JP2013053905A - Hydride generation mercury measurement apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、還元気化法により水銀ガスを発生させて、試料中の水銀を測定する還元気化水銀測定装置に関する。 The present invention relates to a reduced vaporized mercury measuring apparatus for measuring mercury in a sample by generating mercury gas by a reduced vaporization method.
従来、試料の前処理を行ったのちに、還元気化法により水銀ガスを発生させて、試料中の水銀を測定する還元気化水銀測定装置が知られている。この装置は、工場排水、土壌溶出水、飲料水、河川水、雨水、湖沼水などの試料について、試料の前処理を行ったのちに、還元気化法により水銀ガスを発生させて、試料中の水銀を測定するものであり、自動的に試料の前処理を行うものである。試料中の水銀は、公定法(JIS K 0102)で規定されるとおり、試料に硫酸、硝酸などの試薬を注入し、所定の処理後、試料は120分間、95℃に保持され、その後、冷却されて還元気化法で水銀ガスを発生させて、原子吸光法で測定される。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a reduction vaporization measuring apparatus that measures mercury in a sample by generating mercury gas by a reductive vaporization method after pretreatment of the sample. This equipment uses pre-treatment of samples such as factory effluent, soil elution water, drinking water, river water, rain water, lake water, etc., and then generates mercury gas by the reductive vaporization method. It measures mercury and automatically pre-processes the sample. As specified in the official method (JIS K 0102), mercury in the sample is injected with a reagent such as sulfuric acid or nitric acid into the sample. After predetermined treatment, the sample is kept at 95 ° C. for 120 minutes, and then cooled. Then, mercury gas is generated by the reductive vaporization method and measured by the atomic absorption method.
この一連の工程を自動化した自動前処理機構付き還元気化水銀測定装置が知られている(特許文献1)。この装置の全体の概略図を図3に示す。この装置は、図4に示すように、試料容器10に収容された試料を加熱するアルミブロック製の試料ステージ12を備えている。この試料ステージ12は装置内の所定の場所に固定され、試料を加熱して120分間、95℃に保持するために、複数のヒータ13を試料ステージのアルミブロックの側部から試料容器10と試料容器10との間隙に一定間隔で挿入して加熱し、試料容器10の全体を断熱材で囲んでいる。加熱後、試料容器10に収容された試料を冷却する冷却ファン14は試料ステージ12の下方に配置され、試料ステージ12を下方から冷却している(図3)。
An apparatus for measuring reduced vaporization with an automatic pretreatment mechanism that automates this series of steps is known (Patent Document 1). A schematic diagram of the entire apparatus is shown in FIG. As shown in FIG. 4, this apparatus includes a
しかしながら、特許文献1に記載の装置では、複数のヒータ13が、固定された試料ステージのアルミブロックの側部から試料容器10と試料容器10との間隙に一定間隔で挿入され、熱伝導により加熱されているので、加熱むらが生じ、試料容器10が試料ステージに保持された位置によって各試料間の温度にばらつきが生じ易かった。さらに、試料容器10の全体が試料ステージの外枠の断熱材で囲まれ、短時間で放熱し難く、かつ冷却ファン14が試料ステージ12の下方に配置され、冷却ファン14の送風が試料容器10に直接当たらず、試料容器10に収容された試料を冷却するのに長時間を要していた。
However, in the apparatus described in
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、複数の試料容器に収容された試料を均一に加熱して各試料間の温度差を極めて少なくし、高精度の分析を可能にするとともに、試料容器10が放熱し易く、加熱後の冷却時間を短くできる還元気化水銀測定装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems. The samples accommodated in a plurality of sample containers are uniformly heated to greatly reduce the temperature difference between the samples, thereby enabling highly accurate analysis. It is an object of the present invention to provide a reduced vaporized mercury measuring apparatus in which the
前記目的を達成するために、本発明の還元気化水銀測定装置は、試料前処理装置で複数の試料の前処理を行ったのちに、還元気化法により水銀ガスを発生させて、各試料中の水銀を測定する還元気化水銀測定装置であって、前記試料前処理装置は、試料が収容された複数の試料容器のそれぞれに複数の試薬を注入する試薬分注装置と、複数の試料容器を鉛直方向の軸心回りに環状配列で取り外し可能に保持し、かつ試料容器の少なくとも上部を露出させる環状保持部を有して、前記軸心回りに回転されるターンテーブルと、前記環状保持部の下面の一部に対向して配置され、直上に位置する前記環状保持部の部分を非接触で加熱するヒータと、前記環状保持部の温度を非接触で測定する温度センサーと、その温度センサーで測定された前記環状保持部の温度に基づいて前記ヒータの発熱量を制御することにより試料の温度を調節する温度調節手段とを備える。 In order to achieve the above object, the reduced vaporized mercury measuring apparatus of the present invention generates a mercury gas by a reduced vaporization method after pretreatment of a plurality of samples by a sample pretreatment device, and in each sample. A reduced vaporization mercury measuring device for measuring mercury, wherein the sample pretreatment device is configured to vertically connect a reagent dispensing device for injecting a plurality of reagents into each of a plurality of sample containers containing samples, and a plurality of sample containers. A turntable having an annular holding portion that is detachably held in an annular arrangement around a direction axis and exposes at least an upper portion of the sample container, and is rotated around the axis, and a lower surface of the annular holding portion A heater that is disposed in opposition to a part of the annular holding part and that heats the part of the annular holding part located immediately above, a temperature sensor that measures the temperature of the annular holding part in a non-contact manner, and the temperature sensor Said ring Based on the temperature of the holding portion and a temperature adjusting means for adjusting the temperature of the sample by controlling the heating value of the heater.
本発明の還元気化水銀測定装置によれば、環状保持部を有するターンテーブルが回転されることにより、非接触でヒータからの放射熱によって、試料容器を保持する環状保持部の全体が加熱されるので、加熱媒体である環状保持部に加熱むらが生じず、複数の試料容器に収容された試料が均一に加熱されて、各試料間の温度差が極めて少なくなり、高精度の分析をすることができる。さらに、試料容器は少なくとも上部が環状保持部から露出しているので、試料容器が放熱し易く、加熱後の冷却時間を短くすることができる。 According to the reduced vaporized mercury measuring apparatus of the present invention, the turntable having an annular holding portion is rotated, whereby the entire annular holding portion holding the sample container is heated by radiant heat from the heater in a non-contact manner. Therefore, heating unevenness does not occur in the annular holder that is a heating medium, the samples stored in multiple sample containers are heated uniformly, the temperature difference between each sample is extremely small, and high accuracy analysis is performed. Can do. Furthermore, since at least the upper part of the sample container is exposed from the annular holding part, the sample container can easily dissipate heat, and the cooling time after heating can be shortened.
本発明の還元気化水銀測定装置において、前記環状保持部が、試料容器の上端から全高の1/2〜3/4を露出させることが好ましい。この構成により、試料容器の半分以上の部分が環状保持部から露出するので、試料容器がより放熱し易く、加熱後の冷却時間をより短くすることができる。 In the reduced vaporization mercury measuring apparatus of the present invention, it is preferable that the annular holding part exposes 1/2 to 3/4 of the total height from the upper end of the sample container. With this configuration, since more than half of the sample container is exposed from the annular holding part, the sample container can more easily dissipate heat, and the cooling time after heating can be further shortened.
本発明の還元気化水銀測定装置において、前記環状保持部および試料容器を側方から空冷する送風手段または排気手段を備えることが好ましい。この構成により、送風手段または排気手段が環状保持部と試料容器の露出部とを効率よく空冷することができるので、加熱後の冷却時間をさらに短くすることができる。 In the reduced vaporized mercury measuring apparatus according to the present invention, it is preferable that the apparatus includes a blower unit or an exhaust unit that air-cools the annular holder and the sample container from the side. With this configuration, the air blowing means or the exhaust means can efficiently cool the annular holding portion and the exposed portion of the sample container, so that the cooling time after heating can be further shortened.
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る還元気化水銀測定装置を示す構成図である。本装置は、試薬分注装置2を含む試料前処理装置1、水銀検出装置3およびパーソナルコンピュータ(制御部)4を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a reduced vaporization measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. This apparatus includes a
本装置の試料前処理装置1は、試料の前処理を自動的に行うもので、複数の試料容器10、複数の試料容器10のそれぞれに複数の試薬を注入する試薬分注装置2、数本の試料分注用のチューブ15が貫通して保持されている試料容器キャップ11、試料容器キャップ11が先端部に取り付けられ、基端部に回転および上下する鉛直軸が取り付けられて、試料容器キャップ11を旋回および上下させる試料容器キャップ駆動アーム(図示なし)、複数の試料容器10を鉛直方向の軸心121回りに環状配列で取り外し可能に保持し、かつ試料容器10の少なくとも上部を露出させる環状保持部122を有して、軸心121回りに回転されるターンテーブル12、環状保持部122の下面の一部に対向して配置され、直上に位置する環状保持部122の部分を非接触で加熱するヒータ13、環状保持部122の温度を非接触で測定する温度センサー17、温度センサー17で測定された環状保持部122の温度に基づいてヒータ13の発熱量を制御することにより試料Sの温度を調節する温度調節手段18、ならびに環状保持部122および試料容器10を側方から空冷する送風手段14を備える。
The
本装置の試料前処理装置1は、そのほかに、試料容器キャップ11から試料容器10に注入される過マンガン酸カリウムの色の濃淡変化を検出する光センサ7、自動洗浄装置8および試料Sの前処理中に発生する酸蒸気を排気する排気ファン(図示なし)を備える。試料容器10は、例えば、試験管である。
In addition to this, the
図2はターンテーブル12の平面図であり、部分Aは試料容器挿入孔124を表示しているが、図2を見やすくするために部分Bについては試料容器挿入孔124を省略して表示している。図2に示すように、ターンテーブル12は、複数の試料容器10(図1)を鉛直方向の軸心121回りに環状配列で取り外し可能に保持し、かつ試料容器10の少なくとも上部を露出させる環状保持部122と、環状保持部122の内径側に軸心121を中心とする円形凹部123とで形成されて、軸心121回りに回転される。試料容器10は環状保持部122の試料容器挿入孔124に取り外し可能に保持される。図1に示すように、ターンテーブル12は、軸心121においてターンテーブル12を回転させるモータ126と接続され、軸心121を中心に回転駆動される。環状保持部122は試料容器10の上端から全高の1/2〜3/4を露出させるのが好ましく、ここでは、全高の3/4を露出させている。
FIG. 2 is a plan view of the
ターンテーブル12は、例えばアルミニウムブロック製であり、表面は熱吸収効率および放熱効率が高い黒色になるように、例えば黒色アルマイト処理され、ヒータ13によって加熱される加熱媒体である環状保持部122を有し、環状保持部122に保持された試料容器10内の試料Sを短時間で加熱、冷却することができる。なお、ターンテーブル12は円形凹部123を有さず、環状保持部122の上端を全高とする円板であってもよく、モータ126の回転軸が取り付けられる構造であればよい。
The
ヒータ13は、2本の棒状の赤外線ヒータである発熱体131と、この赤外線ヒータを取り囲むように配置された半筒状の熱反射板132とで形成されている。ヒータ13は、ターンテーブル12の下部を覆うように配置されたターンテーブル枠125の開口部に下から取り付けられ、環状保持部122の下面の一部に対向し、ヒータ13の長手方向が環状保持部122の外周の弦方向に沿うように配置されており、直上に位置する環状保持部122の部分を非接触で加熱する。
The
温度センサー17は、鉛直方向の軸心121を挟んでヒータ13の取り付け位置と対向するターンテーブル枠125の開口部に下から取り付けられ、環状保持部122の温度を非接触で測定する。温度調節手段18は、温度センサー17で測定された環状保持部122の温度に基づいてヒータ13の発熱量を制御することにより試料Sの温度を調節する。
The
送風手段14である冷却ファンは、ヒータ13の側方かつ上方にあって、送風手段14の中心高さが環状保持部122の上端の高さに一致するように配置され、環状保持部122および試料容器10を側方から空冷する。この空冷により、環状保持部122および試料容器10を介して試料容器10に収容された試料Sが冷却される。なお、送風手段14に代えて排気手段を設けてもよい。
The cooling fan which is the air blowing
自動洗浄装置8は、試料容器キャップ11を自動的に洗浄するもので、ターンテーブル12上で試料容器キャップ駆動アーム(図示なし)によって試料容器キャップ11を移動させ、試料分注装置2から注入された蒸留水が入ったリンスビン16内で洗浄したのち、リンスビン16内の洗浄液を排液する。
The
試薬分注装置2は、試料Sが収容された複数の試料容器10のそれぞれに複数の試薬を注入する。試薬分注装置2は、前記試料容器10とチューブ15を介して連結されており、試料容器10への分注液として所定量の硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、過マンガン酸カリウム(KMnO4)溶液、ペルオキソニ硫酸カリウム(K2S2O8)溶液、塩化ヒドロキシルアンモニウム(HONH3Cl)溶液、塩化スズ(SnCl2)溶液、蒸留水(H2O)が例えばチューブポンプ(図示なし)による分注方式で分注される。塩化第一スズ(SnCl2)溶液は還元気化法における還元剤として、塩化ヒドロキシルアンモニウム(HONH3Cl)溶液は還元剤として、また同時に試料容器洗浄用のリンスとして使用される。なお、試薬の塩化ヒドロキシルアンモニウム(HONH3Cl)溶液に代えて硫酸ヒドロキシルアンモニウム((HONH3)2SO4)溶液を用いてもよい。
The
水銀検出装置3である原子吸光分析装置は、試料前処理装置1で発生させた水銀ガスを測定するもので、吸収セル21、2つの光電管22、プリアンプ23、演算処理装置24、低圧水銀放電管26、除湿器28、ドレインタンク29、フィルタ30、エアポンプ31を備える。
The atomic absorption spectrometer, which is the
制御部(パーソナルコンピュータ)4は、試料前処理装置1について、光センサ7による試料容器10内の試料Sの色の濃淡変化の検出制御、図示しないタイマを用いた各処理時間の制御、ターンテーブル12の回転速度制御、温度調節手段18の制御のほかに、試薬分注装置2および水銀検出装置3を含む装置全体を制御する。
The control unit (personal computer) 4 controls, for the
本実施形態の還元気化水銀測定装置の動作について説明する。本動作は、制御部4に格納されたプログラムに基づいた手順で行われる。 An operation of the reduced vaporized mercury measuring apparatus of the present embodiment will be described. This operation is performed according to a procedure based on a program stored in the control unit 4.
まず、試料容器キャップ駆動アームによって搬送された試料容器キャップ11から複数の試薬注入が開始される。試料Sに硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、過マンガン酸カリウム(KMnO4)溶液の試薬が加えられ、試薬注入位置の試料容器10の下方に設けられた攪拌機35(図2)によって、試料容器10内に入れられた攪拌子(図示なし)を回転させて攪拌して15分間放置される。このとき、過マンガン酸カリウムの赤紫色の濃淡変化が光センサ7により検出される。過マンガン酸カリウムの赤紫色が消えている時、つまり未分解試料が残っている時は、試料Sの赤紫色が15分間持続するまで、過マンガン酸カリウム溶液が少量ずつ加えられる。この試薬注入・攪拌は多数の試料容器10が環状配列で保持されたターンテーブル12を回転させて多数の試料について順次行われる。こうして、試薬注入後に試料容器10内の過マンガン酸カリウムの赤紫色の濃淡変化の検出が自動的に行われる。
First, a plurality of reagent injections are started from the
次に、試料Sにペルオキソニ硫酸カリウム(K2S2O8)溶液が加えられる。ペルオキソニ硫酸カリウム(K2S2O8)溶液が加えられると、制御部4によって、温度調節手段18およびターンテーブル12を回転させるモータ126が制御され、ヒータ13が加熱を開始するとともに、ターンテーブル12が、例えば、1分間に2回転の一定速度で回転されて、環状保持部122の全体が加熱される。このようにして、ターンテーブル12が回転されながら、温度センサー17で測定された環状保持部122の温度に基づいてヒータ13の発熱量が制御されることにより、試料容器10に収容された試料Sの温度が調節され、約95℃で2時間加熱されて、自動的に試料前処理が行われる。
Next, a potassium peroxodisulfate (K 2 S 2 O 8 ) solution is added to the sample S. When the potassium peroxodisulfate (K 2 S 2 O 8 ) solution is added, the control unit 4 controls the temperature adjusting means 18 and the
環状保持部122を有するターンテーブル12が回転されることにより、非接触でヒータ13からの放射熱によって、試料容器10を保持する環状保持部122の全体が加熱されるので、加熱媒体である環状保持部122に加熱むらが生じず、複数の試料容器10に収容された試料Sが均一に加熱されて、各試料間の温度差が極めて少なくなる。
When the
加熱工程が終了すると、ヒータ13の電源がオフされ、ターンテーブル12は継続して回転しながら、送風手段14が送風してターンテーブル12と試料容器10を室温まで冷却する。なお、冷却工程におけるターンテーブル12の回転は加熱工程と同じ回転速度でも、異なる速度であってもよい。
When the heating step is completed, the
試料Sが室温まで冷却されると、再度、光センサ7で試料Sの過マンガン酸カリウムの赤紫色の検出が自動的に行われ、試料S中に未分解試料が残っているか、否かの確認が行われる。なお、この再度の色検出工程は省略されてもよい。
When the sample S is cooled to room temperature, the
試料容器10内の試料Sが加熱の間に蒸発することにより、試料容器10内壁に溶液中に含まれている過マンガン酸カリウム、硫酸などがこびりつく。特に、過マンガン酸カリウムは後に発生させる水銀ガスを吸着し測定値に影響を与えるので、除去する必要がある。そこで、室温まで冷却された後に、試料分注装置2から送られる試薬の塩化ヒドロキシルアンモニウム(HONH3Cl)溶液の吹き付けにより、内壁の洗浄が開始され、所定時間洗浄が行われるとともに、過剰の過マンガン酸カリウムが還元される。こうして、試料分注装置2を用いて、試料中の水銀ガスの測定前に試料容器10の内壁に付着した付着物(硫酸、過マンガン酸カリウムなど)が自動的に洗浄される。
As the sample S in the
前記前処理後の試料Sに対して、還元気化法により塩化スズ(SnCl2)溶液が還元剤として加えられ、水銀ガスを発生させる。この場合、試料容器10の上方のバブラー51(図1)に水銀検出装置3のエアポンプ31(図1)から空気が送られる。この試料前処理装置1で発生させられた水銀ガスは、水銀検出装置3の吸収セル21(図1)に導入されて測定される。
A tin chloride (SnCl 2 ) solution is added as a reducing agent to the sample S after the pretreatment by a reductive vaporization method to generate mercury gas. In this case, air is sent from the air pump 31 (FIG. 1) of the
以上のように、本発明によれば、環状保持部122を有するターンテーブル12が回転されることにより、非接触でヒータ13からの放射熱によって、試料容器10を保持する環状保持部122の全体が加熱されるので、加熱媒体である環状保持部122に加熱むらが生じず、複数の試料容器10に収容された試料Sが均一に加熱されて、各試料間の温度差が極めて少なくなり、高精度の分析をすることができる。複数の試料容器10は少なくとも上部が環状保持部122から露出しているので、試料容器10が放熱し易く、加熱後の冷却時間を短くすることができる。
As described above, according to the present invention, when the
特に、この実施形態の還元気化水銀測定装置では、試料容器10の上端から全高の半分以上の部分が環状保持部122から露出するので、試料容器10がより放熱し易く、加熱後の冷却時間をより短くすることができる。また、加熱媒体である環状保持部122と、環状保持部122に保持された試料容器10とが送風手段14によって同時に冷却されるので、さらに効率よく冷却され冷却時間をさらに短くすることができる。その上に、環状保持部122の内径側に円形凹部123が形成されているので、試料容器10が放熱し易く、冷却時間をさらにより短くすることができる。従来の還元気化水銀測定装置では、試料Sを30℃に冷却するのに1時間を要していたが、本実施形態の還元気化水銀測定装置では、35分間で30℃に冷却することができる。
In particular, in the reduced vaporization mercury measuring apparatus of this embodiment, since a part of more than half of the total height is exposed from the
なお、この実施形態の還元気化水銀測定装置では、水銀検出装置3として原子吸光分析装置について説明したが、本発明においては水銀検出装置3は原子蛍光分析装置であってもよい。
In the reduced vaporized mercury measuring device of this embodiment, the atomic absorption analyzer is described as the
1 試料前処理装置
2 試薬分注装置
10 試料容器
12 ターンテーブル
13 ヒータ
14 送風手段
17 温度センサー
18 温度調節手段
121 鉛直方向の軸心
122 環状保持部
S 試料
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記試料前処理装置は、
試料が収容された複数の試料容器のそれぞれに複数の試薬を注入する試薬分注装置と、
複数の試料容器を鉛直方向の軸心回りに環状配列で取り外し可能に保持し、かつ試料容器の少なくとも上部を露出させる環状保持部を有して、前記軸心回りに回転されるターンテーブルと、
前記環状保持部の下面の一部に対向して配置され、直上に位置する前記環状保持部の部分を非接触で加熱するヒータと、
前記環状保持部の温度を非接触で測定する温度センサーと、
その温度センサーで測定された前記環状保持部の温度に基づいて前記ヒータの発熱量を制御することにより試料の温度を調節する温度調節手段とを備えた還元気化水銀測定装置。 A reductive vaporization measuring device for measuring mercury in each sample by generating mercury gas by a reductive vaporization method after pretreatment of a plurality of samples by a sample pretreatment device,
The sample pretreatment device includes:
A reagent dispensing device for injecting a plurality of reagents into each of a plurality of sample containers containing samples;
A turntable that has a plurality of sample containers removably held in an annular arrangement around a vertical axis and has an annular holding part that exposes at least the upper part of the sample container, and is rotated around the axis.
A heater that is arranged to face a part of the lower surface of the annular holding part and heats the part of the annular holding part located immediately above, in a non-contact manner,
A temperature sensor for measuring the temperature of the annular holding part in a non-contact manner;
A reduced vaporized mercury measuring apparatus comprising temperature adjusting means for adjusting the temperature of the sample by controlling the amount of heat generated by the heater based on the temperature of the annular holding part measured by the temperature sensor.
前記環状保持部が、試料容器の上端から全高の1/2〜3/4を露出させる還元気化水銀測定装置。 In the reduced vaporization mercury measuring apparatus according to claim 1,
The reduced vaporized mercury measuring device in which the annular holding part exposes 1/2 to 3/4 of the total height from the upper end of the sample container.
前記環状保持部および試料容器を側方から空冷する送風手段または排気手段を備えた還元気化水銀測定装置。 In the reduced vaporization mercury measuring apparatus according to claim 1 or 2,
A reduced vaporized mercury measuring apparatus comprising a blowing means or an exhaust means for air-cooling the annular holder and the sample container from the side.
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