JP2004212075A - Morphological analytical sample pretreatment method and device by hydride introducing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は原子吸光分析(AA)、誘導結合プラズマ分析(ICP)、ICP−MS(誘導結合プラズマ励起−質量分析)などの分析方法において、試料溶液中の測定対象物質を気化させて分析装置に導くための試料前処理方法とその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
これらの分析機器に試料を導入するための前処理方法として、砒素(As)、アンチモン(Sb)、セレン(Se)などの半金属元素を揮発性水素化物として分析機器に導入する水素化物発生法がある。試料に含まれる測定対象元素には、化学結合状態や酸化状態といった形態の異なる種々の化合物が含まれるが、水素化物発生法では発生した水素化物は、形態の如何によらず、全て同時に分析機器に導入される。
【0003】
他の前処理方法として、ガス状で供給される試料の場合には、試料の濃縮を目的として液体窒素などの冷媒により冷却して濃縮した後、温度を上げて脱離させて分析機器に導く超低温度捕集法がある。
【0004】
さらに他の前処理方法として、試料中に混在している各形態の化合物を、いったん冷却して捕集した後、温度を上げていくことにより、低沸点の形態のものから順次脱離させて分析機器に導く沸点分離法を用いた形態別分離方法がある。
これらの試料前処理方法は、それぞれが独立した手法であり、それぞれ個別に用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
As、Sb、Seなどの半金属元素を形態別に分析しようとした場合、水素化物発生法、超低温捕集法、沸点分離法のそれぞれ独立した手法を個々に手作業で行い、最終的に形態別に分離された試料を調製して分析機器に導入することが考えられる。
【0006】
しかし、そのような互いに独立した手法を手作業で制御するため、処理全体とし煩雑になる。また、処理が煩雑になることから安定した制御が難しくなり、結果として測定精度が低くなってしまう問題がある。
【0007】
また、個々の手法について独立した制御を必要とするため、結果として処理時間が長くなってしまう問題もある。
さらに、手作業で個々の処理を制御するために、作業者の負担が大きい。
【0008】
そこで、本発明は揮発性の水素化物を生成する測定対象物質を揮発性水素化物に変換し、形態別に分析機器に導入するための前処理方法を、処理全体として簡略化し、作業者の負担を軽減し、処理時間を短くし、結果として測定精度を高めることのできる方法とそれに用いる装置を提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の試料前処理方法は、試料溶液中の測定対象物質を揮発性水素化物に変換して分析装置に供給する方法であり、配管で接続された反応装置内で以下のステップ(A)から(D)を一連の処理として行なわせることを特徴とするものである。
(A)所定量の試料溶液を量り取り、前記反応装置の反応槽内に導入するステップ、
(B)前記反応槽内で試料溶液と水素化用反応試薬とを反応させて測定対象物質の揮発性水素化物を発生させる水素化ステップ、
(C)前記水素化物を冷却トラップに導いて捕集する捕集ステップ、及び
(D)前記冷却トラップの温度を上げていくことにより捕集されていた水素化物を低沸点の形態のものから順次脱離させて分析装置に導く形態別分離ステップ。
【0010】
このように、本発明の試料前処理方法は、配管で接続された反応装置内で、試料導入から水素化物発生、超低温捕集及び沸点分離の各ステップを一連の処理として行なわせるようにしたので、処理全体として簡略化になり、作業者の負担が軽減され、処理時間が短くなり、結果として測定精度を高めることができる。
【0011】
この試料前処理方法を実現するための本発明の試料前処理装置は、試料溶液が供給される試料用配管、試薬が供給される試薬用配管、キャリアガスが供給されるキャリアガス配管及び生成した揮発性水素化物を前記キャリアガスとともに取り出す生成ガス配管が少なくとも接続された反応槽と、試料用配管に接続され、所定量の試料溶液を量り取って反応槽に供給するサンプリング機構と、試薬用配管に接続され、所定量の試薬を反応槽に供給する試薬供給機構と、キャリアガス配管に接続され、反応槽にキャリアガスを供給するキャリアガス供給機構と、生成ガス配管に接続され、キャリアガスとともに送り出されてきた水素化物を冷却して捕集するとともに、その捕集用の冷却温度から捕集した水素化物の最も高沸点の形態の沸点よりも高い温度の間で温度を変化させることのできる冷却トラップとを備えている。
【0012】
本発明の試料前処理装置は、好ましくは反応槽には洗浄水を供給する配管も接続され、反応槽の底部には開閉可能な排液機構が接続されている。これにより、各前処理操作の前後で反応槽の洗浄を行なう場合、反応層を配管に接続したままの状態で実行することができるようになり、洗浄操作の負担も軽減される。
【0013】
反応槽は底部の断面積が上部の断面積よりも小さくなっていることが好ましい。これにより、少ない量の試料溶液も処理できるようになる。
反応槽は内部の溶液を攪拌する攪拌機構を備えていることが好ましい。これにより、反応や洗浄を促進することができる。
【0014】
揮発性水素化物は試料溶液から発生して上部移動し、上方からに生成ガス配管を通って送られるので、そのような生成水素化物の移動を円滑にする上で、キャリアガス配管のキャリアガス出口は反応槽内の底部に配置されていることが好ましい。
【0015】
水蒸気と炭酸ガスは測定対象物質の水素化物の測定の妨害となることが多いので、生成ガス配管で反応槽と冷却トラップとの間には水蒸気トラップと炭酸ガストラップの一方又は両方が配置されていることが好ましい。
【0016】
本発明の試料前処理装置は、本発明の試料前処理方法を制御する制御装置を備えていることが好ましい。その制御装置は、動作モードとしてマニュアルモードとオートモードのいずれか又は両方を備えている。
【0017】
マニュアルモードは、幾つかの動作について動作の指示を促すメッセージを表示し、その指示が入力されるのを待って動作を進める動作モードにより一連の動作を制御するものである。
【0018】
オートモードは、動作の開始が指示されると、その後は設定されたタイミングに基づいて動作を自動的に進める動作モードにより一連の動作を制御するものである。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1は一実施例の前処理装置を表したものである。
2は反応槽であり、その形状は底部の断面積が小さくなって、少ない量の試料溶液でも処理できるようになっている。反応槽2の底部には排液口4が設けられ、排液口4には排液ポンプ6が接続されて、排液ポンプ6の動作により反応槽2内の液がドレインへ排出されるようになっている。排液口4と排液ポンプ6により開閉可能な排液機構を構成している。
【0020】
反応槽2内の底部には攪拌子5が入れられている。攪拌子5は反応槽2の下方に配置される磁気駆動装置からの磁場により回転し、反応槽2内の液を攪拌することができる。
【0021】
反応槽2の底部には測定対象物質を水素化物にするための水素化試薬であるNaBH4を供給するための配管が開閉バルブ8を介して接続されている。その配管にはNaBH4ポンプ10によりNaBH4溶液12が供給されるようになっている。開閉バルブ8は、ヘリウムボンベ14から供給されレギュレータ16によって一定圧力にされたヘリウムガスがNaBH4注入バルブ18により供給されることにより開閉が制御される。
【0022】
反応槽2は上部が蓋20によって密閉されている。その蓋20には試料溶液が供給される試料用配管22、塩酸が供給される塩酸用配管24、添加剤が供給される添加剤用配管26及び洗浄液が供給される洗浄液配管28が接続されている。これらの配管22,24,26,28の出口は、反応槽2内の上部に位置決めされている。
【0023】
試料溶液を採取し反応槽2に供給するためのサンプリング機構として、シリンジ40とサンプルループ42が設けられている。44はシリンジバルブで、シリンジ40はシリンジバルブ44の共通ポートに接続され、サンプルループ42はシリンジバルブ44の一方のポートに接続されている。シリンジバルブ44の他方のポートには蒸留水46につながる配管が接続されている。48はサンプルバルブであり、サンプルループ42はサンプルバルブ48の共通ポート(COM)に接続され、サンプルバルブ48の常開ポート(NO)にはサンプリング用のノズル50が接続され、サンプルバルブ48の常閉ポート(NC)は反応槽2につながる試料用配管22に接続されている。
【0024】
ノズル50により試料溶液を分注するために、試料溶液を収容した複数の試料容器52の他、ノズル50を洗浄する際に使用する洗浄ポート54が配置される。ノズル50を試料容器52や洗浄ポート54に出し入れする操作は、手動で行うこともできるし、オートサンプラを用いて自動で行なうようにすることもできる。オートサンプラはオートモードでの動作の際に使用する。
【0025】
反応槽2につながる塩酸用配管24には、塩酸56が塩酸ポンプ58により供給されるように接続されている。
添加剤用配管26には、添加剤60が添加剤ポンプ62により供給されるように接続されている。
【0026】
洗浄用配管28には、洗浄水64が洗浄ポンプ66により供給されるように接続されている。
反応槽2の蓋20の中央部にはキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給管30が取り付けられ、キャリアガス供給管30の出口は反応槽2の底部付近に位置決めされている。キャリアガス供給管30には、ヘリウムボンベ14からレギュレータ32により一定圧に調整されたヘリウムガスが、開閉バルブ34、流量調整器35及び流量計36を経て供給されるようになっている。
【0027】
反応槽2内で生成した揮発性水素化物をキャリアガスのヘリウムガスとともに取り出すために、蓋20には生成ガス配管38も取り付けられており、その生成ガス配管配管38のガス取入れ口は反応槽2内の上部に位置決めされている。
【0028】
生成ガス配管38には直列に配列された4本の水蒸気トラップ68が接続されており、水蒸気トラップ68は冷媒74により−20℃に冷却され、生成ガス配管38を流れるガス中の水分を凝集させて捕集する。
【0029】
水蒸気トラップ68の下流には炭酸ガストラップ70が接続されており、炭酸ガストラップ70は内部に粒状NaOHを充填することで炭酸ガスを捕集トラップする。炭酸ガストラップ70は省略することも出来る。
【0030】
炭酸ガストラップ70の下流には水素化物を冷却して捕集することのできる冷却トラップ72が接続されている。冷却トラップ72はU字管からなり、内部に石英ガラスウールが充填されており、液体窒素76を冷媒として−190℃程度まで冷却することができる。そのU字管を液体窒素76から取り出すことにより、冷却トラップ72の温度を室温まで戻すことができる。冷却トラップ72の下流は原子吸光分光計などの分析機器に接続される。
【0031】
冷却トラップ72では液体窒素温度で半金属の揮発性水素化物は全て凝縮して捕集される。U字管を液体窒素76から取り出すことにより冷却トラップ72の温度が上昇していき、その温度上昇にともなって、捕集されていた水素化物が低沸点の形態のものから順次揮発して脱離し、分析機器に導かれていく。これにより、形態別分析が可能となる。
【0032】
次に、本実施例の動作を図2から図6のフローチャートと、図7から図12のタイミングチャートに基づいて説明する。本実施例は複数の動作についてメッセージが表示され、それに対して作業者がキー操作により動作を指示するとともに、一部の操作を手作業で行なうようにしたマニュアルモードと、動作の開始をキー操作で指示すると、後の操作を全て自動で進めていくオートモードの2つの動作モードを備えており、メニュー画面から何れかの動作モードを選択できるようになっている。図2〜4と図7〜9はマニュアルモードの動作であり、図5,6と図10〜12はオートモードである。図2〜4は一連のフローチャートであり、図5,6も一連のフローチャートである。また、図7〜9は一連のタイミングチャートであり、図10〜12も一連のタイミングチャートである。タイミングチャートにおいては、各図のつなぎ目部分では一部重複して図示してあるところもある。
【0033】
本発明では、水素化物の捕集部である冷却トラップ72のU字管に充填された石英ガラスウールの乾燥は重要な要素であり、使用前と使用中は常にキャリアガスのヘリウムガスを流した状態にして乾燥を促進する。
【0034】
電源を入れるとディスプレーにメニュー画面が現われる。そこで、作業者がマニュアルモードかオートモードかの何れかを選択する。
いま、マニュアルモードが選択されたものとして、図2〜5のフローチャートと図7〜9のタイミングチャートを用いてマニュアルモードの動作を説明する。
【0035】
試料前処理の前に初期化が行なわれる。初期化は、試料を供給する流路に洗浄水を充填し、各試薬を供給する配管にそれぞれの試薬を充填し、反応槽2を洗浄して試料前処理動作に備える処理である。まず、その初期化の動作を説明する。
【0036】
作業者が初期化動作を開始するためにキー入力を行うと、シリンジ40が上限位置に位置決めされ、シリンジユニットの初期化がなされ(ステップ1)、冷却トラップ72をU字管の位置が上限に設定される(ステップ2)。なお、フローチャート中に記入した数字はステップの番号であり、実施例の説明では「ステップ○○」と記載する。
【0037】
続いて、作業者が水詰「PRIME」をキー入力すると、ヘリウムバルブ34が開けられてボンベ14のヘリウムガスが反応槽2に送られ、生成ガス配管38から冷却トラップ72を経て流れる(ステップ3)。
【0038】
続いてノズルを洗浄ポートに入れることを促すメッセージが表示される(ステップ4)。そこで、次に進めるために、作業者がキー操作により「GO」を入力すると、サンプルバルブ48がノズル側に接続された状態で、シリンジバルブ44の切換えとシリンジ40の動作が繰り返されて蒸留水46がノズル50から洗浄ポート54に排出され、サンプルループ42とノズル50の配管が水詰される(ステップ5)。
【0039】
水詰が完了すると、ノズルを洗浄ポートから出すことを促すメッセージが表示される(ステップ6)。そこで、次に進めるために、作業者がキー操作により「GO」を入力すると、排液ポンプ6が動作を開始し(ステップ7)、サンプルバルブ48が試料用配管22(反応槽側)に切り換えられ、シリンジバルブ44の切換えとシリンジ40の動作により、蒸留水が配管22を経て反応槽2に排出され、排液ポンプ6から排出される動作が所定回数繰り返されることにより、配管22が水詰される(ステップ8)。
【0040】
配管22の水詰動作と平行して塩酸ポンプ58が所定時間動作することにより塩酸が配管24を経て反応槽2に排出され、配管24が塩酸で充填される(ステップ9)。続いて添加剤ポンプ62が所定時間動作することにより添加剤が配管26を経て反応槽2に排出され、配管26が添加剤で充填される(ステップ10)。続いてNaBH4ポンプ10が所定時間動作し、続いてNaBH4注入バルブ18がオンとオフを繰り返すことによってバルブ8のオンとオフが繰返され、NaBH4配管からNaBH4が反応槽2に排出されることにより、NaBH4の配管がNaBH4で充填される(ステップ11)。
【0041】
所定時間(例えば3秒)の後、排液ポンプ6が作動を停止し(ステップ12)、洗浄ポンプ66が作動して反応槽2に洗浄水を供給するとともに、攪拌子5が外部の磁気駆動装置により駆動されて回転することにより攪拌動作が行なわれて反応槽2内が洗浄される(ステップ13,14)。その後、排液ポンプ6が作動して洗浄液を排出するとともに、攪拌動作が停止されて反応槽2内の洗浄が完了する(ステップ15)。その後所定時間キャリアガスがキャリアガス供給管30の先端から放出され続けることにより、反応槽2内が乾燥し、同時に生成ガス配管38から冷却トラップ72も乾燥して(ステップ16)、初期化が終了する。前処理動作の開始が指示されるのを促す「WAITING START」のメッセージが表示される(ステップ17)。
【0042】
その後、試料の前処理動作に入る。作業者がキー操作により「START」を入力すると、ヘリウムバルブ34が開いてキャリアガスが反応槽2を経て生成ガス配管38から冷却トラップ72のU字管を通り、所定の時間U字管の乾燥が行われる(ステップ18)。その後、冷却トラップ72のU字管が液体窒素76に浸され(ステップ19)、所定時間冷却された後(ステップ20)、反応槽2では攪拌子2が回転して攪拌動作が開始され、塩酸ポンプ58が所定時間作動し、所定量の塩酸が反応槽2に供給される(ステップ21,22)。続いて添加剤ポンプ62が所定時間作動し、所定量の添加剤が反応槽2に添加される(ステップ23)。
【0043】
ここで、「サンプリングを促す」メッセージが表示され(ステップ24)、作業者がノズル52を手作業で試料溶液に浸し(ステップ25)、キー操作により「GO」を入力すると、シリンジ40が所定量下降し試料溶液が吸引される(ステップ26)。次にノズルを上げることを促す「NOZZLE UP」の表示がなされ(ステップ27)、作業者が手作業でノズル50を試料溶液から出し(ステップ28)、キー操作により「GO」を入力すると、シリンジ40が下降してノズル54に吸引した試料溶液がサンプルループ42へ引き込まれる(ステップ29)。次にサンプルバルブ48が反応槽側に切り換えられ、シリンジ40が上昇してサンプルループ42中の試料溶液が反応槽2へ注入される(ステップ30,31)。
【0044】
続いて、反応槽2に水素化試薬を注入するために、NaBH4ポンプ10が所定時間作動し(ステップ32)、続いてNaBH4注入バルブ18が設定回数オン・オフを繰り返すことにより、バルブ8を経て所定量のNaBH4溶液が反応槽2に注入される(ステップ33)。これにより、反応槽2では試料溶液とNaBH4が反応して水素化物が発生し、生成ガス配管38を経て冷却トラップ72に導かれ捕集される。
【0045】
水素化物の捕集を完了させるための所定の設定時間の後(ステップ34)、測定器はゼロレベルの調整(オートゼロ)を行なった後に、測定開始を促すメッセージを表示し、作業者がキー操作により「GO」を入力すると、測定開始信号を出力する(ステップ35)。ここで、作業者がキー操作により「GO」を入力するのを待たずに、ゼロレベルの調整(オートゼロ)を行なった後、直ちに測定開始信号を出力するステップ35に進むようにしてもよい。
【0046】
測定開始信号が出力されると、冷却トラップ72のU字管が液体窒素から引き上げられ(ステップ36)、冷却トラップ72に捕集されていた水素化物が低沸点の形態のものから順次揮発して脱離を始め、沸点分離がなされて測定機器に水素化物が順次導入されていき、所定時間測定が行われる(ステップ37)。
【0047】
その後、排液動作を促すメッセージが表示され(ステップ38)、作業者がキー操作により「GO」を入力すると、排液ポンプ6が作動して反応槽2内の反応液を排出する(ステップ39)。
【0048】
また、このときノズル洗浄を促すメッセージが表示され(ステップ40)、作業者がノズル50を洗浄ポート54に手動で入れた後(ステップ41)、キー操作により「GO」を入力すると、シリンジバルブ44の切換えとシリンジ40の動作によりノズル50の洗浄が行なわれる(ステップ42)。
【0049】
その後、ノズル50を洗浄ポート54から引き上げることを促すメッセージが表示され(ステップ43)、作業者がノズル50を洗浄ポート54から手動で引き上げ、キー操作により「GO」を入力すると(ステップ44)、シリンジ40が下降してノズル50に空気が吸い込まれ、エアーギャップが作成される(ステップ45)。
【0050】
次に、サンプルバルブ48が反応槽側に切り換えられ、排液ポンプ6が動作を開始し、シリンジバルブ44の切換えとシリンジ40の動作によりサンプルループ42と試料用配管22を含むサンプル経路が洗浄される(ステップ46,47)。所定時間の後、その洗浄動作が停止され、サンプルバルブ48がノズル側に切り換えられ、排液ポンプ6の動作が停止される(ステップ48,49)。
【0051】
続いて洗浄ポンプ66が所定時間動作して、反応槽2に洗浄水が供給される(ステップ50)。この間、攪拌子5は攪拌を継続しており、洗浄水の供給停止後、所定時間の攪拌の後、排液ポンプ6が動作して反応槽2内の洗浄液を排出し、攪拌子5の攪拌動作が停止する(ステップ51,52)。
その後、ヘリウムガスバルブ34が一定時間開放される状態となって1つの試料溶液についての操作が終了する(ステップ53)。次の試料溶液についても同じ動作を繰り返す。
【0052】
次に、オートモードによる動作について説明する。マニュアルモードではディスプレイにメッセージが表示され、それに従って作業者が作業を行なったり、キー入力により指示を入力していたのに対し、オートモードでは最初の初期化動作を開始するためのキー入力、水詰動作の開始を指示する「PRIME」のキー入力及び前処理動作の開始を指示する「START」のキー入力は作業者が行うが、それ以後の動作は、オートサンプルチェンジャー(ASC:Automatic SampleChanger)をコントロールしながら動作を自動的に処理していく。オートモードでは試料溶液を供給する機構、サンプリングノズルを洗浄する機構としてオートサンプラを使用する。
図5、6は動作を示し、図10〜12はそのタイミングチャートである。
【0053】
作業者により、初期化動作を開始するための入力が行なわれると、シリンジ40が上限と下限の中間の位置に位置決めされるシリンジユニットの初期化がなされ(ステップ1)、U字管の位置が上限に設定される(ステップ2)。
【0054】
続いて、作業者が水詰を指示する「PRIME」をキー入力すると、ステップ15までの初期化の動作が行なわれるが、ここまでの動作の内容はマニュアルモードの場合と同じであるが、作業者によるキー入力を待つことなく、本処理装置がオートサンプラをコントロールして動作を自動的に進めていくことが異なる。図8における「PSD RD」は本処理装置からASCへ送信されるコマンドで、洗浄ポート(RDの位置)にアームを移動させ、ノズルを下げる動作を意味する。コマンドの送信により、ASCの動作はノズル位置を洗浄ポートに挿入した状態となり、本処理装置がノズルの洗浄動作を行う。
洗浄動作の終了後、ただちにASCへ「NU」コマンドが送信され、ASCはノズルを洗浄ポートから引き上げた状態となる。その後、本処理装置がエアギャップの作成動作を行い、マニュアルモードと同じくしてポンプ経路の充填作業とサンプル注入経路の蒸留水充填作業を平行して処理する。
洗浄動作後の排液が完了した時点で、ASCへ「PSD WT」のコマンドを送信し、ASCはノズル位置を待機位置(洗浄ポートの上方から少しずれた位置)へ移動する。その後、経路を乾燥する動作は、マニュアルモードと同じである。
【0055】
その後、試料の前処理動作に入る。作業者がサンプル数とサンプル条件を入力し、キー操作により「START」を入力すると、ヘリウムバルブ34が開いてキャリアガスが反応槽2を経て生成ガス配管38から冷却トラップ72のU字管を通り、所定の時間U字管の乾燥が行われ、その間乾燥中のメッセージが表示される(ステップ16,17)。その後、冷却トラップ72のU字管が液体窒素76に浸され、冷却中のメッセージが表示される(ステップ18,19)。所定時間冷却された後(ステップ20)、反応槽2では攪拌子2が回転して攪拌動作が開始され、塩酸ポンプ58が所定時間作動し、所定量の塩酸が反応槽に供給され、サンプリング中のメッセージが表示される(ステップ21,22,23)。続いて添加剤ポンプ62が所定時間作動し、所定量の添加剤が反応槽2に添加される(ステップ24)。
【0056】
次に、ASCによりノズル52が試料溶液に浸され(ステップ25)、所定の時間後、シリンジ40が所定量下降し試料溶液が吸引される。次にノズルを上げるコマンド「NU」が送信され、ASCによりノズル50が試料溶液から引き上げられ、シリンジ40が下降してノズル54に吸引した試料溶液がサンプルループ42へ引き込まれる(ステップ26)。次にサンプルバルブ48が反応槽側に切り換えられ(ステップ27)、シリンジ40が上昇してサンプルループ42中の試料溶液が反応槽2へ注入される(ステップ28)。
【0057】
続いて、反応槽2に水素化試薬を注入するために、NaBH4ポンプ10が所定時間作動し(ステップ29)、続いてNaBH4注入バルブ18が設定回数オン・オフを繰り返すことにより、バルブ8を経て所定量のNaBH4溶液が反応槽2に注入される(ステップ30)。これにより、反応槽2では試料溶液とNaBH4が反応して水素化物が発生し、生成ガス配管38を経て冷却トラップ72に導かれ捕集される。
【0058】
水素化物の捕集を完了させるための所定の設定時間の後(ステップ31,32)、測定器はゼロレベルの調整(オートゼロ)を行なった後に、測定開始信号を出力し、測定中であるメッセージを表示する(ステップ33,34)。測定開始信号が出力されると、冷却トラップ72のU字管が液体窒素から引き上げられ(ステップ35)、冷却トラップ72に捕集されていた水素化物が低沸点の形態のものから順次揮発して脱離を始め、沸点分離がなされて測定機器に水素化物が順次導入されていき、所定時間測定が行われる(ステップ36)。
【0059】
その後、排液ポンプ6が作動して反応槽2内の反応液を排出する(ステップ37)。
また、これと平行して、洗浄動作中であるメッセージが表示され(ステップ38)、ノズル50がコントローラにより洗浄ポート54に入れられた後(ステップ39)、シリンジバルブ44の切換えとシリンジ40の動作によりノズル50の洗浄が行なわれる(ステップ40)。
【0060】
その後、ASCによりノズル50が洗浄ポート54から引き上げられ(ステップ41)、シリンジ40が下降してノズル50に空気が吸い込まれエアーギャップが作成される(ステップ42)。
【0061】
その後、サンプルバルブ48が反応槽側に切り換えられ、排液ポンプ6が動作を開始し、シリンジバルブ44の切換えとシリンジ40の動作によりサンプルループ42と試料用配管22を含むサンプル経路が洗浄される(ステップ43,44)。所定時間の後、その洗浄動作が停止され、サンプルバルブ48がノズル側に切り換えられ、排液ポンプ6の動作が停止される(ステップ45,46)。
【0062】
続いて洗浄ポンプ66が所定時間動作して、反応槽2に洗浄水が供給される(ステップ47)。この間、攪拌子5は攪拌を継続しており、洗浄水の供給停止後、所定時間の攪拌の後、排液ポンプ6が動作して反応槽2内の洗浄液を排出し、攪拌子5の攪拌動作が停止する(ステップ48,49)。
【0063】
所定時間後、ヘリウムバルブ34が一定時間開放される状態となり1つの試料溶液についての操作が終了する(ステップ50)。
サンプル数のカウント値が1減らされ(ステップ51)、スタート前に設定した試料数が0になるまで同じ動作が繰り返される。
【0064】
【発明の効果】
本発明によれば、配管で接続された反応装置内で、試料導入から水素化物発生、超低温捕集及び沸点分離の各ステップを一連の処理として行なわせるようにしたので、ここの処理の制御を一連の処理としてまとめることで処理の制御を単純化し、また1つに装置化することで省力化し、処理時間の短縮と測定精度の向上を実現することができる。
その結果、従来は処理手順の分断によりサンプリングから処理終了までの1回の処理に10数分の時間を要していたものが、本発明では1回の処理に5分程度で済むようになった。
また測定の精度が向上し、原子吸光法での繰返し測定再現性が、従来は20%程度であったものが10%以下にまで向上した。
処理作業者の作業量は、従来は全て手作業であったのに対し、本発明では試料の準備と装置の操作(キー入力)だけに単純化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例の前処理装置を示す流路図である。
【図2】同実施例のマニュアルモードでの動作の前の部分を示すフローチャート図である。
【図3】同実施例のマニュアルモードでの動作の中間部を示すフローチャート図である。
【図4】同実施例のマニュアルモードでの動作の後の部分を示すフローチャート図である。
【図5】同実施例のオートモードでの動作の前半部を示すフローチャート図である。
【図6】同実施例のオートモードでの動作の後半部を示すフローチャート図である。
【図7】同実施例のマニュアルモードでの動作の前の部分を示すタイミングチャート図である。
【図8】同マニュアルモードでの動作の中間部分を示すタイミングチャート図である。
【図9】同マニュアルモードでの動作の後の部分を示すタイミングチャート図である。
【図10】同実施例のオートモードでの動作の前の部分を示すタイミングチャート図である。
【図11】同オートモードでの動作の中間部分を示すタイミングチャート図である。
【図12】同オートモードでの動作の後の部分を示すタイミングチャート図である。
【符号の説明】
2 反応槽
4 排液口
5 攪拌子
6 排液ポンプ
8 開閉バルブ
10 NaBH4ポンプ
12 NaBH4溶液
18 NaBH4注入バルブ
30 キャリアガス供給管
38 生成ガス配管
40 シリンジ
42 サンプルループ
44 シリンジバルブ
48 サンプルバルブ
50 ノズル
58 塩酸ポンプ
62 添加剤ポンプ
66 洗浄ポンプ
68 水蒸気トラップ
70 炭酸ガストラップ
72 冷却トラップ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a method for analyzing an atomic absorption spectrometry (AA), an inductively coupled plasma analysis (ICP), an ICP-MS (inductively coupled plasma excitation-mass spectrometry), etc., in which a substance to be measured in a sample solution is vaporized into an analyzer. The present invention relates to a sample pretreatment method and an apparatus therefor.
[0002]
[Prior art]
As a pretreatment method for introducing a sample into these analytical instruments, a hydride generation method in which a semimetal element such as arsenic (As), antimony (Sb), or selenium (Se) is introduced into the analytical instruments as a volatile hydride. There is. The elements to be measured contained in the sample include various compounds with different forms such as chemical bonding state and oxidation state, but hydrides generated by the hydride generation method are all analyzed at the same time regardless of the form. Will be introduced.
[0003]
As another pretreatment method, in the case of a sample supplied in a gaseous state, the sample is cooled and concentrated with a refrigerant such as liquid nitrogen for the purpose of concentrating the sample, then the temperature is increased and desorbed, and the sample is led to an analytical instrument. There is an ultra-low temperature collection method.
[0004]
As still another pretreatment method, the compounds in each form mixed in the sample are once collected by cooling, and then the temperature is increased to sequentially desorb from the low-boiling form. There is a separation method for each form using a boiling point separation method leading to an analytical instrument.
Each of these sample pretreatment methods is an independent method, and is used individually.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
When trying to analyze metalloid elements such as As, Sb, and Se by form, the hydride generation method, the ultra-low temperature collection method, and the boiling point separation method are individually and manually performed. It is conceivable that a separated sample is prepared and introduced into an analytical instrument.
[0006]
However, since such independent methods are manually controlled, the entire processing becomes complicated. Further, since the processing becomes complicated, stable control becomes difficult, and as a result, there is a problem that the measurement accuracy is reduced.
[0007]
In addition, since independent control is required for each method, there is a problem that the processing time becomes long as a result.
Further, since individual processes are controlled manually, the burden on the operator is large.
[0008]
Thus, the present invention simplifies the entire pretreatment method for converting a substance to be measured that produces volatile hydrides into volatile hydrides and introducing the volatile hydrides into analytical instruments according to the form, thereby reducing the burden on the operator. It is an object of the present invention to provide a method capable of reducing the processing time, shortening the processing time, and consequently improving the measurement accuracy, and an apparatus used for the method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The sample pretreatment method of the present invention is a method of converting a substance to be measured in a sample solution into a volatile hydride and supplying the volatile hydride to an analyzer. The method includes the following steps (A) in a reactor connected by piping. (D) is performed as a series of processes.
(A) weighing out a predetermined amount of a sample solution and introducing it into a reaction tank of the reaction apparatus;
(B) a hydrogenation step of reacting a sample solution with a reaction reagent for hydrogenation in the reaction tank to generate a volatile hydride of a substance to be measured;
(C) a collection step of guiding the hydride to a cooling trap for collection, and
(D) Form-specific separation step in which the hydride collected by raising the temperature of the cooling trap is sequentially desorbed from those having a low boiling point and guided to the analyzer.
[0010]
As described above, in the sample pretreatment method of the present invention, each step of sample introduction, hydride generation, ultra-low temperature collection, and boiling point separation is performed as a series of processes in a reactor connected by piping. In addition, the entire process is simplified, the burden on the operator is reduced, the processing time is shortened, and as a result, the measurement accuracy can be improved.
[0011]
The sample pretreatment apparatus of the present invention for realizing this sample pretreatment method includes a sample pipe to which a sample solution is supplied, a reagent pipe to which a reagent is supplied, a carrier gas pipe to which a carrier gas is supplied, and A reaction tank connected to at least a product gas pipe for extracting volatile hydrides together with the carrier gas; a sampling mechanism connected to a sample pipe to measure a predetermined amount of a sample solution and supply the sample solution to the reaction tank; and a reagent pipe. And a reagent supply mechanism for supplying a predetermined amount of reagent to the reaction vessel, a carrier gas supply mechanism for supplying a carrier gas to the reaction vessel connected to the carrier gas pipe, and a production gas pipe for connection with the carrier gas. The hydride that has been sent out is cooled and collected, and the temperature of the collected hydride is higher than the boiling point of the highest boiling form of the collected hydride from the cooling temperature for collection. And a cooling trap capable of changing the temperature between the stomach temperature.
[0012]
In the sample pretreatment device of the present invention, preferably, a pipe for supplying cleaning water is also connected to the reaction tank, and an openable / closable drainage mechanism is connected to the bottom of the reaction tank. Thus, when cleaning the reaction tank before and after each pretreatment operation, the reaction can be performed with the reaction layer connected to the pipe, and the burden of the cleaning operation is reduced.
[0013]
It is preferable that the cross section of the bottom of the reaction vessel is smaller than the cross section of the top. Thereby, even a small amount of the sample solution can be processed.
The reaction tank preferably has a stirring mechanism for stirring the solution inside. Thereby, reaction and washing can be promoted.
[0014]
Since volatile hydride is generated from the sample solution and moves upward, and is sent from above through the product gas pipe, the carrier gas outlet of the carrier gas pipe is used to facilitate the movement of such product hydride. Is preferably arranged at the bottom in the reaction tank.
[0015]
Since water vapor and carbon dioxide gas often interfere with the measurement of the hydride of the substance to be measured, one or both of a water vapor trap and a carbon dioxide trap are arranged between the reaction tank and the cooling trap in the product gas piping. Is preferred.
[0016]
The sample pretreatment device of the present invention preferably includes a control device that controls the sample pretreatment method of the present invention. The control device has one or both of a manual mode and an automatic mode as an operation mode.
[0017]
In the manual mode, a series of operations are controlled by an operation mode in which a message prompting an operation instruction is displayed for some operations, and the operation is performed after the instructions are input.
[0018]
In the auto mode, when the start of the operation is instructed, a series of operations is controlled by an operation mode in which the operation automatically proceeds based on the set timing.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows a pretreatment apparatus according to one embodiment.
Reference numeral 2 denotes a reaction tank whose shape is such that the cross-sectional area of the bottom is small, so that a small amount of sample solution can be processed. A drain port 4 is provided at the bottom of the reaction tank 2, and a drain pump 6 is connected to the drain port 4 so that the liquid in the reaction tank 2 is discharged to the drain by the operation of the drain pump 6. It has become. A drain mechanism that can be opened and closed by the drain port 4 and the drain pump 6 is configured.
[0020]
A
[0021]
At the bottom of the reaction tank 2 is NaBH which is a hydrogenation reagent for converting a substance to be measured into a hydride. Four Is connected through an opening / closing valve 8. NaBH Four NaBH by pump 10 Four
[0022]
The upper part of the reaction tank 2 is sealed by a
[0023]
A
[0024]
In order to dispense the sample solution by the
[0025]
An additive 60 is connected to the
[0026]
The cleaning
A carrier
[0027]
In order to take out the volatile hydride generated in the reaction tank 2 together with the helium gas as the carrier gas, a
[0028]
Four steam traps 68 arranged in series are connected to the generated
[0029]
A carbon
[0030]
Downstream of the
[0031]
In the
[0032]
Next, the operation of this embodiment will be described based on the flowcharts of FIGS. 2 to 6 and the timing charts of FIGS. 7 to 12. In this embodiment, a message is displayed for a plurality of operations, and the operator instructs the operation by a key operation in response to the operation, and a manual mode in which a part of the operation is performed manually, and a key operation for starting the operation. In this case, there are provided two operation modes, ie, an automatic mode in which all subsequent operations are automatically advanced when the instruction is given, and any one of the operation modes can be selected from the menu screen. 2 to 4 and 7 to 9 show the operation in the manual mode, and FIGS. 5, 6 and 10 to 12 show the operation in the auto mode. 2 to 4 are a series of flowcharts, and FIGS. 5 and 6 are also a series of flowcharts. 7 to 9 are a series of timing charts, and FIGS. 10 to 12 are also a series of timing charts. In the timing charts, some of the joints in the drawings are partially overlapped.
[0033]
In the present invention, drying of the quartz glass wool filled in the U-shaped tube of the
[0034]
When you turn on the power, a menu screen appears on the display. Therefore, the operator selects either the manual mode or the automatic mode.
Now, assuming that the manual mode has been selected, the operation in the manual mode will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 2 to 5 and the timing charts of FIGS.
[0035]
Initialization is performed before sample pretreatment. The initialization is a process for filling a sample supply flow path with cleaning water, filling each reagent supply pipe with each reagent, washing the reaction tank 2 and preparing for a sample pretreatment operation. First, the initialization operation will be described.
[0036]
When the operator performs a key input to start the initialization operation, the
[0037]
Subsequently, when the operator inputs the key "PRIME" by filling the water, the
[0038]
Subsequently, a message prompting to put the nozzle into the cleaning port is displayed (step 4). Therefore, in order to proceed to the next step, when the operator inputs “GO” by key operation, switching of the
[0039]
When filling is completed, a message is displayed prompting the user to remove the nozzle from the washing port (step 6). In order to proceed to the next step, when the operator inputs "GO" by key operation, the drainage pump 6 starts operating (step 7), and the
[0040]
By operating the
[0041]
After a predetermined time (for example, 3 seconds), the drain pump 6 stops operating (step 12), the cleaning
[0042]
After that, the sample pre-processing operation is started. When the operator inputs "START" by a key operation, the
[0043]
Here, a message "prompt for sampling" is displayed (step 24), and the operator manually immerses the
[0044]
Subsequently, in order to inject the hydrogenation reagent into the reaction tank 2, NaBH Four The
[0045]
After a predetermined period of time for completing the collection of hydrides (step 34), the measuring instrument performs a zero level adjustment (auto zero), and then displays a message prompting the start of the measurement. When "GO" is input, a measurement start signal is output (step 35). Here, instead of waiting for the operator to input “GO” by key operation, after performing the zero level adjustment (auto zero), the process may proceed to step 35 for immediately outputting the measurement start signal.
[0046]
When the measurement start signal is output, the U-shaped tube of the
[0047]
Thereafter, a message prompting a drainage operation is displayed (step 38), and when the operator inputs "GO" by key operation, the drainage pump 6 is operated to discharge the reaction solution in the reaction tank 2 (step 39). ).
[0048]
At this time, a message prompting nozzle cleaning is displayed (step 40). After the operator manually inserts the
[0049]
Thereafter, a message prompting to lift the
[0050]
Next, the
[0051]
Subsequently, the cleaning
Thereafter, the
[0052]
Next, the operation in the auto mode will be described. In the manual mode, a message is displayed on the display, and the operator performs work or inputs an instruction by key input according to the message.In the auto mode, a key input for starting the initial initialization operation and a water input are performed. The operator performs the key input of “PRIME” for instructing the start of the clogging operation and the key input of “START” for instructing the start of the pre-processing operation, but the subsequent operations are performed by an automatic sample changer (ASC). The operation is automatically processed while controlling. In the auto mode, an auto sampler is used as a mechanism for supplying the sample solution and a mechanism for cleaning the sampling nozzle.
5 and 6 show the operation, and FIGS. 10 to 12 are timing charts thereof.
[0053]
When the operator performs an input for starting the initialization operation, the syringe unit in which the
[0054]
Subsequently, when the operator inputs a key "PRIME" for instructing water filling, the initialization operation up to step 15 is performed. The contents of the operation up to this point are the same as those in the manual mode. This processing device controls the autosampler and automatically advances the operation without waiting for a key input by the user. “PSD RD” in FIG. 8 is a command transmitted from the processing apparatus to the ASC, and means an operation of moving the arm to the cleaning port (the position of the RD) and lowering the nozzle. By the transmission of the command, the operation of the ASC enters a state where the nozzle position is inserted into the cleaning port, and the processing apparatus performs the cleaning operation of the nozzle.
Immediately after the end of the cleaning operation, a "NU" command is transmitted to the ASC, and the ASC is in a state where the nozzle is pulled up from the cleaning port. Thereafter, the processing apparatus performs an operation of creating an air gap, and performs the filling operation of the pump path and the filling operation of the distilled water in the sample injection path in parallel as in the manual mode.
When the drainage after the cleaning operation is completed, a command of “PSD WT” is transmitted to the ASC, and the ASC moves the nozzle position to the standby position (a position slightly shifted from above the cleaning port). Thereafter, the operation of drying the path is the same as in the manual mode.
[0055]
After that, the sample pre-processing operation is started. When the operator inputs the number of samples and the sample conditions, and inputs "START" by key operation, the
[0056]
Next, the
[0057]
Subsequently, in order to inject the hydrogenation reagent into the reaction tank 2, NaBH Four The
[0058]
After a predetermined time period for completing the collection of hydrides (steps 31 and 32), the measuring instrument performs a zero level adjustment (auto zero), outputs a measurement start signal, and outputs a message indicating that the measurement is in progress. Is displayed (
[0059]
Thereafter, the drainage pump 6 operates to discharge the reaction solution in the reaction tank 2 (step 37).
In parallel with this, a message indicating that the cleaning operation is being performed is displayed (step 38), and after the
[0060]
Thereafter, the
[0061]
Thereafter, the
[0062]
Subsequently, the cleaning
[0063]
After a predetermined time, the
The count value of the number of samples is reduced by 1 (step 51), and the same operation is repeated until the number of samples set before the start becomes zero.
[0064]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the reactor connected by piping, each step of sample introduction to hydride generation, ultra-low temperature collection, and boiling point separation is performed as a series of processing, so that control of the processing is performed here. The processing control can be simplified by integrating the processing into a series of processing, and labor saving can be realized by integrating the processing into one apparatus, thereby shortening the processing time and improving the measurement accuracy.
As a result, conventionally, a single process from sampling to the end of the process required a time of several tens of minutes due to the division of the processing procedure, but in the present invention, a single process can be performed in about 5 minutes. Was.
In addition, the accuracy of the measurement was improved, and the reproducibility of the repeated measurement by the atomic absorption method was improved from about 20% in the past to 10% or less.
In the present invention, the amount of work of the processing operator has conventionally been all manual work, but in the present invention, it can be simplified to only sample preparation and device operation (key input).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flow diagram illustrating a pretreatment device according to an embodiment.
FIG. 2 is a flowchart showing a part before an operation in a manual mode of the embodiment.
FIG. 3 is a flowchart showing an intermediate part of the operation in the manual mode of the embodiment.
FIG. 4 is a flowchart showing a part after the operation in the manual mode of the embodiment.
FIG. 5 is a flowchart showing the first half of the operation in the auto mode of the embodiment.
FIG. 6 is a flowchart showing the latter half of the operation in the auto mode of the embodiment.
FIG. 7 is a timing chart showing a part before the operation in the manual mode of the embodiment.
FIG. 8 is a timing chart showing an intermediate portion of the operation in the manual mode.
FIG. 9 is a timing chart showing a part after the operation in the manual mode.
FIG. 10 is a timing chart showing a part before the operation in the auto mode of the embodiment.
FIG. 11 is a timing chart showing an intermediate portion of the operation in the auto mode.
FIG. 12 is a timing chart showing a part after the operation in the auto mode.
[Explanation of symbols]
2 Reaction tank
4 drainage outlet
5 stirrer
6 Drainage pump
8 Open / close valve
10 NaBH Four pump
12 NaBH Four solution
18 NaBH Four Injection valve
30 Carrier gas supply pipe
38 Generated gas piping
40 syringe
42 sample loop
44 syringe valve
48 sample valve
50 nozzles
58 hydrochloric acid pump
62 additive pump
66 Cleaning pump
68 steam trap
70 Carbon dioxide trap
72 Cooling trap
Claims (12)
(A)所定量の試料溶液を量り取り、前記反応装置の反応槽内に導入するステップ、
(B)前記反応槽内で試料溶液と水素化用反応試薬とを反応させて測定対象物質の揮発性水素化物を発生させる水素化ステップ、
(C)前記水素化物を冷却トラップに導いて捕集する捕集ステップ、及び
(D)前記冷却トラップの温度を上げていくことにより捕集されていた水素化物を低沸点の形態のものから順次脱離させて分析装置に導く形態別分離ステップ。The following steps (A) to (D) are performed as a series of processes in a reactor connected by piping in order to convert a substance to be measured in a sample solution into a volatile hydride and supply the volatile hydride to an analyzer. A sample pretreatment method, characterized in that:
(A) weighing out a predetermined amount of a sample solution and introducing it into a reaction tank of the reaction apparatus;
(B) a hydrogenation step of reacting a sample solution with a reaction reagent for hydrogenation in the reaction tank to generate a volatile hydride of a substance to be measured;
(C) a collecting step of guiding the hydride to a cooling trap to collect the hydride, and (D) sequentially increasing the temperature of the cooling trap so that the collected hydride is in a form having a low boiling point. A separation step for each form that is desorbed and led to an analyzer.
前記試料用配管に接続され、所定量の試料溶液を量り取って前記反応槽に供給するサンプリング機構と、
前記試薬用配管に接続され、所定量の試薬を前記反応槽に供給する試薬供給機構と、
前記キャリアガス配管に接続され、前記反応槽にキャリアガスを供給するキャリアガス供給機構と、
前記生成ガス配管に接続され、キャリアガスとともに送り出されてきた前記水素化物を冷却して捕集するとともに、その捕集用の冷却温度から捕集した水素化物の最も高沸点の形態の沸点よりも高い温度の間で温度を変化させることのできる冷却トラップとを備えたことを特徴とする試料前処理装置。Reaction in which at least a sample pipe to which a sample solution is supplied, a reagent pipe to which a reagent is supplied, a carrier gas pipe to which a carrier gas is supplied, and a generated gas pipe for taking out the generated volatile hydride together with the carrier gas are connected. Tank and
A sampling mechanism connected to the sample pipe, for weighing a predetermined amount of the sample solution and supplying the sample solution to the reaction tank;
A reagent supply mechanism connected to the reagent pipe, for supplying a predetermined amount of reagent to the reaction tank,
A carrier gas supply mechanism connected to the carrier gas pipe and supplying a carrier gas to the reaction vessel;
The hydride that is connected to the generated gas pipe and cooled and collected together with the hydride that has been sent out together with the carrier gas has a temperature higher than the boiling point of the highest boiling form of the collected hydride from the cooling temperature for collection. A sample pretreatment device, comprising: a cooling trap capable of changing a temperature between high temperatures.
(A)所定量の試料溶液を量り取り、前記反応装置の反応槽内に導入するステップ、
(B)前記反応槽内で試料溶液と水素化用反応試薬とを反応させて測定対象物質の揮発性水素化物を発生させる水素化ステップ、
(C)前記水素化物を冷却トラップに導いて捕集する捕集ステップ、及び
(D)前記冷却トラップの温度を上げていくことにより捕集されていた水素化物を低沸点の形態のものから順次脱離させて分析装置に導く形態別分離ステップ。9. The sample pretreatment device according to claim 2, further comprising a control device for performing the following steps (A) to (D) as a series of processes.
(A) weighing out a predetermined amount of a sample solution and introducing it into a reaction tank of the reaction apparatus;
(B) a hydrogenation step of reacting a sample solution with a reaction reagent for hydrogenation in the reaction tank to generate a volatile hydride of a substance to be measured;
(C) a collecting step of guiding the hydride to a cooling trap to collect the hydride, and (D) sequentially increasing the temperature of the cooling trap so that the collected hydride is in a form having a low boiling point. A separation step for each form that is desorbed and led to an analyzer.
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