气体中的氮的测定方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种可以连续地并且不废弃试样气体的高灵敏度地测定氮浓度的气体中的氮的测定方法及其装置。在将试样气体导入放电管内、将因放电产生的光聚焦、抽取出氮固有的波长并将其导入到检测器内，根据检测出来的光的强度连续地测定氮的浓度的方法中作为测定氮的浓度用的波长，使用下面所述的至少其中的一个波长，所述波长为２１５±２ｎｍ，２２６±２ｎｍ，２３８±２ｎｍ，２４２±２ｎｍ，２４６±１ｎｍ，２５６±２ｎｍ，２６０±２ｎｍ，２６６±２ｎｍ，２７１±１ｎｍ，２７６±４ｎｍ，２８５±２ｎｍ，２９４±１ｎｍ，３００±２ｎｍ。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气体中的氮的测定方法及其装置，特别是涉及连续地测定氪气和氙气中存在的微量氮的方法及其装置。存在于稀有气体中的不纯物中，特别是氮由于用于配管的清洗等很容易作为不纯物混入，而且由于它是惰性的，所以利用精炼器除去是非常困难的，作为一种清除能力很快会降低的不纯物是公知的。特别是由于氪气和氙气很昂贵，因此有必要在分析时气体的消耗量少或者不进行排气，对所含有的微量氮气的浓度进行实时连续的监测。在现有技术中，为了测定氪气和氙气中的微量氮，采用GC-MS(气相气谱分析质量分析仪)，但由于GC-MS价格昂贵并且只能间歇式的进行测定，所以还存在着不适合于实时连续地监测氮浓度的缺点。此外，作为微量氮的分析仪，也采用GC-TCD(热传导系数检测器气相色谱)及GC-PTD(光电离检测器气相色谱)，但这些也都只能进行间歇式的测定，因此不适合于实时连续监测。进而，由于上述各种分析仪中，要将试样气体及用于GC(气相色谱)的载体气体(例如氦等)混合，所以必须将测定完毕后的气体废弃，当作为测定对象的试样气体是氪气，氙气等高价的稀有气体时，不仅运行成本高，而且即使在回收时在把试料气体与其它气体进行分离时，存在着其精炼成本很高的缺点。作为不用这种GC，在大气压下分析气体中的氮的方法，有利用辉光放电的发光分析方法。这种方法是一种一面在备有由阳极及阴极构成的一对金属电极的放电管内的前述电极之间供应试样气体一面外加直流电压使之放电，将由此产生的氮所发的光分离出来进行检查的方法。然而，辉光放电从原理上讲是气体的正离子与阴极碰撞，在发射出二次电子的同时，使阴极表面分解，放出金属粒子，所以，不仅有污染金属的危险，而且随着时间的进展电极会恶化，存在着很难获得稳定发光的问题。为了解决上述问题，市场上出售一种利用玻璃等绝缘物质覆盖金属电极、利用不使气体与金属电极接触的放电的无声放电的简易型氮分析仪。这种分析仪为了在大气压下维持放电需要外加十分高的交流电压。试料气体以一定的流量供应到放电管内，在放电管内通过吸收由电子的碰撞等产生的能量进行(光的)激发。这是由于气体分子从高能级跃迁到低能级时造成的辐射能的放出，也就是发射光。由于这种发射光的波长是被激发的分子成分所固有的所以利用干涉滤光片只抽取出氮的发射光的波长，通过检测其发光强度，可以测定气体中的氮的浓度。特别是，利用这种简易型的氮分析仪，利用干涉滤光片分离出337±5nm及357±5nm波长的光，通过将其变换为电信号测定氩气中氮浓度。但是，如特开平11-326219号公报所描述的那样，前述简易型氮分析仪必须使用其电离电位高于不纯物气体的电离电位的基体气体，所以，难以测定氪气及氙气中氮的浓度，只能测定氩气及氦气这类稀有气体中的氮。从而，为了利用现有的简易型氮分析仪测定氪气及氙气中的氮浓度，需要在其前级安装GC将氪气及氙气中的氮浓缩变换成氩气或氦气中的氮的方式进行测定，这不仅不能实时地测定氮浓度而且还存在着装置的成本高的问题。此外，现有技术的简易型氮分析仪在测定试样气体中的氮浓度时，在试样气体中含有氧及水分等不纯物时，不能进行正确的等浓度测定的所谓共存影响问题是众所周知的。为此，有人推荐在分析仪的试样气体导入管内设置除去这些不纯物用的精炼器。但是，当设置精炼器时，存在着在通过它之前必须进行交换的问题。为达到上述目的，本专利技术的气体中氮的测定方法，在将试样气体导入放电管内、把由于放电所发射的光聚焦，把氮所特有的波长提取出来导入检测器，根据检测出来的光的强度连续地测定氮浓度的方法中，其特征为，作为测定氮浓度的波长，使用215±2nm，226±2nm，238±2nm，242±2nm，246±1nm，256±2nm，260±2nm，266±2nm，271±1nm，276±4nm，285±2nm，294±1nm，300±2nm，中至少其中之一。进而，本专利技术的方法，在前述气体中的氮的测定方法中，其特征为，将不含有对氮的测量具有共存影响的气体的发光强度作为基准发光强度预先进行测定，将测定前述试样气体的发光强度所得的测定发光强度与基准发光强度进行比较，当测定发光强度比起基准发光强度来其变小的程度超出一定范围时，则判断为发生了放电异常或者是混入了诸如氧及水分等造成负的共存影响的不纯物。此外，本专利技术的气体中氮的测定方法，在将试样气体导入放电管内、把由于放电所发射的光聚焦，把氮所特有的波长提取出来导入检测器，根据检测出来的光的强度连续地测定氮浓度的方法中，其特征为，在前述检测器的前级设置透过下述至少其中的一种波长的透射式干涉滤光片或分光器，所述波长为215±2nm，226±2nm，238±2nm，242±2nm，246±1nm，256±2nm，260±2nm，266±2nm，271±1nm，276±4nm，285±2nm，294±1nm，300±2nm。进而，本专利技术的装置，其特征为，它备有将测定不含有对氮的测定造成共存影响的杂质的气体时所得到的发光强度作为基准光强度加以存储的存储机构，将测定试样气体时所得到的测定发光强度与前述基准发光强度进行比较的机构，当测定发光强度比基准发光强度小到超过一定的范围时判断为发生放电异常或混入造成负的共存影响的氧及水等杂质的任何一种情况的机构。特别是，本专利技术的特征为，前述试样气体为氮气、氙气，氪气与氙气的混合气体，氩气、氦气、氖气中的任何一种或一种以上与氪气的混合气体，氩、氦、氖其中之一或一种以上与氙的混合气体，氩、氦、氖其中之一或一种以上与氙及氪的混合气体中之一。图2是表示采用将内部电极用玻璃覆盖的放电管的分析仪的一个例子的系统图。图3是表示参考例1中在氧气中有、无氮时覆盖光谱的图示。图4是表示参考例2中在氧气中有、无氮时覆盖光谱的图示。图5是表示实施例1中放电管内的试样线速度与检测器的输出差的关系的图示。图6是表示实施例2中放电管内的试样线速度与检测器的输出差的关系的图示。图7是表示考虑到共存影响的分析装置的一种实施形式的系统图。图8是实施例1中使用的放电管的剖面正视图。图9是实施例1中使用的放电管的剖面侧视图。附图说明图10是表示在参考例3中在氪气与氧气的混合气体中有、无氮时的覆盖光谱的图示。图11是表示在实施例3中氪气中的氮浓度与发光强度的关系的图示。图12是表示实施例3中发光强度随着时间的阶梯的图示。图13是表示实施例4中氮的浓度与发光强度的关系的图示。图14是表示实施例5中氮的浓度与发光强度的关系的图示。图15是表示在实施例6中氪气中的氧气的浓度与发光强度的关系的图示。图16是表示在实施例7中在氪气中加入氧时的发光强度变化的图示。图17是表示实施例8中在氪气中及含有氮的氪气中加入氧时的发光强度变化的图示。图18是表示在实施例8中在氪气中及含有氮的氪气中加入氧时的氪气中氮的灵敏度变化的图示。标号说明11…放电管12…内部电极13…外部电极 14…交流电源15…石英窗16…试样气体的导入通路17…试样气体的导出通路18…透镜19…分光光度计21…流量控制装置22…主管线23…分析管线24…压力控制装置 25…流量控制装置26…压力控制装置 27…罐28…管线 29…升压机构31流量控制装置32…阀41…干涉滤光片42…检测器43…放大器44…显示部45…检本文档来自技高网...

【技术保护点】
气体中氮的测定方法，在将试样气体导入放电管内、将因放电产生的光聚焦、抽取出氮固有的波长并将其导入到检测器内，根据检测出来的光的强度连续地测定氮的浓度的方法中，其特征在于：作为测定氮的浓度用的波长，使用下面所述的至少其中的一个波长，所述波长为，２１５±２ｎｍ，２２６±２ｎｍ，２３８±２ｎｍ，２４２±２ｎｍ，２４６±１ｎｍ，２５６±２ｎｍ，２６０±２ｎｍ，２６６±２ｎｍ，２７１±１ｎｍ，２７６±４ｎｍ，２８５±２ｎｍ，２９４±１ｎｍ，３００±２ｎｍ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤哲也，吴尚谦，君岛哲也，
申请(专利权)人：日本酸素株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]