JPS5885164A - Ｉｃｐを用いた固体試料の全自動分析装置 - Google Patents

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】 本発明は固体試料を高周波誘導結合ノラズマ発光分光分
析装置（以下ＩＣＰと略記する）で分析する場合の全操
作を自動的におこなう全自動分析装置に関するものでめ
る。

周知のよりに近年、ＩＣＰ分析が浴液の分析法として急
激にクローズドアツブされてさた。

この理出としてＩＣＰ分町法は浴液中の多元素（〜４６
７Ｃ糸）を同時に、しかも短時間内（〜１分間）ＶＣ分
町が可能でおりさらに分析の正確さ、ｆｆ度及び分析ａ
ｒ能崖匿範囲が従来の吸光光に法や原子吸光分析法に比
較して優るとも劣らない方法であること寺が挙けられる
。

しかしながら直読式固体発光分光分析等に比較し、固体
試料をＩＣＰで分析する場合は溶液化の操作が必要であ
る。即ち固体試料の一定量を秤取し、鉱酸等で溶解をお
こない、一定容量にする前処理操作が必要である。さら
に分析目的元素以外の不溶解物が溶液中に残存する場合
はｘｃｐＫｉｌ液を導入する際、目結シ等のトラブル発
生を防止するため一過操作をおこなう必要がめる。

例えば鋼試料を分析する場合、鋼中に含まれている炭素
が溶解せず溶液中に残存することが多くほとんどの場合
は濾過が必要である。

従来、これらの前処理操作ｆおこなった温液すｙｆルは
５０〜１００試料をオートサングラ−（ターンテーブル
式のものが多い）にセットし、自動的にＩＣＰで分析を
おこなっていた。しかるにこの前処理操作、即ち試料の
秤取、溶解、濾過、定容操作はほとんど手操作でおとな
ゎｎておジ人手と長時間を要していた。

現在、自動秤量、自動溶解、自動一過装置についてはそ
れぞれ種々の型式のものが開発、市販されているがこれ
らを組み合わせたＩＣＰ全自動分析装置としての技術は
見肖らない。

これらの塩山としてＩＣＰ分析が比較的新しい方法であ
ることも１つの理由であるが試料の一定量を正確に秤取
する必要があること、また、試料の種類によって用いら
れる溶解酸が違い溶解時間が異なる等が自動化を困難に
していた。

しかし、ＩＣＰでは溶液サングルをオートサングラ−に
セ、トシ死後はきわめて短時間に多元系が同時にしかも
自動的に分析が出来る反面、オートサンプラーにセット
するまでのサンノル溶液調製、いわゆる前処理操作に長
時間と人手を登することからこれらの全自動化が独く要
Ｉされていた。

発明者はこれら自動化に関する問題点を詳細に検討した
結果、以Ｆの知見を得た。例えば鋼試料の分析において
試料の秤取蓋はおる範囲内の量を精秤しＩｉｋ終的に試
料一度を一定にすれば精度よく分析が可能でめること、
また使用する溶解酸は塩酸、硝酸、過酸化水素水を単独
又は組合せて用いることによりほとんどの試料の溶解が
可能でメジ、溶解時間も１０分以内で十分であることが
わかった。

またＩＣＰ分析に必要な沼液量は１０ｉｄ＠度で十分で
あり配管、容器等の洗浄に必要な量を加えても高々２０
〜３０ｄでよい。−万、現在、ＩＣＰのネジライブ−の
詰り防止のため溶液の試料量には０．５％が一般的であ
るので分析に必要な固体試料ｔは０．１〜０．２ｇでお
る。

しかし固体試料の成分偏析および溶解酸、脱イオン水尋
の定量添加精度を検討した結果、分析に供する固体試料
量は０．２９以上歳終溶液粛として４０ｍ１以上が必要
であることがわかった。

ま九分析に供する固体試料量の上限は溶解時間、溶解酸
使用量の浪費、装置自体の大きさ等種々の問題があり、
α６１、最終溶液量としてｌ２Ｑｉｕとしえ。

ハードの件に関しては密閉系容器内で溶解すること、お
よび移動するものは液体状のもの、及び固体試料とじ九
ことに特徴がある。

これまでの経験によると溶解を開放系（例えばドラフト
内でＣ−カー）でおこなうと周囲の環境が酸蒸気に犯さ
れ種々のトラブルが発生した。特に、自動分析において
機械的に１１１！！Ｉ（例えばビーカー＞を移動させる
場合、酸蒸気がトラブルの原因となることが多々６っ九
。

また酸蒸気、ミストで飛散する量が個々で異なる丸め最
終的に一定容量にするためには再置針蓋が必要である郷
の不便がめった。

本発明はこれらの経験から酸蒸気は勿論のこと埃、温度
変化等きわめて積項条件にシビアなＩＣＰ分析装置と同
量に設置する全自動前処理装置として十分その性能を発
揮できるよう考慮したものでろ９、その要旨とするとこ
ろは多数の分析試料容器を前後または円運動させて順次
、秤量台上へ供給する試料交換装置と、これらの試料の
重量を自動的に秤量して記憶する自動天秤装置と、試料
容器中の固体試料を減圧による吸引力によって溶解装置
へ移送する装置と、溶解装置へ加える溶解酸、脱イオン
水、内標準溶液の自動定量添加装置と、密閉系容器内で
試料を加熱溶解する試料溶解装置と、溶解欣を自動的に
一過する自動−過装置及び工ＣＰ分析装置ｔｔ″組み合
せコンピューターコン）。

−ルによって多継試料を無人で順次分析ｔおこなうこと
を特徴とするＩＣＰ　ｔ−用いた固体試料の全自動分析
装置でろる。

以下本発明を第１図に示す実施例装置にょ９詳細に説明
する。図中Ａは試料交換装置でＴｏシ、ターンテーブル
方式又はベルトコンベア方式いずれでもよい。Ｂは試料
容器で試験管型のもので内径約２０諺、＾さ約３０霞の
ものである。

この試料容器Ｂに固体試料（通常切粉又は粉体）０．２
〜０．６ｊＦ（試料の比重がはなは疋しく異なる場合は
別だが通常の場合、例えば鋼の切粉の場合、特殊なガラ
ス属サジで試料を試料容器Ｂに移し入れる９　０．３〜
０．５９の範囲で移し取ることはきわめて容易である）
を入れ試料交換装置Ａに複数個、通常１００試料セツト
する。自動天秤Ｃはつぎの機能を備えている・ 即ち試料交換装置人が稼動し自動天秤Ｃの真上に位置す
る試料容器Ｂを約３０■持ち上げてその重量（試料容器
と固体試料の含量）ｔ−測定（第１［１Ｎ定）Ｌメ篭す
−シておく。なお第２回測定値は試料容器Ｂは持ち上げ
たままの位置で固定しておく。

つぎに試料容器Ｂ中の固体試料を試料移送管りを通して
溶解槽ｌ８ＶＣ移送したのち（この機構は後述する）再
び自動天秤Ｃで重量！測定（第２回測□ 定）する・ 第１回と第２回測定値の差から溶解槽鳶に移送した固体
試料の重量を算出してその値をコンピューターに伝送す
る。

これら一連の操作が終了したのち試料容ｗｋＢは＾び試
料交換装置Ａに戻し、つきの試料容器Ｂ′が自動天秤Ｃ
の真上に位置する様に稼動する。

なおこれらの操作は後述の操作も含めてコンビ１−ター
コントロールされている。

つぎに試料容器Ｂ中の固体試料を溶解槽Σに移送する機
構について説明する。

？は真空ボン！、Ｐは真空だめ、■は洗浄びんである。

真空ボンダ？は常時稼動しており真空だめ（約５１）及
び洗浄びん（約１りはほぼ真空近くまで減圧されている
。

電磁弁ｌを開放することによって溶解槽Ｅ及びこれと連
結している配管内はすべて減圧されることになる。

この状態で電磁弁Ｊｔ−開放すると試料移送管りの光漏
（試料容器は自動天秤によって持ち上げられ試料移送管
の先端は試料容器に挿入された状態になっている）は急
激に吸引力を生じ固体試料は瞬間的に試料移送管りを経
由して溶解槽Ｅに移送される。

試料移送管りの一方の先端（溶解槽内に位置）は移送さ
れた固体試料が溶解槽Ｅの内壁上部に耐着することがな
いよう方向及び角度に配慮がなされている。さらにこの
先端は溶解時の蒸気あるいはｍｌ（スト等によって湿っ
てお多試料が捕集され九〕詰またりしないよう試料移送
前に空気ポン／ｂによって空気を送り乾燥する工程があ
る。

さて、固体試料が０．２〜０．６ｇの範囲で精秤（ｌＷ
ｔ、で正確Ｋ）され溶解槽Ｅに移送され死後は電磁弁Ｘ
を開放し溶解槽Ｅ内を洗浄びんＨｌ−介して大気に開放
する・ しかる後溶解酸定量添加装置Ｍ、Ｎ、０で溶解酸を単独
又は組合せて添加する。この溶解酸の組合せ及び添加量
は試料の種類と秤取量によって決定される。例えば低合
金鋼を分析する場合は王水（硝＠１容：塩酸３容）を試
料秤取量０．１　ｊ当９４．０−を添加する様あらかじ
め制御用コンビ、−ターにセットしておく。

なおこの溶解酸の１加量は定量ポンダ等の手段を用いる
ことによりきわめて正確にコントロールが可能でめる。

溶解槽Ｅに下部が円−状をした石英ａｌｌ（約３００Ｉ
Ｉｊ）のもので円錐部に発熱体Ｐを１１［接巻き付けて
急速加熱が出来るようになっている。ま九加熱溶解中に
蒸気やミストが飛散、損失しないように冷却装置Ｑが上
部に１１）付けである。

溶解終了後脱イオン水定量添加装置Ｂにより脱イオン水
を添加する。この添加量も試料秤取量によってろらかし
めセットされた比例式から算出される。

また試料の４１に＠や分析目的元素等によって内標準１
質を添加する必要がろる場合は内標準ｆ＃液定量添加装
置Ｓによって一定童添加することが出来る。

即ち以上の操作によって溶液化後の＃！液液中試料製置
を正確に一定に保つことが可能でるる。

このことはＩＣＰ分析が絶対分析法ではなく標準試料を
用いた相対分析法であることから正確な分析が可能でろ
ることを意味している。

つぎに溶液化したサン！ル液をＩＣＰ装置Ｘに導入する
機構について説明する。

前述したようＫｌｌ液中には不８注のものが残存する場
合が多くこのまま工ＣＰ装置Ｘに導入するとＭ）等のト
ラブルが生じることが多い、し九がって一過したのちＩ
Ｃ？装置Ｘに導入する方がｔＦＦｔシい畳 図中、Ｔは一過ポ／グ、Ｕは交換可能なラインフィルタ
ーである。ｔず空気ＩンｆＫによシ溶液中に空気を吹亀
込み溶液を攪拌均一にしたのちラインフィルターＵを通
して濾過ボンダＴで溶解槽Ｅ内の溶液をＩＣＰす／グル
容器Ｖに輸送する。なおツインフィルターＵ、濾過ポ／
７’Ｔ、輸送ｆ＆びＩＣ？サン！ル容器Ｖ内の前試料の
コンタミネーＶ１ンを防ぐため１回もしくは２回の共洗
いをおこなっ死後、ＩＣＰｆｙグル容器Ｖに約１５ＷＬ
ｌを輸送する・ こＯＩＣＰサンｌル容器ＶからＩＣＰ装置Ｘへのサノグ
ル溶液の導入はネブライザーを用い通常の条件でおこな
い目的元素の分析をおこなう。

一方溶解槽冨内に残留している溶液は排水口Ｗよ）系外
へ排出した後脱イオン水定量添加装置で２〜３回浴解溶
解内を洗浄する。況浄時脱イオン水が濤解槽Ｅ内鷺の全
てを洗浄できる工う蒸解槽上部に傘状の分散板を設けこ
れに脱イオン水を吹き付け、内壁を伝わって下部に落ち
るようにしておる。この１ａｍは洗浄時のみに効果ｔ−
発揮するのみならず試料溶解終了後脱イオン水を一定量
添加するときにも溶解槽Ｅの内１１に付着した浴液を洗
い落す役割も果す。

つぎにラインフィルターの洗浄及びＩＣ？試料導入部の
洗浄機構について説明する。

分析が終了したのちＩＣＰサン／ル容器Ｖ中に残ってい
るサングル欣は排水口２から排出する。しかるのち脱イ
オン水びんＹよシ一定流量で脱イオン水ｔ−ｌＣｌ”サ
ングル容ｉＳｖに入れる。濾過ポンダＴを連回転させて
、即ち逆流に二ってラインフィルターＵｔ−洗浄する。

洗浄流量、時間は供試料の樵類によって異なるが試料毎
に５０ｊｌＪＩｌＫで十分である。但し、２００〜５０
０試料を分析すると酸による洗浄が必豐であるため簡率
に交換がで自るようになっている。

以上本発明装置、各工＝、トの機能と操作ｔ″帆明たが
これらの操作はすべてコンピューターによって制御され
る。

実験例−１ 低合金鋼標準試料１５［１ｇｉを用い本発明装置及び手
操作で分析をおこないその正確さの比＊１−おこな−）
喪。そＯ結果を第１宍にしめす。

第１表の結果から本発明装置は十分に実用で色ることが
わかりた。

第１表　　　本発明装置と手操作分析における正確さ０
比収実験？１ｊ−２ 本発明装置は夜間無人分析をおこなう場合に著しい効果
全発揮する・ 第２図に１日の分析スケノ、−ルの例をしめじ九、−試
料を分析する場合本発明装置によ養と１人−２時間／日
の作業で約１００個の試料の分析が可能でおる。

ちなみに手操作によ９１日（昼間８時間）で１００個の
試料を分析するためには２〜３名が必要である。

なお第２図中Ｏ８時間帯（約４時間）は本発明装置で処
理で龜ない特殊試料（例えば酸不溶性の試料など）につ
いて手操作処理で調整した試料のＩＣ？分析に当ててｒ
る。

【図面の簡単な説明】

ＩＩ１図は本発明実施例装置の説明図、第２図は本発明
装置による１日の分析スケノ、−ル０１例を示す図であ
る。 ムー試料交換装置　　　Ｂ・・・試料容器Ｃ・−自動天
秤　　　　　Ｄ・・・試料移送管鳶・・・溶解槽　　　
　　　ｒ・・・真空ボンダＧ・−真空だめ　　　　　Ｈ
・・・洗浄びんＩ、Ｊ、に−・・電磁弁　　Ｌ・・・空
気ポン！Ｍ、Ｎ、Ｏ−溶解酸定量添加装置 Ｐ　−・・発熱体　　　　　　Ｑ・・・冷却装置翼・・
・脱イオン水定量添加装置 Ｓ・・・内標準溶液定量添加装置 Ｔ・、、（ｐ過４：／ｆ　　　　　Ｕ”・ラインフィル
ターＶ−・・ＩＣＰす／グル容器　Ｗ・・・溶解１４排
水口ｘ−ＩＣＰ装置１　　　　　　Ｙ・・・脱イオン水
びんｚ−・・ＩＣＰサンｆル容器排水口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多数の分析試料容器を前後または円運動させて順次、秤
   量台上へ供給する試料交換装置と、これらの試料の重量
   を自動的に秤量して記憶する自動天秤装置と、試料容器
   中の固体試料を減圧による吸引力によって溶解装置へ移
   送する装置と、溶解装置へ加える磐解酸、脱イオン水、
   内標準＊＊の自動定量添加装置と、密閉系容器内で試料
   を加熱溶解する試料交換装置と、溶解液を自動的に一過
   する自動濾過装置及びＩＣＰ分析装置を組み合せコンビ
   、−ターコントロールによって多数試料を無人で順次分
   析をおこなうことを特徴とするＩＣＰ　ｉ用いた固体試
   料の全自動分析装置。