JP2003083947A - 重曹中水分の定量分析装置およびその定量分析方法 - Google Patents
重曹中水分の定量分析装置およびその定量分析方法Info
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Abstract
でき、さらには重曹中水分を遊離水分そして、炭酸ソー
ダ1水和物、セスキ炭酸ソーダ等の結晶水に、操作性良
く、正確に短時間に分別定量分析できる装置および方法
を提供する。 【解決の手段】30〜90℃に温度制御できると共に重
曹粉体を配置できる試料部、水分定量分析手段及び、該
試料部から該水分定量分析手段に水分同伴ガスを連続的
に流通させる機構を備える重曹中水分の定量分析装置及
びその定量分析方法を用いる。
Description
分析装置およびその定量分析方法に関するものである。
さらに詳しくは重曹中水分を遊離水分そして、炭酸ソー
ダ1水和物、セスキ炭酸ソーダ等の結晶水に分別定量分
析する装置およびその定量分析方法に関するものであ
る。
ルカリとしてpH緩衝作用等の重要な機能を有している
ことから、医薬品、食品添加物、飼料等に幅広く利用さ
れている。この重曹は一般に粉体として取り扱われる
が、重曹中の水分は製品の安定性だけでなく製品の固結
性や流動性と密接に関係しており品質管理の上で非常に
重要な項目となっている。。
く、炭酸ソーダ1水塩(Na2CO3)、セスキ炭酸ソー
ダ(NaHCO3・Na2CO3・2H2O)等の化合物の
結晶水が存在する。これらの水分種や水分量が、重曹製
品の安定性や固結性および流動性と密接に関係してお
り、水分の分別定量分析が、その工程管理・品質管理
上、重大な問題となっている。
(例えば、新良宏一郎,舟坂渡,分析化学講座6−C,
水分定量,5頁,共立出版発行(昭和32年)、橋本建
次,粉体の水分測定,17頁,日本化学情報株式会社発
行(1990年))がある、この方法は試料を水の沸点
以上に加熱することにより、水分を蒸発させその時の重
量減少から水分量を求めるものである。しかしながら重
曹の場合、この加熱により分解し、水と炭酸ガスを放出
して炭酸ソーダになるため、水分の測定は極めて困難で
あった。
は、通常常温のデシケータ中で塩化カルシウム無水物、
焼成ゼオライト、硫酸等により重曹を乾燥し、その重量
減を水分量とする方法がとられている(例えば、新良宏
一郎,舟坂渡,分析化学講座6−C,水分定量,8頁,
共立出版発行(昭和32年)、橋本建次,粉体の水分測
定,42頁,日本化学情報株式会社発行(1990
年))。しかし、この方法では、乾燥に長時間を要する
上に、測定誤差が大きく、さらには、重曹中水分の分別
定量分析は極めて困難であった。
(JIS K0068−1966)がある。しかし直接
重曹中の水分をカールフィッシャー法で定量することは
カールフィッシャー試薬と重曹が反応してしまうためそ
の定量は極めて困難であった。そのため、溶媒抽出カー
ルフィッシャー法が幅広く行われている(例えば、新良
宏一郎,舟坂渡,分析化学講座6−C,水分定量,39
頁,共立出版発行(昭和32年))。これは、脱水され
たメタノール等の非水溶媒中と重曹を接触させ重曹中の
水分を非水溶媒に抽出した後、その非水溶媒中の水分量
をカールフィッシャー水分定量分析計により測定する方
法である。該方法も、抽出に長時間を要し、工程数が多
く操作が煩雑であるゆえに測定誤差が大きく、さらに
は、重曹中水分の分別定量分析は極めて困難であった。
測定の別法として水分気化式カールフィッシャ法(JI
S M−8211−1983)があるが、この方法も試
料を100℃以上に加熱し、水分を蒸発させて、非水溶
媒に吸収、そして水分量をカールフィッシャ水分定量分
析計により求めるものである。しかし加熱により重曹が
分解し、分解生成物の水と炭酸ガスが非水溶媒中吸収さ
れるため、水分の測定および分別定量分析は極めて困難
であった。
術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、重曹中水分を操作性良く、正確に短時間に定量で
き、さらには重曹中水分を遊離水分そして、炭酸ソーダ
1水和物、セスキ炭酸ソーダ等の結晶水に、操作性良
く、正確に短時間に分別定量分析できる装置および方法
を提供することにある。
解決するために重曹中水分の定量分析方法、さらには重
曹中水分の分別定量分析方法について鋭意検討を行っ
た。その結果、重曹を穏和な条件すなわち30〜90℃
の温度にして、これに乾燥ガスを通じることで、重曹の
分解がほとんどおこらず、重曹中の水分を全量蒸発させ
乾燥ガスに移行できること、そしてガスに移行する速度
が遊離水、炭酸ソーダ1水和物及び、セスキ炭酸ソーダ
で異なることを見出し、本発明を完成するに至ったもの
である。
御できると共に重曹粉体を配置できる試料部、水分定量
分析手段及び、該試料部から該水分定量分析手段に水分
同伴ガスを連続的に流通させる機構を備える重曹中水分
の定量分析装置および、重曹粉体0.05〜20gを試
料部に配置し、該試料部に30〜90℃の間での所定温
度で制御された乾燥ガスを連続的に流通し、試料部から
流出する水分同伴ガスを水分定量分析手段に導き、該水
分同伴ガス中の水分を水分定量分析手段で経時的に測定
することを特徴とする重曹中水分の定量分析方法であ
る。
下、「本発明装置」という。)は、30〜90℃の温度
範囲で制御できる機能を持った重曹粉体をセットする試
料部と、水分定量分析計および該試料部から水分定量分
析計にガスを連続的に流通させる機構から構成される。
空気、窒素等の測定対象の試料へ送り込むためのガス8
は流通管4を通してガス6を乾燥させるためのガス乾燥
装置1へ送られ、次いでガス乾燥装置1で乾燥された乾
燥ガス9が流通管5を通して試料部2へ送られる。試料
部2では測定対象試料となる重曹が加熱され、重曹中の
水分が蒸発して乾燥ガス9に同伴する。この水分同伴ガ
ス10は加熱流通管6を通してカールフィッシャー水分
定量分析計等の水分定量分析手段3へ送られる。この水
分定量分析手段3において水分量が経時的に定量され、
測定対象試料に含まれる水分量が測定できるものであ
る。また、水分定量分析手段3に導入されたガスは流通
管7を通じて排ガス11として排出される。
試料を設置し、30〜90℃の温度範囲で制御できる機
能を有していればよく、その加熱方法、温度制御方式に
特に制限はないが、加熱方法としては電気ヒーター、温
度制御はコンピュータを用いたPID制御方式が好まし
い。温度制御機能は、温度を30〜90℃の間で一定値
に維持、もしくは30〜90℃の間で経時的に連続昇温
できる加熱機構であることが好ましい。なお温度は、温
度変動が大きくなって測定誤差が生ずるのを避けるため
に、目標温度に対して±1℃以下に制御することが望ま
しい、。
部から供給される水分供給速度として1μg/min
(分)以下であることが好ましく、0.1μg/min
以下であることがより好ましい。また、水分量が連続計
量できるものであれば水分定量分析計の種類に特に制限
はないが、これら性能を有する水分定量分析計としてガ
スクロマトグラフ、赤外線水分定量分析計、カールフィ
ッシャー水分定量分析計等が例示できる。中でもカール
フィッシャー水分定量分析計が望ましく、電量滴定方式
のものがさらに好ましい。
に流通させる機構、具体的には流通官であるが、特に水
分同伴ガスを流通させる場合にはその管内で水蒸気が結
露しないように加熱しておくことが望ましい。この加熱
方法、温度制御方式に特に制限はないが、加熱は電気ヒ
ーター、温度制御はコンピュータを用いたPID制御方
式が好ましい。また、流通管の材質はステンレス、ガラ
ス、テフロン(登録商標)等が適用できる。
とは、純度が90%以上で、重曹中に含有されている水
分量が5ppm〜10%程度が望ましく、平均粒径は特
に制限されないが500μm以下、さらには45〜25
0μm程度のものが望ましい。
20g、さらには0.1〜5gが望ましい。また、試料
である重曹中に含まれている水分量は絶対量として30
μg〜10mg程度であることが望ましく、3〜10m
g程度がより好ましい。このとき感度及び精度が最大と
なる。重曹中水分の絶対量が少なすぎると水分定量分析
計の測定感度以下になり結晶水及び遊離水の水分量の測
定が困難になるおそれがあり、また重曹中水分の絶対量
が多すぎると水分定量分析手段の測定限度を越え結晶水
及び遊離水の水分量の測定が困難になることがある。
く、40〜70℃がより好ましい。温度が90℃よりも
高すぎると重曹の分解がおこり測定が困難になる。また
温度が30℃よりも低すぎると水分の蒸発速度が極端に
遅くなるた水分の蒸発量が水分定量分析計の測定感度以
下になり水分量の測定が困難になるおそれがあり、ま
た、測定に長時間を要することになる。
する場合は目標温度に対して±1℃以下が望ましい。温
度が変化すると測定誤差の原因となり、後述する水分の
分別定量分析が難しくなる。一方、温度を経時的に連続
昇温すると、測定時間を短縮することができる。この場
合も、目標温度に対して制御温度は±1℃以下が望まし
い。温度が変化すると測定誤差となり、後述する水分の
分別定量分析が難しくなる。
から蒸発した水分を水分定量分析手段に導くキャリヤー
ガスとしての乾燥ガスは、実質的に水分を含まず、重曹
に対して不活性であれば良く、特に限定されないが、窒
素ガスまたは空気で水分が0.1mg/リットル以下で
あることが望ましい。これは、図1にもその例示として
みられるように、キャリヤーガスをガス乾燥装置に導入
し乾燥される。ガス乾燥装置には、例えばシリカゲル及
びゼオライトを配置あるいは充填しておき、これに用い
られる窒素ガス、または空気を接触させるなどの処理を
施すことで容易に得られる。乾燥ガス中の水分含量が多
すぎると重曹中の水分の蒸発が妨げられ、またバックグ
ラウンドが大きくなり、測定誤差の原因となることがあ
る。
c/minが望ましい。ガスの流量が多すぎると重曹か
らの水蒸気を希釈してしまい水分定量分析手段での測定
時の誤差の原因となることがあり、ガスの流量が少なす
ぎると重曹中の水分の蒸発が妨げられ測定誤差の原因と
なることがある。なお乾燥ガスの流量は、±5N−cc
/min以下の変動が望ましい。流量が変動すると水分
測定の誤差の原因となる。
素ガス、空気等をキャリヤーガスとして水分定量分析手
段に導入し、その水分測定値から水分蒸発速度および蒸
発量を経時的に求める。
ら供給される水分供給速度として1μg/min以下で
あることが望ましく、0.1μg/min以下であるこ
とがより好ましい。
速度および蒸発量の経時変化から、重曹中水分を遊離水
分、そして炭酸ソーダ1水和物、セスキ炭酸ソーダ等の
結晶水に分別定量分析できる。このことも本発明の大き
な特徴である。
水、炭酸ソーダ1水和物の結晶水、セスキ炭酸ソーダの
結晶水の順に蒸発してくることを見い出した。水分定量
分析計でこの水分を経時的に測定し、そのピーク位置と
ピーク面積から、結晶水及び遊離水の分別定量分析に初
めて成功した。
ては、その都度適当な方法で行えばよい。例を示すと、
図2に例示したグラフから直読する方法、水分発生速度
を示す測定データよりその変極点を求めてピーク位置、
ピーク面積を算出する方法、グラフの波形を正規分布関
数等の適当な1種あるいは複数の関数で近似して求める
方法等が挙げられる。また、そのデータの処理もその都
度コンピュータを使っての処理など適当な方法で行なえ
ばよい。
量水分及び重曹中の炭酸ソーダ1水和物、セスキ炭酸ソ
ーダの量を次式により算出できる(図2参照)。(1)
全水分量:T(ppm)、遊離水量:F(ppm)の算
出。
びセスキ炭酸ソーダの結晶水量C2(ppm)の算出。
酸ソーダ量B(wt%)の算出。
m)、C1は炭酸ソーダ一水和物の結晶水量(pp
m)、C2はセスキ炭酸ソーダの結晶水量(ppm)、
Aは炭酸ソーダ一水和物量(wt%)、Bはセスキ炭酸
ソーダ量(wt%)、Tは全水分量(ppm)、Fは遊
離水量(ppm)、Dは遊離水が出終わるまでの全水分
量(μg)、Mは炭酸ソーダ1水和物の結晶水が出終わ
るまでの全水分量(μg)、Hはセスキ炭酸ソーダの結
晶水が出終わるまでの全水分量(μg)、BLはガス中
に含まれているバックグラウンド水分量(μg/mi
n)、T1は遊離水が出終わるまでの時間(min)、
T2は炭酸ソーダ一水和物の結晶水が出終わるまでの時
間(min)、T3はセスキ炭酸ソーダの結晶水が出終
わるまでの時間(min)、Weは試料量(g)を示
す。
が、本発明はこれらに限定されるものではない。また、
ppm、%は重量に基づくものである 実施例1 東ソー株式会社製の重曹(平均粒径125μm)4gを
ガラス製50mlの試料部に入れ、これを60℃±0.
5℃に加熱した。この試料部にシリカゲル及びゼオライ
トにより脱水した乾燥窒素を200N−cc/minで
通じ、重曹から蒸発してくる水分を窒素ガスと共に電量
滴定方式のカールフッシャ水分定量分析計に導き、経時
的に、その水分量を測定した。そして重曹中の遊離水分
量及び結晶水量を算出した。
晶水量、セスキ炭酸ソーダの結晶水量は、それぞれ30
ppm、29ppm、288ppmであった。これから
炭酸ソーダ一水和物量、セスキ炭酸ソーダ量はそれぞれ
200ppm、1810ppmと定量分析できた。
たデシケータにセットし、24時間後の重曹の減量から
重曹中の水分量を求めた。その結果、水分量は0.1%
以下となり定量分析できなかった。
g、100μg、500μg、1000μg添加し、試
料部での加熱温度を20℃±0.5℃にした他は、実施
例1の条件で重曹中の遊離水分量及び炭酸ソーダ一水和
物の結晶水量、セスキ炭酸ソーダの結晶水量を定量分析
した。測定した結果を表1に示す。結晶水は定量分析で
きなかった。添加した水は遊離水として定量できるもの
のその分析精度は悪かった。
g、100μg、500μg、1000μg添加し、試
料部での加熱温度を100±0.5℃にした他は、実施
例1の条件で重曹中の遊離水分量及び炭酸ソーダ一水和
物の結晶水量、セスキ炭酸ソーダの結晶水量を定量分析
した。重曹の分解によりBL値が増加しかつ安定せず、
定量分析できなかった。
g、100μg、500μg、1000μg添加し実施
例1の条件で重曹中の遊離水分量及び炭酸ソーダ一水和
物の結晶水量、セスキ炭酸ソーダの結晶水量を定量分析
した。測定した結果を表2に示す。添加した水が遊離水
として精度良く定量分析されていることが確認できた。
加)、5μg、10μg、50μg、100μg、50
0μg、1000μgそれぞれ添加し実施例1の条件で
重曹中の遊離水分量及びセ炭酸ソーダ一水和物の結晶水
量、セスキ炭酸ソーダの結晶水量を定量分析した。結果
を表3に示す。添加したセスキ炭酸ソーダの結晶水が精
度良く定量分析されていることが確認できた。
(無添加)、5μg、10μg、50μg、100μ
g、500μg、1000μgそれぞれ添加し実施例1
の条件で重曹中の遊離水分量及びセスキ炭酸ソーダの結
晶水量、炭酸ソーダ一水和物の結晶水量を定量分析し
た。結果を表4に示す。添加した炭酸ソーダ一水和物の
結晶水が精度良く定量分析されていることが確認でき
た。
によれば加熱温度及びキャリヤーガス流量を制御する簡
単な装置および方法により、重曹中の微量水分を正確に
短時間で定量分析することができる。さらには、これま
で不可能であった重曹中に微量存在する遊離水分、炭酸
ソーダ1水和物、セスキ炭酸ソーダ(2水和物)等の結
晶水、各々も正確に短時間で分別して定量分析すること
ができる。そのため工程管理、品質管理上きわめて有用
である。
る。図2中、X軸(横軸)はガスを流通させた時間(m
in)であり、Y軸(縦軸)の左側は測定中の水分発生
速度(単位は、μg/min)であり、Y軸(縦軸)の
右側は測定中の積算水分発生量(単位は、μg)であ
る。
Claims (18)
- 【請求項1】30〜90℃に温度制御できると共に重曹
粉体を配置できる試料部、水分定量分析手段及び、該試
料部から該水分定量分析手段に水分同伴ガスを連続的に
流通させる機構を備える重曹中水分の定量分析装置。 - 【請求項2】ガス乾燥装置及び、該ガス乾燥装置から試
料部に乾燥ガスを連続的に流通させる機構を備える請求
項1に記載の重曹中水分の定量分析装置。 - 【請求項3】水分同伴ガスを加熱する機構を備える請求
項1又は請求項2に記載の重曹中水分の定量分析装置。 - 【請求項4】水分定量分析手段の水分検知感度が、試料
部から供給される水分供給速度として1μg/min以
下である請求項1〜3のいずれかに記載の重曹中水分の
定量分析装置。 - 【請求項5】水分定量分析手段がカールフィッシャー水
分定量分析計である請求項1〜4のいずれかに記載の重
曹中水分の定量分析装置。 - 【請求項6】重曹粉体0.05〜20gを試料部に配置
し、該試料部に30〜90℃の間での所定温度で制御さ
れた乾燥ガスを連続的に流通し、試料部から流出する水
分同伴ガスを水分定量分析手段に導き、該水分同伴ガス
中の水分を水分定量分析手段で経時的に測定することを
特徴とする重曹中水分の定量分析方法。 - 【請求項7】温度の制御が、30〜90℃の間での一定
温度の維持、もしくは30〜90℃の間での経時的な連
続昇温である請求項6に記載の重曹中水分の定量分析方
法。 - 【請求項8】乾燥ガスが脱水された空気または窒素ガス
である請求項6又は請求項7に記載の重曹中水分の定量
分析方法。 - 【請求項9】乾燥ガスの水分含量が0.1mg/リット
ル以下である請求項6〜8のいずれかに記載の重曹中水
分の定量分析方法。 - 【請求項10】乾燥ガスの流量が100〜300N−c
c/minである請求項6〜9のいずれかに記載の重曹
中水分の定量分析方法。 - 【請求項11】水分定量分析手段がカールフィッシャー
水分定量分析計である請求項6〜10のいずれかに記載
の重曹中水分の定量分析方法。 - 【請求項12】試料部から流出する水分同伴ガス中の水
分量の経時変化を測定し、得られた結果より重曹からの
水分蒸発速度及び水分蒸発量を求め、重曹中微量水分を
遊離水分及び炭酸塩の結晶水に分別定量分析する請求項
6〜11のいずれかに記載の重曹中水分の定量分析方
法。 - 【請求項13】炭酸塩が、炭酸ソーダ1水和物及び/又
はセスキ炭酸ソーダである請求項12に記載の重曹中水
分の定量分析方法。 - 【請求項14】重曹中微量水分を遊離水分及び炭酸塩の
結晶水に分別定量分析する方法において、下記(1)、
(2)、(3)、(4)、(5)、(6)及び(7)式
を用いる請求項6〜13のいずれかに記載の重曹中水分
の定量分析方法。 【式1】 (式中、Cは全結晶水量(ppm)、C1は炭酸ソーダ
一水和物の結晶水量(ppm)、C2はセスキ炭酸ソー
ダの結晶水量(ppm)、Aは炭酸ソーダ一水和物量
(wt%)、Bはセスキ炭酸ソーダ量(wt%)、Tは
全水分量(ppm)、Fは遊離水量(ppm)、Dは遊
離水が出終わるまでの全水分量(μg)、Mは炭酸ソー
ダ1水和物の結晶水が出終わるまでの全水分量(μ
g)、Hはセスキ炭酸ソーダの結晶水が出終わるまでの
全水分量(μg)、BLはガス中に含まれているバック
グラウンド水分量(μg/min)、T1は遊離水が出
終わるまでの時間(min)、T2は炭酸ソーダ一水和
物の結晶水が出終わるまでの時間(min)、T3はセ
スキ炭酸ソーダの結晶水が出終わるまでの時間(mi
n)、Weは試料量(g)を示す。) - 【請求項15】請求項14に記載のD、M、H、BL、
T1、T2及びT3を決定する際に、測定データのグラフ
から直読することを特徴とする重曹中水分の定量分析方
法。 - 【請求項16】測定データの水分発生速度の変極点を検
出することによりD、M、H、BL、T1、T2及びT3
を決定する請求項14又は請求項15に記載の重曹中水
分の定量分析方法。 - 【請求項17】測定データを複数の関数で近似すること
によりD、M、H、BL、T1、T2及びT3を決定する
請求項14〜16のいずれかに記載の重曹中水分の定量
分析方法。 - 【請求項18】関数が正規分布関数である請求項17に
記載の重曹中水分の定量分析方法。
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