JPH06186224A - 金属の溶解終点自動検出方法及び装置 - Google Patents

金属の溶解終点自動検出方法及び装置

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JPH06186224A
JPH06186224A JP4338302A JP33830292A JPH06186224A JP H06186224 A JPH06186224 A JP H06186224A JP 4338302 A JP4338302 A JP 4338302A JP 33830292 A JP33830292 A JP 33830292A JP H06186224 A JPH06186224 A JP H06186224A
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JP
Japan
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light
dissolution
metal
end point
melting
Prior art date
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Pending
Application number
JP4338302A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroyasu Yoshikawa
裕泰 吉川
Kazumasa Sugimoto
和巨 杉本
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
  • Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属溶解の終点を自動的に検出し、金属分析
の自動化と共に迅速化を図る。 【構成】 透明な溶解用容器2中の溶解液に光を照射
し、透過光や散乱光の変化を受光器4により光学的に捉
え、演算器5により反応終点と判断させる。透過光の変
化は、金属試料1の溶解に伴う水素発生による透過光の
減少の後に起こる反応終了により増加復元する変化、及
び、溶解反応生成物の特定波長光の吸収による変化であ
る。散乱光の変化は、水素発生による散乱光の増加の後
に起こる溶解反応終了により現象復元する変化である。 【効果】 試料溶解と定量分析とが連続して自動化出来
る。溶解終了後の無駄な時間が省かれる。複数の金属種
の溶液試料を同時に採取することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、金属中成分の自動分
析やめっき付着量自動測定等に欠かせない要素技術の一
つである、溶解反応の終点判断を自動的に行う技術に関
する。
【0002】
【従来の技術】金属成分分析に際して湿式法による定量
分析では、前処理として金属の全部或いは一部を溶解す
る操作を必要とする場合が非常に多い。湿式分析は、手
作業によって行われることが多く、従来溶解操作につい
ても手作業或いは半自動化された方法が主流であった。
このため、溶解が終了したかどうかについては、充分に
溶解し終わる時間を経験的に知得しそれ以上の時間を費
やしたり、或いは溶解反応に伴う現象を操作員が捉えて
これを判断していた。
【0003】例えば、特開昭53−129128号公報
では、鋼板上に施された亜鉛めっきの付着量を求めるに
あたり、亜鉛の溶解に伴い発生する水素ガス量を測定す
る方法が開示されている。この場合、溶解が終了したか
どうかは、ガス量が最早増加しなくなったことによって
知ることができる。又、特開昭61−54408号公報
では、ゼロスパングル層の厚さを求めるにあたり、一定
濃度の溶解液に試料を浸漬しスパングルが現れる迄に要
した時間を測定する方法を開示している。この場合は、
スパングルが現れた時点が溶解の終点で、これは目視に
よって知ることができる。
【0004】一方、高度の品質を管理するために、高確
度・高精度を身上とする湿式分析に対しても、多数の試
料を短時間で処理することが強く要望され、処理の自動
化が重要な課題となってきている。一連の処理が自動化
されるためには、溶解やろ過或いは吸光度測定というよ
うな分析の主要操作だけでなく、これらの操作をつなぐ
ために必要な補助操作、溶解やろ過の終点等の判断も自
動化されなければならない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、未だ溶
解の終点を自動的に判断し次の操作に結び付ける技術の
提案は行われていない。この発明は、この問題を解決す
るために行われたもので、金属の溶解が終了したことを
自動的に判断し、即座に次の操作に結び付ける技術の提
供を目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の手段は、金属を溶解している溶解液に光を照射し透過
光又は散乱光の一方又は両方の強度を経時的に測定し、
これらの変化に基づいて溶解すべき金属の溶解の終了を
自動的に判断する金属の溶解終点自動検出方法と、金属
の溶解中の溶解液に所定の波長を含む光を照射し透過光
の強度を前記所定の波長について経時的に測定し、その
変化に基づいて溶解すべき金属の溶解の終了を自動的に
判断する金属の溶解終点自動検出方法、及びこれらの方
法を実行するのに適した装置であって、その装置は、透
明な溶解用容器の一方側にこの容器に向けて光を照射す
るための光源、前記溶解用容器に対して光源の反対側の
ほぼ照射光軸上に配置され前記光源からの照射光の溶解
用容器を透過した光を受光するための受光器、前記溶解
用容器に対して光源の反対側にあって照射光軸を外れる
位置に配置され前記光源からの照射光の溶解用容器中で
の散乱光を受光するための受光器、及びこれらの受光器
からの受光信号強度に基づき溶解終点を判断するための
演算器からなる金属の溶解終点自動検出装置である。
【0007】
【作用】水素よりもイオン化傾向の大きなアルミニウム
や亜鉛、鉄、ニッケルなどの金属が水溶液に溶解する現
象は、金属がイオン化することで説明され、イオン化に
要する電荷の授受は水素イオンとの交換による。即ち、
金属が水溶液に溶解する場合、金属から電子を受けた水
素イオンが原子状態から分子状態に変わり水素ガスが発
生する。
【0008】水素ガスの発生量は金属の溶解量と対応
し、金属の溶解反応に伴う現象の一つとして、この水素
ガスの発生を捉えると自動的に溶解反応の状況を判断す
ることができる。又、金属の溶解反応に伴う別の現象と
して、この金属イオン自体或いは生成する錯イオンやキ
レート化合物等が特定波長の光を吸収する現象がある。
この現象も光学的に捉え易く自動判定に適した指標とな
る。
【0009】水素ガスは水溶液に対する溶解度が極めて
小さく気胞となって溶解液中を上昇する。このとき、溶
解液と水素ガスとは屈折率が異なるので、この気胞に当
たった光の一部はここで進行方向を変更させられる。溶
解液中には多数の小さな気胞が存在するが、気胞の数が
多い程進行方向を変更させられる光の割合は増える。溶
解中の溶液に光を照射したとき、進行方向を変えた光は
散乱光として捉えられ、進行方向を変えなかった光は透
過光として捉えられる。
【0010】溶解液に光を照射し試料の溶解が始まる
と、透過光強度が減少し散乱光強度が増加する。溶解が
終了するとこの反対に、溶解中に比し透過光強度は増加
し散乱光強度は減少する。このように、透過光、散乱光
ともに溶解反応の指標となり得るので、経時的に測定す
るのは透過光でも又散乱光でもよく、或いは両方を測定
して確認し合ってもよい。
【0011】即ち、溶解液に光を照射し透過光又は散乱
光の一方又は両方の強度を経時的に測定することによっ
て、溶解反応を光学的変化として捉えることができ溶解
終点を自動的に検出することが容易になる。光学的変化
が終点を意味するかどうかの判断は、例えば演算器を用
いて一定時間内の変化が所定値を超えているかどうかに
よって、行うことができる。
【0012】透過光や散乱光は、光源と受光器との位置
関係で各々捉えることができる。以下、1図に基づいて
説明する。試料1を溶解する溶解用容器2に光源3から
光を照射すると、光源3と反対側にある受光器41で透
過光を捉えることができる。散乱光は照射光の光軸と適
当な角度をなす位置に受光器42を置くことによって捉
えることができる。この角度は、小さ過ぎると散乱光と
透過光との分離が不充分で精度が低下するので、大きい
方がよい。
【0013】受光器41及び42を演算器5に接続して
置き、受光強度を刻々と演算器5に送ると、演算器5で
は受光強度の経時的変化から受光強度が減少し始めたか
どうかを判断し、この判断にしたがって溶解の終点は自
動的に検出される。溶解に伴う現象が水素発生である場
合には、測定する光の波長を問う必要はなく、波長は広
く分布していてもよい。又、この場合は、透過光でも散
乱光でもその受光強度の変化から終点を検出することが
できる。
【0014】溶解生成物の光吸収現象を利用する場合、
散乱光の測定では吸収による減量と水素ガス散乱による
増量とが互いに打ち消し合うように作用し、解析が複雑
となるので、吸収される波長を含む光を照射し、透過光
強度を測定する。透過光については、これら二つの現象
は共に受光強度の減少方向に作用するので、測定感度上
も有利である。
【0015】これらの二つの現象の何れを利用するかに
ついては反応の内容や型によって決めるとよい。反応に
よっては何れか一方の現象しか利用できない場合もあ
る。溶解の型には、溶解が一段で済む場合と複数段にわ
たる場合とがある。例えば、鋼の上に亜鉛をめっきした
下層とその上に亜鉛・ニッケル合金をめっきした上層と
をもつ試料について、上層のめっき量と下層のめっき量
を知り度い時は後者の場合である。代表的な場合につい
て、実施例により以下に説明する。
【0016】
【実施例】
(実施例1)アルミニウム材の純度分析を自動分析で行
うに際して、1図に示した溶解終点自動検出装置を用い
て終点の自動判定を行った。溶解液には希塩酸を用い発
生する水素ガスによる散乱光を測定し判断指標とした。
受光器は入射光軸と90度の角度をもって配置した。
【0017】試料1を溶解する溶解用容器2に光源3か
らタングステン白熱光を照射しながら、溶解用容器2に
蓄えられた6規定の塩酸200mlに、秤取された1gの
試料1が自動的に投入されると、すぐに試料1の溶解が
始まると共に受光器42では散乱光が測定され始めた。
受光器には光電子倍増管を用いた。受光器42で受光さ
れた光量の経時的変化を図2に示す。図で、縦軸は照射
光を直接受光したときの強度を基準に散乱光の受光強度
を表したもので、Tは後者と前者の比であり、横軸は溶
解経過時間である。
【0018】散乱光の強度はすぐに増加したが、やがて
ほぼ一定となり1分半近くを経て減少し短時間で試料投
入前の受光強度に戻った。減少する変化の割合が毎秒1
00%に達した時点を演算器5は溶解の終点と判断し、
溶解液採取装置(図示せず)に駆動を命じた。溶解液は
自動分析装置に送られ分析の結果Al純度99.52%
を得た。
【0019】(実施例2)プラスチックスの上に化学め
っきされた銅の付着量を調べるため、銅の溶解反応の終
点を自動判定させた。硝酸酸性液で銅を溶解したが、銅
は水素よりもイオン化傾向が小さく水素との電荷の授受
は行われない。銅は硝酸により酸化され窒素との電荷授
受によりイオン化し、発生するガスは酸化窒素である。
このガスは水に溶け易く溶解反応の初期や終期では指標
として余り適当でない。したがって、この場合は光吸収
現象を指標とした。光源にはタングステン白熱光を用い
た。銅イオンは、波長800nmの光を吸収するので、1
図の受光器41の前に800nm透過の光学フィルターを
挿入し、受光強度の変化を捉えた。終点は理論的には受
光強度が一定となる時点であり、演算器5に受光強度変
化の割合が毎秒1%になった時点を終点と判断させた。
【0020】(実施例3)鉛の純度分析のため、鉛を酢
酸に溶解し終点を自動判定させた。酢酸中に空気を吹き
込みながら酸化させるのでガスを指標に使うことは不可
能であり、光吸収現象を指標とした。発色にはジチゾン
溶液を用い、実施例2.と同様に受光器の前に光学フィ
ルターを置き520nmの波長を透過させ受光強度を経時
的に測定した。終点の判断も実施例2と同様である。
【0021】(実施例4)鋼板の上に蒸着されたチタン
皮膜の量を調べるため、皮膜を塩酸に溶解しその終点を
自動判定させた。チタンも鉄も塩酸には水素ガスを発生
して溶解するので、光吸収現象を指標とした。3価のチ
タンイオンは波長498nmの光を吸収するので、実施例
3.と同様にタングステン白熱光を光源とし、受光器の
前に光学フィルターを置いて受光強度を経時的に測定し
終点を自動判定させた。
【0022】(実施例5)鋼板の上にめっきされた亜鉛
皮膜の量を調べるため、皮膜を塩酸に溶解しその終点を
自動判定させた。鉄の溶解を防ぐためヘキサテトラミン
0.5%溶液を加えた1:2塩酸に試験片を投入し、透過光
の変化を捉えた。透過光は、実施例1.の散乱光と丁度
反対に、溶解が始まると共に急激に減少し溶解終点近く
で急激に増加した。増加割合が毎秒200%となった時
点を終点と判断させた。
【0023】(実施例6)鋼板の上に亜鉛めっきを施し
更にその上に亜鉛・ニッケル合金めっきを施しためっき
鋼板の各々のめっき付着量を測定するため、ニッケルイ
オンが波長400nmの光を吸収するので、水素ガス発生
現象と同時に光吸収現象を利用した。試験片を三塩化ア
ンチモン3%を含む塩酸(1:2)に浸漬し、散乱光を
測定すると共に400nm透過フィルターを通して透過光
を測定した。三塩化アンチモンは鉄溶解のインヒビター
である。
【0024】これらの受光強度を図3に示す。図で、縦
軸及び横軸は図2と同じであり、又、散乱光の強度をグ
ラフAで表し透過光の強度をグラフBで表してある。散
乱光の強度は実施例1.の場合と同様のパターンを示
し、透過光の強度は時間とともに減少し53秒で一定値
を示した。演算器はこの一定値を示した時点を亜鉛・ニ
ッケル合金めっき層の溶解終点と判定し、溶解液の一部
を即時採取することを命じた。溶解経過時間118秒で
は、散乱光強度が急激に低下し亜鉛めっき層の溶解終点
と判定され残りの溶解液が採取された。先に採取された
溶解液からは亜鉛・ニッケル合金めっき層の亜鉛及びニ
ッケルの付着量が、又後に採取された溶解液からは亜鉛
めっき層の付着量が各々求められた。
【0025】
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、金属の溶解液に光を照射しその透過光或いは散乱
光を測定するので、溶解に伴う水素発生や溶解生成物の
光吸収現象を光学的に捉えることができる。このため、
受光強度の変化から溶解の終点を自動的に検出すること
が可能となった。この自動化により、分析時間から不要
な時間を排除することができたことに加え、複数の段階
が継続する溶解反応であっても一回の溶解で各段の溶液
試料が得られる等、この発明の分析迅速化への貢献は大
きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の溶解終点自動検出装置の概要を示す
主要部の配置図である。
【図2】金属溶解に伴う散乱光の変化を示すグラフであ
る。
【図3】金属多段溶解に伴う散乱光及び透過光の変化を
示すグラフである。
【符号の説明】
1 試料 2 溶解用容器 3 光源 41、42 受光器 5 演算器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属を溶解中の溶解液に光を照射し透過
    光又は散乱光の一方又は両方の強度を経時的に測定し、
    これらの変化に基づいて溶解すべき金属の溶解の終了を
    自動的に判断することを特徴とする金属の溶解終点自動
    検出方法。
  2. 【請求項2】 金属を溶解中の溶解液に所定の波長を含
    む光を照射し透過光の強度を前記所定の波長について経
    時的に測定し、その変化に基づいて溶解すべき金属の溶
    解の終了を自動的に判断することを特徴とする金属の溶
    解終点自動検出方法。
  3. 【請求項3】 透明な溶解用容器の一方側にこの容器に
    向けて光を照射するための光源、前記溶解用容器に対し
    て光源の反対側のほぼ照射光軸上に配置され前記光源か
    らの照射光の溶解用容器を透過した光を受光するための
    受光器、前記溶解用容器に対して光源の反対側にあって
    照射光軸を外れる位置に配置され前記光源からの照射光
    の溶解用容器中での散乱光を受光するための受光器、及
    びこれらの受光器からの受光信号強度に基づき溶解終点
    を判断するための演算器からなることを特徴とする金属
    の溶解終点自動検出装置。
JP4338302A 1992-12-18 1992-12-18 金属の溶解終点自動検出方法及び装置 Pending JPH06186224A (ja)

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