JPH03215741A

JPH03215741A - 金属成分分析装置

Info

Publication number: JPH03215741A
Application number: JP954290A
Authority: JP
Inventors: Terufumi Iwata; 照史岩田; Tatsuya Funabashi; 船橋　達也; Michio Nitta; 新田　道夫; Satoshi Takaiwa; 聡高岩
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1990-01-19
Filing date: 1990-01-19
Publication date: 1991-09-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野ｊこの発明は、イオン交換分離法を用いて、特に、超純水
中の微量な金属成分を効率良く分析できるようにした金
属成分分析装置に関するものである。

［従来の技術］第５図は本発明者らが先に特願昭６３−１８０５２９号
で提案した金属成分分析装置である。

図中符号１は自動流路切換弁てある。この自動流路切換
弁Ｉの出口には試料液供給路３ｏが接続されている。

前記試料液供給路３０には、送液用ポンブ２、反応器３
、オーバーフロー容器４、三方自動切換弁５、加圧ボン
プ６、圧力スイノチ６Ａか取り付けられている。そして
この試料液供給路３ｏは最終的に第１四方切換弁７に接
続されている。この第１四方切換弁７には、第１ａ縮カ
ラム８への流入路８ａと第２濃縮カラム９への流入路９
ａと溶離液供給路３１か接続されている。溶離液供給路
３Ｉには、加圧ポンプ１７と溶離液貯留部１８が設けら
れている。前記第１濃縮カラム８がらの流出路８ｂと第
２濃縮カラム９からの流出路９ｂは第２四方切換弁１０
に接続されている。この第２四方切換弁１０には、さら
に分離カラム１１と吸光光度計１２とからなる分析手段
３２にっなかるライン３３と排水路３４につながるライ
ン３５が接続されており、ライン３５には流量計１９が
取り付けられている。

次に、この金属成分分析装置の動作を説明する。

前記自動流路切換弁１には、６つの試料液流入路ＩＡ〜
ＩＦが接続されている。そしてこれら試料液流入路ＩＡ
〜ＩＦの一つが試料液供給路３０に選択的に接続される
。

試料液供給路３０に流入した試料液は送液用ポンプ２に
よって反応器３に送られる。反応器３の上流側には、反
応液貯留部１５と供給ポンプ１６を備えた反応液供給路
３７か接続されており、試料液中の金属をイオン化する
ための反応液か試料液に添加される。そして、この反応
液が添加された試料液は反応器３中にて所定温度に加熱
され混合される。

この反応器３を通過した試料液はオーバーフロー容器４
に一旦貯留されるとともに、一定の貯留量を越えた試料
液は符号Ｌ，で示すラインを通じて排水路３４に排出さ
れる。

オーバーフロー容器４を通過した試料液は三方切換弁５
に達する。三方自動切換弁５は、試料液供給路３０を流
れる試料液の一部を、符号Ｌ３で示すラインを通じて排
水路３４に導くものである。

すなわち前記自動流路切換弁１か切り換えられて別の試
料液か供給された場合に、まず、ラインＬ３側に流路を
切り換えて、自動流路切換弁１と三方切換弁５との間に
残留していた先の試料液を完全に洗い流す。そしてこの
後流路を切り換えて試料液を試料液供給路３０に沿って
流す。

三方切換弁５を通過した試料液は加圧ボンブ６により加
圧される。なお、この加圧ポンプ６によって試料液が所
定圧以上に加圧された場合には、圧力スイノチ６ＡがＯ
Ｎとなって、制御部Ｃに対して加圧ボンプ６の動作を停
止させるための検出信号を出力するようになっている。

加圧ポンプ６により加圧された試料液は第１の四方切換
弁７によって第１濃縮カラム８あるいは第２濃縮カラム
９に供給される。

この第１四方切換弁７と第２四方切換弁１０は、試料液
供給路３０から供給される試料液を濃縮カラム８あるい
は９を通過せしめたあとライン３５を経て排水路３４に
導く金属イオン濃縮工程の流路と、溶離液供給路３１か
ら供給される溶離液を濃縮カラム９あるいは８を通過せ
しめたあと分析手段３２に導く金属イオン溶離工程の流
路とを、濃縮カラム８，９に対して交互に形成するもの
である。この四方切換弁７，１０の切り換えは、流量計
１９で測定したライン３５を通過する試料液の流量値が
設定の値になったときに制御部Ｃから発信される信号に
よって行なわれる。

試料液か濃縮カラム８あるいは９を通過すると試料液中
の金属イオンが濃縮カラム８あるいは９に吸着される。

この濃縮カラム８あるいは９に吸着された金属イオンは
、溶離液供給路３１から供給される溶離液により濃縮カ
ラム８，９から溶離されて分析手段３２に運ばれる。

分析手段３２に運ばれた金属イオンは、分離カラム１１
で精製されたあと発色液供給路３８からの発色液により
発色され、吸光光度計１２で濃度測定される。

し発明が解決しようとする課題］ところで、上記の金属成分分析装置にあっては、試料液
中の含有している金属成分を不溶解成分と溶解成分（イ
オン成分）との総量として測定するものであるので、試
料液中の金属成分の不溶解成分と溶解成分との比率を測
定することができないという問題かあった。

また、上記金属成分分析装置の場合、その試料液中の不
溶解性の金属化合物をイオン化するための反応液として
、酸を用いるものであるので、濃縮カラムにてイオンの
捕獲と酸による脱離が競合的に同時におり、濃縮カラム
に確保されたイオンの量か実際に供給された試料液中の
イオンの量と比較して減少し、結果としてイオンの分析
か不確実となる。

また、他の試料液の金属成分を分析する際、オーハーフ
ロー容器内に溜まった先の試料液がオーバーフローして
排出されるまで、次の試料液を送液することができず、
置換時間に多大な時間を要していた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、容易に不
溶解金属成分と溶解金属成分との含有量の比率を測定す
ることができるとともに、極めて高精度に、かつ能率的
に金属成分を分析することができる金属成分分析装置を
提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］第１の発明は、金属成分を含有した試料液を送液用ポン
プで加圧して供給する試料液供給路と、該試料液供給路
に設けられて前記試料液を反応調整する反応器と、該反
応器により反応調整された試料液中の金属イオンを吸着
するカラムと、該カラムから溶離された金属イオンを分
析する分析手段とから構成された金属成分分析装置にお
いて、前記反応器への前記試料液の供給側の前記試料液
供給路に、前記試料液中の不溶解金属成分を濾過する一
つもし《は複数の濾過路が並設されてなり、該濾過路と
前記試料液供給路とは、試料液の流路′方向を選択的に
切り換える流路切換弁を介してそれぞれ接続されたこと
を特徴としている。

第２の発明は、第１の発明の前記反応器と前記カラムと
の間の試料液供給路に、前記試料液を中性に近付けるた
めのｐＨＭ整手段を設けたことを特徴としている。

第３の発明は、第１または第２の発明の前記反応器と前
記カラムとの間の試料液供給路に、一端か排出路に接続
された三方継手を接続してなり、該三方継手と前記カラ
ムとの間の試料液供給路に、前記カラムへ試料液を送液
する加圧ポンプか作動することにより、試料液供給路を
開口するチェック弁を設けてなることを特徴としている
。

［作用］第１の発明によれば、送液用ボンブによって送液された
試料液が流路切換弁の選択的な切換により流路あるいは
濾過路へ流される。

ここで、試料液が流路へ流された場合には、この試料液
は反応器により反応調整され、その後、分析手段により
試料液中に含有している全ての金属成分が分析される。

また、試料液が濾過路へ流された場合には、この試料液
は濾過路の途中に設けられた濾過部にて、試料液中に含
有している不溶解金属成分だけか濾過され、試料液中に
は溶解した金属成分（イオン成分）のみが含有した状態
となり、その後、分析手段により試料液中に溶解してい
る金属成分のみの分析が行なわれる。

即ち、流路切換弁により、試料液の流路を選択的に切り
換えることにより、試料液中に含有している全ての金属
成分の分析、あるいは溶解している金属成分のみの分析
を別個に行うことかでき、試料液中の金属成分の溶解、
不溶解の含有量を比較することができる。

第２の発明によれば、ｐＨｇ整部により、濃縮カラムに
よる濃縮工程に先立って、試料液中のｐＨが中性に近付
けられ、その後の濃縮工程におけるイオンの確保が確実
なものとなる。

第３の発明によれば、濃縮カラムへ送液する加圧ボンブ
が作動すると、この加圧ポンプとチェック弁との間の試
料液供給路内の圧力が低下することにより、チェック弁
か開口して三方継手より試料液か流れ込み、濃縮カラム
へ試料液が供給される。

また、他の試料液の金属成分を分析するへく自動流路切
換弁からの試料液の供給を停止させると、試料液供給路
に滞留している先の試料液が下流方向へ流れ出して排出
路へ速やかに排出されるので、二方継手の上流側におけ
る試料液供給路内の試料液の置換を極めて速やかに行う
ことかできる。

［実施例］以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。なお
前記従来例と同一構成部分には、同一符号を付して説明
を省略する。

第１図は、本発明の金属成分分析装置の第１の実施例を
示すもので、試料液供給路３０ａには、送液用ポンブ２
の下流側に流路切換弁４１が接続されている。この流路
切換弁４ｌには、流路４２及ひ濾過路４３の一端部がそ
れそれ接続されている。

そして、これら流路４２及び濾過路４３の他端部はそれ
それ流路切換弁４４を介して試料液供給路３０ｂに接続
されている。

流路切換弁４１及び流路切換弁４４は、それぞれ、制御
部Ｃにより切換動作か制御されるようになっている。

また、濾過路４３の途中には、試料液中の不溶解金属成
分を濾過する濾過フィルタが内蔵された濾過部４５か設
けられており、この濾過路４３を試料液が通過すること
により、濾過部４５により試料液中の不溶解金属成分か
棲過されるようになっている。

上記のように構成された金属成分分析装置によれば、流
路切換弁４１及び４４により試料液を流路４２へ通過さ
せた場合、この試料液は、試料液供給路３０ｂへ送り出
され、反応液が供給され、反応器３にて、反応調整され
ることにより、試料液中に含有していた金属成分の全て
かイオン化され、その後、分析手段３２にて、全ての金
属成分の分析が行なわれる。

また、流路切換弁４１及び４４により試料液を濾過路４
３へ通過させた場合、この試料液は、濾過部４５にて試
料液中に含有している不溶解金属成分だけが濾過され、
試料供給路３０ｂへ送り出され、その後、分析手段３２
にて試料液中の金属成分の分析か行なわれる。

つまり、濾過路４３へ通過させた試料液は、不溶解金属
成分か除去されていることより、この場合、試料液中に
溶解していた金属成分のみの分析が行なわれる。

即ち、上記実施例の金属成分分析装置によれば、試料液
中に含有している全ての金属成分の分析と試料液中に溶
解している金属成分（イオン成分）のみの分析とを別個
に測定することができ、金属成分の溶解、不溶解の含有
量を比較することができる。

次に、濾過路を複数設けたものを第２図によって説明す
る。

図に示すように、試料供給路３０に設けられた流路切換
弁４１及び４４には、流路４２及ひ複数の濾過路４　３
．４　３・・か接続されている。

そして、濾過路４　３．４　３・・には、その途中にそ
れぞれ濾過部４　５．４　５・・か設けられている。

また、流路切換弁４１の上流側の試料液供給路３０ａに
は、圧力検出センサ４６が接続されている。そして、こ
の圧力検出センサ４６は、試料液供給路３０ａ内の圧力
を検出し、その検出結果を制御部Ｃへ出力するようにな
っている。

このように、複数の濾過路４３．４３・・を設けること
により、一つの濾過部４３ａの濾過部４５ａかか試料液
中の不溶解金属成分によって目つまりを起こしても、流
路切換弁４１．４４により試料液の流路が他の濾過路４
３ｂへ切り換わるので、金属成分分析装置の機能停止を
回避することができる。

即ち、濾過部４５ａが目づまりを起こすことにより、試
料液供給路３０ａ内の圧力が送液用ポンプ２の加圧によ
り高くなり、圧力検出センサ４６の検出結果が所定値に
達する。

これにより、制御部Ｃから流路切換弁４１，４４へ制御
信号が出力され、流路切換弁４１．４４が、目づまりし
ていない他の濾過路４３ｂへ試料液の流路を切り換える
ので、濾過部４５ａの目つまりによる測定作業の中断を
回避することができ、測定作業の効率を向上させること
ができる。また、測定中に目つまりした濾過部４５ａ内
の濾過フィルタを洗浄することかできるので、極めて効
率良く、かつ能率的に金属成分分析装置を作動させるこ
とができる。

また、圧力検出センサ４６が常に圧力を検出してその検
出結果を制御部Ｃへ出力し、制御部Ｃが流路切換弁４１
及ひ４４を切り換えるものであるので、濾過路４３．４
３・−を通過する試料液を略一定量に維持することかで
き、分析精度を向上させることかできる。

なお、濾過路４３．４３・・の数量は、上記実施例に限
定されることはない。

次に、第２の実施例を説明する。

第３図に示すものは、第２の実施例の金属成分分析装置
を示すもので、前記第１の実施例の金属成分分析装置の
オーバーフロー容器４及び三方切換弁５に代えて、三方
継手４７及びチェック弁４８を設け、反応器３と三方継
手４７との間の試料液供給路３０ｃに冷却部４９及び試
料液中のｐＨを調整するｐＨ調整部５０を設けたもので
ある。

まず、第４図によって、ｐＨ調整部５０を説明する。

このｐＨ調整部５０は中空状の容器５１の内部にイオン
交換膜５２を設けた構造になっており、このイオン交換
膜５２によって、容器５１の内部には２つの空間部５３
．５４が形成されている。

上記のような構造のｐＨ調整部５０の両端部は、試料液
供給路３０ｃに接続されて、空間部５３と連通ずるよう
になっており、空間部５３の内部を試料液が第４図中矢
印方向へ通過するようになっている。

また、容器５１の側部には、中和液供給路５５及び中和
液流出路５６がそれぞれ接続されており、空間部５４へ
中和液槽５７から中和液供給ポンプ５８により吸い上げ
られた中和液が供給され、空間部５４の内部を第４図中
矢印方向へ通過して中和液流出路５６より排出路３４へ
排出されるようになっている。

次に、冷却部４９を説明する。

この冷却部４９における、試料液供給路３０ｃはコイル
状に形成されており、このコイル状に形成されたコイル
部３０ｃ’　には、その側部に設けられた冷却ファン５
９から冷却風が供給されるようになっている。

即ち、反応器３によって加熱された試料液かコイル部３
０ｃ　　を通過する際に、冷却ファン５９から供給され
る冷却風により冷却されるようになっており、反応器３
にて加熱されることにより試料液中に発生した蒸気を冷
却部４９によって消滅するようになっている。

次に、三方継手４７及びチェック弁４８を説明する。

三方継手４７は試料液供給路３０ｃの一端に接続されて
おり、他の二つの端部は、それぞれ排出路３４及ひ試料
液供給路３０ｄにそれぞれ接続されている。そして、チ
ェック弁４８は、試料液供給路３０ｃにおける加圧ポン
ブ６の上流側に設けられている。

チエ，ク弁４８は、試料液供給路３０ｄの圧力か、加圧
ボンブ６が作動することにより所定値以下になった場合
に開口するようになっている。

上記のように構成された金属成分分析装置によれば、反
応部３によって高温状態にされた試料液は、冷却部４９
を通過することにより、約室温程度まで冷却されるので
、試料液中に発生した蒸気が消滅される。

そして、この試料液がｐＨ調整部５０を通過することに
より、ｐＨ調整部５０内のイオン交換膜５２を介して中
和液とイオン交換か行なわれ、試料液かほぼ中性に中和
される。

即ち、アルカリ性の中和液、例えば０．１〜１規定の水
酸化テトラメチルアンモニウム溶液を用いると、試料液
から中和液中へ塩素イオンか移動し、また中和液から試
料液中へは水酸イオンが移動する。

すなわち、両者の間でイオン交換が行なわれることにな
り、試料液中では、２Ｈ”＋ＯＨ−→Ｈ，０中和液中では、Ｎａ”＋ＣＩ−　　−＋ＮａＣｌといずれも中性の水や中性の塩を生ずる。

かくして試料液中の水素イオン濃度が低下し、ｐＨか上
昇して中性に近づく。

中和の程度はイオン交換膜５２の交換能力により決まる
か、さらに試料液の酸性の強さ、中和液のアルカリ性の
強さ及びそれぞれの液の流量によっての大きく左右され
る。

なお、中和のためにイオン交換をおこなわずに酸性試料
液中に直接アルカリ金属イオンなどが発生して分析に悪
影響をおよぼすことが多い。なおまた、イオン交換樹脂
により試料液中の水素イオンを吸着させても良いか、実
用上はイオン交換樹脂の飽和や、分析対象イオンまで吸
着されてしまうなどといった問題の解決が必要となる。

このようにしてイオン中和された金属イオンを含む試料
液は、ｐＨ調整部５０から三方継手４７へ送液される。

一方、中和液は中和液排出路５６を介して排出路３４へ
排出される。

そして、試料液を濃縮カラム８あるいは９へ送液するべ
く加圧ポンブ６を作動させると、試料液供給路３０ｄ中
の圧力が低下し、その圧力が所定値以下となると、チェ
ック弁４８が開口し、試料液か試料液供給路３０ｄへ流
れ込む。

また、試料液中の金属成分を分析するへく加圧ボンブ６
が停止すると、試料液供給路３０ｄ内の圧力が高まり、
チェノク弁４８が閉鎖する。

これにより、三方継手４７からの試料液供給路３０ｄへ
の試料液の流れ込みが停止され、三方継手４７に到達し
た試料液が排出路３４へ排出される。

ここで、排出路３４が装置の下方に位置していることよ
り、試料液が排出路３４側へ流出する際に試料液供給路
３０ｄ′内の試料液も同時に排出路３４へ流れ込み、こ
の結果、試料液供給路３ｏｄ′内には、エアーが滞留す
るが、チェック弁４８によって、このエアーの試料液供
給路３０ｄへの流れ込みが防止されることより、加圧ボ
ンプ６がエアーを吸い込むこと（サイホン現象）による
吐出不良が防止され、加圧ボンブ６を確実に作動さ仕る
ことができる。

また、他の試料液の金属成分を分析するべく自動流路切
換弁１からの試料液の供給を停止させると、試料液供給
路３０に滞留している先の試料液が下流方向へ流れ出し
、排出路３４へ速やかに排出され、試料液供給路３０ａ
，３０ｂ，３０ｃ内の試料液の置換か速やかに行なわれ
る。

また、試料供給路３０ｄのチェンク弁４８が閉鎖してい
ることより、先の試料液と次に測定する試料液との試料
液供給路３０ｄ内での混合を回避することかできる。

なお、上記第２の実施例のｐＨＭ整部５０の設置位置は
上記実施例に限定されるものではなく、試料液が流れる
配管中における濃縮カラム８，９より上流側であれば、
いずれの位置であっても良いのはもちろんである。

また、試料液のｐＨが高い場合には、中和液として酸を
用いれば良い。

また、上記第２の実施例では、冷却部４９をｐ■」調整
部５０の上流側に設けたか、反応器３と三方継手４７と
の間であればいずれの位置であっても良い。

［発明の効果］以上、説明したように本発明の金属成分分析装置によれ
ば、下記の効果を得ることができる。

■．送液用ボンブによって送液された試料液が流路切換
弁の選択的な切換により流路あるいは濾過路へ流される
ことより、試料液が流路へ流された場合には、この試料
液は反応器により反応調整され、その後、反応器により
反応調整され、分析手段により試料液中に含有している
全ての金属成分を分析することができる。

また、試料液が濾過路へ流された場合には、この試料液
は濾過路の途中に設けられた濾過部にて、試料液中に含
有している不溶解金属成分だけが濾過され、溶解した金
属成分（イオン成分）のみが含有した状態にされ、その
後、分析手段により試料液中に溶解している金属成分の
みの分析を行うことができる。

即ち、流路切換弁により、試料液の流路、あるいは濾過
路へ選択的に切り換えるものであるので、一つの金属成
分分析装置で、試料液中に含有している全ての金属成分
の分析、あるいは溶解している金属成分のみの分析を別
個に行うことができ、試料液中の金属成分の溶解、不溶
解の含有量を比較することかできる。

■．ｐＨＸｌｆｆ整部により、濃縮カラムによる濃縮工
程に先立って、試料液のｐＨを濃縮カラムの濃縮条件に
合わせて最適に調整するものであるので、濃縮カラムの
能力を充分に発揮させることかでき、したかって、濃縮
効率を高めて分析感度を大幅（１０〜１００倍）に向上
させることができるとともに、濃縮カラムにおけるイオ
ンの確保を確実なものとすることができる。

■．濃縮カラムへ送液する加圧ポンプが作動すると、こ
の加圧ポンプとチェック弁との間の試料液供給路内の圧
力が低下し、チェック弁が開口し、三方継手より試料液
が流れ込み、濃縮カラムへ試料液か供給され、加圧ポン
プを停止させると、チェック弁か閉鎖し、三方継手に送
り込まれた試料液が三方継手を介して排出路へ排出され
るものであるので、他の試料液の金属成分を分析するべ
《自動流路切換弁からの試料液の供給を停止させると、
試料液供給路３０に滞留している先の試料液が下流方向
へ流れ出して排出路へ速やかに排出され、三方継手の上
流側における試料液供給路内の試料液の置換を極めて速
やかに行なうことができる。

また、このとき三方継手の下流側における試料供給路の
チェック弁が閉鎖していることより、先の試料液と次に
測定する試料液との混合を防止することができ、分析不
良を引き起こすことなく、極めて信頼性の高い測定デー
タを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は、本発明の金属成分分析装置の実
施例を説明する図であって、第１図は第１の実施例の金
属成分分析装置の構成を説明する該略構成図、第２図は
複数の濾過路を設けた他の例を説明する該略構成図、第
３図は第２の実施例の金属成分分析装置の構成を説明す
る該略構成図、第４図はｐＨ調整部の構造を説明する断
面図である。また、第５図は従来の金属成分分析装置の構成を説明す
る該略構成図である。２・・・・送液用ポンプ、３・・・・・・反応器、６・
・・・・・加圧ボンブ、８，９・・・・・濃縮カラム、
３０　・・試料液供給路、３２・・・・・・分析手段、
３４・・・・・・排出路、４１．４４・・・・・流路切
換弁、４３・・・・・・濾過路、４７・・・・・・三方
継手、４８・・・・・・チェック弁、５０・・・・・・
ｐＨ調整部（ｐＨ調整手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属成分を含有した試料液を送液用ポンプで加圧
して供給する試料液供給路と、該試料液供給路に設けら
れて前記試料液を反応調整する反応器と、該反応器によ
り反応調整された試料液中の金属イオンを吸着するカラ
ムと、該カラムから溶離された金属イオンを分析する分
析手段とから構成された金属成分分析装置において、前記反応器への前記試料液の供給側の前記試料液供給路
に、前記試料液中の不溶解金属成分を濾過する一つもし
くは複数の濾過路が並設されてなり、該濾過路と前記試
料液供給路とは、試料液の流路方向を選択的に切り換え
る流路切換弁を介してそれぞれ接続されたことを特徴と
する金属成分分析装置。
（２）前記反応器と前記カラムとの間の試料液供給路に
、前記試料液を中性に近付けるためのｐＨ調整手段を設
けたことを特徴とする請求項１記載の金属成分分析装置
。
（３）前記反応器と前記カラムとの間の試料液供給路に
、一端が排出路に接続された三方継手を接続してなり、
該三方継手と前記カラムとの間の試料液供給路に、前記
カラムへ前記試料液を送液する加圧ポンプが作動するこ
とにより、試料液供給路を開口するチェック弁を設けて
なることを特徴とする請求項１または請求項２記載の金
属成分分析装置。