bag. after, to remove impurities by the sample gas is cooled through the sample gas to the adsorption tube, helium the sample gas
Since measuring the helium is introduced into detector has the following advantages. 1. Measurement interference and dilution effect due to coexisting gas other than helium existing in the internal pipe can be avoided and interference from outside the system can be prevented. 2. It is possible to greatly improve the lower limit of measurement and improve the data fluctuation range. 3. Labor saving and simplification of measurement can be achieved.
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかる金属中の微量ヘリ
ウム測定方法のフローシートを示す模式図である。
【図2】本発明の一実施形態にかかる金属中の微量ヘリ
ウム測定方法の手順を示すタイムチャートの一例であ
る。
【図3】本発明の一実施形態にかかる金属中の微量ヘリ
ウム測定方法のパージ回数と大気成分妨害率との関係を
示す図である。
【図4】本発明の一実施形態にかかる金属中の微量ヘリ
ウム測定方法の吸着管の管内流速と大気成分の除去率と
の関係を示す図である。
【図5】本発明の一実施形態にかかる金属中の微量ヘリ
ウム測定方法を用いて求めたヘリウムガスの検量線の一
例を示す図である。
【図6】本発明の一実施形態にかかる金属中の微量ヘリ
ウム測定方法のヘリウムガス測定・分析のチャートの一
例である。
【図7】本発明の一実施形態にかかる金属中の微量ヘリ
ウム測定方法の炉加熱時間とヘリウム抽出濃度との関係
を示す図である。
【符号の説明】
1 試料金属
2 加熱炉
3 キャリアガスボンベ
4 カラム
5 TCDセル(検出器)
6 開放弁
7 採取バッグ(フレキシブルガス採取バッグ又はテド
ラバッグ)
8 ニードル弁
9 三方弁
13 ソープションポンプ
15 ヘリウム検出器
19 バイパス排気弁(三方弁)
20 遮断弁
21 微流量弁
22 三方弁
30 水素分析装置BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing a flow sheet of a method for measuring a trace amount of helium in a metal according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an example of a time chart showing a procedure of a method for measuring a trace amount of helium in a metal according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the number of purges and the atmospheric component interference rate in the method for measuring trace helium in metals according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the flow velocity in the adsorption tube and the removal rate of atmospheric components in the method for measuring trace helium in metals according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing an example of a calibration curve of helium gas obtained using the method for measuring a trace amount of helium in a metal according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is an example of a chart for measuring and analyzing helium gas in the method for measuring a trace amount of helium in a metal according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the furnace heating time and the helium extraction concentration in the method for measuring a trace amount of helium in a metal according to an embodiment of the present invention. [Explanation of Symbols] 1 Sample metal 2 Heating furnace 3 Carrier gas cylinder 4 Column 5 TCD cell (detector) 6 Opening valve 7 Sampling bag (flexible gas sampling bag or Tedra bag) 8 Needle valve 9 Three-way valve 13 Soap pump 15 Helium detection vessel 19 bypass exhaust valve (three-way valve) 20 shutoff valve 21 fine flow valve 22 three-way valve 30 hydrogen analyzer
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G01N 30/00 G01N 30/00 E (72)発明者 山口 洋一郎 茨城県那珂郡東海村舟石川622番地12 ニュークリア・デベロップメント株式会 社内 (72)発明者 武田 泰弘 茨城県那珂郡東海村舟石川622番地12 ニュークリア・デベロップメント株式会 社内 (56)参考文献 特開2001−162369(JP,A) 特開 平5−180822(JP,A) 特開 平3−21867(JP,A) 特開 昭56−31642(JP,A) 実開 平2−101269(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 33/20 G01N 1/22 G01N 1/34 G01N 27/62 G01N 30/00 Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI G01N 30/00 G01N 30/00 E (72) Inventor Yoichiro Yamaguchi 622, Funaishikawa, Tokai-mura, Naka-gun, Ibaraki Prefecture In-house ( 72) Inventor Yasuhiro Takeda 622, Funishikawa, Tokai-mura, Naka-gun, Ibaraki Prefecture 12 Nuclear Development Co., Ltd. In-house (56) Reference Japanese Patent Laid-Open No. 2001-162369 (JP, A) Japanese Patent Laid-Open No. 5-180822 (JP, A) JP-A-3-21867 (JP, A) JP-A-56-31642 (JP, A) Practical application 2-101269 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 33/20 G01N 1/22 G01N 1/34 G01N 27/62 G01N 30/00
Claims (1)
せ、該試料ガスを採取バッグに捕集した後、該試料ガス
を吸着管に通して該試料ガスを冷却することにより不純
物を除去し、ヘリウム検出器に導入してヘリウムを測定
することを特徴とする、金属中の微量ヘリウム測定方
法。(57) [Claims] [Claim 1] A sample gas is heated to generate a sample gas, and the sample gas is collected in a collection bag, and then the sample gas is passed through an adsorption tube to form the sample gas. the impurity was removed by cooling the, and measuring the helium is introduced into helium detector, trace helium measuring method in the metal.
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