JP5533641B2

JP5533641B2 - 分析装置

Info

Publication number: JP5533641B2
Application number: JP2010289680A
Authority: JP
Inventors: 明興中森
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2030-12-27
Also published as: CN102539641B; JP2012137377A; CN102539641A

Description

本発明は、加熱炉と加熱炉内に挿入された燃焼管を有し、燃焼管内に導入された試料を加熱して酸化分解するための酸化反応部と、酸化分解後の試料を流通させるためのセル、セルに対して光を照射する光源及びセルを透過した光を検出するための検出器を有する測定部と、が筐体内に配置されている分析装置に関するものである。

下水、河川水、工場排水などの水質を分析する水質分析計として、試料中に含まれている全有機体炭素（ＴＯＣ）を測定する全有機体炭素測定装置（ＴＯＣ計）や全窒素（ＴＮ）を測定する全窒素測定装置（ＴＮ計）があり、また、ＴＯＣとＴＮの両方を測定することができる装置も存在する。これらの装置では、採取した試料水を燃焼部に導入し、ＴＯＣ計では試料中の炭素成分を酸化分解してＣＯ₂に変換し、ＴＮ計では試料中の窒素成分を酸化分解してＮＯに変換し、それらを含むガスが検出部のセルに導入される。

検出部において、ＴＯＣ計ではセルに導かれたガス中のＣＯ₂濃度に由来した吸光度が計測され、ＴＮ計ではセルに導かれたガス中のＮＯ濃度に由来した発光量が計測される。これらの計測により得られた検出信号データのピークの面積値を求めることにより試料水中のＴＯＣ又はＴＮが定量される。ＴＯＣ又はＴＮの定量を行なうために、ＴＯＣ又はＴＮと検出信号データのピークの面積値との関係を示す検量線を予め用意しておき、測定された検出信号データによるピークの面積値から検量線に基づいてＴＯＣ又はＴＮを定量する（特許文献１参照。）。

特開平１１−３５２０５８号公報

上記のような分析装置では、セルからの光を測定するための検出器の感度が環境温度によって影響を受けるため、検出器の周辺は温度が変動しないように調節されている。しかし、特にＴＯＣ計では、光源が赤外光を発するために光源の周辺温度が高温になってしまい、この光源の周辺の熱い空気が検出器側へ移動すると検出器の周辺温度が高くなり、検出器の温度調節に影響を与える。これを防ぐ方法として、光源で発生した熱を筐体の外部へ放出するためのファンを設けることが考えられるが、専用のファンを設けるとコストが高くなる上、そのためのスペースが必要となるなどの制限がある。

そこで本発明は、専用のファンを新たに設置することなく光源の熱による検出器への影響を排除することを目的とするものである。

本発明は、加熱炉と加熱炉内に挿入された燃焼管を有し、燃焼管内に導入された試料を加熱して酸化分解するための酸化反応部と、酸化反応部からのガスを流通させるためのセル、セルに対して光を照射する光源及びセルを透過した光を検出するための検出器を有する測定部が筐体内に配置されているとともに、加熱炉周辺の空気を移動させることにより加熱炉周辺を冷却するためのファンが筐体内の加熱炉の近傍に設けられている分析装置であって、ファンの排出側はダクトを通じて筐体の外部へ通じており、測定部の少なくとも一部がダクトの近傍にくるように配置されており、ダクトと測定部とを隔離しているダクトの壁面には、ダクト内の空気の流れによって測定部側の空気がダクト内に引き込まれるように設けられた開口スリットが設けられていることを特徴とするものである。

加熱炉を有する分析装置には、従来から加熱炉の熱を装置の外部へ放出するためのファンが設けられている。本発明では、検出器の周辺を冷却するためにこのファンを利用するが、ファンの下流部に検出器を配置すると、加熱炉からの熱い風が検出器に吹き付けられるため、検出器周辺の温度を下げることができない。そこで、ファンの下流部に筐体の外部へ通じるダクトを設け、そのダクトの近傍に測定部の少なくとも一部がくるように配置した。そして、ダクトと測定部を隔離しているダクトの壁面に、ダクト内の空気の流れによって測定部側の空気がダクト内に引き込まれるように設けられた開口スリットを設け、測定部内の空気が加熱炉からの空気とともに筐体外部へ排出されるように構成した。

上記測定部において、検出器はセルを挟んで光源の上方に対向して配置されている。このように、測定部を縦置きにすれば、測定部の設置のために必要なスペースを小さくすることができ、該分析装置の小型化を図ることができる。

燃焼管では炭素成分を酸化分解して二酸化炭素に変換し、測定部ではその二酸化炭素の濃度を吸光度により測定するようにして、該分析装置をＴＯＣ計とすることができる。

本発明の分析装置は、ファンの排出側はダクトを通じて筐体の外部へ通じ、測定部の少なくとも一部がダクトの近傍にくるように配置され、ダクトと測定部を隔離しているダクトの壁面にダクト内の空気の流れによって測定部側の空気がダクト内に引き込まれるように設けられた開口スリットにより測定部の空気を加熱炉周辺の空気とともに筐体外部へ排出するようにしたので、測定部用の専用のファンを新たに設けることなく検出器の周辺温度の上昇を抑制することができる。

ＴＯＣ計の一実施例を概略的に示す流路構成図である。同実施例の構造を示す配置図であり、（Ａ）は上から見た配置、（Ｂ）は正面から見た配置を示している。

以下に、本発明の分析装置としての一実施例であるＴＯＣ計について図１を用いて説明する。
このＴＯＣ計は、ＴＯＣ測定部３と、ＴＯＣ測定部３に設けられている酸化反応部４０の燃焼管４２にキャリアガスを送るキャリアガス供給部５と、それらを切り換える多ポートバルブ９によって構成されている。

多ポートバルブ９の共通ポートには試料水を計量して採取するためのサンプリングシリンジ１１が接続され、他のポートには試料導入部１３、試料水から無機炭素成分を除去する際に使用される塩酸１５、希釈水１７、ＩＣ（無機体炭素）反応器１９、燃焼管４２及び排出用ドレン２１がそれぞれ接続されており、オートサンプラ１からサンプリングシリンジ１１により採取した試料をＴＯＣ測定部の燃焼管４２に注入できるようになっている。

サンプリングシリンジ１１は容量５ｍＬで、バレル下部にキャリアガスを導入するための通気ガス入口を備えている。その通気ガス入口は、電磁弁３７を介してキャリアガス供給部５に接続されている。ガス通気機構は、ここでは、サンプリングシリンジ１１によって実現される。

キャリアガス供給部５は、高純度空気をキャリアガスとして供給するものであり、上流側から順にキャリアガス入口２３、開閉用の電磁弁２５、圧力を調節する調圧弁２７、その圧力を計量する圧力計２９、流量を調節するマスフローコントローラ３１、流量計３３、及び加湿器３５が接続されて構成されている。流量が計量されて加湿されたキャリアガスは燃焼管４２に送られる。また、サンプリングシリンジ１１にも流量調整されたキャリアガスが通気ガスとして電磁弁３７を介してサンプリングシリンジ１１に供給される。

酸化反応部４０は燃焼管４２とその燃焼管４２を加熱するための加熱炉４１を備えている。燃焼管４２はその上部に試料注入部４３を備えており、試料注入部４２には多ポートバルブ９の１つのポートからの流路２２が接続されている。燃焼管４２は、内部に試料中の炭素成分の全てをＣＯ₂に変換するための金属酸化物や貴金属からなる酸化触媒を備えており、加熱炉４１内に挿入されている。試料注入部４３には、流路２２のほかに、キャリアガス供給部５からの流路３６がキャリアガスの逆流を防止する逆止弁４５を介して接続されている。燃焼管４２の下部の出口には、冷却部４７と逆流防止トラップ４９を介してＩＣ反応器１９のキャリアガス導入口に接続されている。

ＩＣ反応器１９はＩＣ測定時にはＩＣ反応液１９ａとしてリン酸５３がポンプ５５によって供給され、ＩＣ反応器１９に試料水が直接注入され、注入された試料水中のＩＣがＣＯ₂として発生する。燃焼管４２又はＩＣ反応器１９で発生したＣＯ₂を含むガスは、キャリアガスによって除湿用電子クーラ５１へ導かれて水分が除去され、ＩＣ反応器１９のＩＣ反応液１９ａはドレン用電磁弁５７から排出される。

除湿用電子クーラ５１を経たガスはハロゲン成分を除去するハロゲンスクラバ６１及び異物を除去するためのメンブレンフィルタ６３を介して測定部６４に導かれる。測定部６４は非分散形赤外分析方式（ＮＤＩＲ）のセル６５と、セル６５の両端に対向して配置された光源６７及び検出器６９を備えている。試料ガスはセル６５内に導入され、セル６５から排出された二酸化炭素はＣＯ₂アブソーバ７１に吸収される。検出器６９で得られた信号はＴＣ、ＴＯＣ又はＩＣに相当する。除湿用電子クーラ５１には除去した水分を排出するためのドレンポット５９が接続されている。

このＴＯＣ計は、図２に示されているように、筐体２の内部に収容されている。なお、図２では、酸化反応部４０と測定部６４の配置のみを図示している。酸化反応部４０の加熱炉４１に燃焼管４２が挿入されている。燃焼管４２の上部の試料注入部４３には、試料をこの試料注入部４３に注入するための流路であるチューブ２２やキャリアガス供給部５からのキャリアガスを供給するための流路であるチューブ３６が接続されている。加熱炉４１の近傍に加熱炉４１の周辺の空気を筐体２の外部へ排出するためのファン４４ａが設けられている。ファン４４ａの下流側には筐体２の外部へと通じるダクト４４が設けられている。

測定部６４はその一部がダクト４４の近傍にくるように縦置きに配置されている。この例では、測定部６４の下部に光源６７が配置され、その上方にセル６５を挟んで検出器６９が配置されている。なお、測定部６４は下部に検出器６９が配置され、その上方にセル５６を挟んで光源６７が配置されていてもよい。

ダクト４４の一部であり、測定部６４とダクト４４の内側とを隔離している壁面に切り起こし型の開口スリット４４ｂが設けられている。開口スリット４４ｂは、ダクト４４内を流れる空気が測定部６４側へ流出することなく、測定部６４側の空気がダクト４４内の空気の流れに引き込まれるように傾斜して形成されている。これにより、赤外線を発する光源６７の熱が開口スリット４４ｂからダクト４４に引き込まれ、筐体２の外部へ排出される。これにより、検出器６９内部の温調に影響を与えるほどに検出器６９の周辺が高温になることを防止できる。

このような構造は特に、この例のように、測定部６４の下部に光源６７、その上方に検出器６９を配置した場合に有効である。このような配置では、赤外線を発する光源６７で発生した熱が上昇して検出器６９の周辺の温度を上昇させ、検出器６９の検出感度が変わってしまうという問題が起こるが、検出器６９の周辺の空気をダクト４４内に引き込んで排除して検出器６９の周辺を適度に冷却することで、そのような問題を防止できるからである。

図１に戻って同実施例の動作を説明する。
試料水はサンプリングシリンジ１１によってオートサンプラ１から吸入された後、多ポートバルブ９が、サンプリングシリンジ１１が燃焼管４２に接続されるポートに切り換えられて、サンプリングシリンジ１１のプランジャが上昇させられることにより試料水が燃焼管４２の試料注入部４３に送られ、同時に、高純度空気がキャリアガスとしてキャリアガス供給部５から逆止弁４５を介して試料注入部４３に送られ、試料水と空気の混合物が燃焼管４２に導入される。燃焼管４２では加熱炉４１により例えば６８０℃に加熱され、試料水の炭素成分は酸化されて二酸化炭素に変換される。

燃焼管４２で発生したガス（二酸化炭素と水蒸気）は冷却部４７で冷却され、二酸化炭素は逆流防止トラップ４９を経由してＩＣ反応器１９に導入され、ＩＣ反応液１９ａを通って上部から除湿用電子クーラ５１に導かれて水分が除去され、ハロゲンスクラバ６１でハロゲン成分が除かれ、メンブレンフィルタ６３により濾過されて、セル６５に導入される。そして、光源６７からの赤外光が、セル６５中に照射され、二酸化炭素の濃度に比例した信号が検出器６９から得られる。この信号は液体試料のＴＣに相当する。そして排出された二酸化炭素はＣＯ₂アブソーバ７１に吸着される。

次に、サンプリングシリンジ１１によってオートサンプラ１から吸入された試料水が、多ポートバルブ９の切替えとサンプリングシリンジ１１の作動によってＩＣ反応器１９に送られる。ＩＣ反応器１９では、下部からキャリアガスが送られてＩＣ反応液１９ａがバブリングされる状態に保たれ、その状態で上部から導入された試料水は、ＩＣ反応液１９ａであるリン酸溶液に触れ、酸性化作用により二酸化炭素を生成する。この二酸化炭素を含むガスは、除湿用電子クーラ５１に導かれて水分が除去され、ハロゲンスクラバ６１でハロゲン成分が除かれ、メンブレンフィルタ６３により濾過されて、セル６５に導入される。そして、光源６７からの赤外光が、セル６５中に照射され、二酸化炭素の濃度に比例した信号が検出器６９から得られる。この二酸化炭素量はＩＣに相当する。
このようにして測定されたＴＣからＩＣを差し引きすれば、ＴＯＣを求めることができる。

このＴＯＣ測定装置では、サンプリングシリンジ１１に通気処理を行う機構とサンプリングシリンジ１１に酸を注入する機構を備えているので、直接にＴＯＣを測定することもできる。すなわち、試料水がサンプリングシリンジ１１に採取された後、多ポートバルブ９がサンプリングシリンジ１１を塩酸１５を供給するポートに切り替えられて塩酸がサンプリングシリンジ１１に吸引される。その後、多ポートバルブ９がドレン用のポートに接続され、サンプリングシリンジ１１のプランジャがバレル下部の通気位置まで下げられ、電磁弁３７が開かれて、高純度空気がキャリアガスとしてサンプリングシリンジ１１内に導入され、サンプリングシリンジ１１内の試料水を通気処理して多ポートバルブ９のドレン用ポートから排出される。このとき、試料水に溶解していたＩＣが炭酸ガスとしてキャリアガスとともに試料水から排出される。その後、その試料水を燃焼管４２に導いて炭素成分を測定すると、ＴＯＣが測定される。

２筐体
４０酸化反応部
４１加熱炉
４２燃焼管
４３試料注入部
４４ダクト
４４ａファン
４４ｂ開口スリット
６４測定部
６５セル
６７光源
６９検出器

Claims

加熱炉と加熱炉内に挿入された燃焼管を有し、燃焼管内に導入された試料水中の成分を加熱して酸化分解するための酸化反応部と、前記酸化反応部からのガスを流通させるためのセル、前記セルに対して光を照射する光源及び前記セルを透過した光を検出するための検出器を有する測定部と、が筐体内に配置されているとともに、前記加熱炉周辺の空気を移動させることにより前記加熱炉周辺を冷却するためのファンが前記筐体内部の前記加熱炉の近傍に設けられている分析装置において、
前記ファンの排出側はダクトを通じて前記筐体の外部へ通じており、
前記測定部の少なくとも一部が前記ダクトの近傍にくるように配置されており、
前記ダクトと前記測定部とを隔離しているダクトの壁面には、前記ダクト内の空気の流れによって前記測定部側の空気が前記ダクト内に引き込まれるように設けられた開口スリットが設けられており、
前記光源は熱の発生を伴うものであり、前記測定部は前記セルを挟んで前記光源が下方、前記検出器が上方になるように縦置きに配置されており、
前記開口スリットは前記測定部の前記検出器側に配置されていることを特徴とする分析装置。
前記燃焼管において酸化分解される成分は炭素成分であり、前記測定部は前記酸化反応部で生成された二酸化炭素の濃度を吸光度により測定するものである請求項１に記載の分析装置。