JPH0367170A - Analysis method for trace amounts of carbon, sulfur, and phosphorus in metal samples - Google Patents
Analysis method for trace amounts of carbon, sulfur, and phosphorus in metal samplesInfo
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- JPH0367170A JPH0367170A JP1201354A JP20135489A JPH0367170A JP H0367170 A JPH0367170 A JP H0367170A JP 1201354 A JP1201354 A JP 1201354A JP 20135489 A JP20135489 A JP 20135489A JP H0367170 A JPH0367170 A JP H0367170A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
この発明は金属酸J’+中の@駄炭素、硫黄、燐などを
迅速に定量分析することかできる方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for rapidly quantitatively analyzing carbon, sulfur, phosphorus, etc. in metal acid J'+.
この発明は製鉄業l〉るいは各種非鉄金属製造業などに
おける製造上程管理分析や品質管理分析の分野”〔利用
される。This invention is utilized in the field of manufacturing process management analysis and quality control analysis in the steel industry and various non-ferrous metal manufacturing industries.
[従東の技術]
金属の精錬、製鋼プロセスなどの操業の管理には、溶融
金属から試料を採取し、分析して成分含有率を可能な限
り迅速に把握し、その結果によって対応処理をとる盛替
がある。たとえば、製鋼プロセスでは試料採取から分析
結果が得られるまでの時間は通常5〜6分である。また
、製品の検定にも高精度、迅速分析が必要である。分析
対象成分の中でも、炭素、硫黄および燐については特に
製鉄において、品質を決定する−にで亀要な成分である
。[Junto technology] To manage operations such as metal refining and steel manufacturing processes, we collect samples from molten metal, analyze them to understand the component content as quickly as possible, and take appropriate actions based on the results. There is a replacement. For example, in a steel manufacturing process, the time from sample collection to obtaining analytical results is typically 5 to 6 minutes. Highly accurate and rapid analysis is also required for product verification. Among the components to be analyzed, carbon, sulfur, and phosphorus are important components that determine quality, especially in steel manufacturing.
微量炭素を定量分析する方法として、たとえば特開昭5
6−10251号公報で開示された「金属中の炭素定積
方法」かある。この方7大は、水素気流中で金属試料を
加熱し、試料中の炭素をメタンとして生成させ、抽出す
る。抽出したメタンを水素気流により搬送して管路の終
端で水素ガスとともに燃焼し、燃焼によりイオン化した
JA素を検出し、定量する。しかし、この方法では金属
試料を40〜50μmの粒子状にしなければならず、試
料の調製に時間を要する。また、試料を長時間 (上記
公報に記載の実施例では、1時間)加熱しなければなら
ない。したがって1分析結果を製造プロセスにフィード
バックして操業管理をすることは困難であった。なお、
微量硫黄を定量する方法として、特開昭56−1025
2号公報で開示された「金属中の硫黄定量方法」がある
。この方法も同様に、硫黄の定量に長時間を要する。For example, as a method for quantitatively analyzing trace carbon,
There is a ``method for determining carbon in metals'' disclosed in Japanese Patent No. 6-10251. In this method, a metal sample is heated in a hydrogen stream, and the carbon in the sample is produced as methane, which is then extracted. The extracted methane is transported by a hydrogen stream and burned together with hydrogen gas at the end of the pipe, and the JA element ionized by the combustion is detected and quantified. However, in this method, the metal sample must be made into particles of 40 to 50 μm, and it takes time to prepare the sample. In addition, the sample must be heated for a long time (1 hour in the example described in the above publication). Therefore, it has been difficult to feed back the results of one analysis to the manufacturing process for operational management. In addition,
As a method for quantifying trace amounts of sulfur, JP-A-56-1025
There is a "method for determining sulfur in metals" disclosed in Publication No. 2. This method also requires a long time to quantify sulfur.
このような問題を解決するものとして、たとえば特開昭
59−157541号公報で開示された炭素および硫黄
を迅速に分析する方法がある。この分析方法では、不活
性ガス気流中で溶融金属表面をスパーク放電により加熱
して金属成分よりなる微粒子を蒸発発生させる。そして
、発生した微粒子を搬送管により発光分光分析装置に気
送し、炭素および硫黄を含む多元素を同時に発光分光分
析法により定量する。To solve this problem, for example, there is a method for rapidly analyzing carbon and sulfur disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 157541/1983. In this analysis method, the surface of a molten metal is heated by spark discharge in an inert gas stream to evaporate and generate fine particles made of metal components. The generated fine particles are then pneumatically conveyed through a transport tube to an emission spectrometer, and multiple elements including carbon and sulfur are simultaneously quantified by emission spectrometry.
また、炭素、硫黄および燐を迅速に分析する方法として
、特開昭60−233538号公報で開示された技術が
ある。この分析方法では、水素ガスを混合した不活性ガ
ス雰囲気ないしは水素ガス雰囲気中で分析試料にスパー
ク放電、アーク放電、プラズマアーク放電、レーザービ
ーム照射のいずれかのエネルギーを供与することにより
、分析試料中に含まれる炭素、硫黄、燐成分を励起して
ガス状の水素化物に変化させる。そして、これらの水素
化物を水素炎中に導入して各元素の発光強度もしくは導
電率を測定し、各元素の試料中の含有率を求める。Furthermore, as a method for rapidly analyzing carbon, sulfur, and phosphorus, there is a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-233538. In this analysis method, energy is applied to the analysis sample by spark discharge, arc discharge, plasma arc discharge, or laser beam irradiation in an inert gas atmosphere mixed with hydrogen gas or a hydrogen gas atmosphere. It excites the carbon, sulfur, and phosphorus components contained in the water and transforms them into gaseous hydrides. Then, these hydrides are introduced into a hydrogen flame, the emission intensity or conductivity of each element is measured, and the content of each element in the sample is determined.
[発明か解決しようとする課題]
最近、製品の高級化に伴なって高純度金属、たとえば炭
素などを微量に含有する高級鋼材が開発されている。こ
のために、炭素などをppmオーダーで分析する要求が
ある。また、分析結果を製造工程管理や品質管理に利用
するためには、オンライン分析を必要とし、短時間で分
析を終えなければならない。[Problems to be Solved by the Invention] Recently, as products have become more sophisticated, high-grade steel materials containing trace amounts of high-purity metals, such as carbon, have been developed. For this reason, there is a demand for analyzing carbon and the like on the order of ppm. In addition, in order to use the analysis results for manufacturing process control and quality control, online analysis is required and the analysis must be completed in a short time.
しかし、特開昭59−157541号公報の迅速分析方
法では、不活性ガス気流中で微粒子を発光分光分析する
ので、高い感度を得ることができなかった。また、特開
昭60−233538号公報の迅速分析方法では、水素
ガスを混合した不活性ガス雰囲気中ないしは水素ガス雰
囲気中でアークを発生させるのでアークが不安定となり
、上記迅速分析方法と同様に高い感度を得ることはでき
なかった。したがって、これら従来の迅速分析方法では
、ppmオーダーで炭素および硫黄を迅速に定量するこ
とは不可能であった。However, in the rapid analysis method disclosed in JP-A-59-157541, fine particles are subjected to emission spectroscopic analysis in an inert gas stream, and high sensitivity cannot be obtained. Furthermore, in the rapid analysis method disclosed in JP-A No. 60-233538, the arc is generated in an inert gas atmosphere mixed with hydrogen gas or in a hydrogen gas atmosphere, which makes the arc unstable. It was not possible to obtain high sensitivity. Therefore, with these conventional rapid analysis methods, it has been impossible to rapidly quantify carbon and sulfur on the order of ppm.
なお、スパーク発光分光法は分析時間は短いが感度か不
足し、燃焼−赤外吸収法は感度は優れるが、分析所要時
間がかかる問題がある。Incidentally, the spark emission spectroscopy has a short analysis time but lacks sensitivity, and the combustion-infrared absorption method has an excellent sensitivity but has the problem of requiring a long analysis time.
そこで、この発明は金属試料中の炭素、硫黄。Therefore, this invention aims to investigate carbon and sulfur in metal samples.
燐をpp+uppmオーダーに定量することができる分
析方法を提供しようとするものである。The purpose of this invention is to provide an analysis method that can quantify phosphorus on the order of pp+uppm.
[3題を解決するための手段]
この発明の金属試料中の微量炭素、硫黄、燐の分析方法
は、不活性ガス気流中で金属試料表面を加熱して金属試
料成分を蒸発させる。発生した微粒子を不活性ガス気流
によりフィルタに送って捕集し、不活性ガス気流を停止
するとともに捕集した微粒子を加熱する。ついで、加熱
した微粒子に水素ガスを供給して試料中の炭素、硫黄ま
たは燐のガス状水素化物を発生させ、ガス状水素化物を
ガス濃縮装置に流入させて濃縮するとともに水素ガスを
排出して不活性ガスに置換する。そして、濃縮したガス
状水素化物を不活性ガス気流によりガス分析装置に送り
、ガス状水素化物を定量する。微量炭素、硫黄および燐
のすべてを同時に、またはこれら元素のうちの何れか一
つもしくは二つを分析するようにしてもよい。[Means for Solving the Three Problems] The method of analyzing trace amounts of carbon, sulfur, and phosphorus in a metal sample according to the present invention heats the surface of the metal sample in an inert gas stream to evaporate the metal sample components. The generated particulates are sent to a filter by an inert gas flow and collected, and the inert gas flow is stopped and the collected particulates are heated. Next, hydrogen gas is supplied to the heated fine particles to generate gaseous hydrides of carbon, sulfur, or phosphorus in the sample, and the gaseous hydrides are flowed into a gas concentrator where they are concentrated and the hydrogen gas is discharged. Replace with inert gas. Then, the concentrated gaseous hydride is sent to a gas analyzer using an inert gas stream, and the gaseous hydride is quantified. Trace carbon, sulfur, and phosphorus may all be analyzed simultaneously, or any one or two of these elements may be analyzed.
不活性ガス気流を形成するには、フィルタに通した密閉
部に不活性ガス供給源から不活性ガスを供給する。不活
性ガスとしてアルゴン、・\リュウム、窒素ガスなどを
用いる。不活性ガス気流は、発生した微粒子−をフィル
タに気送するに十分な流+7とする1、
試料表面な加熱する丁1段は、試料表向を急速に加熱し
て微粒子−を蒸発させる必要があるのでエネルギ密度の
高いもの、スパーク放電、アーク放電、プラズマビーム
照射、レーザービーム照射なとかil用される。プラズ
マビーム照射は移行型あるいは非移行型のいずれであっ
てもよい。試料成分を均一に採取するために、加熱面積
2まなるべく大きくすることか望ましく、レーザービー
ム照射は面積は小さいが、スパーク放電ではたとえば8
mmφ、プラズマアーク放電では15ma+φと広い面
積を加熱することができる。To create an inert gas stream, an inert gas source is supplied to the filtered seal from an inert gas source. Argon, rhium, nitrogen gas, etc. are used as the inert gas. The inert gas airflow should be sufficient to blow the generated particulates to the filter1.The first stage of heating the sample surface needs to rapidly heat the sample surface to evaporate the particulates. Because of its high energy density, it is used for things with high energy density, such as spark discharge, arc discharge, plasma beam irradiation, and laser beam irradiation. Plasma beam irradiation may be of either a transfer type or a non-transfer type. In order to collect sample components uniformly, it is desirable to make the heating area 2 as large as possible.For laser beam irradiation, the area is small, but for spark discharge, for example, 8
mmφ, plasma arc discharge can heat a wide area of 15ma+φ.
フィルタはカラスファイバなとの耐熱性la維で作られ
たろ紙を用いる。ろ紙に(Nt着した微粒子を加熱する
には、たとえば電気ヒータを用いる。The filter uses a filter paper made of heat-resistant LA fiber such as glass fiber. To heat the fine particles (Nt) attached to the filter paper, for example, an electric heater is used.
加熱した微粒tに水素ガスを供給するには、フィルタに
通した加圧水素ガス供給源から供給する。、水素ガス供
給量は、加熱された微粒子と反跳、して分析に必要な1
tのガス状水素化物を発生し、史に発生したガス状水素
化物をガス濃縮装置に送り込むに十分な流量とする。Hydrogen gas is supplied to the heated fine particles t from a pressurized hydrogen gas source passed through a filter. , the amount of hydrogen gas supplied is the same as the one required for analysis due to the recoil from the heated particles.
t of gaseous hydride is generated at a flow rate sufficient to send the previously generated gaseous hydride to the gas concentrator.
発生し・たガス状水素化物の濃縮に、通常用いら第1て
いるコールドトラップ、濃縮カラムなどが利用される。For concentrating the generated gaseous hydrides, conventional cold traps, concentrating columns, etc. are used.
濃縮カラムの吸着剤としてモレキエラーンーブ (合成
フッ石の登録商標)、活性炭その他を用いる。Molekieran Lube (registered trademark for synthetic fluorite), activated carbon, and others are used as adsorbents in the concentration column.
水素ガスを置換し、また濃縮したガス状水素化物をガス
分析装置に送り込む不活性ガスとし2てアルコン、ヘリ
ュウム、窒素ガスなどを用いる。Alcon, helium, nitrogen gas, or the like is used as an inert gas to replace hydrogen gas and send the concentrated gaseous hydride to the gas analyzer.
濃縮されたガス状水素化物を定(aするガス分析装置は
、半導体ガスセンサ、水素炎イオン化検出番、フレーム
光度型検出器、誘導結合型プラズマ発光分析器なとの検
出器あるいは分析器を備えた装置である。水集炎イオン
化検出器は炭素の検出に、またフレーム光度型検出器は
硫黄および燐の検出にそれぞれ用いる。A gas analyzer for determining concentrated gaseous hydrides is equipped with a detector or analyzer such as a semiconductor gas sensor, a hydrogen flame ionization detector, a flame photometric detector, or an inductively coupled plasma emission analyzer. A water-collecting flame ionization detector is used to detect carbon, and a flame photometric detector is used to detect sulfur and phosphorus.
なお、金属試料は固体あるいは溶融状態であってもよい
。固体の金属試料は、板またはブロック状のものが用い
られる。またとえば、製鋼プロセスでは転炉の溶鋼から
サブランスで採取し、試料調製機で直径30mmの円板
に、31製した試料か用いら第1る。Note that the metal sample may be in a solid or molten state. The solid metal sample used is in the form of a plate or block. For example, in the steel manufacturing process, molten steel in a converter is sampled using a sub-lance, and a sample is prepared using a sample preparation machine into a disk with a diameter of 30 mm.
[作用]
□屈試料表面を高温に加熱することにより、金属試料成
分よりなる微粒子か蒸発する。微粒子の村径は、0,0
1〜0.1μm程度である。蒸発により発生し、た微粒
−rは、不活性ガス気流に乗ってフィルタに運ばれ、フ
ィルタ上に捕集される。加熱された微粒−fは非常に活
性であり、水素ガスを供給すると、金属試料成分は水素
ガスと反応してガス状水素化物を生成する。すなわち、
金属試料中の炭素は水素と反応してメタン((:114
)に、硫黄は硫化水素(II25)に、また燐はホスフ
ィン(pH,+1となる。発生したガス状水素化物より
なる混合ガスの成分組成は、もとの分析試料の成分組成
に実質的に等しい。発生したガス状水素化物は、水素ガ
ス気流とともにガス濃縮装置に流入し、ここで濃縮され
る。水素化物はガス状をしているのでガス濃縮装置で容
易に濃縮することかできる。濃縮されたガス状水素化物
は不活性ガスによりガス分析装置に運ばれ、定狐される
。ガス状水素化物は濃縮されているので、高い感度およ
び精度て定lt分析される。[Function] □ By heating the surface of the sample to a high temperature, fine particles consisting of metal sample components evaporate. The village diameter of fine particles is 0,0
It is about 1 to 0.1 μm. The fine particles generated by evaporation are carried to the filter by the inert gas flow and collected on the filter. The heated granules-f are very active and when hydrogen gas is supplied, the metal sample components react with the hydrogen gas to form gaseous hydrides. That is,
Carbon in the metal sample reacts with hydrogen to form methane ((:114
), sulfur becomes hydrogen sulfide (II25), and phosphorus becomes phosphine (pH, +1).The composition of the mixed gas consisting of the generated gaseous hydride is substantially the same as that of the original analysis sample. Equal.The generated gaseous hydride flows into the gas concentrator together with the hydrogen gas stream and is concentrated there.Since the hydride is in a gaseous state, it can be easily concentrated in the gas concentrator.Concentration The gaseous hydride thus obtained is transported by an inert gas to a gas analyzer and analysed.Since the gaseous hydride is concentrated, it is analyzed with high sensitivity and accuracy.
[実施例]
以F、鋼試料中の微乳炭素、硫Ztiおよび情を同時に
定堅する場1ξを実施例として説明する。[Example] Hereinafter, as an example, a case 1ξ in which fine milk carbon, sulfur Zti, and carbon dioxide in a steel sample are simultaneously determined will be described.
第1図は、この発明の−jJ7去を実施する定;[L分
析装Rの一例を模式的に示している。FIG. 1 schematically shows an example of the L analyzer R for carrying out the method of the present invention.
円筒状の放電室IIの低部は耐熱絶縁材PIて作られて
おり、ここにタングステン製の対電極12か重直に取り
付けられている。放電に室11の頂部は分析試料Sの取
付は部となっている。対電極12にはスパーク放電用型
fi+3か接続されている。また、放電室11の底部に
は、配管!9を介してアルゴンガスホン・\17および
ガス清浄器18か接続されている。The lower part of the cylindrical discharge chamber II is made of heat-resistant insulating material PI, and a counter electrode 12 made of tungsten is vertically attached thereto. The top of the chamber 11 serves as a mounting area for the analysis sample S. A spark discharge type fi+3 is connected to the counter electrode 12. In addition, there is piping at the bottom of the discharge chamber 11! An argon gas phone \17 and a gas purifier 18 are also connected via 9.
放電室11の頂部寄りは配管21を介し・てフィルタ2
5が接続されている。フィルタ25はガラス繊Mt製ろ
紙26および電気ヒータ27を内蔵している。また、配
管21には切持え弁23か設けられており、ここに配管
30を介して水素ガスボンベ28およびガス清浄N29
が接続されている。A filter 2 is connected to the top of the discharge chamber 11 via a pipe 21.
5 is connected. The filter 25 includes a filter paper 26 made of glass fiber Mt and an electric heater 27. In addition, a valve 23 is provided in the pipe 21, and a hydrogen gas cylinder 28 and a gas cleaner N29 are connected thereto via the pipe 30.
is connected.
フィルタ25の出側配管31にはガス濃縮装置32が接
続されている。ガス濃縮装置32はコールドトラップよ
りなっており、冷却!fI33およびこれに挿入された
冷却管34を備えている。冷却jfI33には液体窒素
35が満たされている。ガス濃縮装置32の冷却管34
に流入したメタン、硫化水素およびホスフィンの凝縮温
度は液体窒素の凝縮温度よりも高いので、液体窒素によ
り冷却され、凝縮する。A gas concentrator 32 is connected to an outlet pipe 31 of the filter 25 . The gas concentrator 32 consists of a cold trap and is cooled! It includes an fI 33 and a cooling pipe 34 inserted therein. The cooling jfI 33 is filled with liquid nitrogen 35. Cooling pipe 34 of gas concentrator 32
Since the condensation temperature of methane, hydrogen sulfide and phosphine flowing into the tank is higher than that of liquid nitrogen, they are cooled by liquid nitrogen and condensed.
方、水素ガスの凝縮温度は液体窒素のそれよりも低いの
で、そのまま冷却管34を通過する。温度コントローラ
36で制御されるシーズヒータ37が、冷却管34に沿
って取り付けられている。冷却HI33を取り外したの
ち、冷却管34をシーズヒータ37により加熱し、凝縮
された水素化物を気化する。On the other hand, since the condensation temperature of hydrogen gas is lower than that of liquid nitrogen, it passes through the cooling pipe 34 as it is. A sheathed heater 37 controlled by a temperature controller 36 is installed along the cooling pipe 34. After removing the cooling HI 33, the cooling pipe 34 is heated by the sheathed heater 37 to vaporize the condensed hydride.
ガス濃縮袋W32の出側配管40には切替え弁41が設
けられている。切替え弁41の一方の出側は配管42を
介してガス分析装置44に接続され、他方の出側は大気
に開放されている。A switching valve 41 is provided on the outlet pipe 40 of the gas concentration bag W32. One outlet of the switching valve 41 is connected to a gas analyzer 44 via a pipe 42, and the other outlet is open to the atmosphere.
ガス分析装置44は、チャンバ45およびチャンバ内に
配置された3個のSnO,半導体ガスセンサ46を備え
ている。3個の半導体ガスセンサ46は、メタン、硫化
水素およびホスフィンに対してそれぞれ成分選択性をも
ったものが選ばれている。半導体ガスセンサ36は、増
幅、演算などの信号処理回路(図示しない〉を備えたデ
ータ処理部47に接続されている。The gas analyzer 44 includes a chamber 45 and three SnO semiconductor gas sensors 46 arranged within the chamber. The three semiconductor gas sensors 46 are selected to have component selectivity for methane, hydrogen sulfide, and phosphine, respectively. The semiconductor gas sensor 36 is connected to a data processing section 47 including a signal processing circuit (not shown) for amplification, calculation, etc.
ここで、上記のように構成された装置により、分析試料
中の微量炭素、硫黄および燐を同時に定量する方法につ
いて説明する。分析試料は、転炉で採取した溶鋼を周知
の試料調製機により直径30n+mの小円板状に調製し
たものである。Here, a method for simultaneously quantifying trace amounts of carbon, sulfur, and phosphorus in an analysis sample using the apparatus configured as described above will be described. The analysis sample was obtained by preparing a small disk shape of 30n+m in diameter from molten steel collected in a converter using a well-known sample preparation machine.
放電室11の頂部に分析試料Sを放電室11の頂部開口
を塞ぐようにして載置する。放電室11の気密を保つた
めに、治具 (図示しない)により分析試料Sを耐熱樹
脂性OリングI5を介して放電室11の頂部に押圧した
状態で保持する。分析試料Sおよび対電極】2にはスパ
ーク放電用電源装置13の陰極および11!極をそれぞ
れ接続する。An analysis sample S is placed on the top of the discharge chamber 11 so as to close the opening at the top of the discharge chamber 11 . In order to keep the discharge chamber 11 airtight, a jig (not shown) holds the analysis sample S pressed against the top of the discharge chamber 11 via a heat-resistant resin O-ring I5. Analysis sample S and counter electrode] 2 includes the cathode of the spark discharge power supply 13 and 11! Connect each pole.
また、切替え弁23を切り替えて、アルゴンガスボンへ
17から放電室11.配管21.切替え弁23゜フィル
タ25.配管31.ガス濃縮装R32の冷却管34、配
管40および切替え一#−41にアルゴンガスを流通さ
せ、これら機器および配管内に残留したガスを排出除去
する。また、切替え弁41を切り替えて、ガス分析装置
44のチャンバ45にアルゴンガスを流入させ、チャン
バ45内に残留したガス、大気などを排出除去する。Also, by switching the switching valve 23, the argon gas bomb 17 is switched to the discharge chamber 11. Piping 21. Switching valve 23° filter 25. Piping 31. Argon gas is passed through the cooling pipe 34, piping 40, and switch #-41 of the gas concentrator R32, and the gas remaining in these devices and piping is discharged and removed. Further, the switching valve 41 is switched to allow argon gas to flow into the chamber 45 of the gas analyzer 44, and gas, atmosphere, etc. remaining in the chamber 45 are discharged and removed.
つぎに、上記のようにしてブリフラッシュを終えたなら
ば、再び放電室11から切替え弁41の出口に至るまで
アルゴンガスを流通させる。アルゴンガスの流量は0.
5 n/a+inである。このような状態で、この分析
試料の表面と対電極12の先端部との間に高電圧を加え
、電気的火花放電を飛ばす。Next, after the pre-flushing is completed as described above, argon gas is again circulated from the discharge chamber 11 to the outlet of the switching valve 41. The flow rate of argon gas is 0.
5 n/a+in. In this state, a high voltage is applied between the surface of the analysis sample and the tip of the counter electrode 12 to cause electrical spark discharge.
スパーク放電条件は、スパーク放電回路定数が自己誘導
lOμH1静電容量3μF、抵抗0Ωで、電圧は100
OV 、周波数は100〜400 Hy、、 電極間
間隙は4〜6IIlo1程度である。スパーク放電によ
り。The spark discharge conditions are: the spark discharge circuit constant is self-induction lOμH1, the capacitance is 3μF, the resistance is 0Ω, and the voltage is 100
OV, the frequency is 100 to 400 Hy, and the interelectrode gap is about 4 to 6IIlo1. By spark discharge.
試料中の鉄、マンガン、けい素、炭素、硫黄、v4など
の各元素は励起されるが、ごく短時間のうちにお互いが
粒子を形成する。この粒子は0.O1μm程度の極めて
微細な超微粒子で、スパーク放電の回路定数などにも左
右されるが、その成分組成はもとの鉄鋼試料の成分組成
に近い。Each element in the sample, such as iron, manganese, silicon, carbon, sulfur, and v4, is excited, but they mutually form particles within a very short time. This particle is 0. These are extremely fine ultrafine particles with a diameter of about 1 μm, and their composition is close to that of the original steel sample, although it depends on the circuit constant of the spark discharge.
生成した微粒子は、アルゴンガス気流に乗ってフィルタ
25に運ばれ、フィルタ25のろ紙26に付着する。つ
いで、切替え弁41を閉じるとともに、微粒子が付着し
たろ紙26を電熱ヒータ27により加熱する。そして、
切替え弁23を切り替えて水素ガスボンベ28から水素
ガスをフィルタ25に供給する。The generated fine particles are carried to the filter 25 by the argon gas flow and adhere to the filter paper 26 of the filter 25. Next, the switching valve 41 is closed, and the filter paper 26 to which the fine particles have adhered is heated by the electric heater 27. and,
The switching valve 23 is switched to supply hydrogen gas from the hydrogen gas cylinder 28 to the filter 25.
分析試料中の炭素は水素と反応してメタンに、硫黄は硫
化水素に、また燐はホスフィンとなる。この実施例では
、フィルタ25の加熱温度は800℃。Carbon in the analysis sample reacts with hydrogen to form methane, sulfur to hydrogen sulfide, and phosphorus to phosphine. In this embodiment, the heating temperature of the filter 25 is 800°C.
加熱時間は60秒である。また、水素ガスの流量は、3
00mIt/minである。Heating time is 60 seconds. In addition, the flow rate of hydrogen gas is 3
00 mIt/min.
上記操作により発生したガス状水素化物(C14゜H2
S、P3H)は、ガス濃縮装置32の冷却管34に流入
し、ここで凝縮される。水素ガスは切替え弁41から排
出される。なお、鉄、マンガン、けい素等の微粒子は、
ろ紙26に付着したままフィルタ25に夕(留する。ガ
ス状水素化物が凝縮すると、切替え弁23を切り替え、
アルゴンガスホンベニ9がらアルゴンガスを冷却管34
に流し・、冷却管34およびこれの前後の配管中に残留
する水素ガスを切替え弁41を経て排出する。水素ガス
の排出が終ったならば、切替え弁41を切り替えて冷却
管34とガス分析装置44のチャンバ45とを連通させ
るとともに5冷却梢33を取り外す。そして、シーズヒ
ータ37により冷却管34を加熱し、凝縮した水素化物
を気化する。Gaseous hydride (C14°H2
S, P3H) flows into the cooling pipe 34 of the gas concentrator 32 and is condensed there. Hydrogen gas is discharged from the switching valve 41. In addition, fine particles such as iron, manganese, silicon, etc.
The gaseous hydride remains attached to the filter paper 26 and remains in the filter 25. When the gaseous hydride condenses, the switching valve 23 is switched,
Cooling pipe 34 with argon gas from argon gas horn 9
The hydrogen gas remaining in the cooling pipe 34 and the piping before and after it is discharged through the switching valve 41. When the hydrogen gas has been discharged, the switching valve 41 is switched to communicate the cooling pipe 34 with the chamber 45 of the gas analyzer 44, and the cooling top 33 is removed. The cooling pipe 34 is then heated by the sheathed heater 37 to vaporize the condensed hydride.
気化したガス状水素化物は、ガス分析装置44のチャン
バ45に流入し、半導体ガスセンサ46により検出され
る。The vaporized gaseous hydride flows into the chamber 45 of the gas analyzer 44 and is detected by the semiconductor gas sensor 46.
鉄鋼試料を対象に前述の一般的な低圧スパーク放電を行
なった場合は、1パルスの放電で鉄鋼試料の約1μgが
励起蒸発する。周波数200Hzを採用した場合には、
1分間に約12mgの試料が蒸発し、たとえば鉄鋼試料
中のIOppmの炭素、硫黄および燐は全量フィルタに
捕集される。上記水素ガス流量および加熱条件により、
約0.01Nmffiのメタンガスが発生ずる。水素と
の還元作用で生成したメタン、硫化水素およびホスフィ
ンは濃縮され、アルゴンガスで運び出されるときの濃度
はかなり高くなる。たとえば、メタンガス濃縮後のアル
ゴンガス流星を100111IL/ minとした場合
、アルゴンガス中のメタンの濃度は約1100ppとな
る。半導体ガスセンサ46の検出濃度は更に低く、lp
pmの濃度は十分に余裕のある定置濃度である。したが
って、末法の定量感度は著しく高感度であり、鋼中10
pp11程度の極微量の炭素は十分定量できる。硫黄お
よび燐についても同様である。また、この発明によれは
、分析所要時間は分析試料Sを反応室1内に設定後、約
1゜5分以内の短時間で分析することができる。When the above-mentioned general low-pressure spark discharge is applied to a steel sample, about 1 μg of the steel sample is excited and vaporized by one pulse of discharge. When a frequency of 200Hz is adopted,
Approximately 12 mg of sample is evaporated per minute, and all IOppm of carbon, sulfur, and phosphorus in a steel sample, for example, is collected on the filter. Depending on the above hydrogen gas flow rate and heating conditions,
Methane gas of about 0.01 Nmffi is generated. Methane, hydrogen sulfide and phosphine formed by reduction with hydrogen are concentrated and their concentration is considerably higher when carried away with argon gas. For example, if the argon gas meteor after methane gas concentration is 100111 IL/min, the concentration of methane in the argon gas will be about 1100 pp. The detection concentration of the semiconductor gas sensor 46 is even lower, lp
The concentration of pm is a stationary concentration with a sufficient margin. Therefore, the quantitative sensitivity of the final method is extremely high, and 10
An extremely small amount of carbon of about pp11 can be sufficiently quantified. The same applies to sulfur and phosphorus. Further, according to the present invention, analysis can be performed within a short time of about 1.5 minutes after setting the analysis sample S in the reaction chamber 1.
1試料の分析が終了すると、前述のように機器および配
管にアルゴンガスを流通させ、これらに残留した分析試
料の蒸発微粒子、ガス状水素化物などを排出除去する。When the analysis of one sample is completed, argon gas is passed through the equipment and piping as described above, and the evaporated particles, gaseous hydrides, etc. of the analysis sample remaining therein are discharged and removed.
なお、フィルタ25のろ紙26は、約30回分析ごとに
取り替えた。Note that the filter paper 26 of the filter 25 was replaced approximately every 30 analyses.
以り、 、f導体ガスセンサイロを利用して試料中の炭
素、硫黄および燐を同時に定量する例ついて説明したか
、これら元素のうちの何れか−っまたばつを定量するよ
うにしてもよい。また、ガス分析装置44に半導体ガス
センサ以外の検出器または分析器を用いることもてきる
。たとえば、発光分光分析器によりこれら元素を定量し
てもよい。誘導結合型プラズマ発光分析器(1(: +
1 )を利用する場合、誘導結合型プラズマ発光分析器
は窒素ガスを検出するので、不活性ガスとして窒素ガス
以外の、たとえばアルゴンガスを用いる。さらにまた、
炭素を定量する場合には、水素炎イオン化検出器(FI
D)を用いることもできる。水素炎イオン化検出器は、
ガスクロマトグラフに一般的に用いられる検出器であり
、水素炎を励起源として分析成分をイオン化し、そのイ
オン電流を測定する。Hereinafter, an example has been described in which carbon, sulfur, and phosphorus in a sample are simultaneously determined using an f-conductor gas sensor silo, but the concentration of any one of these elements may also be determined. Further, a detector or an analyzer other than a semiconductor gas sensor may be used as the gas analyzer 44. For example, these elements may be quantified using an emission spectrometer. Inductively coupled plasma emission analyzer (1 (: +
1), since the inductively coupled plasma emission analyzer detects nitrogen gas, a gas other than nitrogen gas, such as argon gas, is used as the inert gas. Furthermore,
When quantifying carbon, a flame ionization detector (FI
D) can also be used. Hydrogen flame ionization detector is
A detector commonly used in gas chromatographs, which uses a hydrogen flame as an excitation source to ionize analytical components and measure the ion current.
炭素はメタンに還元されて水素炎イオン化検出器に導入
され、高感度で検出される。また、f&黄または燐の定
量分析を行うには、フレーム光度検出器(FPD)を用
いることもできる。フレーム光度検出器は燐および硫黄
化合物に対して選択的に高感度をもち、硫黄については
400nm付近で、また燐については530nm付近の
波長で最大発光強度を示す。したかって、この波長領域
をよく通ずJ゛−渉フィルタを用いて選択を行ない、光
電子増倍管て各々のスベク[・ル強度を測定する。予め
鉄鋼標準試料を用いて決定された検量線をもとに、測定
したスペクトル強度から硫黄または燐の含’M−ffl
か算出される。The carbon is reduced to methane and introduced into a flame ionization detector, where it is detected with high sensitivity. A flame photometric detector (FPD) can also be used to perform quantitative analysis of f&yellow or phosphorus. Flame photometric detectors are selectively sensitive to phosphorus and sulfur compounds, with maximum emission intensities at wavelengths around 400 nm for sulfur and around 530 nm for phosphorus. Therefore, selection is made using a J-interference filter that passes through this wavelength range, and the intensity of each spectrum is measured using a photomultiplier tube. Based on the calibration curve determined in advance using a steel standard sample, the content of sulfur or phosphorus can be determined from the measured spectral intensity.
is calculated.
以−し、鉄鋼試料を例に説明したが、鉄鋼試料以外に各
種非鉄金属、鉱物、セラミックスなどにもこの発明は適
用できる。Although the present invention has been explained using a steel sample as an example, the present invention can also be applied to various non-ferrous metals, minerals, ceramics, etc. in addition to steel samples.
[発明の効果コ
この発明によれば、分析対象元素は炭素、硫黄および燐
に限定されるが、これら元素をppn+オーダーで迅速
に定量することができる。また、金属等の品質評価に最
も重要な元素である炭素、硫黄および燐の主要元素を分
析対象とすることから2金属の精錬や製造プロセス等の
操業管理に挿めて効果が大きい。[Effects of the Invention] According to the present invention, although the elements to be analyzed are limited to carbon, sulfur, and phosphorus, these elements can be rapidly quantified on the order of ppn+. In addition, since the main elements of carbon, sulfur, and phosphorus, which are the most important elements for quality evaluation of metals, are analyzed, it is highly effective in controlling operations such as refining and manufacturing processes of two metals.
第1図は、この発明の方法を実施する装置の−・例を模
式的に示す装置構成図である。
11・・・放電i室、12・・・対電極、+ 3−・・
スパーク放電用′准源、17・・・アルゴンガスボンベ
、23−・・切替え弁、25・・・フィルタ、28・・
・水素ガスボンベ、32−・・ガス濃縮装置、34・・
・冷却管、35・・・液体窒素、41・・・切替え弁、
44・・・ガス分析装置、46−・・半導体ガスセンサ
、47・・・データ処理部、S・・・分析試料。FIG. 1 is an apparatus configuration diagram schematically showing an example of an apparatus for carrying out the method of the present invention. 11...Discharge i chamber, 12...Counter electrode, +3-...
Source for spark discharge, 17...Argon gas cylinder, 23-...Switching valve, 25...Filter, 28...
・Hydrogen gas cylinder, 32-...Gas concentrator, 34...
・Cooling pipe, 35...Liquid nitrogen, 41...Switching valve,
44... Gas analyzer, 46-... Semiconductor gas sensor, 47... Data processing unit, S... Analysis sample.
Claims (1)
料成分を蒸発させ、蒸発により発生した微粒子中の炭素
、硫黄、燐を定量する方法において、不活性ガス気流に
より前記微粒子をフィルタに送って捕集し、不活性ガス
気流を停止するとともに捕集した微粒子を加熱し、加熱
した微粒子に水素ガスを供給して試料中の炭素、硫黄ま
たは燐のガス状水素化物を発生させ、ガス状水素化物を
ガス濃縮装置に流入させて濃縮するとともに水素ガスを
排出して不活性ガスに置換し、濃縮したガス状水素化物
を不活性ガス気流によりガス分析装置に送り、ガス状水
素化物を定量することを特徴とする金属試料中の微量炭
素、硫黄、燐の分析方法。1. In a method of heating the surface of a metal sample in an inert gas stream to evaporate the metal sample components and quantifying carbon, sulfur, and phosphorus in the fine particles generated by the evaporation, the fine particles are filtered by the inert gas stream. The inert gas flow is stopped and the collected particles are heated. Hydrogen gas is supplied to the heated particles to generate gaseous hydrides of carbon, sulfur, or phosphorus in the sample. The gaseous hydride is flowed into a gas concentrator to be concentrated, and the hydrogen gas is discharged and replaced with an inert gas.The concentrated gaseous hydride is sent to a gas analyzer using an inert gas stream, and the gaseous hydride is A method for analyzing trace amounts of carbon, sulfur, and phosphorus in metal samples, characterized by quantitative determination.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1201354A JPH0367170A (en) | 1989-08-04 | 1989-08-04 | Analysis method for trace amounts of carbon, sulfur, and phosphorus in metal samples |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1201354A JPH0367170A (en) | 1989-08-04 | 1989-08-04 | Analysis method for trace amounts of carbon, sulfur, and phosphorus in metal samples |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0367170A true JPH0367170A (en) | 1991-03-22 |
Family
ID=16439649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1201354A Pending JPH0367170A (en) | 1989-08-04 | 1989-08-04 | Analysis method for trace amounts of carbon, sulfur, and phosphorus in metal samples |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0367170A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6893192B2 (en) | 1999-02-11 | 2005-05-17 | Keystone Retaining Wall Systems, Inc. | Retaining wall block system |
-
1989
- 1989-08-04 JP JP1201354A patent/JPH0367170A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6893192B2 (en) | 1999-02-11 | 2005-05-17 | Keystone Retaining Wall Systems, Inc. | Retaining wall block system |
| US7011474B2 (en) | 1999-02-11 | 2006-03-14 | Keystone Retaining Wall Systems, Inc. | Retaining wall block system |
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