JP5585434B2

JP5585434B2 - 全有機体炭素測定装置

Info

Publication number: JP5585434B2
Application number: JP2010283927A
Authority: JP
Inventors: 紀幸能登
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2030-12-21
Also published as: CN102539337A; JP2012132731A

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、酸化反応部からのガスを冷却するための冷却部と、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、を備えた全有機体炭素測定装置（以下、ＴＯＣ計）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ＴＯＣ計がある。ＴＯＣ計では、採取した試料水を酸化反応部に導入し、試料中の炭素成分を酸化分解してＣＯ₂に変換し、そのＣＯ₂を含むガスを検出部のセルに導入して吸光度を測定することにより、試料水のＴＯＣを測定する（特許文献１参照。）。

特開２００７−９３２９０号公報

ＴＯＣ計では、燃焼管の下流側に酸化反応部で気化した高温の試料を冷却するための冷却部が設けられている。冷却部は、配管がコイル状に巻かれたクーリングコイルと、クーリングコイルの側方に設けられたファンで構成されており、クーリングコイルにファンからの冷却風を吹き付けることにより、クーリングコイル内を流れる試料を冷却するようになっている。クーリングコイルに用いられている配管としては、内面にガラスコーティングが施された金属製の配管が一般的である。この場合、クーリングコイルの一端と燃焼管の出口とを接続する継ぎ手にはステンレス製の部材がよく使用されるが、継ぎ手の内面はガラスコーティングが施されていないため、継ぎ手部分で生じた錆が装置の内部に蓄積して、測定値に影響を与えるという問題があった。

そのため、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製のチューブなど、クーリングコイルを非金属製の配管で構成し、継ぎ手部分もＰＴＦＥ製などの非金属製部材を使用する場合もある。しかし、クーリングコイルを非金属製配管で構成するとクーリングコイルの熱伝達率が悪くなるため、冷却部の冷却性能が低下する。そうすると、試料を大量に（例えば１５０μＬ以上）酸化反応部に注入した場合、冷却性能が不足して酸化反応部で発生した試料ガスを十分に冷却することができなくなる。冷却部において試料を十分に冷却できなかった場合、酸化反応部で気化した高温の試料ガスが装置の内部を流れ、他の部品の劣化を早めるなどの問題がある。

そこで本発明は、冷却部の冷却性能を低下させることなく冷却部のクーリングコイルや継ぎ手部分からの錆の発生を防止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水中の炭素成分を加熱して酸化分解することにより二酸化炭素に変換する酸化反応部と、燃焼管の出口部に接続され酸化反応部からのガスを冷却するための冷却部と、冷却部を経た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と、を備えたＴＯＣ計であって、冷却部は、燃焼管からのガスを流通させるための非金属製配管がコイル状に巻かれたクーリングコイル及びクーリングコイルの周囲を囲うカバーからなる冷却ユニットと、冷却ユニットの近傍に配置され冷却ユニットに対して冷却風を吹き付ける冷却ファンと、で構成されており、カバーの冷却ファンとの対向面に冷却ファンからの冷却風を冷却ユニット内に取り込むための取込み口が設けられ、カバーの前記対向面と反対側の面に冷却ユニット内に取り込まれた冷却風を排出するための排出口が設けられていることを特徴とするものである。

上記ＴＯＣ計において、クーリングコイルが円筒状に巻かれている場合には、取込み口と排出口はクーリングコイルの円筒の周面に対向する面に配置されていることが好ましい。そうすれば、冷却風を効率的にクーリングコイルに当てることができ、冷却部の冷却効率を向上させることができる。

本発明のＴＯＣ計において、冷却部は冷却ユニットと冷却ファンにより構成されている。そして、冷却ユニットのクーリングコイルは非金属製配管で構成されているので、燃焼管などの接続に非金属製の継ぎ手を用いることができ、クーリングコイルや継ぎ手の内面での錆の発生を防止できる。クーリングコイルの周囲をカバーで囲うことによって冷却ユニットを構成し、その冷却ユニットに対して冷却ファンからの冷却風を吹き付ける構造とし、カバーの冷却ファンとの対向面に冷却風の取込み口、その反対側の面に冷却風の排出口を設けることで、冷却ファンからの冷却風が効率よくクーリングコイルに吹き付けられ、クーリングコイルがカバーで囲われていない場合に比べて冷却ファンからの冷却風による冷却効率が上昇する。したがって、冷却効率を低下させることなくクーリングコイルや継ぎ手の内面における錆の発生を防止することができる。

ＴＯＣ計の一実施例を示す流路構成図である。同実施例の冷却部周辺の構造の一例を示す斜視図である。同実施例の冷却部の冷却管ユニットの構造を概略的に示す斜視図であり、（Ａ）は冷却管ユニットの前面側から見た図、（Ｂ）は冷却管ユニットの背面側から見た図である。

ＴＯＣ計の一実施例を図１を用いて説明する。
この実施例の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。

燃焼管４２はその上部に試料注入部４３を備え、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いる。燃焼管４２は加熱炉４１に挿入されて加熱されるようになっている。試料注入部４３にはキャリアガスの逆流を防止する逆止弁４５を介してキャリアガス供給部５が接続されている。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を介して非分散形赤外分析方式（ＮＤＩＲ）のセル６５に導かれる。セル６５の両端には光源６７及び検出器６９が対向して備えられており、検出器６９の信号はＴＣ、ＴＯＣ又はＩＣに相当する。排出された二酸化炭素はＣＯ₂アブソーバ７１に吸収される。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。

冷却部４７は燃焼管４２において気化された高温の試料ガスを冷却するものである。図２は冷却部４７の周辺の構造の一例を示した斜視図であり、図３は冷却部４７を構成する冷却ユニット４７ａの構造の一例を概略的に示す斜視図である。この例において冷却部４７は加熱炉４１の下方に配置されている。冷却部４７は冷却管ユニット４７ａと冷却ファン８０により構成されている。冷却管ユニット４７ａは硬質ガラスなどからなる非金属製配管がコイル状に巻かれたクーリングコイル７６と、そのクーリングコイル７６の周囲を囲うカバー７２により構成されている。冷却管ユニット４７ａの背面７２ｂ側に冷却ファン８０が配置されている。

クーリングコイル７６は非金属製配管で構成されているため、燃焼管４２などの外部との接続にＰＴＦＥ製など非金属製の継ぎ手を用いることができる。これにより、クーリングコイル４７ａや継ぎ手の内面に錆が発生せず、装置内部への錆の混入を防止できる。

クーリングコイル７６は円筒状に巻かれており、クーリングコイル７６を被うカバー７２はクーリングコイル７６の円筒の周面の一方側が前面７２ａとなり、前面７２ａに対向する側が背面７２ｂとなっている。

カバー７２の前面７２ａに複数の開口部７４ａがスリット状に設けられている。また、前面７２ａには、クーリングコイル７６の両端を外部に露出させて配管接続を容易にするための配管接続部７３ａ及び７３ｂも設けられている。配管接続部７３ａではクーリングコイル７６の一端に例えばＰＴＦＥ製などの非金属製の継ぎ手７８ａが取り付けられ、その継ぎ手７８ａを介して燃焼管４２が接続されている。

カバー７２の背面７２ｂの中央部に開口部７４ｂが設けられている。開口部７４ｂは冷却ファン８０からの冷却風を冷却ユニット４７ａ内に取り込むための取込み口となっている。前面７２ａに設けられた開口部７４ａは開口部７４ｂから冷却ユニット４７ａ内に取り込まれた冷却風を排出するための排出口となっている。すなわち、開口部７４ｂから取り込まれた冷却風はカバー７２によってクーリングコイル７６の周面側から入り、クーリングコイル７６の周囲に集められ、前面７２ａの開口部７４ａから排出される。これにより、クーリングコイル４７ａは冷却風により効率的に冷却される。開口部７４ａ及び７４ｂの形状や大きさはこの例に示されたものに限られないが、冷却ファン８０からの冷却風を効率よくクーリングコイル７６の周囲に集めて通り抜けさせるために、開口部７４ａは前面７２ａにおいて４０％程度の開口率であることが好ましく、開口部７４ｂは背面７２ｂにおいて４０％程度の開口率であることが好ましい。

冷却部４７がこのような構造をとることにより、冷却ファン８０からの冷却風が効率よくクーリングコイル７６に吹き付けられるので、冷却ファン８０によるクーリングコイル７６の冷却効率がカバー７２を設けていない場合よりも向上し、クーリングコイル７６を非金属製配管で構成しても、十分な冷却効果を発揮することができる。

また、非金属製配管により構成されたクーリングコイル７６の周囲をカバー７２で囲うことによって、外部からのクーリングコイル７６に対する衝撃からクーリングコイル７６を保護することができるという効果もある。さらには、カバー７２によってクーリングコイル７６の端部に接続された継ぎ手を支持するようにすることで、燃焼管４１などをクーリングコイル７６に接続する際にクーリングコイル７６に過剰な応力が作用することを防止してクーリングコイル７６の破損を防止することができる。

次に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。

１オートサンプラ
３ＴＯＣ測定部
５キャリアガス供給部
９多ポートバルブ
４１加熱炉
４２燃焼管
４３試料注入部
４７冷却部
４７ａ冷却管ユニット
７２カバー
７２ａカバー前面
７２ｂカバー背面
７３ａ，７３ｂ配管接続部
７４ａ，７４ｂ開口部
７６クーリングコイル
７８ａ，７８ｂ継ぎ手
８０冷却ファン

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炭素成分を加熱して酸化分解することにより二酸化炭素に変換する酸化反応部と、前記燃焼管の出口部に接続され前記酸化反応部からのガスを冷却するための冷却部と、前記冷却部を経た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、を備えた全有機体炭素測定装置において、
前記冷却部は、前記燃焼管からのガスを流通させるための非金属製配管からなるクーリングコイル及び前記クーリングコイルの周囲を囲うカバーからなる冷却ユニットと、前記冷却ユニットの近傍に配置され前記冷却ユニットに対して冷却風を吹き付ける冷却ファンと、で構成されており、
前記カバーの前記冷却ファンとの対向面に前記冷却ファンからの冷却風を前記冷却ユニット内に取り込むための取込み口が設けられ、前記カバーの前記対向面と反対側の面に前記冷却ユニット内に取り込まれた冷却風を排出するための排出口が設けられており、
前記クーリングコイルは円筒状に巻かれており、前記取込み口と前記排出口は前記クーリングコイルの円筒の周面に対向する面に配置されていることを特徴とする全有機体炭素測定装置。