JP5811887B2

JP5811887B2 - 全有機炭素計

Info

Publication number: JP5811887B2
Application number: JP2012035102A
Authority: JP
Inventors: 居原田　健志; 健志居原田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2032-02-21
Also published as: JP2013170934A

Description

本発明は、土壌・堆積物・農畜産物等の固体試料や、河川水・湖沼水・海水・雨水・地下水等の液体試料等の試料中の炭素分を測定する全有機炭素計に関する。

近年、公害調査等のため、上下水道水、各種プラント用水、河川等の水中に含まれる有機炭素濃度の計測が重要な項目の一つとなっている。このような有機炭素濃度の計測には全有機炭素計（ＴＯＣ計）が用いられている。
さらに、ＴＯＣ測定の要求は固体試料にも広まり、固体試料測定用ＴＯＣ計は、一定量の固体試料をセラミック製試料皿に載置して、試料皿ごと石英ガラス製燃焼管の内部に挿入することにより、固体試料中の有機物を燃焼（酸化反応）させ、発生した二酸化炭素を赤外線検出器で測定している。

このようなＴＯＣ計では、燃焼管１は、内部に挿入された試料皿６が加熱されるように、９００℃程度に加熱されている燃焼反応用筒型電気炉（燃焼炉）２の内部に水平方向に配置されている（図５及び図６参照）。また、燃焼管１の内部を一定方向（例えば、右から左へ）にキャリアガス（例えば、純度９９．９９重量％の酸素ガス）が流通するように、燃焼管１の一端部（右部）にキャリアガス入口１１が形成されている。そして、燃焼管１の他端部（左部）には、酸化触媒５が充填されており、固体試料から発生した炭素分等はキャリアガスとともに酸化触媒層５に達し、酸化触媒５により酸化されて二酸化炭素となる。
なお、燃焼管１の他端部（左部）には、ドレンセパレータを経由して非分散形赤外線ガス分析計（ＮＤＩＲ）に接続されており、燃焼管１からの二酸化炭素ガスとキャリアガスとはＮＤＩＲへ導かれて固体試料中の炭素分が検出されることになる（例えば、特許文献１参照）。

このようなＴＯＣ計を用いて、測定者が一の固体試料が載置された試料皿６から次の固体試料が載置された試料皿６への交換を行うためには、交換作業場所の温度を低くする必要があるため、電気炉２の外部に所定の距離で突出するよう燃焼管１の一端部（右部）を形成した上で、燃焼管１の一端部（右部）に試料導入ポート部（試料導入機構）を連結している。そして、試料導入ポート部から燃焼管１の一端部の内部に配置した試料皿６を、測定者は試料導入ロッド１７を押し込むことで設定方向（例えば、右から左へ）に移動させることにより、燃焼管１の中央部の内部に配置している。

ここで、図５は、従来のＴＯＣ計の試料導入ポート部の一例の概略構成図である。
試料導入ポート部２０は、上壁部に試料導入用開口部１３ｃと右壁部に円形状（例えば直径６ｍｍ）のロッド用開口部１３ｄと、下壁部にガス導入用開口部１３ｅとが形成された円筒形状のケース部１３と、試料導入用開口部１３ｃに配置されるカバー１４と、設定方向でロッド用開口部１３ｄからＯリング１３ａを介して挿入される試料導入ロッド１７と、ガス導入用開口部１３ｅに連結されたキャリアガス入口１１とを備える。

試料導入ロッド１７は、ステンレス製であって直径６ｍｍの円柱形状をしており、その先端部に試料皿６が載置されるようになっているとともに、後端部に操作ツマミが形成されている。
カバー１４は、ネジの回転によって上下方向に数ｍｍ動くようになっており、下方位置に位置したときには、上壁部の試料導入用開口部１３ｃの周辺部と密着することで、ケース部１３の内部の気密を確保し、一方、上方位置に位置したときには、水平方向にスライドさせることで、ケース部１３の内部が開放されるようになっている。

そして、燃焼管１の中央部の内部に配置された固体試料を分析する際には、キャリアガス入口１１からケース部１３の内部に５００ｍｌ／ｍｉｎでキャリアガスが導かれ、燃焼管１の内部を設定方向（例えば、右から左へ）にキャリアガスが５００ｍｌ／ｍｉｎで流通するようになっている。

このような試料導入ポート部２０によれば、測定者はネジ上端のツマミを手で回転させることによってカバー１４を上方位置に位置させ、カバー１４を手で水平方向にスライドさせた後、試料導入用開口部１３ｃからケース部１３の内部にある試料導入ロッド１７の先端部に試料皿６を配置する。そして、測定者はカバー１４を手で水平方向にスライドさせてネジ上端のツマミを手で回転させることによって、カバー１４を下方位置に位置させる。次に、測定者は試料導入ロッド１７を設定方向に手で押し込んで移動させることにより、試料皿６を燃焼管１内部の中央部に配置する。

また、図６は、従来のＴＯＣ計の試料導入ポート部の他の一例の概略構成図である。なお、上述した試料導入ポート部２０と同様のものについては、同じ符号を付している。
試料導入ポート部３０は、右壁部に円形状（例えば直径３０ｍｍ）の試料導入兼ロッド用開口部２３ｄと、下壁部にガス導入用開口部２３ｅとが形成された円筒形状のケース部２３と、設定方向で試料導入兼ロッド用開口部２３ｄから挿入される試料導入ロッド１７と、ガス導入用開口部２３ｅに連結されたキャリアガス入口１１とを備える。

燃焼管１の他端部（左部）には、５００ｍｌ／ｍｉｎで吸引する定流量ポンプ３１が接続されている。
そして、燃焼管１の中央部の内部に配置された固体試料を分析する際には、キャリアガス入口１１からケース部２３の内部に１０００ｍｌ／ｍｉｎでキャリアガスが導かれ、燃焼管１の内部を設定方向（例えば、右から左へ）にキャリアガスが５００ｍｌ／ｍｉｎで定流量ポンプ３１によって流通するとともに、定流量ポンプ３１に吸引される流量を超えた量のキャリアガスが、試料導入兼ロッド用開口部２３ｄと試料導入ロッド１７との隙間から排出されるようになっている。これにより、空気が燃焼管１の内部に侵入することを防いでいる。

このような試料導入ポート部３０によれば、測定者は試料導入ロッド１７の先端部に試料皿６を配置した後、ケース部２３の内部に試料導入兼ロッド用開口部２３ｄから試料導入ロッド１７を手で挿入する。次に、測定者は試料導入ロッド１７を設定方向に手で押し込んで移動させることにより、試料皿６を燃焼管１内部の中央部に配置する。

特開平５−５２８３７号公報

しかしながら、上述したような試料導入ポート部２０では、試料皿６を配置するための試料導入用開口部１３ｃを手動で開放したり閉鎖したりするカバー構造が必要であり、さらにケース部１３の内部に試料皿６を配置するまでの操作手順が多くなるという問題点があった。
また、上述したような試料導入ポート部３０では、燃焼管１の内部を設定方向にキャリアガスが５００ｍｌ／ｍｉｎで流通するように定流量ポンプ３１が必要であり、さらにキャリアガスの無駄が多くなるという問題点があった。
そこで、本発明は、試料を配置すると開口部を閉鎖することができる全有機炭素計を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の全有機炭素計は、試料を載置した試料皿が、燃焼管の一端部に連結された試料導入機構の内部に配置された後、前記燃焼管の一端部から他端部へ向かう設定方向に試料導入ロッドによって移動することにより、燃焼炉の内部となる前記燃焼管の中央部の内部に配置され、当該試料中の有機物が燃焼する全有機炭素計であって、前記試料導入機構は、試料導入兼ロッド用開口部が形成されたケース部と、先端部に試料皿が載置され、前記設定方向で試料導入兼ロッド用開口部から挿入される試料導入ロッドと、前記試料導入ロッドの外周面に形成されたカバーとを備え、前記試料導入ロッドが試料導入兼ロッド用開口部に挿入されていないときには、前記試料導入兼ロッド用開口部と前記試料導入ロッドとの隙間は開放されており、先端部に試料皿が載置された試料導入ロッドが試料導入兼ロッド用開口部から挿入されることにより、前記試料導入兼ロッド用開口部と前記試料導入ロッドとの隙間がカバーで塞がれるようにしている。

以上のように、本発明の全有機炭素計によれば、開口部を手動で開放したり閉鎖したりするカバー構造や定流量ポンプが必要でなくなる。また、キャリアガスの無駄も少なくなる。さらに、ケース部の内部に試料皿を配置するまでの操作手順が容易となる。

（他の課題を解決するための手段及び効果）
また、上記の発明において、前記カバーは、前記試料導入ロッドの外周面で設定方向と逆方向に移動可能に形成され、先端部に試料皿が載置された試料導入ロッドが試料導入兼ロッド用開口部から挿入されて、前記燃焼管の一端部の内部に試料皿が配置されたときには、前記試料導入兼ロッド用開口部と前記試料導入ロッドとの隙間をカバーで塞ぎ、前記試料導入兼ロッド用開口部と前記試料導入ロッドとの隙間をカバーで塞ぎながら、前記試料導入ロッドが設定方向に挿入されていくことにより、前記試料皿が燃焼管の中央部の内部に配置されるようにしてもよい。
さらに、上記の発明において、前記試料導入ロッドに対して前記カバーが設定方向に動くように作用する弾性体が、前記試料導入ロッドに取付けられているようにしてもよい。

本発明に係るＴＯＣ計の試料導入ロッドの一例の概略構成図。本発明に係るＴＯＣ計の試料導入ポート部の一例の概略構成図。本発明に係るＴＯＣ計の試料導入ポート部の一例の概略構成図。本発明に係るＴＯＣ計の試料導入ポート部の一例の概略構成図。従来のＴＯＣ計の試料導入ポート部の一例の概略構成図。従来のＴＯＣ計の試料導入ポート部の他の一例の概略構成図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

図１は、本発明に係るＴＯＣ計の試料導入ロッドの一例の概略構成図であり、図２〜図４は、本発明に係るＴＯＣ計の試料導入ポート部の一例の概略構成図である。なお、上述した試料導入ポート部３０と同様のものについては、同じ符号を付している。
試料導入ポート部１０は、右壁部に円形状（例えば直径２０ｍｍ）の試料導入兼ロッド用開口部３ｄと下壁部にガス導入用開口部３ｅとが形成された円筒形状のケース部３と、設定方向で試料導入兼ロッド用開口部３ｄから挿入される試料導入ロッド７と、ガス導入用開口部３ｅに連結されたキャリアガス入口１１とを備える。

試料導入ロッド７は、ステンレス製であって直径６ｍｍの円柱形状をしており、その先端部に試料皿６が載置されるようになっているとともに、後端部に操作ツマミが形成されている。
カバー４は、ステンレス製であって厚さ５ｍｍ、直径４０ｍｍの円環形状であり、その円環形状の開口（例えば直径６ｍｍ）にＯリング４ａを介して試料導入ロッド７が挿入されている。これにより、カバー４は、気密を保ったまま設定方向に移動可能になっている。また、試料導入ロッド７には、設定方向と垂直に突出するステンレス製のストッパ８ａと、設定方向と垂直に突出するステンレス製のストッパ８ｂとが形成されている。ストッパ８ａは先端部付近に形成され、ストッパ８ｂは中央部付近に形成されている。そして、カバー４は、ストッパ８ａとストッパ８ｂとの間に配置されている。
カバー４とストッパ８ｂとの間には、カバー４が設定方向に動くように作用するバネ（弾性体）９が取付けられている。これにより、バネ９によってカバー４が試料導入ロッド７に対して設定方向に動くことで、ストッパ８ａに押し付けられる。

そして、燃焼管１の中央部の内部に配置された固体試料を分析する際には、キャリアガス入口１１からケース部３の内部に５００ｍｌ／ｍｉｎでキャリアガスが導かれ、燃焼管１の内部を設定方向（例えば、右から左へ）にキャリアガスが５００ｍｌ／ｍｉｎで流通するようになっている。

ここで、ＴＯＣ計によって測定者が一の固体試料が載置された試料皿６から次の固体試料が載置された試料皿６への交換を行う方法の一例について説明する。
まず、測定者は、試料導入ロッド７の先端部に試料皿６を配置する（図２参照）。次に、測定者は、ケース部３の内部に試料導入兼ロッド用開口部３ｄから試料導入ロッド７を手で挿入する（図３参照）。これにより、燃焼管１の一端部の内部に試料皿６が配置されたときには、カバー４がケース部３の試料導入兼ロッド用開口部３ｄの周辺部とＯリング３ａを介して密着することで、試料導入兼ロッド用開口部３ｄと試料導入ロッド７との隙間をカバー４で塞ぐ。そして、キャリアガス入口１１からケース部３の内部に５００ｍｌ／ｍｉｎでキャリアガスを導くことで、図２の状態のときに侵入した空気を押し出すため、キャリアガスを一定時間（例えば、６０秒間）パージする。このとき、測定者は、試料導入ロッド７を手で持ったままでもよく、何かで固定してもよい。

次に、測定者は、試料導入兼ロッド用開口部３ｄと試料導入ロッド７との隙間をカバー４で塞ぎながら、試料導入ロッド７を設定方向に手で押し込んでいくことで試料皿６を移動させて、燃焼管１の中央部の内部に配置する（図４参照）。このとき、キャリアガス入口１１からケース部３の内部に５００ｍｌ／ｍｉｎでキャリアガスが導かれ、燃焼管１の内部を設定方向（例えば、右から左へ）にキャリアガスが５００ｍｌ／ｍｉｎで流通する。そして、燃焼管１の他端部（左部）には、酸化触媒５が充填されており、固体試料から発生した有機物等はキャリアガスとともに酸化触媒層５に達し、酸化触媒５により酸化されて二酸化炭素となる。このとき、測定者は、試料導入ロッド７を手で持ったままでもよく、何かで固定してもよい。

そして、固体試料の分析が終了した際には、測定者は、試料導入兼ロッド用開口部３ｄから試料導入ロッド７を設定方向と逆方向に手で引っ張る（図３参照）。さらに、測定者は、試料導入ロッド７を設定方向と逆方向に手で引っ張ることで、試料導入ロッド７を試料導入兼ロッド用開口部３ｄから取り出す（図２参照）。そして、測定者は一の固体試料が載置された試料皿６から次の固体試料が載置された試料皿６への交換を行う。

以上のように、本発明の試料導入ポート部１０によれば、試料導入用開口部を手動で開放したり閉鎖したりするカバー構造や定流量ポンプが必要ではなくなる。また、キャリアガスの無駄も少なくなる。さらに、ケース部３の内部に試料皿６を配置するまでの操作手順が容易となる。

＜他の実施形態＞
（１）上述したＴＯＣ計では、測定者が試料導入ロッド７を手で押し込んでいく構成を示したが、モータやソレノイドによって試料導入ロッド７を押し込んでいくような構成としてもよい。
（２）上述したＴＯＣ計では、バネ９によってカバー４がケース部３の試料導入兼ロッド用開口部３ｄの周辺部と密着する構成を示したが、モータやソレノイドによってカバー４がケース部３の試料導入兼ロッド用開口部３ｄの周辺部と密着するような構成としてもよい。

本発明は、土壌・堆積物・農畜産物等の固体試料や、河川水・湖沼水・海水・雨水・地下水等の液体試料等の試料中の炭素分を測定する全有機炭素計等に利用することができる。

１燃焼管
２電気炉（燃焼炉）
３ケース部
４カバー
３ｄ試料導入兼ロッド用開口部
６試料皿
７試料導入ロッド
１０試料導入ポート部（試料導入機構）

Claims

試料を載置した試料皿が、燃焼管の一端部に連結された試料導入機構の内部に配置された後、前記燃焼管の一端部から他端部へ向かう設定方向に試料導入ロッドによって移動することにより、燃焼炉の内部となる前記燃焼管の中央部の内部に配置され、当該試料中の有機物が燃焼する全有機炭素計であって、
前記試料導入機構は、試料導入兼ロッド用開口部が形成されたケース部と、
先端部に試料皿が載置され、前記設定方向で試料導入兼ロッド用開口部から挿入される試料導入ロッドと、
前記試料導入ロッドの外周面に形成されたカバーとを備え、
前記試料導入ロッドが試料導入兼ロッド用開口部に挿入されていないときには、前記試料導入兼ロッド用開口部と前記試料導入ロッドとの隙間は開放されており、先端部に試料皿が載置された試料導入ロッドが試料導入兼ロッド用開口部から挿入されることにより、前記試料導入兼ロッド用開口部と前記試料導入ロッドとの隙間がカバーで塞がれることを特徴とする全有機炭素計。
前記カバーは、前記試料導入ロッドの外周面で設定方向と逆方向に移動可能に形成され、
先端部に試料皿が載置された試料導入ロッドが試料導入兼ロッド用開口部から挿入されて、前記燃焼管の一端部の内部に試料皿が配置されたときには、前記試料導入兼ロッド用開口部と前記試料導入ロッドとの隙間をカバーで塞ぎ、
前記試料導入兼ロッド用開口部と前記試料導入ロッドとの隙間をカバーで塞ぎながら、前記試料導入ロッドが設定方向に挿入されていくことにより、前記試料皿が燃焼管の中央部の内部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の全有機炭素計。
前記試料導入ロッドに対して前記カバーが設定方向に動くように作用する弾性体が、前記試料導入ロッドに取付けられていることを特徴とする請求項２に記載の全有機炭素計。