JP2008070225A - Element concentration analysis method of electroless nickel plating - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気電子機器の構成部品の表面等に施された無電解ニッケルめっきに含まれる鉛及びカドミウム等の所定元素濃度分析方法に関するものである。 The present invention relates to a method for analyzing the concentration of a predetermined element such as lead and cadmium contained in electroless nickel plating applied to the surface of a component of an electric / electronic device.
無電解ニッケルめっきは防錆・耐食性・耐摩耗性等に優れためっきであり、複雑な形状の部品にも均一に施すことができることから、電気電子機器をはじめとする種々の工業製品に使用されている。例えば、電気電子機器では、プリンタや複写機における帯電部分に生じたイオンが鋼材を腐食させるおそれがあるため、帯電部分の近傍における鋼材の表面には無電解ニッケルめっきが施されることが多い。 Electroless nickel plating is excellent in rust prevention, corrosion resistance, wear resistance, etc. and can be applied even to parts with complex shapes, so it is used in various industrial products such as electrical and electronic equipment. ing. For example, in an electric / electronic device, since ions generated in a charged portion in a printer or copying machine may corrode a steel material, electroless nickel plating is often applied to the surface of the steel material in the vicinity of the charged portion.
一方、近年、有害物質による環境汚染に対する世界規模での取り組みが進んでおり、その一環として、欧州連合(EU)より「電気電子機器における特定有害物質の使用制限に関する指令」、通称「RoHS(Restriction Of the use of certain Hazardous Substances in electrical and electronic equipment)指令」が出されるに至っている。このRoHS指令によれば、鉛、水銀、カドミウム、六価クロム等の特定有害物質を一定濃度以上含んだ電気電子機器はEU諸国内において販売することができなくなるが、無電解ニッケルめっきにはRoHS指令に指定された有害物質である鉛及びカドミウム等が含まれていることから、RoHS指令を遵守するためには、無電解ニッケルめっきに含まれるこれらの元素の濃度分析を高精度で行う方法の確立が急務である。 On the other hand, in recent years, worldwide efforts against environmental pollution caused by harmful substances have progressed, and as part of this, the European Union (EU) has issued a “Directive on the Restriction of Use of Specific Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment”, commonly known as “RoHS (Restriction). Of the use of certain Hazardous Substitutes in electrical and electrical equipment) command has been issued. According to the RoHS Directive, electrical and electronic equipment containing certain concentrations of certain hazardous substances such as lead, mercury, cadmium and hexavalent chromium cannot be sold in EU countries. Since lead and cadmium, etc., which are specified in the directive, are included, in order to comply with the RoHS directive, the concentration analysis of these elements contained in electroless nickel plating is highly accurate. Establishment is urgent.
また従来、或る被検物質に含まれる元素の濃度を分析する装置としては、蛍光X線を利用した蛍光X線分析装置、誘導結合プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)放電を利用した誘導結合プラズマ発光分析装置(ICP−AES:Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry)、誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP−MS:Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)などが知られている。 Conventionally, as a device for analyzing the concentration of an element contained in a certain test substance, a fluorescent X-ray analysis device using fluorescent X-rays, or an inductively coupled plasma (ICP) discharge using inductively coupled plasma (ICP) discharge is used. An emission analysis apparatus (ICP-AES: Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometer) and an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS: Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) are known.
蛍光X線分析装置は、被検物質にX線を照射したときに発生する蛍光X線のエネルギー分布を分析することによって被検物質に含まれる元素の同定・定量を行うものであり、誘導結合プラズマ発光分析装置は、酸の溶剤に溶解させた被検物質の溶液を霧化して高温の誘導結合プラズマ(以下、ICPと称する)中に導入し、熱励起された元素が基底状態に戻るときに発光する光を分光器によって分光して得られた発光スペクトルを分析することによって被検物質に含まれる元素の同定・定量を行うものである。また、誘導結合プラズマ質量分析装置は、溶剤に溶解させた被検物質の溶液を霧化して高温のICP中に導入し、イオン化された原子を質量分析計で質量走査を行って得られた質量スペクトルを分析することによって被検物質に含まれる元素の同定・定量を行うものである。これら3つの分析装置のうち、誘導結合プラズマ発光分析装置及び誘導結合プラズマ質量分析装置では、プラズマが高温であるためにほとんどの元素の最適測定条件がほぼ同じとなり、極めて高感度で精度の高い分析結果を得ることができる。
前述のように、電気電子機器等において多用されている無電解ニッケルめっきにはRoHS指令において指定された有害物質である鉛及びカドミウム等が含まれており、これらの元素の正確な濃度分析を行う必要があるが、その濃度分析を蛍光X線分析装置によって行った場合には、照射されたX線は薄いめっきの層を通過して下地の基材にまで達してしまうことから、無電解ニッケルめっきのみの正確な元素濃度分析ができないという問題点があった。 As mentioned above, electroless nickel plating, which is frequently used in electrical and electronic equipment, contains lead and cadmium, etc., which are harmful substances specified in the RoHS Directive, and performs accurate concentration analysis of these elements It is necessary, but when the concentration analysis is performed by a fluorescent X-ray analyzer, the irradiated X-rays pass through a thin plating layer and reach the base material, so electroless nickel There was a problem that accurate element concentration analysis of only plating was not possible.
一方、誘導結合プラズマ発光分析装置や誘導結合プラズマ質量分析装置で無電解ニッケルめっきの元素濃度分析を行うには、めっきの一部を電気電子機器の構成部品の表面から剥ぎ取ってこれを溶剤に溶かさなければならないが、めっきが施される面にはめっきが馴染むような表面処理が予めなされているため、めっきの一部を電気電子機器の構成部品の表面から剥ぎ取ることは容易ではなく、実際上、誘導結合プラズマ発光分析装置や誘導結合プラズマ質量分析装置を用いて無電解ニッケルめっきの元素濃度分析を行うことは困難であった。 On the other hand, in order to perform elemental concentration analysis of electroless nickel plating with an inductively coupled plasma emission spectrometer or inductively coupled plasma mass spectrometer, a part of the plating is stripped from the surface of the component parts of the electrical and electronic equipment and used as a solvent. Although it must be melted, the surface to be plated is pre-treated with a surface treatment that allows the plating to become familiar, so it is not easy to strip a part of the plating from the surface of the components of the electrical and electronic equipment. In practice, it has been difficult to perform element concentration analysis of electroless nickel plating using an inductively coupled plasma emission spectrometer or an inductively coupled plasma mass spectrometer.
そこで本発明は、従来困難であった、無電解ニッケルめっきに含まれる鉛及びカドミウム等の所定元素の精度のよい濃度分析を従来の装置を用いて行うことができる無電解ニッケルめっきの元素濃度分析方法を提供することを目的としている。 Thus, the present invention is an elemental concentration analysis of electroless nickel plating, which can be performed with a conventional apparatus, with high accuracy in the concentration analysis of predetermined elements such as lead and cadmium contained in electroless nickel plating, which has been difficult in the past. It aims to provide a method.
請求項1に記載の無電解ニッケルめっきの元素濃度分析方法は、板材に無電解ニッケルめっきを施す工程と、板材に施された無電解ニッケルめっきの一部に亀裂を生じさせて板材から剥離させ、その剥離させた部分から試料を採取する工程と、採取した試料を酸の溶剤に溶解させて試料溶液を生成する工程と、試料溶液を誘導結合プラズマ発光分析装置若しくは誘導結合プラズマ質量分析装置に導入して試料溶液に含まれる所定元素の濃度分析を行う工程とを含む。
The elemental concentration analysis method for electroless nickel plating according to
請求項2に記載の無電解ニッケルめっきの元素濃度分析方法は、請求項1に記載の無電解ニッケルめっきの元素濃度分析方法において、前記所定元素が鉛及びカドミウムである。
The element concentration analysis method for electroless nickel plating according to
請求項3に記載の無電解ニッケルめっきの元素濃度分析方法は、請求項1又は2に記載の無電解ニッケルめっきの元素濃度分析方法において、板材の材質がステンレス鋼である。
The element concentration analysis method of electroless nickel plating according to
請求項4に記載の無電解ニッケルめっきの元素濃度分析方法は、請求項1又は2に記載の無電解ニッケルめっきの元素濃度分析方法において、板材の材質がステンレス鋼であり、その厚みが0.05mm〜0.6mmである。
The element concentration analysis method for electroless nickel plating according to claim 4 is the element concentration analysis method for electroless nickel plating according to
請求項5に記載の無電解ニッケルめっきの元素濃度分析方法は、請求項1又は2に記載の無電解ニッケルめっきの元素濃度分析方法において、板材の材質がセラミックである。
The element concentration analysis method for electroless nickel plating according to
本発明の無電解ニッケルめっきの元素濃度分析方法では、鉛及びカドミウム等の所定元素の濃度分析を行おうとする無電解ニッケルめっきを板材に施した後、その無電解ニッケルめっきの一部に亀裂を生じさせて板材から剥離させ、その剥離させた部分から元素濃度分析用の試料を採取する。そして、その試料を酸の溶剤に溶解させて生成した試料溶液を誘導結合プラズマ発光分析装置若しくは誘導結合プラズマ質量分析装置に導入し、試料、すなわち無電解ニッケルめっきの元素濃度分析を行う。このため本発明によれば、従来困難であった、無電解ニッケルめっきに含まれる鉛及びカドミウム等の所定元素の精度のよい濃度分析を従来の装置を用いて行うことができる。 In the elemental concentration analysis method for electroless nickel plating according to the present invention, after applying electroless nickel plating on a plate material to analyze the concentration of a predetermined element such as lead and cadmium, a crack is formed in a part of the electroless nickel plating. A sample for element concentration analysis is collected from the peeled portion. Then, a sample solution generated by dissolving the sample in an acid solvent is introduced into an inductively coupled plasma emission spectrometer or inductively coupled plasma mass spectrometer, and element concentration analysis of the sample, that is, electroless nickel plating is performed. For this reason, according to the present invention, it is possible to perform an accurate concentration analysis of predetermined elements such as lead and cadmium contained in electroless nickel plating, which has been difficult in the past, using a conventional apparatus.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は本発明の一実施の形態における無電解ニッケルめっきの元素濃度分析方法の手順を示すフローチャート、図2は本発明の一実施の形態における無電解ニッケルめっきが施されたステンレス鋼から試料を採取する手順を(a),(b),(c)の順で説明する説明図、図3は本発明の一実施の形態における無電解ニッケルめっきが施されたセラミックから試料を採取する手順を(a),(b),(c)の順で説明する説明図、図4は本発明の一実施の形態における誘導結合プラズマ発光分析装置の概略構成図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a flow chart showing the procedure of an element concentration analysis method for electroless nickel plating in one embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a sample from stainless steel plated with electroless nickel plating in one embodiment of the present invention. Explanatory drawing explaining the procedure to extract | collect in order of (a), (b), (c), FIG. 3 is the procedure which extract | collects a sample from the ceramic in which electroless nickel plating in one embodiment of this invention was given. (A), (b), (c) explanatory drawing demonstrated in order, FIG. 4 is a schematic block diagram of the inductively coupled plasma emission spectrometer in one embodiment of this invention.
本発明の無電解ニッケルめっきの元素濃度分析方法では、先ず、試料作成用の板材1に無電解ニッケルめっき(以下、単にめっきと称する)2を施す(図1のステップS1)。この無電解ニッケルめっき2は元素濃度分析の対象となっている実際のめっき、すなわち電気電子機器の構成部品の表面等に施されためっきと同じ組成となるようにするのは勿論であるが、無電解ニッケルめっき2の厚さは実際のめっきの厚さよりも厚めにするとよい。例えば、実際のめっきの厚さが3〜5μmであれば、板材1には10μm程度の厚さの無電解ニッケルめっき2を施すとよい。無電解ニッケルめっき2の厚さはやや厚くしておいた方が、後述の試料の採取時において板材1を繰り返し撓ませるなどして屈曲させたときに無電解ニッケルめっき2の表面に亀裂が入り易く、無電解ニッケルめっき2の一部を板材1の表面から剥離させ易いからである。
In the elemental concentration analysis method for electroless nickel plating according to the present invention, first, electroless nickel plating (hereinafter simply referred to as plating) 2 is applied to a
また、ここで使用する板材1としては、人の力で容易に屈曲させることができる材質及び寸法であることが好ましく、材質はステンレス鋼(例えばSUS304)が特に好ましい。ステンレス鋼の表面には耐食性向上のための薄い不動態膜が施されており、板材1の表面に施した無電解ニッケルめっき2を後述の試料の採取時において容易に剥離させることができるからである。したがって、ステンレス鋼以外の金属板でも無電解ニッケルめっき膜と密着し難い素材であれば、ステンレス鋼以外の板材でもよい。実際のめっきの厚さが3〜5μm程度であるのであれば、板材1の厚さは0.15mm程度とし、大きさは20mm×230mm程度とするとよい。尚、この板材1の厚さは0.05mm〜0.6mmの範囲で人の力で容易に屈曲させることができる程度の厚さであればよい。
Further, the
試料作成用の板材1の表面に無電解ニッケルめっき2を施したら、その板材1を屈曲させるなどして無電解ニッケルめっき2の一部に亀裂を生じさせて板材1から剥離させ、その剥離させた部分から、元素濃度分析用の試料を採取する(図1のステップS2)。具体的には、板材1の表面に無電解ニッケルめっき2を施した後(図2(a))、無電解ニッケルめっき2が施された面を下に向けた板材1の両端部を両手の指先fで摘んで上下に(図2(b)の矢印A)繰り返し屈曲させて(撓ませて)無電解ニッケルめっき2の一部に亀裂Cを生じさせ(図2(b))、その亀裂Cが生じた部分の無電解ニッケルめっき2の一部をピンセットPでつかみ、板材1の表面から剥離させる(図2(c))。そして、その板材1の表面から剥離させた部分2a(無電解ニッケルめっき2の一部)を元素濃度分析用の試料とする。この試料は質量にして0.2〜1.0g程度あれば十分である。
After the
また、板材1の材質はセラミックであってもよい。セラミックを用いる場合はセラミックの板材1に2mm角程度のポリイミド等のテープ3を予め貼付しておき(図3(a))、その後無電解ニッケルめっき2を施す。無電解ニッケルめっき2を施した後、ポリイミドのテープ3を剥がすと無電解ニッケルめっき2の一部に亀裂Cが入るので(図3(b))、その亀裂Cの入った部分の無電解ニッケルめっき2の一部をピンセットPでつかんで板材1の表面から剥離させる(図3(c))。そして、その板材1の表面から剥離させた部分2a(無電解ニッケルめっき2の一部)を元素濃度分析用の試料とする。なお、この方法では、ポリイミドのテープ3は、無電解ニッケルめっき2の膜厚よりも大きい厚さのものを用いる必要がある。
Further, the material of the
上記のようにして試料の採取が終わったら、次いでその試料を酸の溶剤に溶解させて試料溶液4を生成する(図1のステップS3)。酸の溶剤としては、硝酸溶液や塩酸溶液が好ましい。 When the sample has been collected as described above, the sample is then dissolved in an acid solvent to produce a sample solution 4 (step S3 in FIG. 1). The acid solvent is preferably a nitric acid solution or a hydrochloric acid solution.
試料溶液4を生成したら、その試料溶液4を誘導結合プラズマ発光分析装置(以下、ICP−AESと称する)10若しくは誘導結合プラズマ質量分析装置(以下、ICP−MSと称する)に導入し、鉛及びカドミウム等の所定元素(RoHS指令により指定された有害物質)の濃度分析を行う(図1のステップS4)。 When the sample solution 4 is generated, the sample solution 4 is introduced into an inductively coupled plasma emission spectrometer (hereinafter referred to as ICP-AES) 10 or an inductively coupled plasma mass spectrometer (hereinafter referred to as ICP-MS). Concentration analysis of a predetermined element such as cadmium (a harmful substance specified by the RoHS directive) is performed (step S4 in FIG. 1).
図4において、ICP−AES10は公知のものであって、ネブライザー11、スプレーチャンバー12、ICPトーチ13、分光器14及び処理装置15を主要構成部品としており、ネブライザー11には試料溶液4が入った試料溶液容器5に繋がる試料溶液導入路11aとキャリヤガスを導入するためのガス導入路11bが接続されている。ガス導入路11bからキャリヤガス(通常はアルゴンガス)をネブライザー11に導入すると(図4の矢印B)、霧吹きの原理によって試料溶液容器5からネブライザー11内に試料溶液4が吸い出され、試料溶液4は霧化されてスプレーチャンバー12内に噴霧される。スプレーチャンバー12はICPトーチ13に繋がっており、ICPトーチ13に高周波電力を導いて誘導コイル13aで放電させると、スプレーチャンバー12を介してICPトーチ13内に導入されたアルゴンガスは電離してプラズマ状態となり、同じくスプレーチャンバー12を介してICPトーチ13内に噴霧された試料溶液4中の元素は解離・原子化されて多くはイオン化される。
In FIG. 4, the ICP-
ICPトーチ13において解離・原子化された試料溶液4中の(すなわち試料中の)元素はその元素固有の波長の光を放出するが、その放出した光は分光器14において分光され、発光スペクトルが生成される。処理装置15はその発光スペクトルに示される波長から定性分析を、発光強度から定量分析を行い、その結果をディスプレイ15aに表示する。これにより試料、すなわち無電解ニッケルめっき2に含まれる鉛及びカドミウム等の所定元素の濃度が求められる。
The element in the sample solution 4 dissociated and atomized in the ICP torch 13 (that is, in the sample) emits light having a wavelength unique to the element, but the emitted light is dispersed in the
一方、ICP−MSも公知のものであって、上記ICP−AES10における分光器14を質量分析計に置き換えた他はICP−AES10とほぼ同じ構成を有しており、ICPトーチ13において解離・原子化された試料溶液4中の元素は質量分析計において質量操作されて質量スペクトルが生成される。処理装置15はその質量スペクトルに示される質量と電荷の比から定性分析を、イオン電流強度から定量分析を行い、その結果をディスプレイ15aに表示する。これによりICP−AES10を用いたときと同様、無電解ニッケルめっき2に含まれる鉛及びカドミウム等の所定元素の濃度が求められる。
On the other hand, ICP-MS is also known and has substantially the same configuration as ICP-AES10 except that the
以上説明したように、本実施の形態における無電解ニッケルめっきの元素濃度分析方法では、鉛及びカドミウム等の所定元素の濃度分析を行おうとする無電解ニッケルめっき2を板材1に施した後、その無電解ニッケルめっき2の一部に亀裂を生じさせて剥離させ、その剥離させた部分から元素濃度分析用の試料を採取する。そして、その試料を酸の溶剤に溶解させて生成した試料溶液4を誘導結合プラズマ発光分析装置(ICP−AES)10若しくは誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP−MS)に導入し、試料、すなわち無電解ニッケルめっき2の元素濃度分析を行う。このため本実施の形態における無電解ニッケルめっきの元素濃度分析方法によれば、従来困難であった、無電解ニッケルめっきに含まれる鉛及びカドミウム等の所定元素の精度のよい濃度分析を従来の装置を用いて行うことができる。なお、上述の実施の形態では、無電解ニッケルめっき2の試料を採取する際に、表面に無電解ニッケルめっき2が施された板材1を人が両手の指先fで摘んで繰り返し屈曲させる例を示したが、この板材1の屈曲作業は人が行わなければならないわけではなく、板材1を繰り返し屈曲させることができる機能を備えた機械に行わせるようにしても勿論構わない。
As described above, in the element concentration analysis method of electroless nickel plating in the present embodiment, after applying electroless nickel plating 2 to be subjected to concentration analysis of a predetermined element such as lead and cadmium to the
本発明によれば、従来困難であった、無電解ニッケルめっきに含まれる鉛及びカドミウム等の所定元素の精度のよい濃度分析を従来の装置を用いて行うことができる。 According to the present invention, it is possible to perform an accurate concentration analysis of a predetermined element such as lead and cadmium contained in electroless nickel plating, which has been difficult in the past, using a conventional apparatus.
1 板材
2 無電解ニッケルめっき
4 試料溶液
10 誘導結合プラズマ発光分析装置
11 ネブライザー
11a 試料溶液導入路
11b ガス導入路
12 スプレーチャンバー
13 ICPトーチ
14 分光器
15 処理装置
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