JP2825131B2 - 分光計でアトマイザを用いて操作する原子化装置へ液体を供給するための装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、分光計でアトマイザを用いて操作する原子
化装置へ液体を供給するための装置であって、液体が蠕
動ポンプによって供給導管を介してアトマイザへ送られ
る形式のものに関する。

従来技術 試料液中の特定元素の濃度を分光法により測定するた
めには、試料液はアトマイザによって原子化装置内へ噴
霧される。この原子化装置は炎であってよい。この炎の
中で試料の成分が原子状で存在する。測定光束が炎を貫
通する。この測定光束は目的元素の共鳴線に相当し、し
たがってこの元素の原始によって弱められるスペクトル
線によって形成される。したがって測定光束の弱化は試
料液中の目的元素の濃度についての基準を与える。これ
は炎を用いて操作する原子吸光分光学または炎−AASと
して示される。しかし原子化装置は、“プラズマバー
ナ”であってもよく、このプラズマバーナでは誘導励起
により貴ガスのプラズマが発生され、かつ試料液がアト
マイザによりこのプラズマ中に噴霧される。高温状態の
このプラズマ中で試料液の原子が励起されて、発光す
る。この場合発光線は各元素に特徴的であり、他方線の
強度が試料液中の該当元素の濃度の基準となる。

本発明は、分光計でアトマイザを用いて操作するこれ
らの、また他の原子化装置で使用することができる。

試料液、あるいは不活性キャリヤ液および試薬が蠕動
ポンプによって共通の混合通路内へ送られる形式の分光
分析装置が米国特許（US−Ａ−）4486097号明細書によ
って公知である。蠕動ポンプはステップモータによって
駆動される。ステップモータはマイクロプロセッサによ
って制御される。混合された液体は分光光度計の測定キ
ュベット内へ流入する。

ヨーロッパ特許（EP−A2−）0236928号明細書によれ
ば試料液と試薬の分析装置への供給は蠕動ポンプによっ
て行なわれる。分析装置は光度計であってよく、その測
定キュベット内へ試料液と試薬との混合物が導入され、
かつ光度計は試料液と試薬との反応によって惹起された
試料液の混濁または変色に応答する。ヨーロッパ特許
（EP−A2−）0236928号明細書には装置が示されてお
り、この装置を用いて試料液の濃度を有利な範囲内で保
つために試料液の稀釈が同じ蠕動ポンプによって、また
はステップモータによって可変に駆動される別個の蠕動
ポンプによって行なわれる。

ヨーロッパ特許（EP−A2−）0095291号明細書には試
料液と希釈剤を２つの蠕動ポンプを用いて混合するため
の装置が示され、これらの蠕動ポンプは各１つのホース
導管内へ送出する。ホース導管は合流し、かつ共通の導
管に開口している。共通の導管は分析装置へ導かれてい
る。混合比は変えることができる。

米国特許（US−A2−）4315754号明細書に示された分
析装置では、キャリヤ液と試薬が蠕動ポンプによってキ
ャリヤ導管もしくは試薬導管内へ圧送せしめられる。キ
ャリヤ導管および試薬導管は合して混合導管となり、混
合導管は流量検出器へ通じている。キャリヤ導管内に切
換え弁が配置されている。この切換え弁によってループ
（このループ内へ試料液を導入可能は混合室内へ導入さ
れた燃料ガス流によって連行されて炎の中へ入る［西ド
イツ国特許（DE−Ｂ−）2204938号明細書、米国特許（U
S−Ａ−）3525476号明細書、西ドイツ国特許（DE−Al
−）3531276号明細書、西ドイツ国特許（DE−Al−）302
6155号明細書］。このようなアトマイザの送出能力は限
られている。これらは時間単位当たり一定量の液体を吸
込み、かつ噴霧することができるにすぎない。

更にプラズマバーナが知られており、このプラズマバ
ーナでは高周波によって貴ガスのプラズマが発生され、
このプラズマはきわめて高い温度を持っている。このプ
ラズマ内へ試料液が導入される。このときに試料液は原
子化される。試料の原子がプラズマ内で励起されて発光
する。この発光スペクトルを観測し、かつ定量的に評価
することができる［ヴェルツ（Welz）著、“原子吸光分
光学（Atomabsorptions−Spektrometrie）”、第３版
（1983燃）、フェアラーク・ヒエミー（Verlag Chemi
e）、271頁］。この測定方法は原子吸光分光学とは異な
り種々の元素を同時に測定することを可能にする。

試料液をエーロゾルとしてプラズマバーナ中へ導入す
ることが公知である［ヴェルツ、前掲書］。またこのエ
ーロゾルをアドマイザを用いて発生することも公知であ
る。［ドハーティ（Doherty）、ヒーフトジェ（Hieftj
e）共著、“応用分光学（Applied Spectroscopy）”、
第38巻（1984年）、405〜412頁］。

更に試料液を蠕動ポンプを用いてアトマイザへ導くこ
とが試みられてきた。しかしこれは、蠕動ポンプの送出
量をアトマイザの限られた送出量へ適合せしめることを
必要とする。さもなければせき止めが生じる。更に試料
の交換時に問題が生じる。ホース内に含有された試料の
残量が僅かな送出能力を持つアトマイザを介して吸込ま
れ、かつ噴霧され、かつホースが洗浄されるまで長時間
かかる。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、分光計で空気圧式のアトマイザを用
いて操作する原子化装置へ液体を供給するための装置
を、蠕動ポンプを送出量の適合の問題なしに、かつせき
止めなしにアトマイザの前方で使用することができ、か
つ試料交換時にホースを迅速に洗浄することができるよ
うに構成することである。

問題点を解決するための手段 上記の課題は本発明により請求項１の特徴によって解
決される。

発明の効果 このような構成では蠕動ポンプの送出量は任意の大き
さに選択することができる。アトマイザは常時その送出
能力に相当する液体量を吸込み、かつこれを噴霧する。
過剰の液体は弁を介して排出される。このことは、試料
交換後洗浄液または次の試料の試料液の強い流れを発生
させることを可能にし、これによってホースは弁に至る
まで迅速に洗浄される。弁とアトマイザ毛管との間の小
空間のみをアトマイザを介して洗浄すればよい。蠕動ポ
ンプとアトマイザを用いて操作する原子化装置との組合
わせが実際に使用可能である。このことはまた上記に一
部従来技術として記載されたような、蠕動ポンプを用い
て操作する種々の方法をこのような原子化装置と結合し
て使用する可能性を与える。

蠕動ポンプの速度が弁の開放に応答するセンサによっ
て制御可能であると有利である。これにより液体、特に
試料液の浪費が回避される。蠕動ポンプは弁が開くだけ
の量の液体を送出するにすぎない。この液体の大部分は
アトマイザによって吸込まれ、小さな部分のみが弁を介
して流出する。

更に本発明によれば第１の、または第２の蠕動ポンプ
が選択的にアトマイザと接続可能であり、かつアトマイ
ザに接続されているその都度の蠕動ポンプが弁の開放に
応答するセンサによって制御可能である。このことは試
料液および標準（零溶液）を用いての交互の測定を可能
にする。

更に本発明によれば第１の蠕動ポンプと第２の蠕動ポ
ンプが並列でアトマイザと接続されており、かつ第１の
蠕動ポンプと第２の蠕動ポンプの速度が弁の開放に応答
するセンサによって、２つの蠕動ポンプの送出量の合計
がアトマイザの送出能力を僅かに上回る値に保たれるよ
うに制御可能である。このような装置は例えば種々の稀
釈液の製造を可能にする。

更に上記に既述したように、試料交換時の洗浄のため
に蠕動ポンプまたは複数の蠕動ポンプの送出量がアトマ
イザの送出能力を著しく上回る値へ増大可能である。

更に本発明は特許請求の範囲第６項から第９項に記載
されている。

実施例 第１図に蠕動ポンプが符号10で示されている。蠕動ポ
ンプ10は液体、例えば試料液をホース導管12内へ送出す
る。蠕動ポンプ10はステップモータ14によって駆動され
る。ホース導管12は弁18の弁ケーシング16へ通じてい
る。弁ケーシング16からは毛管20が出ており、毛管はア
トマイザ22へ導かれている。アトマイザ22はノズル24を
備え、ノズルは圧縮空気供給導管26と接続されている。
圧縮空気は徐圧下にノズルを介して高速度で流出する。
これによって真空が生じる。毛管20はこの真空の領域27
内に開口している。このために真空は液体をホース導管
12および弁ケーシング16から吸込む。液体と圧縮空気の
速度の相違により液体は分散されて微細な滴となり、か
つ圧縮空気と一緒にエーロゾルを形成する。このエーロ
ゾールはバーナの混合室28内へ導入される。エーロゾル
は混合室内で公知の方法で燃焼ガスと混合され、かつこ
の燃焼ガスによってバーナヘッドまで連行される。これ
は公知技術であり、したがって本明細書では詳述されな
い。

弁18はホース導管12および弁ケーシング16内の液体の
圧力に応答し、かつ過剰の液体が廃物容器（図示せず）
内へ流れることのできる出口30を制御する。この目的の
ためには弁18はピストン32を備えている。このピストン
32はシリンダ34を形成する弁ケーシング16内で摺動す
る。出口30はシリンダ34から側方に出ている。ホース導
管12および毛管20へ向かうピストン32の行程はストリッ
パリング36によって制限されている。ピストン32は予負
荷されたコイルばね38の作用下にある。コイルばね38は
ばね受け40に支持されている。ばね受け40はねじ42によ
って移動調節可能である。このようにしてコイルばね38
のプレロードを調節することができ、したがって弁18を
開く液体圧力を調節することができる。ピストン32がス
トッパリング36に当付いているときには出口30はピスト
ン32によって覆われ、したがって弁18は閉じられてい
る。

ピストン32の行程はセンサ44によってピックアップ可
能であり、したがってセンサは弁18の開放に応答する。
センサ44は制御装置46を介してステップモータ14を制御
する。ステップモータ14の速度は制御装置46によって、
弁18が少しだけ開かれるように制御される。

上記の装置の作用形式は以下の通りである： アトマイザ22はホース導管12内の圧力が上昇した場合
にも時間単位当たり所定の最大量の液体を受容する。せ
き止めを回避するためには蠕動ポンプ10の送出量をアト
マイザ22のこの送出能力に適合させなければならない。
この理由から弁18が設けられている。この弁18は開い
て、アトマイザ22によって受容されない液体を出口30へ
導く。このときに液体の消費を制限するためには蠕動ポ
ンプ10がセンサ44によって制御装置46を介して制御され
る。弁18が開き過ぎたときには、蠕動ポンプ10の速度が
減少させられる。このようにして送出された液体の大部
分がアトマイザ22によって受容され、出口から流出して
棄てられるのは少量にすぎないように保証される。

第２図、第３図では上記の弁18が“フローインジェク
ション”による試料供給に使用されている。この場合に
はキャリヤ液の流れが蠕動ポンプ48によってホース導管
50へ導かれる。ホース導管50は切換え弁52を介して導管
54と接続され、この導管はバーナ56のアトマイザ22と接
続されている。アトマイザ22へ通じる毛管の直前に弁18
が配置されている。導管54は第１図の導管12にほぼ相当
し、かつ弁18とアトマイザ22の構成は第１図に示された
ものと同じである。切換え弁52は通過路58を有し、この
通過路を介して第２図の位置でホース導管50と導管54と
の間の接続が形成される。

もう１つの蠕動ポンプ60が試料液をホース導管62内へ
送出する。ホース導管62は切換え弁52および測定ループ
64を介して廃物出口66と接続される。

第２図の位置においてアトマイザは純然たるキャリヤ
液を受取るが、測定ループ64は蠕動ポンプ60によって試
料液を充填される。切換え弁が第３図の位置へ切換えら
れると、測定ループ64はキャリヤ液流内へ接続される。
試料液を含んだホース導管62は通過路58を介して廃物出
口66と接続される。この場合に測定ループ64内に含まれ
た試料液はキャリヤ液流によってアトマイザ22内へ搬送
される。

センサ44の信号が制御装置46へ送られる。制御装置46
はセンサ44の信号に依存して、アトマイザ22へ液体（キ
ャリヤ液または試料液）を送出する蠕動ポンプ60の速度
を制御する。

第４図による装置では蠕動ポンプ68は試料液をホース
導管として構成された試料導管70内へ送出する。蠕動ポ
ンプ72は希釈液をホース導管として構成された希釈導管
74内へ送出する。試料導管70と希釈導管74は合流して混
合導管76となり、混合導管は弁18へ、更に毛管20を介し
てバーナ56のアトマイザ22へ通じている。装置はここで
も第１図に示されたものと同じである。混合導管76は第
１図のホース導管12に相当する。蠕動ポンプ68,72の速
度は制御装置46によって制御される。制御装置46はセン
サ44の信号を受取る。また制御装置46は信号評価回路78
からの信号も受取る。信号評価回路へはフォトデテクタ
80の信号が供給される。線を発光する光源82が測定光束
84を送り、バーナ56で燃焼するフレーム86を通過させ
る。この測定光束84がフォトデテクタ80へ当たる。測定
光束84は試料液中の目的元素の濃度に応じて弱まる。し
たがってフォトデテクタの信号もこの濃度に依存する。
この信号から信号評価回路78は試料液中の目的元素の濃
度についての測定値を与える。この測定値はアウトプッ
ト88で出される。これは原子吸光分光学の公知の原理で
あり、したがってここでは詳述しない。

原子吸光の測定にはそれぞれある一定の濃度範囲が最
適である。例えば試料液を希釈液で希釈し過ぎたために
アトマイザへ供給された液体中の目的元素の濃度が低す
ぎると、感度が低すぎてしまう：どの時点においてもフ
レーム内の目的元素の原子が少なすぎ、かつこれらの原
子による測定光束の僅かな吸収はバックグラウンド吸収
およびバックグランドノイズ内に沈んでしまう。アトマ
イザへ供給された液体中の目的元素の濃度が高すぎる場
合には測定光束の実際に完全な吸収が行なわれ、そのた
めに精確な濃度測定を行なうこともできなくなる。測定
光束の実際にすべての光が吸収されると、目的元素の濃
度の倍増さえもフォトデテクタ80での信号の著しい変化
をもたらさないであろう。これらの極端な場合の間に濃
度の最適条件があり、ここでは高い精度をもって測定す
ることができる。２つの蠕動ポンプ68,72の速度、した
がって送出能力の選択によって希釈液による試料液の希
釈を決められた方法で、しかも最適な感度が得られるよ
うに変えることができる。この目的のためには２つの蠕
動ポンプ68,72の送出能力の比を制御装置46により信号
評価回路78のアウトプット90でのアウトプット信号に依
存して、フレーム86内の測定光束84が最適な中間的な吸
収を受けるように制御する。吸収が強すぎる場合には、
蠕動ポンプ72の速度を増大させ、かつ蠕動ポンプ68の速
度を減少させる。吸収が弱すぎる場合には、逆に蠕動ポ
ンプ68の速度を高め、かつ蠕動ポンプ72の速度を減少さ
せる。

しかし制御装置46は２つの蠕動ポンプの速度を、弁18
のセンサ44の信号に依存して制御もする。速度は、２つ
の蠕動ポンプ68,72の送出量の合計がアトマイザの送出
能力よりも僅かに大きくなるように選択される。

第５図、第６図に示された装置では、切換え弁92を介
して選択時に試料液を蠕動ポンプ94により導管96を介し
てアトマイザ22へ導くか、または標準、例えば零溶液を
蠕動ポンプ98によって導管100を介してアトマイザ22へ
導くことができる。第５図に示された位置では、導管96
は切換え弁92を介してアトマイザ22および弁18と接続さ
れている。導管100は切換え弁92を介して廃物出口102と
接続されている。第６図では導管100は切換え弁92を介
してアトマイザ22および弁18と接続されている。導管96
は廃物容器102と接続されている。原子吸光は交互に試
料液を用いるかまたは標準を用いて測定することができ
る。

切換え弁92を介してアトマイザへ接続されているその
都度の蠕動ポンプ94または98が制御装置46によって送出
量がアトマイザの送出能力よりも僅かに大きくなるよう
に制御される。これが破線の所に矢印によって示されて
いるように第５図では蠕動ポンプ94であり、第６図では
蠕動ポンプ98である。

洗浄のためにすべての実施例の蠕動ポンプは著しく高
めた送出量に切換えることができ、この場合に洗浄液ま
たは次の試料の試料液が吸込まれる。次に高められた送
出量が弁18を介して出口30へ流れる。このようにして導
管はアトマイザ22の送出能力とは無関係に洗浄される。
アトマイザ22は毛管20の洗浄に必要な液体量のみを送出
すればいいだけである。したがって迅速な試料交換が可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はアトマイザノズルをこのアトマイザノズルへ液
体、例えば試料液を供給するための装置とともに示した
略示図、第２図はキャリヤ液流内へ接続されるループを
バーナのアトマイザへ供給される試料液で充填する、フ
ローインジェクションの装置の略示図、第３図はループ
がキャリヤ液流内へ接続された後の第２図の装置を示し
た図、第４図は原子吸光分光計でバーナのアトマイザへ
供給される試料液を自動的に希釈するための装置を示し
た図、第５図は原子吸光分光計でバーナのアトマイザへ
試料液かまたは標準を選択的に供給することのできる装
置で試料液が供給されている状態の図、第６図はアトマ
イザへ標準が供給されている状態の第５図の装置の図で
ある。 10,48,60,68,72,94,98……蠕動ポンプ、12,50,62……ホ
ース導管、14……ステップモータ、16……弁ケーシン
グ、18……弁、20……毛管、22……アトマイザ、24……
ノズル、26……圧縮空気供給導管、27……領域、28……
混合室、30……出口、32……ピストン、34……シリン
ダ、36……ストッパリング、38……コイルばね、40……
ばね受け、42……ねじ、44……センサ、46……制御装
置、52,92……切換え弁、54,96,100……導管、56……バ
ーナ、58……通過路、64……測定ループ、66,102……廃
物出口、70……試料導管、74……希釈導管、76……混合
導管、78……信号評価回路、80……フォトデテクタ、82
……光源、84……測定光束、86……フレーム、88,90…
…アウトプット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 21/31 G01N 21/69 G01N 21/71 G01N 21/72 G01N 21/73 G01F 13/00 G01N 1/00

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】分光計でアトマイザ（22）を用いて操作す
   る原子化装置へ液体を供給するための装置であって、液
   体が蠕動ポンプ（10）によって供給導管（12）を介して
   アトマイザ（22）へ送られる形式のものにおいて、 分光分析のため試料を原子化状態へ変えるために原子化
   装置が設けられており； 原子化装置へ導入するための液体を噴霧するためにアト
   マイザ（22）が設けられており、該アトマイザ（22）が
   所定の液体送出能力を有していて、原子化装置へ接続さ
   れており； アトマイザ（22）へ噴霧すべき液体を導くための供給導
   管（12）が設けられており； アトマイザ（22）での液体供給のせき止めを阻止するた
   めに、アトマイザ（22）へのその所定の液体送出能力を
   上回る液体供給を自動的に排出するための弁（18）が設
   けられており、弁（18）が供給導管（12）へ接続されて
   いて、排出出口（30）を有しており；かつ 過剰の液体を排出するために排出導管が弁（18）に接続
   されていることを特徴とする、分光計でアトマイザを用
   いて操作する原子化装置へ液体を供給するための装置。
2. 【請求項２】蠕動ポンプ（10）の速度が弁（18）の開放
   に応答するセンサ（44）によって制御可能である、請求
   項１記載の装置。
3. 【請求項３】（ａ） 選択的に第１の蠕動ポンプまたは
   第２の蠕動ポンプ（94もしくは98）がアトマイザ（22）
   と接続可能であり、かつ （ｂ） アトマイザ（22）へ接続された蠕動ポンプ（94
   もしくは98）の速度が弁（18）の開放に応答するセンサ
   （44）によって制御可能である、請求項２記載の装置。
4. 【請求項４】（ａ） 第１の蠕動ポンプと第２の蠕動ポ
   ンプ（68,72）が並列でアトマイザ（22）と接続されて
   おり、かつ （ｂ） 第１の蠕動ポンプと第２の蠕動ポンプ（68もし
   くは72）の速度が弁（18）の開放に応答するセンサ（4
   4）によって、２つの蠕動ポンプ（68,72）の送出量の合
   計がアトマイザ（22）の送出能力を僅かに上回る値に保
   たれるように制御可能である、請求項２記載の装置。
5. 【請求項５】試料交換時の洗浄のために蠕動ポンプ（1
   0）または複数の蠕動ポンプの送出量がアトマイザ（2
   2）の送出能力を著しく上回る値へ増大可能である、請
   求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 【請求項６】（ａ） 蠕動ポンプ（48）がキャリヤ溶液
   をアトマイザ（22）へ送出し、 （ｂ） 第２の蠕動ポンプ（60）が設けられ、この蠕動
   ポンプによって試料液が廃物出口（66）へ通じる試料導
   管（62）内へ送出可能であり、 （ｃ） 測定ループ（64）が設けられており、かつ （ｄ） 切換え弁（52）が設けられ、この切換え弁を介
   して測定ループが選択的にキャリヤ導管（50）または試
   料導管（62）へ接続可能であり、かつその都度他方の導
   管のための通過路（58）が形成可能である、請求項１ま
   たは２記載の装置。
7. 【請求項７】第１の蠕動ポンプ（68）が試料液を試料導
   管（70）内へ、かつ第２の蠕動ポンプ（72）が稀釈液を
   稀釈導管（74）内へ送出し、これらの導管が弁（18）お
   よびアトマイザ（22）から距離を置いた所で共通の混合
   導管（76）へ導通している請求項１または２記載の装
   置。
8. 【請求項８】蠕動ポンプ（68,72）の速度が可変であ
   る、請求項７記載の装置。
9. 【請求項９】（ａ） 第１の蠕動ポンプ（94）が試料液
   を試料導管（96）内へ送出し、 （ｂ） 第２の蠕動ポンプ（98）が標準液を標準導管
   （100）内へ送出し、かつ （ｃ） 切換え弁（92）が設けられ、この切換え弁によ
   って選択的に試料導管（96）または標準導管（100）が
   アトマイザ（22）と接続可能であり、かつその都度他方
   の導管が廃物出口（102）と接続可能である、請求項１
   または２記載の装置。