分析装置及分析方法与流程

本发明涉及对试样中包含的碳(c)、硫(s)等元素进行分析的分析装置以及分析方法。

背景技术：

如专利文献1所示，作为这种分析装置有如下的装置：把收容有试样的容器(舟皿)导入电炉内，分析从在该电炉内被加热并燃烧的试样产生的气体。

在所述的分析装置中，对钢铁、非铁金属等不易燃烧的试样(以下也称为难燃性试样)进行分析的类型的装置例如构成为：将浓度接近100％的高浓度的氧气作为助燃气体向电炉内供给，促进试样的燃烧。

但是，在这样的分析装置中，如果对容易燃烧的试样(以下也称为爆燃性试样)进行分析，则由于该试样的急剧的燃烧而产生的气体量多，由气体分析仪检测的信号的峰变得陡峭，如果检测器的分辨率不高就会产生无法高精度地进行分析的问题。而且，如果由于急剧的燃烧而使爆燃性试样飞散，则由此也会导致分析精度的降低，此外清扫电炉内等维护也变得必要。

另外，也存在有如下所述的问题。

即，在使用上述的分析装置对包含在低温区域燃烧的成分以及在高温区域燃烧的成分的混合试样进行分析的情况下，例如通过使电炉具备升温功能并在分析期间使电炉的温度上升，由此能够将该混合试样中包含的在低温区域燃烧的成分与在高温区域燃烧的成分分离进行分析。

但是，如果是如上所述将高浓度的氧气向电炉内供给的构成，则在低温区域燃烧的成分的燃烧量变大，由该燃烧产生的氧化热导致应该在高温区域燃烧的成分在低温区域燃烧，所以存在分离分析的分析精度降低的问题。

现有技术文献

专利文献1：日本专利公报特许第2952703号

技术实现要素：

因此，本发明是为了一举解决上述的问题而做出的发明，本发明的主要目的在于能够根据试样的种类灵活地变更燃烧量，能够实现促进燃烧或抑制急剧的燃烧，从而能够分析各种各样的试样。

即，本发明的分析装置，具备：电炉，收容有试样的容器被导入所述电炉；气体分析仪，对从在所述电炉内被加热并燃烧的所述试样产生的气体进行分析；混合气体供给流道，向所述电炉供给混合气体，将稀释气体混合到促进所述试样燃烧的助燃气体而生成所述混合气体；以及浓度变更机构，用于变更所述混合气体中的所述助燃气体的浓度。

按照这样构成的分析装置，由于通过浓度变更机构能够变更混合气体中的助燃气体的浓度，所以通过提高助燃气体的浓度能够促进试样的燃烧，通过降低助燃气体的浓度能够抑制试样的急剧的燃烧。由此，例如通过根据不易燃烧的难燃性试样、容易燃烧的爆燃性试样、包含在低温区域燃烧的成分以及在高温区域燃烧的成分的混合试样等试样的种类，灵活地变更燃烧量，由此能够促进燃烧或抑制急剧的燃烧，能够分析各种各样的试样。

例如为了促进钢铁、非铁金属陶瓷等难燃性试样的燃烧，优选的是，所述助燃气体是高浓度的氧气。

优选的是，在加热所述试样时，所述电炉内被加压。

如果是这样的构成，则通过对电炉内进行加压并且提高助燃气体的浓度，能够促进难燃性试样的燃烧，通过对电炉内进行加压并且降低助燃气体的浓度，能够抑制爆燃性试样的急剧的燃烧，因此利用相同的分析装置能够分析难燃性试样以及爆燃性试样双方。

优选的是，所述分析装置还具备炉控制部，所述炉控制部控制所述电炉的动作，所述炉控制部构成为在将收容有所述试样的所述容器导入所述电炉之前加热所述电炉。

如果是这样的构成，则与在将收容有试样的容器导入电炉后加热电炉的构成相比，能够缩短从导入容器之后到试样发生燃烧为止的时间，能够实现缩短分析时间以及提高分析的效率。

优选的是，所述容器通过形成在所述电炉的侧壁的开口部导入所述电炉，开闭所述开口部的开闭盖的驱动用气体兼用作所述稀释气体。

如果是这样的构成，则无需准备用于稀释助燃气体的专用的稀释气体。

由于助燃气体与稀释气体的粘性不同，所以根据混合气体中的助燃气体的浓度，混合气体的粘性发生变化，该粘性的变化有可能影响分析精度。

因此，为了确保分析精度，优选的是，所述分析装置还具备：计算部，基于从所述气体分析仪输出的光强度信号，计算所述试样中包含的成分的质量浓度；以及修正数据存储部，存储有将作为所述混合气体中的所述助燃气体的浓度预先设定的目标助燃气体浓度与修正系数相关联的修正数据，所述计算部使用根据所述目标助燃气体浓度以及所述修正数据得到的修正系数，修正计算出的质量浓度。

在试样的燃烧量过多的情况下，为了抑制该燃烧，优选的是，所述分析装置还具备浓度控制部，所述浓度控制部根据从所述气体分析仪输出的光强度信号或者基于该光强度信号计算出的所述试样中包含的成分的浓度，控制所述浓度变更机构。

为了抑制使用稀释气体造成的对分析精度的影响，优选的是，所述气体分析仪具有非分散型红外线检测器，所述助燃气体与所述稀释气体的红外线的吸收率相等。

另外，本发明的分析方法，其是使用分析装置的分析方法，所述分析装置具备：电炉，收容有试样的容器被导入所述电炉；气体分析仪，对从在所述电炉内被加热并燃烧的所述试样产生的气体进行分析；以及混合气体供给流道，向所述电炉供给混合气体，将稀释气体混合到促进所述试样燃烧的助燃气体而生成所述混合气体，变更所述混合气体中的所述助燃气体的浓度，从所述混合气体供给流道供给到所述电炉，通过这样的分析方法，也能够取得与上述的分析装置相同的作用效果。

按照以上所述的本发明，例如能够根据难燃性试样、爆燃性试样、混合试样等试样的种类灵活地变更燃烧量，能够促进燃烧或抑制急剧的燃烧，有助于分析各种各样的试样。

附图说明

图1是表示本实施方式的分析装置的电炉的构成的示意图。

图2是表示同实施方式的分析装置的整体构成的示意图。

图3是表示同实施方式的控制装置的功能的功能框图。

图4是表示其它实施方式的分析装置的整体构成的示意图。

图5是表示其它实施方式的控制装置的功能的功能框图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。

本实施方式的分析装置100对粉末状、块状的固体试样进行加热并使其燃烧，根据由此产生的气体对该试样中包含的碳(c)、硫(s)等元素进行分析。作为试样，例如可以列举出钢铁、非铁金属等包含无机材料的、煤炭等包含有机材料的、包含无机材料以及有机材料双方的等。

具体地说，该分析装置100如图1所示具备：电炉3，配置收容有试样w的容器2；以及气体分析仪4，对从在电炉3中被加热并燃烧的试样w产生的气体进行分析。

容器2在内部收容例如粉末状的试样w。本实施方式的容器2为在上部具有开口的长条状，具体地说是磁燃烧舟皿。另外，容器2的形状不限于此，可以为各种各样的形状。

电炉3在其内部对未收容试样w的容器2进行空烧，或者对收容有试样w的容器2进行加热从而对试样w进行加热而产生气体。

具体地说，如图1所示，电炉3具备：炉主体31，具有从形成在侧壁的开口部3h沿水平方向延伸的空间3s，容器2通过开口部3h配置在该空间3s内，容器2进出炉主体31；电阻(未图示)，设置在炉主体31的周围并加热炉主体31；以及电源电路(未图示)，向电阻供给电力，使电阻通电发热。

炉主体31例如是圆筒状的陶瓷成型体，在内部具有能够收容容器2的空间3s。在炉主体31的一方的端部形成有开口部3h。另外，在炉主体31的另一方的端部形成有气体导出口3p，所述气体导出口3p用于将从试样w产生的气体向气体分析仪4导出。另外，作为炉主体31的加热方式，可以是向电阻炉流通电流进行电阻加热(产生焦耳热)，在该情况下，炉主体31由具有导电性的金属形成。

在炉主体31的开口部3h设置有开闭盖32。该开闭盖32在封闭开口部3h的封闭位置与打开开口部3h的打开位置之间移动，例如由气缸等致动器33驱动。

如图2所示，本实施方式的分析装置100具备用于驱动开闭盖32的驱动用气体流动的驱动用气体流道l1。该驱动用气体流道l1从一端开口导入驱动用气体并且另一端开口与致动器33连接。驱动用气体在此例如使用氮气或者空气。

气体分析仪4分析在电炉3中产生的气体，求出试样w中包含的对象成分的含有值，例如，利用非分散型红外线吸收法(ndir法)进行分析。具体地说，气体分析仪4具有未图示的非分散型红外线检测器，通过检测从电炉3导出的气体中包含的co2、co、so2等，求出试样w中包含的碳(c)、硫(s)等的含有值。另外，作为分析装置100，也可以具备多个气体分析仪4。

如图2所示，气体分析仪4设置在一端开口与上述的电炉3的气体导出口3p连通的分析用流道l2上，第一开关阀sv1、过滤器f设置在该分析用流道l2上的气体分析仪4的上游侧。

另外，本实施方式的分析装置100中设置有大气开放用流道l3，该大气开放用流道l3从分析用流道l2的第一开关阀sv1的上游侧分支。在该大气开放用流道l3上设置有第二开关阀sv2。

但是，如图2所示，本实施方式的分析装置100具备：助燃气体流道l4，促进试样燃烧的助燃气体流过该助燃气体流道l4；稀释气体流道l5，稀释助燃气体的稀释气体流过该稀释气体流道l5；气体混合部5，将稀释气体混合到助燃气体从而生成混合气体；混合气体供给流道l6，向电炉3供给混合气体；以及控制装置6，控制分析装置100的各种动作。

如图2所示，助燃气体流道l4从一端开口导入助燃气体并且另一端开口与气体混合部5连接。助燃气体例如是浓度100％或者浓度接近100％的高浓度(例如浓度90％以上)的氧气。在该助燃气体流道l4上设置有调节器r1，将助燃气体调节成规定的压力(例如150kpa)。在此，设置有吹扫用流道l7，该吹扫用流道l7从助燃气体流道l4的调节器r1的上游侧分支并连接至上述的分析用流道l2的第一开关阀sv1与气体分析仪4之间，在此，将助燃气体兼用作吹扫气体。在该吹扫用流道l7上设置有第三开关阀sv3。

如图2所示，稀释气体流道l5从一端开口导入稀释气体并且另一端开口与气体混合部5连接。稀释气体是相对于助燃气体、由试样燃烧而产生的气体不活泼的气体，例如是氮气或氩气。

在此，将驱动上述的开闭盖32的驱动用气体兼用作稀释气体。即，稀释气体流道l5与驱动用气体流道l1在上游侧是共同的，稀释气体流道l5在中途的分支点分支并与气体混合部5连接，驱动用气体流道l1从相同的分支点分支并与致动器33连接。

在稀释气体流道l5上的比分支点更靠下游侧设置有调节器r2，将从气体混合部5导出的混合气体调节成规定的压力(例如70kpa)。

气体混合部5连接助燃气体流道l4以及稀释气体流道l5，具体地说，气体混合部5具有：第一导入口(未图示)，与助燃气体流道l4的另一端开口连接，导入助燃气体；第二导入口(未图示)，与稀释气体流道l5的另一端开口连接，导入稀释气体；以及导出口(未图示)，与混合气体供给流道l6的一端开口连接，导出混合气体。

如图2所示，本实施方式的气体混合部5具备作为浓度变更机构7的功能，所述浓度变更机构7变更混合气体中的助燃气体的浓度。

浓度变更机构7构成为能够变更混合气体中包含的助燃气体的浓度，具体地说，例如利用毛细管式流量比混合法的原理，变更助燃气体与稀释气体的混合比。在此，操作者通过操作设置在浓度变更机构7的旋钮等浓度切换部71，能够阶段性地变更混合气体中包含的助燃气体的浓度。

如图2所示，混合气体供给流道l6的一端开口与气体混合部5的导出口(未图示)连接并且另一端开口与电炉3内连通，将气体混合部5导出的混合气体向电炉3内供给。

在该混合气体供给流道l6上设置有能够储存规定容量的混合气体的缓冲部bf。另外，在混合气体供给流道l6的比缓冲部bf更靠下游侧设置有第四开关阀sv4、压力传感器ps等。另外，无需一定具有缓冲部bf。

控制装置6具有cpu、存储器、显示器d、输入装置等，基于存储在所述存储器中的分析程序，如图3所示，发挥作为炉控制部61、计算部62、修正数据存储部63等的功能。

以下，兼做为各部分61～63的说明，对本实施方式的分析装置100的动作进行说明。

首先，炉控制部61控制电炉3的电源电路(未图示)向电阻(未图示)供给电力，加热炉主体31。在此，将未收容有试样w的容器2放入电炉3内并进行空烧，除去容器2的附着物等。另外，空烧也可以使用与电炉3并列配置的另外的电炉或装置外的另外的电炉。此时，第一开关阀sv1、第三开关阀sv3以及第四开关阀sv4关闭，第二开关阀sv2打开。

其后，将称量的试样w收容在从电炉3内取出的容器2中。另外，试样w的称量结果例如由操作者输入控制装置6。

接着，在将收容有试样w的容器2放入电炉3内之前，炉控制部61将电炉3加热到规定的设定温度。另外，这里的设定温度可以在从室温到1500℃之间选择。

而且，在本实施方式中，在将收容有试样w的容器2放入电炉3内之前，例如鉴于试样w中包含的成分等，设定混合气体中包含的助燃气体的浓度(以下称为目标助燃气体浓度)。

在此，如上所述，操作者通过浓度变更机构7能够设定并变更目标助燃气体浓度，例如在分析不易燃烧的难燃性试样的情况下，操作浓度变更机构7将目标助燃气体浓度设定得较高(例如浓度100％)。

另外，在分析容易燃烧的爆燃性试样、包含在低温区域燃烧的成分与在高温区域燃烧的成分的混合试样的情况下，操作浓度变更机构7将目标助燃气体浓度设定得较低。

在本实施方式中，至少在目标助燃气体浓度设定得较高的情况下，通过向电炉3内供给混合气体，使电炉3内成为加压状态，但是，无需一定成为加压状态。

另一方面，在目标助燃气体浓度设定得较低的情况下，电炉3内无需一定加压，例如也可以减压。

在这样设定目标助燃气体浓度，炉控制部61将电炉3调节成规定的设定温度的状态下，打开第三开关阀sv3，对气体分析仪4进行吹扫，其后，关闭第三开关阀sv3。而且，打开开闭盖32，将收容有试样w的容器2放入电炉3内，关闭开闭盖32。接着，关闭第二开关阀sv2，打开第一开关阀sv1以及第四开关阀sv4。

由此，在电炉3内试样w燃烧并产生气体，将该气体导向气体分析仪4。而且，气体分析仪4将与气体中包含的c、s等对象成分的含有值对应的光强度信号输出到计算部62，计算部62使用该光检测信号以及试样w的称量结果计算对象成分的质量浓度。

在此，在分析包含在低温区域燃烧的成分以及在高温区域燃烧的成分的两成分的试样w的情况下，例如，从将收容有该试样w的容器2放入电炉3内开始到经过规定时间为止将目标助燃气体浓度设定得较低，例如在经过规定时间后，变更设定以使目标助燃气体浓度成为较高。

通过这样的助燃气体的设定变更，在经过规定时间前，计算在低温区域燃烧的成分的质量浓度，在经过规定时间后，计算在高温区域燃烧的成分的质量浓度。

在本实施方式中，在设定在所述存储器的规定区域的修正数据存储部63中存储有将目标助燃气体浓度与修正系数相关联的修正数据。而且，通过例如将由操作者设定的目标助燃气体浓度输入到控制装置6，计算部62使用输入的目标助燃气体浓度以及修正数据取得修正系数，使用该修正系数修正计算出的质量浓度，并向显示器等输出该修正后的质量浓度。

作为这样的修正数据，例如可以列举出将目标助燃气体浓度、助燃气体的粘性、稀释气体的粘性等作为参数计算修正系数的计算式；将目标助燃气体浓度与修正系数关联的表等。

按照这样构成的分析装置100，由于通过浓度变更机构7能够变更混合气体中的助燃气体的浓度，所以在例如分析金属、陶瓷等难燃性试样的情况下，通过提高目标助燃气体浓度，能够促进燃烧，在例如分析有机材料等爆燃性试样的情况下，通过降低目标助燃气体浓度，能够抑制急剧的燃烧。由此，能够使用一台相同的分析装置100分析难燃性试样以及爆燃性试样双方。

此外，当分析爆燃性试样时，通过降低目标助燃气体浓度来抑制急剧的燃烧，能够抑制由于试样的燃烧而产生的气体量。由此，由气体分析仪检测到的信号的峰变得平缓，因此与检测到的信号的峰陡峭的情况相比较，如果检测器的相同分辨率相同，则能够高精度地进行分析。

此外，通过如上所述地抑制爆燃性试样的急剧的燃烧，能够防止该试样的飞散，这也关系到高精度的定量分析，而且能够减少电炉3内的污垢。

此外，在分析包含在低温区域燃烧的成分以及在高温区域燃烧的成分的混合试样时，在燃烧开始时，将目标助燃气体浓度设定得较低，在中途将目标助燃气体浓度变更为较高，由此能够将在低温区域燃烧的成分与在高温区域燃烧的成分分离进行分析。由此，能够将例如包含无机材料以及有机材料的混合试样等高精度地分离分析。

此外，例如使用浓度100％的高浓度的氧气作为助燃气体，或者在将目标助燃气体浓度设定得较高的情况下使电炉3内成为加压状态，因此在对在高温区域燃烧的试样w等进行分析时，能够进一步促进该试样w的燃烧。

另外，由于驱动用气体兼用作稀释气体，所以无需准备用于稀释助燃气体的专用的稀释气体，能够将从已有的驱动用气体流道l1分支的流道作为稀释气体流道l5，因此能够实现简化流道构成。

此外，计算部62使用修正系数对计算出的对象成分的质量浓度进行修正，因此能够降低由助燃气体与稀释气体的粘性的差异导致的对分析精度的影响。

另外，本发明不限于所述的各实施方式。

例如，在所述实施方式中，对由操作者设定目标助燃气体浓度的情况进行了说明，但是例如也可以利用控制装置6或其它计算机自动地控制目标助燃气体浓度。

在该情况下，浓度变更机构7可以接收控制信号并阶段性地或者无阶段地变更目标助燃气体浓度。

另外，在所述实施方式中，对气体混合部5具备作为浓度变更机构7的功能的情况进行了说明，但是如图4所示，作为浓度变更机构7，也可以利用与气体混合部5分开设置的一个或者多个流量控制设备mfc来构成。

作为所述的浓度变更机构7的具体的一个例子，如图4所示，可以列举出具有第一流量控制设备mfc1以及第二流量控制设备mfc2的构成，所述第一流量控制设备mfc1是设置在助燃气体流道l4上的质量流量控制器，所述第二流量控制设备mfc2是设置在稀释气体流道l5上的质量流量控制器。

如果是这样的构成，则例如控制装置6通过控制第一流量控制设备mfc1以及第二流量控制设备mfc2，能够控制目标助燃气体浓度，从而能够实现目标助燃气体浓度的控制的自动化。

如上所述，在实现目标助燃气体浓度的控制的自动化的构成中，如图5所示，作为控制装置6，可以列举出还具备作为控制浓度变更机构7的浓度控制部64的功能的方式。

这里的浓度控制部64基于由计算部62计算出的试样中包含的成分的浓度，控制浓度变更机构7，具体地说，当由计算部62计算出的浓度超过预先设定的上限值时，控制浓度变更机构7降低目标助燃气体浓度。

如果是这样的构成，则在试样w的燃烧量多，由计算部62计算出的浓度超过了上限值的情况下，能够抑制该试样w的燃烧。

另外，在由计算部62计算出的浓度低于预先设定的下限值的情况下，优选浓度控制部64控制气体混合机构提高目标助燃气体浓度。

如果是这样的构成，则在试样w的燃烧量少，由计算部62计算出的浓度低于下限值的情况下，能够促进该试样w的燃烧。

另外，作为浓度控制部64，可以基于从气体分析仪4输出的光强度信号控制浓度变更机构7，也可以使用该光强度信号或由计算部62计算出的浓度对目标助燃气体浓度进行反馈控制。

在分析包含在低温区域燃烧的成分以及在高温区域燃烧的成分的两成分的试样的情况下，在所述实施方式中说明了在开始时将目标助燃气体浓度设定为较低、在中途变更设定为较高的方法，但是代替这样的目标助燃气体浓度的设定变更，或者除了设定变更以外，还可以在中途变更电炉的设定温度。

气体分析仪不限于在所述实施方式中所述的利用ndir法的，也可以是利用ftir法的或利用nduv法的。

另外，只要不违反本发明的宗旨，可以进行各种各样的实施方式的变形以及组合。

附图标记说明

100分析装置

2容器

3电炉

4气体分析仪

5气体混合部

6控制装置

7浓度变更机构

l4助燃气体流道

l5稀释气体流道

l6混合气体供给流道

工业实用性

按照本发明，能够促进高温区域中的试样的燃烧，并且能够抑制低温区域中的试样的燃烧量。