JP2021196332A

JP2021196332A - 試料加熱用の反応管

Info

Publication number: JP2021196332A
Application number: JP2020105701A
Authority: JP
Inventors: 昌人荒川; Masato Arakawa; 則夫林; Norio Hayashi; 朋和雨宮; Tomokazu Amamiya
Original assignee: Nittoseiko Analytech Co Ltd
Current assignee: Nittoseiko Analytech Co Ltd
Priority date: 2020-06-18
Filing date: 2020-06-18
Publication date: 2021-12-27

Abstract

【課題】液体試料中の微量成分を定量分析する際の前処理において試料の加熱分解に使用される試料加熱用の縦型の反応管であって、保守管理が容易な反応管を提供する。【解決手段】試料加熱用の反応管１は、加熱手段によって外周側から加熱される外管２と、当該外管の上端から内部に挿入され且つ液体試料が注入される内管３とから構成される。内管３には、上端が開口した試料容器５が装入され、当該試料容器は、内管３の胴部３ｃに形成された系止部４により支持されている。試料容器５は、加熱、加湿による劣化がなく、繰り返して使用できる。【選択図】図１

Description

本発明は、試料加熱用の反応管に関するものであり、詳しくは、液体試料中のハロゲン、硫黄、窒素などの微量成分を定量分析する際の試料の加熱分解に使用される縦型の反応管に関するものである。

例えば、河川水、湖沼水などの環境水や各種の工場排水の水質を検査する場合、あるいは、ディーゼル燃料、オイル、ガソリン等の石油類などの品質を評価する場合には、これらの試料を加熱分解して生成される試料ガスを吸収液に吸収させ、イオンクロマトグラフ、容量滴定法、電量滴定法、吸光光度法などを利用し、微量のハロゲン、硫黄あるいは窒素の定量分析を行う。加熱分解としては、有機物試料の場合は酸素の存在下で燃焼分解を行い、無機物試料の場合は熱加水分解を行う。

上記のような分析の前処理で使用される試料加熱装置は、液体試料から試料ガスを生成するため、電気炉内に配置される反応管および試料供給用のボートを備えている。反応管は、酸素を供給可能に構成され且つ加熱手段によって外周側から加熱可能になされた外管と、キャリアガスを供給可能に構成され且つ外管の基端から当該外管内部に挿入された内管とからなり、斯かる内管は、試料供給用のボートで試料が装入され、加熱手段の余熱を利用して発生させた水蒸気が供給されるように構成されている。なお、ボート方式で使用される反応管は、ボート先端に試料を載せるため、管の中心線が略水平となるように横置きに配置される（特許文献１，２）。

また、石油類などの液体試料に含まれる微量成分の分析においては、酸素、キャリアガス、水蒸気を供給可能な上記の構造の反応管が垂直配置、すなわち、管の中心線が垂直となるように配置された縦型の反応管を使用することがある。縦型の反応管は、試料供給用のボートは使用せず、内管の上端部からマイクロシリンジにより試料を注入する方式のものであり、試料を加熱分解する間、試料を一時的に保持するため、縦型の反応管においては、塊状の石英綿が内管の中間部分に装填される。（非特許文献１）。

特開２００４−１２５４０４号公報特開２００８−２７５３２７号公報

ＪＩＳＫ２５４１−２「石油及び石油製品−硫黄分試験方法第２部：微量電量滴定式酸化法」２０１３年

ところで、分析対象成分が低濃度の液体試料の分析においては、分析精度を高めるため、より多量の試料を加熱分解する必要がある。その場合、水平配置された横型の反応管を使用した場合は、試料供給用のボートに収容できる液体試料の量が例えば１００μｌ程度に制限されるが、その点、縦型の反応管の場合には、マイクロシリンジにより試料を注入するため、十分な量の試料を処理可能である。

しかしながら、縦型の反応管においては、加熱分解の際に試料を保持するために内管に装填された石英綿が水蒸気による加湿と加熱の繰り返しにより、例えば１日程度の分析で収縮、劣化するため、頻繁に交換しなければならないという問題がある。その結果、分析に要する労力およびコストが低減し難いという実情がある。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体試料中の微量成分を定量分析する際の試料の加熱分解に使用される試料加熱用の縦型の反応管であって、石英綿を使用することなく、内管に注入された試料を確実に保持でき且つ保守管理が容易な反応管を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の反応管においては、内管の胴部に対し、内周側に膨出する突起を系止部として賦形し、従来の石英綿に代えて、内管に試料容器を装填してこれを系止部で支持することにより、加熱分解の際に試料容器で液体試料を貯留するようにした。

すなわち、本発明の要旨は、液体試料中の微量成分を定量分析する際の液体試料の加熱分解に使用される試料加熱用の縦型の反応管であって、加熱手段によって外周側から加熱される外管と、当該外管の上端から内部に挿入され且つ液体試料が注入される内管とから構成され、前記内管の胴部には、内周側に膨出する系止部が形成され、前記内管には、上端が開口した試料容器が装入され、当該試料容器は、前記内管の内部において前記系止部で支持されていることを特徴とする試料加熱用の反応管に存する。

本発明の反応管によれば、液体試料を加熱分解する際、内管の胴部に装入された試料容器で液体試料を貯留できるため、微量成分の分析であっても、マイクロシリンジにより内管へ連続的に或いは複数回に渡って十分な量の試料を注入して処理でき、そして、試料容器が、加熱、加湿による劣化を生じないため、繰り返して使用することができる。従って、本発明の反応管は、保守管理が極めて容易であり、分析に要する労力および分析コストを低減することができる。

本発明に係る試料加熱用の反応管の一構成例を破断して示す縦断面図である。本発明に係る試料加熱用の反応管の使用態様を示す展開図である。

本発明に係る試料加熱用の反応管（以下、「反応管」と略記する。）の実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明の反応管は、図１及び図２に符号１で示すように、試料加熱用の縦型の反応管であり、液体試料中の微量成分を定量分析する際の前処理において使用される。液体試料としては、河川水、湖沼水などの環境水や各種の工場排水、あるいは、ディーゼル燃料、オイル、ガソリン等の石油類などが挙げられ、分析対象の成分としては、ハロゲン、硫黄、窒素が挙げられる。

図２に示すように、反応管１は、試料加熱装置（図示省略）において、円筒型ヒーター等の電気炉からなる加熱手段６に装入されて使用される。加熱手段６は、内部に挿入されたセンサーにより反応管１の温度を検出し、所定温度を維持するように構成される。反応管１の上端は、試料加熱装置の本体に当該反応管を固定しするための固定ブロック７に取り付けられる。斯かる固定ブロック７には、キャリアガス（又は酸素）を反応管１に導入するための流路が設けられており、また、試料注入ノズルを貫通可能なシリコン等からなる円盤状のセプタム（隔壁）が内蔵されている。そして、マイクロシリンジ８は、固定ブロック７のセプタムに試料注入ノズルを貫通させて反応管１の上端から液体試料を注入するようになされている。

本発明の反応管１は、図１に示すように、酸素（又はキャリアガス）を供給可能に構成され且つ加熱手段によって外周側から加熱される外管２と、キャリアガス（又は酸素）及び水分を供給可能に構成され且つ外管２の上端から当該外管の内部に挿入される内管３とから構成される。

外管２、内管３とも、通常は石英ガラスを成形加工して作製される。外管２は、外径が２５〜３５ｍｍ程度、高さが３５０〜４００ｍｍ程度に設計される。外管２の上端部には、上方に向かうに従い漸次拡径されたテーパー部２ａが形成され且つその内周面が摺り継手として構成されている。また、外管２の上部には、酸素（又はキャリアガス）を導入するための気体導入口２１が設けられている。そして、外管２の下端部には、燃焼分解または熱加水分解して得られた試料ガスを取り出すための試料ガス取出口２２が設けられている。なお、外管２の先端部には、燃焼を安定化させるための石英綿が充填されてもよい。

一方、内管３は、外径が２０〜２５ｍｍ程度、高さが２００〜２５０ｍｍ程度に設計される。内管３の上部には、外管２の外径と同程度まで拡径された膨出部３ａが形成され、その外周面が摺り継手として構成されている。内管３の上端部は、上記の固定ブロック７（図２）を介してマイクロシリンジ８によって液体試料を注入し且つキャリアガス（又は酸素）を導入するための試料注入口３１として開口されている。また、内管３の上部の膨出部３ａには、水又は水蒸気を導入するための水導入口３２が設けられている。そして、内管３の下端部には、試料を分解して得られた気体を外管２へ導くためのスリット３３が設けられている。斯かるスリット３３は、底面側から見て例えば十字状切り込まれた形状を備えている。

本発明の反応管１においては、内管３に注入された液体試料を保持するため、従来の石英綿に代えて、上端が開口した試料容器５が内管３に装入される。具体的には、内管３の胴部３ｃには、内周側に膨出する系止部４が形成されており、試料容器５は、内管３の内部において系止部４で支持されるようになされている。

内管３の系止部４は、その製作の際のガラス加工により、図に例示するような複数の略円錐台状の突起、または、胴部３ｃを絞った構造の円環状の突起で構成される。そして、斯かる系止部４は、内管３の底部から当該内管の長さの３０〜６０％に相当する高さＬの位置に設けられる。突起として賦形された系止部４を内管３に設けることにより、試料容器５を簡単に出し入れすることができ、また、内管３を容易に洗浄することができる。

試料容器５は、内管３において液体試料を貯留する容器であり、繰り返し使用する場合の耐久性の観点から、セラミックで形成されているのが好ましい。試料容器５は、内管３の上端から滴下される液体試料を受け止めることができ且つ内管３に対して出し入れできる形状であれば特に制限されるものではないが、例えば図１に示すような有底円筒状あるいは椀状などの適宜の形状に形成される。試料容器５の外径は１０〜１５ｍｍ程度、高さは７〜１５ｍｍ程度、内容積は０．２〜１．０ｍｌ程度に設計される。

本発明の反応管１を使用し、例えば有機物試料に含まれるハロゲンの分析を行う場合には、固定ブロック７の流路を通じて試料注入口３１から内管３にキャリアガスとしてアルゴンを一定流量で供給し、外管２の気体導入口２１を通じて燃焼用の酸素を一定流量で供給すると共に、加熱手段６によって外管２及び内管３を所定温度に加熱する。次いで、マイクロシリンジ８から試料注入口３１を通じて内管３の試料容器５に液体試料を注入した後、水導入口３２を通じて水蒸気を供給する。

これにより、試料容器５で気化した試料を内管３において加熱分解し、その分解ガスをキャリアガスによりスリット３３を介して外管２へ送り出し、外管２において、加熱分解された分解ガスを水蒸気の存在下で燃焼させることができる。そして、外管２で発生した燃焼ガスを試料ガス取出口２２から試料ガスとして取り出し、イオンクロマトグラフで定量することができる。また、同様にして得られた試料ガスを利用し、窒素、イオウを定量することもできる。

上記のように、本発明の反応管１においては、液体試料を加熱分解する際、内管３の胴部３ｃに装入された試料容器５で液体試料を貯留できるため、微量成分の分析であっても、マイクロシリンジ８により内管３へ連続的に或いは複数回に渡って十分な量の試料を注入して処理でき、そして、試料容器５は、加熱、加湿による劣化を生じることがないため、繰り返して使用することができる。従って、試料加熱装置において、本発明の反応管を使用した場合は、保守管理が極めて容易であり、従来の石英綿のような消耗がないため、分析に要する労力および分析コストを低減することができる。

本発明の反応管は、液体試料中のハロゲン、硫黄、窒素の定量分析において、前処理を行う試料加熱装置に使用され、加熱、加湿による試料容器の劣化がなく、繰り返して使用できるため、環境水や工場排水の水質を検査する場合、ディーゼル燃料、オイル、ガソリン等の石油類などの品質を評価する場合に好適である。

１：反応管
２：外管
２１：気体導入口
２２：試料ガス取出口
２ａ：テーパー部
３：内管
３ａ：膨出部
３ｃ：胴部
３１：試料注入口
３２：水導入口
３３：スリット
４：系止部
５：試料容器
６：加熱手段（電気炉）
７：固定ブロック
８：マイクロシリンジ
Ｌ：内管の底部からの高さ

Claims

液体試料中の微量成分を定量分析する際の液体試料の加熱分解に使用される試料加熱用の縦型の反応管であって、加熱手段によって外周側から加熱される外管と、当該外管の上端から内部に挿入され且つ液体試料が注入される内管とから構成され、前記内管の胴部には、内周側に膨出する系止部が形成され、前記内管には、上端が開口した試料容器が装入され、当該試料容器は、前記内管の内部において前記系止部で支持されていることを特徴とする試料加熱用の反応管。
試料容器がセラミックで形成されている請求項１に記載の試料加熱用の反応管。