JP2014044146A

JP2014044146A - 燃焼酸化式元素分析装置

Info

Publication number: JP2014044146A
Application number: JP2012187369A
Authority: JP
Inventors: Kenji Iharada; 健志居原田; Akitomo Nakamori; 明興中森
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2014-03-13

Abstract

【課題】高温下での使用に当たっても酸化触媒と燃焼管との間に隙間が無い状態を長期間維持できるようにする。
【解決手段】燃焼管１内に酸化触媒４を充填するときの酸化触媒４と燃焼室の隔壁２に関して、耐熱性で強固な材料で作成し、中央には連結棒３と連結するためのねじ穴、周囲にはキャリヤガスを通すための通気孔あるいは切欠きを有した２個の隔壁２を、両端に隔壁２に連結するためのねじ６を備えた連結棒３で固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、河川水、湖沼水、海洋水、雨水、地下水等の環境水や試験研究で発生する液体試料や土壌、堆積物、農畜産物等の固形物や試験研究で発生する固体試料に含まれる炭素、水素、窒素などを測定するための燃焼酸化式元素分析装置に関する。この燃焼酸化式元素分析装置には全有機炭素計など特定の元素を測定する装置を含む。

燃焼酸化式元素分析装置の概要を図５により説明する。石英ガラス製燃焼管３３ｂとステンレス製試料ポート３３ａとは気密に連接してある。試料ポート３３ａの端部（図５では左方の端部）にはスライド式の試料容器移動棒３１及び酸素導入口３７を設け、中央上部には試料容器（ボート）を燃焼管３３ｂ内に装入するための試料ポートカバー３２を設ける。燃焼管端部（図５では右方の端部）には反応ガス出口３６を設ける。そして、燃焼管３３ｂを加熱炉３４の中に設置する。

この燃焼酸化式元素分析装置は次のようにして用いる。まず、固体又は液体の試料を所定の大きさのセラミック製ボートに入れ、試料ポートカバー３２の所まで引き出されたボート置台３８の上に載せる。試料ポートカバー３２を密閉した後、試料容器移動棒３１によりボートを加熱炉３４のほぼ中央まで押し込む。そして、酸素導入口３７から酸素を燃焼管３３ｂ内に導入しつつ、ヒーター３５によりボート上の試料を約９００〜９５０℃に加熱して、試料中の炭素（又は窒素、硫黄等）成分を分解、酸化させる。分解、酸化により生成したガスは燃焼管３３ｂの出口側に設けられた酸化触媒３９により完全に酸化されＣＯ_２（又は、ＮＯ_Ｘ、ＳＯ_２等の酸化物）に変換され、反応ガス出口３６からガス測定部に送られる。ガス測定部において赤外線ガス分析装置等の分析対象に対応した測定装置によりＣＯ_２等の量を測定し、ボートに入れた試料の量で除することにより、試料中の炭素量等を算出する（特許文献１、非特許文献１参照）。

通常、燃焼管３３ｂは水平に配置され、粒状の酸化触媒３９を充填するために耐熱性の石英ウールや耐熱金属板などで仕切りを構成している。

特開平７−９８３０８号公報

「島津評論vol.50,No.4(1994)」、（株）島津製作所、1994年、Ｐ４６７

酸化触媒を充填するときの仕切り材としてステンレス鋼などの金網を使用する場合、燃焼管の内径より少し大きめのサイズに形成し変形の反発力により仕切りを維持しているが、時間経過とともに反発力が低下して仕切りが倒れたり、酸化により変形すると、酸化触媒と燃焼管の間に隙間ができ、酸化反応の効率が低下する問題が起きる。また、仕切り材が耐熱ウールの場合は仕切りの強度を維持するために大量のウールをきつく詰めなければならないのでキャリヤガス（酸素）の流れを妨げる問題が起きる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、酸化触媒の仕切りの保持力の低下がなく、通気性に優れた燃焼酸化部を有する燃焼酸化式元素分析装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するために、固体又は液体試料を燃焼管内に入れ、燃焼管内に酸素を供給しつつ燃焼管を加熱することにより試料中の目的成分を酸化させ、酸化生成ガスの量を測定することにより目的成分の含有量を測定する燃焼酸化式元素分析装置において、前記燃焼管内に通気のための穴あるいは切欠きを設けた２個の隔壁と前記２個の隔壁を連結する連結棒と前記２個の隔壁に挟まれた酸化触媒を備えたことを特徴とする。

上記隔壁の穴あるいは切欠きを大きくして隔壁と酸化触媒の間に粒状触媒が通過しない程度の金網を配置すれば、通気性と酸化触媒の仕切りとしての耐久性の両方を満足させることが可能となる。

さらに、上述の金網の材質を白金とすることが望ましい。白金は耐熱性に優れかつ酸化触媒として有効な材料だからである。

本発明によれば、高温下で長時間にわたって酸化触媒を当初充填した状態に保つことが可能となり、通気性を損なうことなく効率的な酸化反応を維持した燃焼酸化式元素分析装置を提供できる。

本発明の一実施例である全炭素量測定装置の燃焼管の断面図である。酸化触媒の仕切りの拡大図である。隔壁の形状例を示す図である。本発明の一実施例である全炭素量測定装置の概略図である。従来の全炭素量測定装置の概略図である。

図を用いて本発明の一実施の形態を説明する。

図１は本発明の一実施例である全炭素量測定装置の燃焼管の断面図である。図２は酸化触媒の仕切りの模式図である。図３は図２の隔壁２の形状の例を示す図である。図４は本発明の一実施例である全炭素量測定装置の概略図である。

まず、酸化触媒の仕切りについて説明する。隔壁２および連結棒３は耐熱性で強固な材料たとえばセラミックや耐熱金属で製作する。隔壁２は燃焼管１の内径より小さく、酸化触媒４の粒子が通過できない程度（例えば１ｍｍ）の隙間ができる直径とし、図３のＣに示すように中央には連結棒３と連結するためのねじ穴、周囲にはキャリヤガスを通すための通気孔あるいは切欠きを有す。図２に示すように、連結棒３の両端には隔壁２を連結するためのねじ６を備えている。隔壁２と連結棒３は１個だけ取りはずしができれば良いので、あらかじめ連結棒３に１個の隔壁２ａが固着してある構造でも良い。

つぎに酸化触媒の充填方法を図１により説明する。

１．燃焼管１の太いほうを上方に垂直に保持する。
２．隔壁２ａと連結棒３を固定して燃焼管１に挿入する。
３．酸化触媒４の粒子が隔壁２ａの通気孔より小さい場合は石英ウールなどの耐熱ウール５を酸化触媒４がこぼれないように隔壁２ａの内側に軽くつめる。
４．酸化触媒４を連結棒３のねじ６まで充填する。
５．酸化触媒４の粒子が隔壁２ｂの通気孔より小さい場合は耐熱ウール５を酸化触媒４がこぼれないように軽くつめる。
６．隔壁２ｂを連結棒３と結合する。そのとき、酸化触媒４との隙間が無いように取り付ける。

本実施例の燃焼酸化式元素分析装置は次のようにして用いる。図４に示すように、酸化触媒４を充填した燃焼管１を加熱炉１４にセットし、加熱炉１４を所定の温度に加熱する。酸素をキャリヤガスとしてキャリヤガス供給口１７から供給した状態で、固体又は液体の試料２１を所定の大きさのセラミック製のボート２２に入れ、試料装入口１２の所まで引き出されたボート置台１８の上に載せる。試料装入口１２を密閉した後、試料ボート移動棒１１によりボート２２を加熱炉１４のほぼ中央まで挿入する。燃焼管１内で試料２１中に含まれる炭素成分は高温により分解され、キャリヤガス（酸素）により酸化触媒４に運ばれる。酸化触媒４により、試料中の炭素成分は全てＣＯ_２に変換されることとなり、反応ガス出口１６から排出される燃焼ガス中のＣＯ_２濃度を測定することにより、試料２１の炭素含有量を正確に測定することができる。

しかし、酸化触媒４の上方に燃焼管１との間に隙間があるとキャリヤガスにより運ばれた分解成分は前記隙間を通過するので酸化触媒４との接触が不十分となり十分な酸化反応が行われず、試料の一部が不完全酸化のまま燃焼管１を通過して、ＣＯ_２濃度と全炭素量との相関が損なわれ、正確な測定ができなくなる。従って、酸化触媒４の充填状況は測定の精度に大きく影響する。当初に酸化触媒４と燃焼管１との隙間ができないように充填した理由である。２個の隔壁２は連結棒３により固定されているので、当初の隔壁２の間隔および状態は高温下でも長時間にわたって維持され効率的な酸化反応が維持でき、正確な測定が維持できることになる。

また、酸化触媒中のキャリヤガスの流れ方も重要である。隔壁２付近で隔壁２に流線が妨げられ酸化触媒４の一部が使用されない状態を回避するために、図３のＢに示すように隔壁２の通気孔あるいは切欠きを大きくして、さらに酸化触媒が通過できない程度の金属網を耐熱ウール５の位置に設ければ、触媒が有効利用されるので酸化触媒４の交換頻度を少なくすることが可能となる。図３のＡに示した金網の隔壁を使用しても同様の効果が期待できる。また、耐熱性に優れ酸化触媒効果が期待できる材料である白金を前記金属網の材料にすることは酸化反応の効果的な持続の面で望ましい。

なお、上記実施例において、ガス測定部にＳＯ_２測定器やＮＯ_２測定器を用いることにより、試料中の硫黄量や窒素量を測定することも全く同様に行なうことができる。

１燃焼管
２隔壁
３連結棒
４酸化触媒
５耐熱ウール
６ねじ
１１試料ボート移動棒
１２試料装入口
１４加熱炉
１６反応ガス出口
１７キャリヤガス供給口
１８ボート置台
２１試料
２２ボート

Claims

固体又は液体試料を燃焼管内に入れ、燃焼管内に酸素を供給しつつ燃焼管を加熱することにより試料中の目的成分を酸化させ、酸化生成ガスの量を測定することにより目的成分の含有量を測定する燃焼酸化式元素分析装置において、前記燃焼管内に通気のための穴あるいは切欠きを設けた２個の隔壁と前記２個の隔壁を連結する連結棒と前記２個の隔壁に挟まれた酸化触媒を備えたことを特徴とする燃焼酸化式元素分析装置。
前記隔壁と前記酸化触媒の間に金属製の網を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼酸化式元素分析装置。
前記金属製の網の材質が白金であることを特徴とする請求項２に記載の燃焼酸化式元素分析装置。