JP2781013B2 - 固体試料の分解方法 - Google Patents

固体試料の分解方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、固体試料を段階的に完全に燃焼分解させ、
ガス分析装置に供給可能な形態に変換する方法に関す
る。
(従来の技術) 従来、固体試料中の窒素や硫黄などの元素を分析する
方法は、固体試料の分解燃焼による生成ガスを回収し、
該ガス成分をそれぞれの分析器で分析する手法がとられ
ている。第2図は、固体試料の分解装置の概念図であ
る。この装置は、ガス供給口1から不活性ガスを、ガス
供給口6から酸素ガスをそれぞれ流し、加熱炉8を850
〜900℃に温度コントロールしておき、予め、試料用ボ
ート(以下単にボートという)3を秤量し、これに固体
試料を入れて再び秤量した後、挿入口2より石英管4内
に挿入し、加熱炉8の入口5まで該ボートを移動し、こ
の位置で固体試料の揮発・分解状態を観察しながら、加
熱炉の余熱によって徐々に揮発させ、その後、ボート3
を加熱炉8の中央の燃焼部7まで移動させ、しばらくそ
の状態を保持した後、ガス供給口1から供給する不活性
ガスを酸素ガスに切り換えて燃焼分解させ、ガス供給口
6から供給される酸素ガスにより、最終的に完全燃焼さ
せる。燃焼生成ガスは燃焼管4の出口に接続された吸収
瓶9の吸収液に捕捉される。この吸収液は種々の検出手
段、例えばイオンクロマト法、滴定法等の手段により目
的物質の検出が行われる。
(発明が解決しようとする課題) 上記の固体試料の分解方法では、高温に保持された加
熱炉の入口に、固体試料を収容したボートをゆっくりと
近付け、試料の揮発・分解状態を観察しながら、加熱炉
中に固体試料を移動する時期を判断するという、分析者
の経験に依存して分析が行われていた。この分析操作が
少しでも早すぎると不完全燃焼を起こし、固体試料中の
目的成分を回収することができない。また、多量の試料
を上記の分解方法で処理することは、上記の分析操作が
一層複雑になり、不完全燃焼を避けることが極めて難し
い。従って、微量分析への適用が困難であった。
本発明は、上記の欠点を解消し、多量の固体試料を完
全に分解燃焼させることができる分解方法を提供しよう
とするものである。
(課題を解決するための手段) 本発明は、固体試料を段階的に分解し、燃焼生成ガス
を回収する固体試料の分解方法において、前記固体試料
を分解装置の気化部にセットし、該気化部に不活性ガス
を供給しながら、前記気化部の固体試料をその融点ない
し融点より50℃高い温度範囲まで、50〜180℃/minの昇
温速度で加熱し、一方、前記気化部から流出するガス成
分を燃焼部に移して酸素ガスを加えながら燃焼させ、燃
焼生成ガスを回収し、前記燃焼部における燃焼の終了を
確認した後、前記気化部への不活性ガスの供給を停止
し、前記気化部の昇温速度を5〜100℃の範囲で前記の
昇温速度より低く設定した後、前記気化部に酸素ガスを
供給して固体試料中の不揮発性成分を徐々に分解させる
ことを特徴とする固体試料の分解方法である。
(作用) 第1図は、本発明を実施するための分解装置の概念図
である。この装置は、気化部5に昇温パターンをプログ
ラムすることのできる加熱炉10と燃焼部7に850〜900℃
の燃焼温度を保持することのできる加熱炉8を有し、石
英管4がそれらを貫通させたものであり、気化部5の上
流にガス供給口1と試料挿入口2を設け、気化部用の加
熱炉10には冷却装置11及び加熱炉コントロール装置12が
付設されている。また、燃焼部7には酸素ガス供給口6
が設けられ、燃焼部の下流には燃焼生成ガスを捕捉する
ための吸収瓶9が接続されている。
固体試料の分解方法の手順を説明すると、ガス供給口
1から石英管4にアルゴン等の不活性ガスを流し、燃焼
部の加熱炉8を燃焼温度に保持し、供給口6から酸素ガ
スを供給し、加熱炉8の温度を安定させてから、燃焼生
成ガスを捕捉するための吸収液を適量収容した吸収瓶9
を、石英管4の出口に接続する。次に、固体試料をボー
ト3に秤量して挿入口2から石英管4内に挿入し、該ボ
ートを気化部5に移動する。加熱炉10のコントロール装
置12に対し、昇温パターンのプログラムをセットし、ス
タートボタンを押して昇温を開始する。固体試料の融点
若しくは融点より50℃高い温度まで比較的急な昇温速度
で気化部5を加熱し、その後は比較的緩やかな昇温速度
で加熱する。昇温速度は、分解対象である固体試料によ
って異なるが、固体試料の融点ないし融点より50℃高い
温度まで加熱する時の昇温速度は、50〜180℃/min、好
ましくは100〜150℃/minとし、その後の比較的緩やかな
昇温速度は、前段の昇温速度より小さい昇温速度で、例
えば、5〜100℃/minが採用される。気化部5で気化さ
れたガスは、燃焼部7に送られ、ガス供給口6からの酸
素ガスにより燃焼される。燃焼生成ガスは燃焼部から吸
収瓶9に送られ捕捉される。燃焼部において、揮発性成
分の燃焼の終了を確認してから、ガス供給口1からの不
活性ガスを酸素ガスに切り換え、ボート3内の不揮発性
成分を完全に燃焼させる。固体試料からの揮発性成分の
抜けは、燃焼部の炎の消失を目視することにより、容易
に確認することができる。固体試料が完全に燃焼したこ
とを確認してから、加熱炉10の加熱を停止し、ガス供給
口1から再び不活性ガスを流し、加熱炉10の冷却装置11
を作動させて気化部5内の温度を室温まで下げ、試料挿
入口2に該ポート3を戻して分析を終了する。
このように本発明では、固体試料の融点を1つの指標
にして、主に揮発性成分を分離する前段を比較的急な昇
温パターンで短時間で加熱分解し、後段は不揮発性成分
の不完全燃焼を避けるために比較的緩やかな昇温パター
ンで加熱し、燃焼部における揮発性成分の燃焼を確認し
てから、気化部に酸素ガスを供給して不揮発成分の燃焼
を行うもので、固体試料の分解燃焼状態に合わせて段階
的に燃焼させるため、例えば、1g程度の多量の固体試料
についても完全に燃焼分解させることができるようにな
った。また、気化部加熱炉を昇温パターンのプログラム
に従ってコントロールし、燃焼部の揮発性成分の燃焼の
終了をセンサー等により検知して不活性ガスから酸素ガ
スへの切り換えを行うことにより、分析操作を自動化す
ることが可能となった。
(実施例1) 第1図の装置を用い、三菱化成製高密度ポリエチレン
(商品名:ノバテックES300)を0.5g石英製ボートに採
取し、次の燃焼条件で分解試験を行った。まず、燃焼部
に酸素ガスを300ml/minで導入し、該燃焼部の加熱炉を8
00℃に加熱して安定するのを待って、気化部にアルゴン
ガスを400ml/minで流し、上記のボートを気化部にセッ
トする。次いで、気化部を第1段の昇温速度150℃/min
で490℃まで昇温し、6分間保持した後、第2段の昇温
速度75℃/minで800℃まで昇温し、この間、700℃におい
て揮発性成分の燃焼の終了を確認し、気化部への供給ガ
スをアルゴンガスから300ml/minの酸素ガスに切り換
え、800℃で2分間保持して固体試料を燃焼させた。こ
の間、ボート中に不完全燃焼を示すススの付着もなく、
最終的に固体試料が完全に燃焼したことも確認された。
燃焼分解時間は全体で15分であった。
(実施例2) 第1図の装置を用い、水添ピッチ0.5gを石英製ボート
に収容し、硫黄の分析を行った。まず、燃焼部に酸素ガ
スを300ml/minで導入し、該燃焼部の加熱炉を900℃に加
熱して安定するのを待って、気化部にアルゴンガスを40
0ml/minで流し、上記のボートを気化部にセットした。
次いで、気化部を第1段の昇温速度150℃/minで370℃ま
で昇温し、第2段の昇温速度5℃/minで550℃まで昇温
し、第3段の昇温速度20℃/minで700℃まで昇温し、第
4段で昇温速度100℃/minで900℃まで昇温し、その温度
で3分間保持して固体試料を燃焼させた。この間、第2
段でピッチが溶けて炭化する状況が観察され、700℃に
おいて揮発性成分の燃焼の終了を確認し、気化部への供
給ガスをアルゴンガスから酸素ガスに切り換えたとこ
ろ、第3段で炭化物が燃焼する状況が観察された。この
間、ボート中に不完全燃焼を示すススの付着もなく、最
終的に固体試料が完全に燃焼したことも確認された。石
英管の下流に接続した吸収瓶には、0.3%の過酸化水素
溶液を15ml収容して、燃焼生成ガスを吸収させ、該吸収
液に水を加えてを100mlに定容してイオンクロマトグラ
フで分析したところ、硫黄の含有量は0.37%であった。
同時に、従来の有機元素分析法(日本化学会編「実験
化学高座第16巻有機化合物の分析方法」昭和39年3月10
日発行)により、上記水添ピッチの硫黄含有量を分析し
た。銀粒を充填した吸収瓶を上記燃焼管の出口に接続
し、硫黄成分を硫酸銀として該銀粒に捕捉し、重量差測
定により分析したところ、硫黄の含有量は0.38%で、両
者の測定値はよく一致していた。
(実施例3) 第1図の装置を用い、試料はバイエル社製ポカンB−
4325(ポリブチレンテレフタレート)を0.511g石英製ボ
ートに収容し、次の燃焼条件で分解処理し、燃焼生成ガ
スから臭素を分析した。まず、燃焼部に酸素ガスを150m
l/minで導入し、該燃焼部の加熱炉を900℃に加熱して安
定するのを待って、気化部にアルゴンガスを200ml/min
で流し、上記のボートを気化部にセットした。次いで、
気化部を第1段の昇温速度150℃/minで400℃まで昇温
し、6分間保持した後、第2段の昇温速度75℃/minで90
0℃まで昇温し、この間、700℃において揮発性成分の燃
焼の終了を確認し、気化部への供給ガスをアルゴンガス
から150ml/minの酸素ガスに切り換えて、900℃で3分間
保持して固体試料を燃焼させた。この間、ボート中に不
完全燃焼を示すススの付着もなく、最終的に固体試料が
完全に燃焼したことも確認された。石英管の下流に接続
した吸収瓶には、0.3%の過酸化水素を20ml収容し、燃
焼生成ガスを吸収させ、該吸収液に水を加えてを100ml
に定容してイオンクロマトグラフで臭素を検出した。そ
の結果、臭素の分析値は5.58%であった。同時に同一試
料を従来の有機元素分析法である銀粒の重量増加より求
める方法で分析したところ、分析値は5.37%で両者の値
はよく一致した。燃焼分解時間は全体で18分と短時間で
あった。
(発明の効果) 本発明は、上記の構成を採用することにより、多量の
固体試料を比較的短時間で完全に燃焼させることがで
き、その後の分析精度の向上に大きく寄与するものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施するための固体試料分解装置の概
念図であり、第2図は従来の固体試料分解装置の概念図
である。 1,6……ガス供給口,3……試料用ボート,4……石英管,5
……気化部,7……燃焼部,8,10……加熱炉。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 31/12

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固体試料を段階的に分解し、燃焼生成ガス
    を回収する固体試料の分解方法において、前記固体試料
    を分解装置の気化部にセットし、該気化部に不活性ガス
    を供給しながら、前記気化部の固体試料をその融点ない
    し融点より50℃高い温度範囲まで、50〜180℃/minの昇
    温速度で加熱し、一方、前記気化部から流出するガス成
    分を燃焼部に移して酸素ガスを加えながら燃焼させ、燃
    焼生成ガスを回収し、前記燃焼部における燃焼の終了を
    確認した後、前記気化部への不活性ガスの供給を停止
    し、前記気化部の昇温速度を5〜100℃の範囲で前記の
    昇温速度より低く設定した後、前記気化部に酸素ガスを
    供給して固体試料中の不揮発性成分を徐々に分解させる
    ことを特徴とする固体試料の分解方法。
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