JP7267360B2

JP7267360B2 - 試料分析装置及び試料分析方法

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Publication number: JP7267360B2
Application number: JP2021141182A
Authority: JP
Inventors: 勝千代丸; 寛明三河; 友一奥崎; 優 ▲高▼橋; 耕平川崎; 歩美林
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2021-08-31
Publication date: 2023-05-01
Anticipated expiration: 2041-08-31
Also published as: JP2023034778A; US20230066692A1

Description

本開示は、試料分析装置及び試料分析方法に関するものである。

従来、処理対象の液体に含まれる特定物質の濃度を検出する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、石炭火力発電所において生ずる排煙脱硫排水中のアルミニウム濃度を検出する濃度分析計を備えた装置が開示されている。

特開平６－１５２７９号公報

例えば、アルミニウム合金等の金属材料により形成される航空機部品を生産する際に、処理液を用いて、金属材料のエッチングや皮膜処理などの表面処理が行われる。処理液により所望の表面処理を行うためには、処理液に含まれる特定物質の濃度を所望の範囲に保つ必要がある。そのため、例えば、工場において作業員等により定期的（１回／週など）に処理液から試料液を抽出し、分析装置が設置された場所へ輸送し、分析装置を用いて処理液に含まれる特定物質の濃度の分析が行われる。

しかしながら、工場において処理液から試料液を抽出する間に一定の期間（例えば、１週間）が経過するため、この期間内に処理液に含まれる特定物質の濃度が何らかの要因によって大きく変動してしまうと、処理液に含まれる特定物質の濃度を所望の範囲に保つことができず、適切な表面処理を行うことができなくなる可能性がある。

また、分析装置を用いて試料液の分析をする際には、試料液に試薬液を混合する作業や、試料液と試薬液とが混合した混合液を分析装置に設置する作業などが必要であり、それらの作業を行う作業員や分析装置を設置するスペースを確保する必要がある。しかしながら、工場において、各種の作業を行う作業員や分析装置を設置するスペースを確保することは容易ではない。

また、試料液と試薬液とを自動的に混合して試料液に含まれる特定物質の濃度を検出する分析装置を工場に設置することができれば、試料液を分析する頻度を高め、処理液に含まれる特定物質の濃度を所望の範囲に保つことができる。しかしながら、試料液と試薬液とを十分に混合することができない場合には、試料液に含まれる特定物質の濃度を正確に分析することができない。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、金属材料の表面処理を行うための処理液から抽出された試料液に試薬液を混合する作業を行う作業員やその作業を行うスペースを確保することなく、処理液に含まれる特定物質の濃度を所望の範囲に保つように適切に分析すること可能な試料分析装置および試料分析方法を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る試料分析装置は、主配管に配置されるポンプと、前記主配管に接続される主ポートと複数の副ポートとを有し、前記主ポートに接続される前記副ポートを切り換える流路切換部と、前記ポンプと前記主ポートとの間の前記主配管に設けられる混合容器と、金属材料の表面処理を行うための処理液から抽出された試料液に含まれる特定物質の濃度を検出する検出部と、前記ポンプ及び前記流路切換部を制御する制御部と、を備え、複数の前記副ポートは、前記試料液が供給される試料配管に接続される試料ポートと、前記試薬液が供給される試薬配管に接続される試薬ポートと、前記検出部が配置される検出配管に接続される検出ポートと、を有し、前記制御部は、前記主ポートと前記試薬ポートとを接続して前記試薬配管から前記混合容器へ前記試薬液を引き込み、前記主ポートと前記試料ポートとを接続して前記試料配管から前記混合容器へ前記試料液を引き込み、前記主ポートと前記試薬ポートとを再び接続して前記試薬配管から前記混合容器へ前記試薬液を引き込み、前記主ポートと前記検出ポートとを接続して前記混合容器から前記検出部へ前記試料液と前記試薬液とを含む混合液を供給するよう前記ポンプ及び前記流路切換部を制御する。

本開示の一態様に係る試料分析方法は、試料分析装置を用いて試料液に含まれる特定物質の濃度を検出する試料分析方法であって、前記試料分析装置は、主配管に配置されるポンプと、前記主配管に接続される主ポートと複数の副ポートとを有し、前記主ポートに接続される前記副ポートを切り換える流路切換部と、前記ポンプと前記主ポートとの間の前記主配管に設けられる混合容器と、金属材料の表面処理を行うための処理液から抽出された試料液に含まれる前記特定物質の濃度を検出する検出部と、を備え、複数の前記副ポートは、前記試料液が供給される試料配管に接続される試料ポートと、前記試薬液が供給される試薬配管に接続される試薬ポートと、前記検出部が配置される検出配管に接続される検出ポートと、を有し、前記主ポートと前記試薬ポートとを接続して前記試薬配管から前記混合容器へ前記試薬液を引き込み、前記主ポートと前記試料ポートとを接続して前記試料配管から前記混合容器へ前記試料液を引き込み、前記主ポートと前記試薬ポートとを再び接続して前記試薬配管から前記混合容器へ前記試薬液を引き込み、前記主ポートと前記検出ポートとを接続して前記混合容器から前記検出部へ前記試料液と前記試薬液とを含む混合液を供給するよう前記ポンプ及び前記流路切換部を制御する制御工程と、前記検出部により前記混合液に含まれる前記特定物質の濃度を検出する検出工程と、を備える。

本開示によれば、金属材料の表面処理を行うための処理液から抽出された試料液に試薬液を混合する作業を行う作業員やその作業を行うスペースを確保することなく、処理液に含まれる特定物質の濃度を所望の範囲に保つように適切に分析すること可能な試料分析装置および試料分析方法を提供することができる。

試料分析システムを示す概略構成図である。試料分析装置の概略構成を示す図である。図２に示す制御部の構成を示すブロック図である。本実施形態の試料分析方法を示すフローチャートである。図４の混合工程を示すフローチャートである。

以下、本開示の一態様に係る試料分析システムについて、図面を参照して説明する。図１は、本開示の試料分析システムを示す概略構成図である。図１に示すように、試料分析システムは、試料分析装置１００と、表面処理装置２００と、を有する。試料分析装置１００の詳細な構成については後述する。

表面処理装置２００は、金属材料により形成される金属部品３００の表面処理を行う装置である。金属部品（対象部品）３００は、例えば、アルミニウム合金により形成される航空機部品である。表面処理装置２００は、クレーン２１０と、搬送方向ＴＤに沿って間隔を空けて配置される複数の処理槽２２０と、各処理槽２２０に対応して設けられた複数のバルブ２３０と、を有する。

表面処理装置２００は、例えば、アルミニウム合金により形成される航空機部品の表面に被膜を形成するために、アノダイズ処理（アルミニウム陽極酸化処理）を行う装置である。アノダイズ処理を行う処理液として、例えば、クロム酸、硫酸、りん酸、および硼酸・硫酸が使用される。

複数の処理槽２２０に含まれる第１処理槽２２１には、アノダイズ処理を行う処理液が保持されている。第２処理槽２２２および第３処理槽２２３には、純水が保持されている。表面処理装置２００は、金属部品３００を、クレーン２１０によって吊るし、搬送方向ＴＤに移動させながら上下動作により第１処理槽２２１、第２処理槽２２２、第３処理槽２２３の順に各処理槽に保持される処理液に浸漬させる。

また、第４処理槽２２４、第５処理槽２２５、第６処理槽２２６には、それぞれ他の表面処理を行うための処理液が保持されている。表面処理装置２００は、金属部品３００を、搬送方向ＴＤに沿って第１～第６処理槽の順で順次処理液に浸漬させることにより、金属部品３００に所望の表面処理を行う。なお、表面処理装置２００が有する処理槽２２０の数は、任意の数とすることができる。

図１に示すように、第１処理槽２２１，第２処理槽２２２，第３処理槽２２３，第４処理槽２２４，第５処理槽２２５，第６処理槽２２６のそれぞれには、処理液から抽出された試料液を試料分析装置１００へ導く第１配管ＳＬ１，第２配管ＳＬ２，第３配管ＳＬ３，第４配管ＳＬ４，第５配管ＳＬ５，第６配管ＳＬ６が接続されている。

第１配管ＳＬ１，第２配管ＳＬ２，第３配管ＳＬ３，第４配管ＳＬ４，第５配管ＳＬ５，第６配管ＳＬ６には、それぞれ第１バルブ２３１，第２バルブ２３２，第３バルブ２３３，第４バルブ２３４，第５バルブ２３５，第６バルブ２３６が設けられている。試料分析装置１００の制御部６０は、複数のバルブ２３０（第１～第６バルブ）の開閉状態を切り換えることにより、複数の処理槽２２０の中から任意の処理槽の処理液を抽出し、試料分析装置１００へ供給することができる。

次に、本実施形態の試料分析装置１００の詳細について、図２を参照して説明する。図２は、試料分析装置１００の概略構成を示す図である。図２に示すように、試料分析装置１００は、シリンジポンプ１０と、流路切換バルブ（流路切換部）２０と、混合容器３０と、検出部４０と、三方バルブ５０と、制御部６０と、除去部７０と、を備える。

シリンジポンプ１０は、主配管Ｌｍに配置され、所定量の液体を吸引または送出する装置である。シリンジポンプ１０は、外筒１１に対して、外筒１１の内周面に接触するガスケット１２ａが先端に取り付けられたプランジャ１２を挿入する長さをモータ１３で調整することにより、液体の吸引量および送出量を調整する。

流路切換バルブ２０は、主ポートＰｍと複数の副ポートＰｓ（Ｐｓ１－Ｐｓ１２）とを有し、主ポートＰｍに接続される副ポートＰｓを切り換える装置である。主ポートＰｍおよび副ポートＰｓは、液体を流通させるための流路である。流路切換バルブ２０は、制御部６０から伝達される制御信号に応じて、主ポートＰｍに対して複数の副ポートＰｓ（Ｐｓ１－Ｐｓ１２）のいずれか１つを接続するように切り換える。

試料ポートＰｓ１は、複数の処理槽２２０のいずれかで保持される処理液を抽出した試料液が供給される試料配管Ｌｓ１に接続されるポートである。検出ポートＰｓ２は、検出部４０が配置される検出配管Ｌｓ２に接続されるポートである。反応試薬ポートＰｓ３は、反応試薬容器Ｃｏ３から反応試薬液が供給される反応試薬配管Ｌｓ３に接続されるポートである。反応試薬液は、例えば、水約７０ｍＬに濃硝酸１ｍＬを加え、無水硫酸マグネシウム１２．２ｇ（７水和物の場合は２５ｇ）、アスコルビン酸５ｇ、ｏ－フェナントロリン１水和物０．２５ｇを溶解する。この溶液にアルミニウム標準液１０ｐｐｍを５ｍＬ加え、水で全量を１００ｍＬとしたものである。

発色試薬ポートＰｓ４は、発色試薬容器Ｃｏ４から発色試薬液（例えば、ピロカテコールバイオレット（ＰＣＶ）溶液）が供給される発色試薬配管Ｌｓ４に接続されるポートである。緩衝液ポートＰｓ５は、緩衝液容器Ｃｏ５から緩衝液（例えば、ヘキサミン溶液）が供給される緩衝液配管Ｌｓ５に接続されるポートである。六価クロム除去用カートリッジ洗浄用ポートＰｓ６は、洗浄容器Ｃｏ６から洗浄液である０．１ＭＮａＯＨが供給される洗浄配管Ｌｓ６に接続されるポートである。洗浄容器Ｃｏ６に保持される洗浄液を除去部７０に供給することにより、除去部７０を洗浄することができる。

除去ポートＰｓ８は、除去部７０が設けられた除去配管Ｌｓ８に接続されるポートである。戻しポートＰｓ７は、試薬液容器Ｃｏ８に保持された試薬液が供給される戻し配管Ｌｓ７に接続されるポートである。第１希釈ポートＰｓ９は、純水で希釈された試料液が供給される第１希釈配管Ｌｓ９に接続されるポートである。第２希釈ポートＰｓ１０は、純水で希釈された試料液が供給される第２希釈配管Ｌｓ１０に接続されるポートである。

標準ポートＰｓ１１は、標準液容器Ｃｏ１１から既知の濃度（所定濃度）のアルミニウムイオンを含む標準液が供給される標準配管Ｌｓ１１に接続されるポートである。純水ポートＰｓ１２は、純水容器Ｃｏ１２から純水が供給される純水配管Ｌｓ１２に接続されるポートである。

混合容器３０は、シリンジポンプ１０と主ポートＰｍとの間の主配管Ｌｍに設けられるループ状（コイル状）の容器である。制御部６０が三方バルブ５０を混合容器３０側の主配管Ｌｍとシリンジポンプ１０とを接続するように制御する場合、シリンジポンプ１０の動作に応じて、主ポートＰｍから混合容器３０に液体が吸引され、あるいは混合容器３０から主ポートＰｍに液体が送出される。

検出部４０は、アルミニウム合金の表面処理を行うための処理液から抽出された試料液に含まれるアルミニウムイオン（特定物質）の濃度を検出する装置である。検出部４０は、試料液と試薬液とを混合した混合液に特定の波長の光を照射した際に通過する光量を測定することにより、アルミニウムイオンの濃度を検出する。

なお、本実施形態では、検出部がアルミニウムイオンの濃度を検出するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、シリカイオンなど他の特定物質の濃度を検出するようにしてもよい。

三方バルブ５０は、主配管Ｌｍの混合容器３０側とシリンジポンプ１０とを接続する第１状態と、主配管Ｌｍの純水容器Ｃｏ１２側とシリンジポンプ１０とを接続する第２状態とを切り換える装置である。第１状態においてシリンジポンプ１０で液体を吸引する動作をすると、主ポートＰｍから混合容器３０に液体が導かれる。第２状態においてシリンジポンプ１０で液体を吸引する動作をすると、純水容器Ｃｏ１２からシリンジポンプ１０に純水が導かれる。

制御部６０は、シリンジポンプ１０、流路切換バルブ２０、三方バルブ５０を含む試料分析装置１００の全体を制御する装置である。図３に示すように、制御部６０は、コンピュータシステム（計算機システム）であり、ＣＰＵ６１と、ＣＰＵ６１が実行するプログラム等を記憶するためのＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）６２と、各プログラム実行時のワーク領域として機能するＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）６３と、大容量記憶装置としてのハードディスクドライブ（ＨＤＤ）６４と、ネットワーク等に接続するための通信部６５とを備えている。これら各部は、バス６６を介して接続されている。

除去部７０は、試料液に含まれる除去対象物質を除去するための装置である。本実施形態の除去対象物質は、クロム酸イオン（六価クロム）である。アノダイズ処理を行う処理液として、クロム酸が用いられる場合、処理液にはクロム酸イオンが含まれたものとなる。クロム酸イオンが試料液に残存した状態であると、試料液と試薬液とを混合した混合液を検出部４０で検出する際に適切な検出結果が得られない。

そこで、除去部７０によりクロム酸イオンを除去する。除去部７０は、陰イオン交換樹脂カートリッジを有し、除去部７０を通過する試料液からクロム酸イオンを除去する。クロム酸イオンが除去された試料液は、除去配管Ｌｓ８を介して試薬液容器Ｃｏ８に供給される。

次に、本実施形態の試料分析装置１００を用いた試料分析方法について、図４および図５に示すフローチャートを参照して説明する。図４は、本実施形態の試料分析方法を示すフローチャートである。図５は、図４の混合工程を示すフローチャートである。図４および図５に示す各処理は、制御部６０が制御プログラムを動作させることにより実行される。なお、以下で特に説明する場合を除き、制御部６０は、主配管Ｌｍの混合容器３０側とシリンジポンプ１０とを接続する第１状態となるよう三方バルブ５０を制御するものとする。

ステップＳ１０１で制御部６０は、試料液と純水を混合させて希釈液を生成する（希釈工程）。制御部６０は、主ポートＰｍと試料ポートＰｓ１とを接続するよう流路切換バルブ２０を制御する。また、制御部６０は、試料配管Ｌｓ１から混合容器３０へ試料液を引き込むようにシリンジポンプ１０を制御する。以上により、混合容器３０に所定量の試料液が保持される状態となる。

次に、制御部６０は、主ポートＰｍと純水ポートＰｓ１２とを接続するよう流路切換バルブ２０を制御する。また、制御部６０は、純水配管Ｌｓ１２から混合容器３０へ純水を引き込むようにシリンジポンプ１０を制御する。以上により、混合容器３０に所定量の試料液と所定量の純水が保持される状態となる。

次に、制御部６０は、主ポートＰｍと第１希釈ポートＰｓ９とを接続するよう流路切換バルブ２０を制御する。また、制御部６０は、混合容器３０から第１希釈配管Ｌｓ９に接続された第１希釈容器Ｃｏ９へ希釈液を供給するようにシリンジポンプ１０を制御する。以上により、第１希釈容器Ｃｏ９に希釈液が保持される状態となる。

制御部６０は、第１希釈容器Ｃｏ９に保持される希釈液を更に純水で希釈する場合には、以下の処理を実行する。具体的には、制御部６０は、主ポートＰｍと第１希釈ポートＰｓ９とを接続するよう流路切換バルブ２０を制御する。また、制御部６０は、第１希釈配管Ｌｓ９から混合容器３０へ希釈液を引き込むようにシリンジポンプ１０を制御する。以上により、混合容器３０に所定量の希釈液が保持される状態となる。

次に、制御部６０は、主ポートＰｍと純水ポートＰｓ１２とを接続するよう流路切換バルブ２０を制御する。また、制御部６０は、純水配管Ｌｓ１２から混合容器３０へ純水を引き込むようにシリンジポンプ１０を制御する。以上により、混合容器３０に所定量の希釈液と所定量の純水が保持される状態となる。

次に、制御部６０は、主ポートＰｍと第２希釈ポートＰｓ１０とを接続するよう流路切換バルブ２０を制御する。また、制御部６０は、混合容器３０から第２希釈配管Ｌｓ１０に接続された第２希釈容器Ｃｏ１０へ希釈液を供給するようにシリンジポンプ１０を制御する。

以上により、第２希釈容器Ｃｏ１０に希釈液が保持される状態となる。第１希釈容器Ｃｏ９を用いて試料液を希釈した後に更に第２希釈容器Ｃｏ１０を用いて希釈することができる。したがって、試料液を検出部４０で検出するのに適した所望の希釈液となるように広範囲の倍率で試料液を希釈することができる。

なお、複数の処理槽２２０から抽出した試料液を希釈する必要の無い場合には、ステップＳ１０１の希釈工程を省略してもよい。希釈工程を省略する場合、ステップＳ１０２の除去工程では、試料配管Ｌｓ１から混合容器３０に吸引した試料液を除去部７０に送出するものとする。

ステップＳ１０２で制御部６０は、希釈液に含まれる除去対象物質を除去部７０により除去する（除去工程）。制御部６０は、主ポートＰｍと第１希釈ポートＰｓ９または第２希釈ポートＰｓ１０とを接続するよう流路切換バルブ２０を制御する。また、制御部６０は、第１希釈配管Ｌｓ９または第２希釈配管Ｌｓ１０から混合容器３０へ希釈液を引き込むようにシリンジポンプ１０を制御する。以上により、混合容器３０に所定量の希釈液が保持される状態となる。

次に、制御部６０は、主ポートＰｍと除去ポートＰｓ８とを接続するよう流路切換バルブ２０を制御する。また、制御部６０は、混合容器３０から除去配管Ｌｓ８に配置された除去部７０へ希釈液を供給するようにシリンジポンプ１０を制御する。除去部７０は、除去部７０を通過する希釈液からクロム酸イオンを除去し、除去配管Ｌｓ８を介して希釈液を試薬液容器Ｃｏ８に供給する。

ステップＳ１０３で制御部６０は、希釈液（試薬液）に対して反応試薬および発色試薬を混合させて検出部４０に送出する（混合工程）。ステップＳ１０３の混合工程は、図５のステップＳ２０１からステップＳ２０８までの一連の処理を含む。

図５に示すように、ステップＳ２０１で、制御部６０は、緩衝液を混合容器３０へ吸引する。制御部６０は、主ポートＰｍと緩衝液ポートＰｓ５とを接続するよう流路切換バルブ２０を制御する。また、制御部６０は、緩衝液配管Ｌｓ５から混合容器３０へ緩衝液を引き込むようにシリンジポンプ１０を制御する。以上により、混合容器３０に所定量の緩衝液が保持される状態となる。

ステップＳ２０２で、制御部６０は、発色試薬液を混合容器３０へ吸引する。制御部６０は、主ポートＰｍと発色試薬ポートＰｓ４とを接続するよう流路切換バルブ２０を制御する。また、制御部６０は、発色試薬配管Ｌｓ４から混合容器３０へ発色試薬液を引き込むようにシリンジポンプ１０を制御する。以上により、混合容器３０に所定量の発色試薬液が保持される状態となる。

ステップＳ２０３で、制御部６０は、反応試薬液を混合容器３０へ吸引する。制御部６０は、主ポートＰｍと反応試薬ポートＰｓ３とを接続するよう流路切換バルブ２０を制御する。また、制御部６０は、反応試薬配管Ｌｓ３から混合容器３０へ反応試薬液を引き込むようにシリンジポンプ１０を制御する。以上により、混合容器３０に所定量の反応試薬液が保持される状態となる。

ステップＳ２０４で、制御部６０は、希釈した試料液を混合容器３０へ吸引する。制御部６０は、主ポートＰｍと第１希釈ポートＰｓ９または第２希釈ポートＰｓ１０とを接続するよう流路切換バルブ２０を制御する。また、制御部６０は、第１希釈配管Ｌｓ９または第２希釈配管Ｌｓ１０から混合容器３０へ希釈液を引き込むようにシリンジポンプ１０を制御する。以上により、混合容器３０に所定量の希釈液が保持される状態となる。

ステップＳ２０５で、制御部６０は、反応試薬液を混合容器３０へ吸引する。ステップＳ２０５の動作はステップＳ２０３の動作と同様であるため説明を省略する。
ステップＳ２０６で、制御部６０は、発色試薬液を混合容器３０へ吸引する。ステップＳ２０６の動作はステップＳ２０２の動作と同様であるため説明を省略する。
ステップＳ２０７で、制御部６０は、緩衝液を混合容器３０へ吸引する。ステップＳ２０７の動作はステップＳ２０１の動作と同様であるため説明を省略する。

ステップＳ２０５でステップＳ２０３と同じ動作を実行し、ステップＳ２０６でステップＳ２０２と同じ動作を実行し、ステップＳ２０７でステップＳ２０１と同じ動作を実行しているのは、試料液の両側に反応試薬液を配置し、さらにそれらの両側に発色試薬液を配置し、さらにそれらの両側に緩衝液を配置するためである。混合容器３０の内部には、シリンジポンプ１０に近い側から、緩衝液、発色試薬液、反応試薬液、試料液、反応試薬液、発色試薬液、緩衝液の順に配置される。

ステップＳ２０８で、制御部６０は、混合容器３０に保持される試料液と反応試薬液と発色試薬液と緩衝液との混合液を検出部４０に送出する。制御部６０は、主ポートＰｍと検出ポートＰｓ２とを接続するよう流路切換バルブ２０を制御する。また、制御部６０は、混合容器３０から検出配管Ｌｓ２を介して検出部４０へ混合液を供給するようにシリンジポンプ１０を制御する。以上により、混合容器３０に保持される混合液が検出部４０に送出される。

混合容器３０の内部に保持される状態では、試料液に対して反応試薬液と発色試薬液と緩衝液とが濃度分布をもった状態で保持されるが、混合容器３０から送出されて流路切換バルブ２０を介して検出部４０に到達する過程において、試料液と反応試薬液と発色試薬液と緩衝液とが良好に混合する。以上により、ステップＳ１０３の混合工程が終了する。

ステップＳ１０４で制御部６０は、混合液中の試料液に含まれるアルミニウムイオンの濃度を検出する（検出工程）。制御部６０は、ステップＳ２０８で混合容器３０から送出された混合液が検出部４０を通過する際に、混合液に特定の波長の光を照射し、光を照射した際に通過する第１光量を測定するよう検出部４０を制御する。

次に、制御部６０は、主ポートＰｍと標準ポートＰｓ１１とを接続するよう流路切換バルブ２０を制御する。また、制御部６０は、標準配管Ｌｓ１１から混合容器３０へ標準液を引き込むようにシリンジポンプ１０を制御する。以上により、混合容器３０に所定量の標準液が保持される状態となる。

次に、制御部６０は、混合容器３０に保持される標準液を検出部４０に送出する。制御部６０は、主ポートＰｍと検出ポートＰｓ２とを接続するよう流路切換バルブ２０を制御する。また、制御部６０は、混合容器３０から検出配管Ｌｓ２を介して検出部４０へ標準液を供給するようにシリンジポンプ１０を制御する。以上により、混合容器３０に保持される標準液が検出部４０に送出される。

次に、制御部６０は、混合容器３０から送出された標準液が検出部４０を通過する際に、標準液に特定の波長の光を照射し、光を照射した際に通過する第２光量を測定するよう検出部４０を制御する。検出部４０は、混合液から測定された第１光量と、標準液から測定された第２光量とに基づいて、混合液中の試料液に含まれるアルミニウムイオンの濃度を検出する。

検出部４０は、アルミニウムイオンの濃度が既知である標準液から測定された第２光量に対する第１光量の比を算出することにより、アルミニウムイオンの濃度を検出する。検出部４０が検出したアルミニウムイオンの濃度は制御部６０に伝達される。

制御部６０は、検出部４０の検出結果を表示装置（図示略）に表示し、あるいは通信部６５を介して検出結果を所定の通知先へ通知する。制御部６０は、例えば、検出部４０が検出したアルミニウムイオンの濃度が予め定めた設定値を上回る場合には、作業者に対して表示画面等を介して警告する。

制御部６０は、図４に示す試料分析処理の頻度を任意の頻度に設定することができる。例えば、制御部６０は、前回の試料分析処理で検出したアルミニウムイオンの濃度と今回の試料分析処理で検出したアルミニウムイオンの濃度から、単位時間当たりのアルミニウムイオンの濃度の上昇率を算出し、上昇率が高いほど次回に試料分析処理を行うまでの間隔を短くするように試料分析処理の頻度を設定することができる。これは、アルミニウムイオンの濃度の上昇率が高い場合、試料分析処理の頻度を短くしないとアルミニウムイオンの濃度が予め定めた設定値を上回ることを適切なタイミングで検出できない可能性があるからである。

以上説明した本実施形態の試料分析装置が奏する作用及び効果について説明する。
本実施形態の試料分析装置１００によれば、シリンジポンプ１０および流路切換バルブ２０を制御することにより、シリンジポンプ１０が配置される主配管Ｌｍに接続される主ポートＰｍと反応試薬配管Ｌｓ３に接続される反応試薬ポートＰｓ３とを接続して反応試薬配管Ｌｓ３から混合容器３０へ反応試薬液を引き込み、主ポートＰｍと試料ポートＰｓ１とを接続して試料配管Ｌｓ１から混合容器３０へ試料液を引き込み、主ポートＰｍと反応試薬ポートＰｓ３とを再び接続して反応試薬配管Ｌｓ３から混合容器３０へ反応試薬液を引き込む。これにより、混合容器３０には、試料液の両側を反応試薬液で挟んだ状態で試料液と反応試薬液の混合液が保持される。

その後、主ポートＰｍと検出ポートＰｓ２とを接続して混合容器３０から検出部４０へ混合液が供給される。混合液は、主配管Ｌｍから主ポートＰｍへ導かれ、主ポートＰｍから検出ポートＰｓ２へ導かれ、検出ポートＰｓ２から検出配管Ｌｓ２を介して検出部４０に導かれる。混合液が試料液の両側を反応試薬液で挟んだ状態で混合容器３０に保持されているため、混合液を混合容器３０から検出部４０に導く際に、試料液と反応試薬液とが適切に混合される。

このように、本実施形態の試料分析装置１００によれば、作業者が作業をすることなく試料液と反応試薬液とが自動的に混合されるため、金属材料の表面処理を行うための処理液から抽出された試料液に反応試薬液を混合する作業を行う作業員やその作業を行うスペースを確保する必要がない。また、試料液と反応試薬液とが適切に混合されるため、処理液に含まれる特定物質の濃度を所望の範囲に保つように適切に分析すること可能な試料分析装置１００を提供することができる。

また、本実施形態の試料分析装置１００によれば、所定の濃度のアルミニウムイオンを含む標準液を用意し、混合液に特定の波長の光を照射した際に通過する第１光量と、標準液に特定の波長の光を照射した際に通過する第２光量とを測定し、第１光量と第２光量に基づいてアルミニウムイオンの濃度を正確に検出することができる。

また、本実施形態の試料分析装置１００によれば、混合容器３０へ試料液および純水を引き込み、主ポートＰｍと第１希釈ポートＰｓ９とを接続して混合容器３０から第１希釈容器Ｃｏ９へ希釈液を供給することにより、試料液を適切に希釈して第１希釈容器Ｃｏ９に保持させることができる。

また、本実施形態の試料分析装置１００によれば、試料液を除去部７０へ供給することにより試料液からクロム酸イオンが適切に除去されるため、検出部４０において試料液に含まれるアルミニウムイオンの濃度を正確に検出することができる。

以上説明した本実施形態に記載の試料分析装置は、例えば以下のように把握される。
本開示の一態様に係る試料分析装置（１００）は、主配管（Ｌｍ）に配置されるポンプ（１０）と、前記主配管に接続される主ポート（Ｐｍ）と複数の副ポート（Ｐｓ）とを有し、前記主ポートに接続される前記副ポートを切り換える流路切換部（２０）と、前記ポンプと前記主ポートとの間の前記主配管に設けられる混合容器（３０）と、金属材料の表面処理を行うための処理液から抽出された試料液に含まれる特定物質の濃度を検出する検出部（４０）と、前記ポンプ及び前記流路切換部を制御する制御部（５０）と、を備え、複数の前記副ポートは、前記試料液が供給される試料配管（Ｌｓ１）に接続される試料ポート（Ｐｓ１）と、試薬液が供給される試薬配管（Ｌｓ４）に接続される試薬ポート（Ｐｓ４）と、前記検出部が配置される検出配管（Ｌｓ２）に接続される検出ポート（Ｐｓ２）と、を有し、前記制御部は、前記主ポートと前記試薬ポートとを接続して前記試薬配管から前記混合容器へ前記試薬液を引き込み、前記主ポートと前記試料ポートとを接続して前記試料配管から前記混合容器へ前記試料液を引き込み、前記主ポートと前記試薬ポートとを再び接続して前記試薬配管から前記混合容器へ前記試薬液を引き込み、前記主ポートと前記検出ポートとを接続して前記混合容器から前記検出部へ前記試料液と前記試薬液とを含む混合液を供給するよう前記ポンプ及び前記流路切換部を制御する。

本開示の一態様に係る試料分析装置によれば、ポンプおよび流路切換部を制御することにより、ポンプが配置される主配管に接続される主ポートと試薬配管に接続される試薬ポートとを接続して試薬配管から混合容器へ試薬液を引き込み、主ポートと試料ポートとを接続して試料配管から混合容器へ試料液を引き込み、主ポートと試薬ポートとを再び接続して試薬配管から混合容器へ試薬液を引き込む。これにより、混合容器には、試料液の両側を試薬液で挟んだ状態で試料液と試薬液の混合液が保持される。

その後、主ポートと検出ポートとを接続して混合容器から検出部へ混合液が供給される。混合液は、主配管から主ポートへ導かれ、主ポートから検出ポートへ導かれ、検出ポートから検出配管を介して検出部に導かれる。混合液が試料液の両側を試薬液で挟んだ状態で混合容器に保持されているため、混合液を混合容器から検出部に導く際に、試料液と試薬液とが適切に混合される。

このように、本開示の一態様に係る試料分析装置によれば、作業者が作業をすることなく試料液と試薬液とが自動的に混合されるため、金属材料の表面処理を行うための処理液から抽出された試料液に試薬液を混合する作業を行う作業員やその作業を行うスペースを確保する必要がない。また、試料液と試薬液とが適切に混合されるため、処理液に含まれる特定物質の濃度を所望の範囲に保つように適切に分析すること可能な試料分析装置を提供することができる。

本開示の一態様に係る試料分析装置において、複数の前記副ポートは、所定濃度の前記特定物質を含む標準液が供給される標準配管（Ｌｓ１１）に接続される標準ポート（Ｐｓ１１）を有し、前記制御部は、前記主ポートと前記標準ポートとを接続して前記標準配管から前記混合容器へ前記標準液を引き込み、前記主ポートと前記検出ポートとを接続して前記混合容器から前記検出部へ前記標準液を供給するよう前記ポンプ及び前記流路切換部を制御し、前記検出部は、前記混合液に特定の波長の光を照射した際に通過する第１光量を測定し、前記標準液に前記特定の波長の光を照射した際に通過する第２光量を測定し、前記第１光量および前記第２光量に基づいて前記特定物質の濃度を検出する構成としてもよい。

本構成に係る試料分析装置によれば、所定の濃度の特定物質を含む標準液を用意し、混合液に特定の波長の光を照射した際に通過する第１光量と、標準液に特定の波長の光を照射した際に通過する第２光量とを測定し、第１光量と第２光量に基づいて特定物質の濃度を正確に検出することができる。

本開示の一態様に係る試料分析装置において、複数の前記副ポートは、純水が供給される純水配管（Ｌｓ１２）に接続される純水ポート（Ｐｓ１２）と、前記試料液と前記純水とが混合した希釈液を保持する希釈容器（Ｃｏ９）に接続される希釈ポート（Ｐｓ９）と、を有し、前記制御部は、前記主ポートと前記試料ポートとを接続して前記試料配管から前記混合容器へ前記試料液を引き込み、前記主ポートと前記純水ポートとを接続して前記純水配管から前記混合容器へ前記純水を引き込み、前記主ポートと前記希釈ポートとを接続して前記混合容器から前記希釈容器へ前記希釈液を供給するよう前記ポンプ及び前記流路切換部を制御する構成としてもよい。

本構成に係る試料分析装置によれば、混合容器へ試料液および純水を引き込み、主ポートと希釈ポートとを接続して混合容器から希釈容器へ希釈液を供給することにより、試料液を適切に希釈して希釈容器に保持させることができる。

本開示の一態様に係る試料分析装置において、複数の前記副ポートは、前記試料液に含まれる除去対象物質を除去するための除去部（７０）が設けられた除去配管（Ｌｓ８）に接続される除去ポート（Ｐｓ８）を有し、前記制御部は、前記主ポートと前記試料ポートとを接続して前記試料配管から前記混合容器へ前記試料液を引き込み、前記主ポートと前記除去ポートとを接続して前記混合容器から前記除去部へ前記試料液を供給するよう前記ポンプ及び前記流路切換部を制御する構成としてもよい。

本構成に係る試料分析装置によれば、試料液を除去部へ供給することにより試料液から除去対象物質が適切に除去されるため、検出部において試料液に含まれる特定物質の濃度を正確に検出することができる。

以上説明した本実施形態に記載の試料分析方法は、例えば以下のように把握される。
本開示の一態様に係る試料分析方法は、試料分析装置を用いて試料に含まれる特定物質の濃度を検出する試料分析方法であって、前記試料分析装置は、主配管に接続されるポンプと、前記主配管に接続される主ポートと複数の副ポートとを有し、前記主ポートに接続される前記副ポートを切り換える流路切換部と、前記ポンプと前記主ポートとの間の前記主配管に設けられる混合容器と、金属材料の表面処理を行うための処理液から抽出された試料液に含まれる前記特定物質の濃度を検出する検出部と、を備え、複数の前記副ポートは、前記試料液が供給される試料配管に接続される試料ポートと、試薬液が供給される試薬配管に接続される試薬ポートと、前記検出部が配置される検出配管に接続される検出ポートと、を有し、前記主ポートと前記試薬ポートとを接続して前記試薬配管から前記混合容器へ前記試薬液を引き込み、前記主ポートと前記試料ポートとを接続して前記試料配管から前記混合容器へ前記試料液を引き込み、前記主ポートと前記試薬ポートとを再び接続して前記試薬配管から前記混合容器へ前記試薬液を引き込み、前記主ポートと前記検出ポートとを接続して前記混合容器から前記検出部へ前記試料液と前記試薬液とを含む混合液を供給するよう前記ポンプ及び前記流路切換部を制御する制御工程と、前記検出部により前記混合液に含まれる前記特定物質の濃度を検出する検出工程と、を備える。

本開示の一態様に係る試料分析方法によれば、ポンプおよび流路切換部を制御することにより、ポンプが配置される主配管に接続される主ポートと試薬配管に接続される試薬ポートとを接続して試薬配管から混合容器へ試薬液を引き込み、主ポートと試料ポートとを接続して試料配管から混合容器へ試料液を引き込み、主ポートと試薬ポートとを再び接続して試薬配管から混合容器へ試薬液を引き込む。これにより、混合容器には、試料液の両側を試薬液で挟んだ状態で試料液と試薬液の混合液が保持される。

このように、本開示の一態様に係る試料分析方法によれば、作業者が作業をすることなく試料液と試薬液とが自動的に混合されるため、金属材料の表面処理を行うための処理液から抽出された試料液に試薬液を混合する作業を行う作業員やその作業を行うスペースを確保する必要がない。また、試料液と試薬液とが適切に混合されるため、処理液に含まれる特定物質の濃度を所望の範囲に保つように適切に分析すること可能な試料分析方法を提供することができる。

本開示の一態様に係る試料分析方法において、複数の前記副ポートは、所定濃度の前記特定物質を含む標準液が供給される標準配管に接続される標準ポートを有し、前記制御工程は、前記主ポートと前記標準ポートとを接続して前記標準配管から前記混合容器へ前記標準液を引き込み、前記主ポートと前記検出ポートとを接続して前記混合容器から前記検出部へ前記標準液を供給するよう前記ポンプ及び前記流路切換部を制御し、前記検出工程は、前記混合液に特定の波長の光を照射した際に通過する第１光量を測定し、前記標準液に前記特定の波長の光を照射した際に通過する第２光量を測定し、前記第１光量および前記第２光量に基づいて前記特定物質の濃度を検出する構成としてもよい。

本構成に係る試料分析方法によれば、所定の濃度の特定物質を含む標準液を用意し、混合液に特定の波長の光を照射した際に通過する第１光量と、標準液に特定の波長の光を照射した際に通過する第２光量とを測定し、第１光量と第２光量に基づいて特定物質の濃度を正確に検出することができる。

本開示の一態様に係る試料分析方法において、複数の前記副ポートは、純水が供給される純水配管に接続される純水ポートと、前記試料液と前記純水とが混合した希釈液を保持する希釈容器に接続される希釈ポートと、を有し、前記制御工程は、前記主ポートと前記試料ポートとを接続して前記試料配管から前記混合容器へ前記試料液を引き込み、前記主ポートと前記純水ポートとを接続して前記純水配管から前記混合容器へ前記純水を引き込み、前記主ポートと前記希釈ポートとを接続して前記混合容器から前記希釈容器へ前記希釈液を供給するよう前記ポンプ及び前記流路切換部を制御する構成としてもよい。

本構成に係る試料分析方法によれば、混合容器へ試料液および純水を引き込み、主ポートと希釈ポートとを接続して混合容器から希釈容器へ希釈液を供給することにより、試料液を適切に希釈して希釈容器に保持させることができる。

本開示の一態様に係る試料分析方法において、複数の前記副ポートは、前記試料液に含まれる除去対象物質を除去するための除去部が設けられた除去配管に接続される除去ポートを有し、前記制御部は、前記主ポートと前記試料ポートとを接続して前記試料配管から前記混合容器へ前記試料液を引き込み、前記主ポートと前記除去ポートとを接続して前記混合容器から前記除去部へ前記試料液を供給するよう前記ポンプ及び前記流路切換部を制御する構成としてもよい。

本構成に係る試料分析方法によれば、試料液を除去部へ供給することにより試料液から除去対象物質が適切に除去されるため、検出部において試料液に含まれる特定物質の濃度を正確に検出することができる。

１０シリンジポンプ
２０流路切換バルブ（流路切換部）
３０混合容器
４０検出部
５０三方バルブ
６０制御部
７０除去部
１００試料分析装置
２００表面処理装置
３００金属部品（対象部品）
Ｌｍ主配管
Ｌｓ１試料配管
Ｌｓ２検出配管
Ｌｓ３反応試薬配管
Ｌｓ４発色試薬配管
Ｌｓ５緩衝液配管
Ｌｓ６配管
Ｌｓ７戻し配管
Ｌｓ８除去配管
Ｌｓ９第１希釈配管
Ｌｓ１０第２希釈配管
Ｌｓ１１標準配管
Ｌｓ１２純水配管
Ｐｍ主ポート
Ｐｓ副ポート
Ｐｓ１試料ポート
Ｐｓ２検出ポート
Ｐｓ３反応試薬ポート
Ｐｓ４発色試薬ポート
Ｐｓ５緩衝液ポート
Ｐｓ６ポート
Ｐｓ７戻しポート
Ｐｓ８除去ポート
Ｐｓ９第１希釈ポート
Ｐｓ１０第２希釈ポート
Ｐｓ１１標準ポート
Ｐｓ１２純水ポート
ＴＤ搬送方向

Claims

主配管に配置されるポンプと、
前記主配管に接続される主ポートと複数の副ポートとを有し、前記主ポートに接続される前記副ポートを切り換える流路切換部と、
前記ポンプと前記主ポートとの間の前記主配管に設けられる混合容器と、
金属材料の表面処理を行うための処理液から抽出された試料液に含まれる特定物質の濃度を検出する検出部と、
前記ポンプ及び前記流路切換部を制御する制御部と、を備え、
複数の前記副ポートは、
前記試料液が供給される試料配管に接続される試料ポートと、
試薬液が供給される試薬配管に接続される試薬ポートと、
前記検出部が配置される検出配管に接続される検出ポートと、を有し、
前記制御部は、前記主ポートと前記試薬ポートとを接続して前記試薬配管から前記混合容器へ前記試薬液を引き込み、前記主ポートと前記試料ポートとを接続して前記試料配管から前記混合容器へ前記試料液を引き込み、前記主ポートと前記試薬ポートとを再び接続して前記試薬配管から前記混合容器へ前記試薬液を引き込み、前記主ポートと前記検出ポートとを接続して前記混合容器から前記検出部へ前記試料液と前記試薬液とを含む混合液を供給するよう前記ポンプ及び前記流路切換部を制御する試料分析装置。
複数の前記副ポートは、所定濃度の前記特定物質を含む標準液が供給される標準配管に接続される標準ポートを有し、
前記制御部は、前記主ポートと前記標準ポートとを接続して前記標準配管から前記混合容器へ前記標準液を引き込み、前記主ポートと前記検出ポートとを接続して前記混合容器から前記検出部へ前記標準液を供給するよう前記ポンプ及び前記流路切換部を制御し、
前記検出部は、前記混合液に特定の波長の光を照射した際に通過する第１光量を測定し、前記標準液に前記特定の波長の光を照射した際に通過する第２光量を測定し、前記第１光量および前記第２光量に基づいて前記特定物質の濃度を検出する請求項１に記載の試料分析装置。
複数の前記副ポートは、純水が供給される純水配管に接続される純水ポートと、前記試料液と前記純水とが混合した希釈液を保持する希釈容器に接続される希釈ポートと、を有し、
前記制御部は、前記主ポートと前記試料ポートとを接続して前記試料配管から前記混合容器へ前記試料液を引き込み、前記主ポートと前記純水ポートとを接続して前記純水配管から前記混合容器へ前記純水を引き込み、前記主ポートと前記希釈ポートとを接続して前記混合容器から前記希釈容器へ前記希釈液を供給するよう前記ポンプ及び前記流路切換部を制御する請求項１または請求項２に記載の試料分析装置。
複数の前記副ポートは、前記試料液に含まれる除去対象物質を除去するための除去部が設けられた除去配管に接続される除去ポートを有し、
前記制御部は、前記主ポートと前記試料ポートとを接続して前記試料配管から前記混合容器へ前記試料液を引き込み、前記主ポートと前記除去ポートとを接続して前記混合容器から前記除去部へ前記試料液を供給するよう前記ポンプ及び前記流路切換部を制御する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の試料分析装置。
試料分析装置を用いて試料液に含まれる特定物質の濃度を検出する試料分析方法であって、
前記試料分析装置は、
主配管に配置されるポンプと、
前記主配管に接続される主ポートと複数の副ポートとを有し、前記主ポートに接続される前記副ポートを切り換える流路切換部と、
前記ポンプと前記主ポートとの間の前記主配管に設けられる混合容器と、
金属材料の表面処理を行うための処理液から抽出された前記試料液に含まれる前記特定物質の濃度を検出する検出部と、を備え、
複数の前記副ポートは、
前記試料液が供給される試料配管に接続される試料ポートと、
試薬液が供給される試薬配管に接続される試薬ポートと、
前記検出部が配置される検出配管に接続される検出ポートと、を有し、
前記主ポートと前記試薬ポートとを接続して前記試薬配管から前記混合容器へ前記試薬液を引き込み、前記主ポートと前記試料ポートとを接続して前記試料配管から前記混合容器へ前記試料液を引き込み、前記主ポートと前記試薬ポートとを再び接続して前記試薬配管から前記混合容器へ前記試薬液を引き込み、前記主ポートと前記検出ポートとを接続して前記混合容器から前記検出部へ前記試料液と前記試薬液とを含む混合液を供給するよう前記ポンプ及び前記流路切換部を制御する制御工程と、
前記検出部により前記混合液に含まれる前記特定物質の濃度を検出する検出工程と、を備える試料分析方法。
複数の前記副ポートは、所定濃度の前記特定物質を含む標準液が供給される標準配管に接続される標準ポートを有し、
前記制御工程は、前記主ポートと前記標準ポートとを接続して前記標準配管から前記混合容器へ前記標準液を引き込み、前記主ポートと前記検出ポートとを接続して前記混合容器から前記検出部へ前記標準液を供給するよう前記ポンプ及び前記流路切換部を制御し、
前記検出工程は、前記混合液に特定の波長の光を照射した際に通過する第１光量を測定し、前記標準液に前記特定の波長の光を照射した際に通過する第２光量を測定し、前記第１光量および前記第２光量に基づいて前記特定物質の濃度を検出する請求項５に記載の試料分析方法。
複数の前記副ポートは、純水が供給される純水配管に接続される純水ポートと、前記試料液と前記純水とが混合した希釈液を保持する希釈容器に接続される希釈ポートと、を有し、
前記制御工程は、前記主ポートと前記試料ポートとを接続して前記試料配管から前記混合容器へ前記試料液を引き込み、前記主ポートと前記純水ポートとを接続して前記純水配管から前記混合容器へ前記純水を引き込み、前記主ポートと前記希釈ポートとを接続して前記混合容器から前記希釈容器へ前記希釈液を供給するよう前記ポンプ及び前記流路切換部を制御する請求項５または請求項６に記載の試料分析方法。
複数の前記副ポートは、前記試料液に含まれる除去対象物質を除去するための除去部が設けられた除去配管に接続される除去ポートを有し、
前記制御工程は、前記主ポートと前記試料ポートとを接続して前記試料配管から前記混合容器へ前記試料液を引き込み、前記主ポートと前記除去ポートとを接続して前記混合容器から前記除去部へ前記試料液を供給するよう前記ポンプ及び前記流路切換部を制御する請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の試料分析方法。