JPWO2017010021A1 - 窒素の分析方法および窒素分析装置 - Google Patents
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Abstract
オゾンによる化学発光法を利用して試料中の窒素を定量分析する方法であって、一層高精度に窒素濃度を測定することができる窒素の分析方法、ならびに、当該分析方法を実施するための窒素分析装置を提供する。また、燃料関連試料中の窒素を分析する際も、人体への影響がなく、環境負荷も一層低減し得る窒素の分析方法および窒素分析装置を提供する。窒素化合物を含有する試料を燃焼させ、得られた試料ガスとオゾンとを反応させてその化学発光強度を測定し、化学発光強度と窒素重量との関係を表す予め作成された検量線に基づいて試料中の窒素濃度を定量する窒素の分析方法において、検量線として、窒素濃度５〜１００ｐｐｍの標準試料から予め作成された検量線を使用し、試料として、溶媒で窒素濃度５〜１００ｐｐｍに希釈された希釈試料を使用する。
Description
本発明は、窒素の分析方法および窒素分析装置に関するものであり、詳しくは、オゾンによる化学発光法を利用して試料中の窒素を定量分析する方法であって、例えば石油類などの試料に含まれる窒素の濃度を一層高精度に測定することが可能な窒素の分析方法、ならびに、当該分析方法を実施するための窒素分析装置に関するものである。
ディーゼル燃料、オイル、ガソリン等の石油類やコールタール等の石炭類などの燃料関連試料、河川水、湖沼水などの環境水や工場排水などの水溶液試料の他、各種の高分子材料試料や有機液体試料に含まれる窒素を定量する分析においては、オゾンによる化学発光を利用した窒素分析装置が使用される。斯かる分析装置による窒素の分析では、試料が注入された反応管に酸素を供給しながら当該反応管を加熱することにより、試料を燃焼させて反応管から試料ガスを回収すると共に、得られた試料ガスとオゾン発生器で生成されたオゾンとの反応による化学発光強度を化学発光検出器によって測定する。
上記の窒素の分析方法は、窒素含有化合物の燃焼時に生成される一酸化窒素（ＮＯ）とオゾン発生器で生成されたオゾン（Ｏ３）とを反応させて二酸化窒素（ＮＯ２）を生成し、その際に生じる化学発光の発光強度が一酸化窒素と一次式相関関係（Ｙ＝ａＸ＋ｂ；Ｘは一酸化窒素濃度または一酸化窒素換算の窒素重量、Ｙは化学発光強度、ａ，ｂは一定の係数）にあることを利用したものである（特許文献１，２参照）。そして、例えば上記の燃料関連試料における窒素の分析では、化学発光検出器の測定レンジや試料の取扱い性を考慮し、試料を適度な濃度に溶媒で希釈した後、希釈試料について上記の分析操作を行っている。
ところで、上記の窒素の分析において、前処理として試料を希釈する理由は次の通りである。すなわち、含有される窒素の濃度が試料によって大幅に相違した場合には、燃焼時の一酸化窒素の生成効率が変化するため、一次式相関関係に基づく検量線を使用しようとしても、そのダイナミックレンジが狭く、直ちには適用できない。そこで、試料中の窒素濃度が例えば１０００ｐｐｍ以下となる程度まで適度に希釈して測定を行っている。
しかしながら、試料の希釈作業は、メスフラスコ、ホールピペット、メスピペットなどの計量容器を使用し、熟練を要する精緻な技術が要求される反面、実際、分析精度を確認すると、真の濃度と分析値とが一致せず、特に希釈後の試料中の窒素濃度が１０００ｐｐｍを超えるような場合には、真の濃度と分析値との乖離が非常に大きくなる傾向が見られる。更に、複数の技術者が試料の希釈を行った場合には、同一の試料を使用し、同一の作業を実施しても、ヒューマンエラーが起こりやすく、測定値がばらつくことがしばしば発生する。
また、人手による燃料関連試料の希釈作業においては、試料に含有される発ガン性物質の人体暴露を軽減する必要もある。しかも、測定に必要とされる量が５０μＬ程度と非常に少量であるにも拘らず、希釈作業では２０〜５０ｍＬの希釈試料を調製するため、調製した希釈試料のほとんどを廃棄せねばならず、環境負荷が大きくなると言う問題もある。
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、窒素化合物を含有する試料を燃焼させ、得られた試料ガスとオゾンとを反応させてその化学発光強度を測定することにより、試料中の窒素を定量する分析方法において、一層高精度に窒素濃度を測定することができる窒素の分析方法、ならびに、当該分析方法を実施するための窒素分析装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、前述の燃料関連試料中の窒素を分析する際も、人体への影響がなく、環境負荷も一層低減し得る窒素の分析方法および窒素分析装置を提供することにある。
上記の課題を解決するため、本発明者等は、濃度が既知の試料を準備し、これを異なる多数の濃度に溶媒で予め希釈した希釈試料について、上記の分析方法により化学発光強度を測定し、希釈試料中の窒素濃度と化学発光強度との関係を解析したところ、希釈試料中の窒素濃度が例えば５００〜２５００ｐｐｍ、１０００〜５０００ｐｐｍ、３０００〜１００００ｐｐｍ、５０００〜２００００ｐｐｍと言った範囲では、各範囲ごとに一次式相関関係が見られるものの、各範囲で一次式の傾きが相違し、特に濃度が高くなるに従い、燃焼時における一酸化窒素の生成効率が漸次低下して二次式相関関係が強くなる傾向があり、真値からのずれが一層大きくなることが見出された。更に、解析を進めたところ、窒素濃度１００ｐｐｍ以下の低濃度まで試料を希釈した場合には、窒素濃度と化学発光強度との関係において、切片が略原点を通る一次式相関関係、すなわち、略比例関係が成立することに着目し、そして、前記の一次式相関関係（比例関係）を検量線として使用すると共に、高濃度の試料についても前記の低濃度の範囲まで希釈するならば、試料中の窒素濃度に拘らず、真の濃度と分析値との乖離が殆どなく、正確に真値が得られることを知徳し、本発明を完成した。
すなわち、本発明の要旨は、窒素化合物を含有する試料を燃焼させ、得られた試料ガスとオゾンとを反応させてその化学発光強度を測定し、化学発光強度と窒素重量との関係を表す予め作成された検量線に基づいて試料中の窒素濃度を定量する窒素の分析方法において、前記検量線として、窒素濃度５〜１００ｐｐｍの標準試料から予め作成された検量線を使用し、試料として、溶媒で窒素濃度５〜１００ｐｐｍに希釈された希釈試料を使用することを特徴とする窒素の分析方法に存する。更に、分析精度を向上させ且つ燃料関連試料などを分析する場合の人体および環境への影響を低減するため、本発明の好ましい態様では、上記の分析方法において、プランジャーを機械的に駆動させてシリンジに試料を吸引可能な自動シリンジを使用し、シリンジ内で試料を希釈する。
また、本発明の他の要旨は、試料ガス供給機構、窒素分析機構および解析用コンピュータから主として構成された窒素分析装置であって、前記試料ガス供給機構は、頭部に自動シリンジが配置された液体試料導入用の内管および酸素が供給される試料ガス回収用の外管から成る二重管構造の反応管と、当該反応管を加熱する加熱炉とを備え、当該加熱炉による加熱により前記反応管内の試料を燃焼させ、試料中の窒素を一酸化窒素に変換して試料ガスとして回収する機能を有し、前記窒素分析機構は、オゾン発生器および化学発光検出器を備え、前記試料ガス供給機構から供給された試料ガス中の一酸化窒素と前記オゾン発生器で生成されたオゾンとの反応による化学発光強度を前記化学発光検出器によって測定する様に構成されており、そして、前記試料ガス供給機構に試料を注入するに当たり、前記自動シリンジにおいて、窒素濃度が５〜１００ｐｐｍの範囲に試料を溶媒で希釈して希釈試料を調製する希釈操作を行い、前記窒素分析機構で得られた化学発光強度から窒素濃度を定量するに当たり、前記解析用コンピュータにおいて、窒素濃度が５〜１００ｐｐｍの範囲の標準試料から予め作成された化学発光強度と窒素重量との関係を表す検量線に基づき、希釈試料中の窒素重量を算出して試料中の窒素濃度を定量する様になされていることを特徴とする窒素分析装置に存する。
本発明に係る窒素の分析方法および窒素分析装置によれば、特定の濃度範囲まで希釈した希釈試料を使用することにより、試料燃焼時の一酸化窒素の生成効率を一定に維持でき、かつ、前記の特定の濃度範囲において窒素濃度と化学発光強度とが略比例関係にある正確な検量線に基づいて窒素重量を算出できるため、窒素濃度が極端に異なる各種の試料について高精度にその濃度を測定することができる。また、自動シリンジを使用してシリンジ内で試料を希釈することにより、希釈操作でのヒューマンエラーを排除でき、しかも、燃料関連試料などを分析する際も発ガン性物質の人体暴露がなく、また、最小限の量の希釈試料で分析でき、環境負荷をより低減することができる。
本発明に係る窒素の分析方法および窒素分析装置の実施形態について図面を参照して説明する。本発明の分析方法は、前述のような各種の試料について適用することができ、オゾンによる化学発光を利用した窒素分析装置を使用して実施される。
先ず、本発明に使用される一例としての窒素分析装置の概要を説明する。図１に示すように、窒素分析装置は、試料ガス供給機構１、窒素分析機構４及び解析用コンピュータ（図示省略）から主として構成される。試料ガス供給機構１は、試料が注入され且つ酸素が供給される反応管１０と、当該反応管を加熱する加熱炉１３とを備え、当該加熱炉による加熱により反応管１０内の試料を燃焼させ、試料中の窒素を一酸化窒素に変換して試料ガスとして回収する機能を有する。
反応管１０は、試料導入用の内管１１及び酸素が供給される試料ガス回収用の外管１２から成る二重管構造を有する。内管１１は、その頭部に液体試料を注入するための試料注入装置としての自動シリンジ１４を配置して構成される。内管１１は、外管１２の内周面との間に気体通過用の隙間を確保するため、外管１２の内径よりも小さな外径で且つ外管１２の深さよりも短い長さに設計される。そして、内管１１の上部には、燃焼促進用の酸素および移送用のアルゴン等の不活性ガスを導入するためのキャリアガス供給流路５１が接続される。
一方、外管１２は、上端が封止された長軸の有底円筒状の管で構成される。外管１２の上部には、燃焼用酸素を導入するための酸素供給流路５２が接続され、外管１２の底部には、燃焼によって得られた試料ガスを取り出すための流路６１が接続される。また、流路６１の外周には、試料ガスを完全に酸化させるため、配管加熱用ヒーター１５が付設される。
加熱炉１３は、反応管１０を加熱するための加熱手段であり、反応管１０を挿入する反応管装入穴が中心に設けられた電気炉で構成される。具体的には、加熱炉１３は、円筒状のケーシング内に保温材を収容し、かつ、保温材の内部に複数のヒーター、例えばカンタル発熱体、ニクロム発熱体、シルバー発熱体などを金属管に収容して成るシーズドヒーターを埋設して構成される。なお、加熱炉１３は、反応管１０の温度が所定の温度となる様に、反応管１０の温度を検出してヒーターへの通電を制御する様になされている。
自動シリンジ１４は、試料の採取および注入を行うマイクロシリンジ１４ａと、当該マイクロシリンジを固定し且つマイクロシリンジのプランジャーを作動させるプランジャーポンプ１４ｂとから構成される。周知の通り、マイクロシリンジ１４ａは、一端に注射針状の針が取り付けられた長軸円筒状のシリンジと、当該シリンジの他端から挿入されたプランジャーとから構成される（図２参照）。プランジャーポンプ１４ｂは、マイクロシリンジ１４ａのシリンジが取り付けられる基台と、マイクロシリンジ１４ａのプランジャーの基端部に連結され且つ基台上をマイクロシリンジのシリンジの長さ方向に沿って往復移動する可動駒とから成り、プログラムが書き込まれたコントローラによってステッピングモーター等の駆動部を制御し、一定速度で可動駒を作動させる様に構成される。
上記の試料ガス供給機構１においては、自動シリンジ１４から試料が注入され、キャリアガス供給流路５１から供給された酸素および不活性ガスによって前記の試料を内管１１から外管１２へ送り込むと共に、加熱炉１３により外管１２を加熱しながら、酸素供給流路５２から供給された酸素により内管１１先端側の外管１２内において酸化燃焼させる様になされている。そして、試料中の窒素を一酸化窒素に変換し、流路６１を通じて試料ガスとして取り出す様に構成される。
試料ガス供給機構１の後段（採取した試料ガスの流れ方向の下流側）には、試料ガスの脱水および洗気を行うため、脱水剤として例えばリン酸が収容された脱水浴２１が設けられる。すなわち、反応管１０の外管１２から伸長された流路６１は脱水浴２１に接続され、そして、脱水浴２１のガス取出口は、流路６２を介して窒素分析機構４に接続される。なお、脱水浴２１は、フッ素樹脂ファイバーが充填され且つ水分除去機能を有するフッ素樹脂チューブで構成されてもよい。
窒素分析機構４は、オゾン発生器４１及び化学発光検出器４２を備え、試料ガス供給機構１から供給された試料ガス中の一酸化窒素とオゾン発生器４１で生成されたオゾンとの反応による化学発光強度を化学発光検出器４２によって測定する様になされている。オゾン発生器４１としては、低電圧による駆動、装置の小型化、ノイズ防止、ＮＯＸの発生防止などの観点から、例えば、陽極と陰極との間に固体高分子膜をサンドイッチ接合し、電極間に直流電圧を印加して空気中の水分を電気分解し、陽極にオゾンを発生させる構造のいわゆる超小型オゾナイザー素子を利用した発生器などが使用される。
化学発光検出器４２は、酸化反応による発光を電子増倍管で受光し、波形処理を行った後にこれをＡＲＥＡ値とし、予め作成された後述する検量線を使用して前記のＡＲＥＡ値から試料中の窒素量を測定する減圧化学発光方式の検出器である。具体的には、化学発光検出器４２を使用した窒素分析では、試料ガス中の一酸化窒素にオゾンを接触させ、ＮＯ＋Ｏ３→ＮＯ２＋Ｏ２＋ｈＮ（Ｎは振動数）の酸化反応を生起し、５９０〜２５００ｎｍの波長の光を発光させる。そして、発光した光を電子増倍管で受光してその強度を測定し、上記の処理を行う。
オゾン発生器４１には、オゾン生成用の酸素を導入する酸素供給流路５３が接続される。酸素供給流路５３は、前述の酸素供給流路５２から分岐された流路であってもよい。化学発光検出器４２には、オゾン発生器４１から伸長されたオゾン供給用の流路６３が接続され、また、前述の脱水浴２１から伸長された流路６２が接続される。更に、化学発光検出器４２の後段には、余剰のオゾンを無害化処理するための例えば活性炭を充填して成る除害装置４３が流路６４を介して配置される。そして、除害装置４３の後段には、流路６５を介して真空ポンプ７が配置される。
なお、図示しないが、上記の窒素分析装置は、窒素と共に、塩素、硫黄が同時に分析可能な複合的な分析装置において構成されてもよい。複合的な分析装置の場合、流路６２の途中の符号３の位置に塩素分析機構、硫黄分析機構が設けられる。例えば、塩素分析機構としては、酢酸を含む電解液が収容され且つ試料ガス中の塩化水素を電量滴定する滴定セルを備え、塩化水素を酢酸に吸収させ、電量的に発生させた銀イオンで滴定してこれに要した電気量を測定することにより塩素量を演算する機構が挙げられる。また、硫黄分析機構としては、試料ガスに紫外線を照射して試料ガス中の二酸化硫黄の蛍光強度を測定する紫外蛍光検出器を備え、予め作成した検量線を使用して試料中の硫黄量を測定する機構、あるいは、ヨウ化カリウムを含む電解液が収容され且つ試料ガス中の二酸化硫黄を電量滴定する滴定セルを備え、二酸化硫黄をヨウ化カリウム水溶液に吸収させ、電量的に発生させた三ヨウ化物イオンで滴定してこれに要した電気量を測定することにより硫黄量を演算する機構などが挙げられる。
次に、上記の窒素分析装置における解析用コンピュータの機能と共に、窒素分析装置を使用した本発明の分析方法について説明する。本発明における分析工程は、従来法と同様であり、窒素化合物を含有する試料を燃焼させ、得られた試料ガスとオゾンとを反応させてその化学発光強度を測定することにより、試料中の窒素濃度を定量する。
具体的には、先ず、試料の注入に当たり、加熱炉１３に通電し、反応管１０の内部を６００〜１１００℃に加熱し、また、下流側に設けられた真空ポンプ７を稼働させる。次いで、試料ガス供給機構１において、キャリアガス供給流路５１を通じて内管１１にキャリアガスとして酸素および不活性ガスを供給し、酸素供給流路５２を通じて外管１２に酸素を供給する。続いて、自動シリンジ１４を作動させてマイクロシリンジ１４ａから内管１１に試料、例えば燃料関連試料を所定量注入する。キャリアガス及び酸素の圧力、流量は、供給流路５１及び酸素供給流路５２にそれぞれ付設された流量調整弁（図示省略）の制御により、０．３〜０．５ＭＰａ、０．２〜１Ｌ／ｍｉｎ程度に設定される。そして、上記の操作により、試料を外管１２において酸化し、試料中に含まれる窒素を一酸化窒素に変換して、これを含む試料ガスを流路６１から取り出す。
反応管１０で得られた試料ガスは、脱水浴２１で脱水処理した後に流路６２を通じて取り出し、窒素分析機構４の化学発光検出器４２に導入する。一方、窒素分析機構４においては、オゾン発生器４１でオゾンを生成し、流路６３を通じて化学発光検出器４２に導入する。化学発光検出器４２では、試料ガス中の一酸化窒素とオゾンとの反応による化学発光強度を測定することにより、別途設けられた解析用コンピュータを使用して窒素量を算出する。具体的には、所定の濃度範囲で予め作成された検量線に基づいて窒素量を算出し、その結果から試料中の全窒素濃度を定量する。
本発明では、上記のような窒素の分析方法において、検量線として、窒素濃度が５〜１００ｐｐｍ、好ましくは５〜６０ｐｐｍの範囲の標準試料から予め作成された検量線を使用する。そして、分析の際の試料として、標準試料と同様に、窒素濃度が５〜１００ｐｐｍ、好ましくは５〜６０ｐｐｍの範囲に溶媒で希釈された希釈試料を使用する。これにより、反応管１０における試料燃焼時の一酸化窒素の生成効率を一定に維持でき、しかも、化学発光強度を測定して得られる化学発光面積と試料中の窒素重量とが高度に相関し且つ略比例する窒素濃度５〜１００ｐｐｍの領域における一層正確な検量線を使用して希釈試料中の窒素重量を算出することができるため、一層高精度に窒素濃度値を定量することができる。
窒素濃度が５〜１００ｐｐｍの範囲の標準試料から作成された検量線を使用し、同濃度の希釈試料を調製する理由は次の通りである。すなわち、窒素濃度が１００ｐｐｍを超える試料の場合には、試料中の窒素重量と化学発光強度（発光面積）との関係が、ある範囲ごとには一次式相関関係が成り立つが、燃焼時の一酸化窒素の生成効率が変化するため、各範囲で一次式の傾きが相違し、濃度が高くなるに従い、一次式の傾きが次第に下り、真値から徐々にずれる傾向がある。一方、窒素濃度が５ｐｐｍ未満の低濃度を試料を測定しようとすると、化学発光検出器４２におけるセンサーの感度の問題から化学発光強度の検出感度を高く設定する必要がある。
また、本発明においては、希釈試料中の窒素濃度を上記の範囲に収め且つ正確に希釈量を特定するため、前述のような自動シリンジ１４を使用して試料の希釈を行うのが好ましい。すなわち、希釈操作においては、マイクロシリンジ１４ａのプランジャーを機械的に駆動させてマイクロシリンジ１４ａのシリンジに試料を吸引可能な自動シリンジ１４を使用し、マイクロシリンジ１４ａのシリンジ内で試料を希釈する。
例えば、試料が燃料関連試料の場合は、希釈用の溶媒として有機溶媒が使用される。具体的には、試料が重油、軽油、ガソリン等の場合には、希釈用の溶媒として、トルエン、キシレン又はトリメチルベンゼンが使用される。そして、図２に示すように、上記のような自動シリンジ１４を使用してマイクロシリンジ１４ａのシリンジ内で試料を希釈するに当たり、例えば、フラッシュ溶媒（Ａ）を１０〜２０μＬ、空気（プレエア）（Ｂ）を０〜５μＬ、試料（Ｃ）を２〜５μＬ、溶媒（Ｄ）を３０〜５０μＬを順次にシリンジ内に吸引する。
希釈試料を調製する際、フラッシュ溶媒（Ａ）は、反応管１０を回分の試料を注入後にマイクロシリンジ１４ａを洗浄するために最初に吸引する。フラッシュ溶媒（Ａ）としては、溶媒（Ｄ）と同一成分の液体が使用されるが、試料（Ｃ）が水溶性の場合は水を使用してもよい。そして、空気（プレエア）（Ｂ）は、マイクロシリンジ１４ａのシリンジから試料（希釈試料）を完全に押し出し且つ試料（Ｃ）及び溶媒（Ｄ）へのフラッシュ溶媒（Ａ）の混入防止のために吸引する。なお、本発明においては、希釈試料における窒素濃度を上記の範囲に設定する限り、試料（Ｃ）及び溶媒（Ｄ）の吸引量、希釈倍率は任意に設定できる。
本発明において、上記の窒素濃度範囲における窒素重量と化学発光面積との関係（検量線）は、Ｙ＝ａＸ＋ｂ（Ｘは一酸化窒素濃度または一酸化窒素換算の窒素重量、Ｙは化学発光強度、ａ，ｂは一定の係数）で表され、係数ｂの値（切片）は略ゼロに近い値となる。なお、本発明において得られる検量線については、マンデル直線性テストでも一次直線の成立を確認することができる。
上記の窒素分析装置による分析においては、化学発光検出器４２で試料ガス中の一酸化窒素とオゾンとの反応による化学発光強度を測定した後、解析用コンピュータによって、化学発光強度（発光面積）を演算し、予め書き込まれた上記の検量線に基づいて希釈試料中の窒素重量を算出し、次いで、自動シリンジ１４における希釈量から本来の試料の窒素濃度を定量する。
なお、燃料関連試料を精油所などで分析する場合は、出荷元で測定した窒素濃度を目処にして試料の希釈を行うが、窒素濃度が未知の試料については、検量線を作成して分析し、窒素濃度（試料中の窒素重量）が検量線内に入れば測定結果を採用し、また、窒素濃度が検量線最高濃度よりも高い場合あるいは検量線最低濃度よりも低い場合は、そこから大まかな値を算出した後、希釈倍率を変更して再度測定を実施する。
上記のように、本発明に係る窒素の分析方法によれば、特定の濃度範囲まで希釈した希釈試料を使用することにより、試料燃焼時の一酸化窒素の生成効率を一定に維持でき、かつ、窒素濃度と化学発光強度とが略比例関係にある前記の特定の濃度範囲における正確な検量線に基づいて窒素重量を算出できるため、窒素濃度が極端に異なる各種の試料について高精度にその濃度を測定することができる。また、本発明に係る窒素の分析方法によれば、自動シリンジ１４を使用してシリンジ内で試料を希釈することにより、希釈操作でのヒューマンエラーを排除でき、しかも、燃料関連試料などを分析する際も発ガン性物質の人体暴露がなく、また、最小限の量の希釈試料で分析でき、環境負荷をより低減することができる。
また、本発明の分析方法を実施するための上記の窒素分析装置は、前述のように、試料ガス供給機構１、窒素分析機構４及び解析用コンピュータから主として構成されており、試料ガス供給機構１は、頭部に前述の自動シリンジ１４が配置された液体試料導入用の内管１１及び酸素が供給される試料ガス回収用の外管１２から成る二重管構造の反応管１０と、当該反応管を加熱する加熱炉１３とを備え、当該加熱炉による加熱により反応管１０内の試料を燃焼させ、試料中の窒素を一酸化窒素に変換して試料ガスとして回収する機能を有し、窒素分析機構４は、オゾン発生器４１及び化学発光検出器４２を備え、試料ガス供給機構１から供給された試料ガス中の一酸化窒素とオゾン発生器４１で生成されたオゾンとの反応による化学発光強度を化学発光検出器４２によって測定する様に構成されている。そして、試料ガス供給機構１に試料を注入するに当たり、自動シリンジ１４において、窒素濃度が５〜１００ｐｐｍの範囲に試料を溶媒で希釈して希釈試料を調製する希釈操作を行い、窒素分析機構４で得られた化学発光強度から窒素濃度を定量するに当たり、解析用コンピュータにおいて、窒素濃度が５〜１００ｐｐｍの範囲の標準試料から予め作成された化学発光強度と窒素重量との関係を表す検量線に基づき、希釈試料中の窒素重量を算出して試料中の窒素濃度を定量する様になされている。
従って、上記の窒素分析装置によれば、自動シリンジ１４において特定の濃度範囲まで希釈した希釈試料を調製することにより、試料ガス供給機構１において試料燃焼時の一酸化窒素の生成効率を一定に維持でき、かつ、解析用コンピュータにおいて窒素濃度と化学発光強度とが略比例関係にある前記の特定の濃度範囲における正確な検量線に基づいて窒素重量を算出するため、窒素濃度が極端に異なる各種の試料についても高精度にその濃度を測定することができる。また、自動シリンジ１４を使用してシリンジ内で試料を希釈するため、希釈操作でのヒューマンエラーを排除でき、しかも、燃料関連試料などを分析する際も発ガン性物質の人体暴露がなく、また、最小限の量の希釈試料で分析でき、環境負荷をより低減することができる。
［実施例］
窒素濃度が既知の試料を複数種調製し、これらを図１に示す窒素分析装置の自動シリンジ１４において溶媒で希釈し、同分析装置でそれぞれ分析し、検量線を作成した。諸条件は以下の通りであり、得られた検量線は図３に示す通りである。
窒素濃度が既知の試料を複数種調製し、これらを図１に示す窒素分析装置の自動シリンジ１４において溶媒で希釈し、同分析装置でそれぞれ分析し、検量線を作成した。諸条件は以下の通りであり、得られた検量線は図３に示す通りである。
［比較例］
窒素濃度が既知の試料を複数種調製し、これらを図１に示す窒素分析装置でそれぞれ分析し、検量線を作成した。試料の窒素濃度が異なる点、溶媒が異なる点、試料を希釈していない点が実施例と異なる。希釈諸条件は以下の通りであり、得られた検量線は図４に示す通りである。
窒素濃度が既知の試料を複数種調製し、これらを図１に示す窒素分析装置でそれぞれ分析し、検量線を作成した。試料の窒素濃度が異なる点、溶媒が異なる点、試料を希釈していない点が実施例と異なる。希釈諸条件は以下の通りであり、得られた検量線は図４に示す通りである。
従来法にける検量線は、図４に示すように、各窒素重量範囲においては直線性は高いが、窒素濃度が高くなるに従い傾きが小さくなり、切片は原点から正の方向に離れていく傾向がある。これは窒素濃度の変化に伴い、燃焼による一酸化窒素の発生効率が変化していることが判る。これに対し、本発明においては、図３に示すように、比例関係を高く維持した検量線が得られる。
本発明に係る窒素の分析方法および窒素分析装置によれば、窒素濃度と化学発光強度とが略比例関係にある特定の濃度範囲まで希釈した希釈試料を使用するため、窒素濃度が極端に異なる各種の試料について高精度にその濃度を測定することができ、特にディーゼル燃料、オイル、ガソリン等の石油類やコールタール等の石炭類などの燃料関連試料の窒素の定量分析に好適である。
１ ：試料ガス供給機構
１０ ：反応管
１１ ：内管
１２ ：外管
１３ ：加熱炉
１４ ：自動シリンジ
１４ａ：マイクロシリンジ
１４ｂ：プランジャーポンプ
４ ：窒素分析機構
４１ ：オゾン発生器
４２ ：化学発光検出器
Ａ ：フラッシュ溶媒
Ｂ ：空気（プレエア）
Ｃ ：試料
Ｄ ：溶媒
１０ ：反応管
１１ ：内管
１２ ：外管
１３ ：加熱炉
１４ ：自動シリンジ
１４ａ：マイクロシリンジ
１４ｂ：プランジャーポンプ
４ ：窒素分析機構
４１ ：オゾン発生器
４２ ：化学発光検出器
Ａ ：フラッシュ溶媒
Ｂ ：空気（プレエア）
Ｃ ：試料
Ｄ ：溶媒
Claims (11)
- 窒素化合物を含有する試料を燃焼させ、得られた試料ガスとオゾンとを反応させてその化学発光強度を測定し、化学発光強度と窒素重量との関係を表す予め作成された検量線に基づいて試料中の窒素濃度を定量する窒素の分析方法において、前記検量線として、窒素濃度５〜１００ｐｐｍの標準試料から予め作成された検量線を使用し、試料として、溶媒で窒素濃度５〜１００ｐｐｍに希釈された希釈試料を使用することを特徴とする窒素の分析方法。
- 希釈試料を調製するに当たり、プランジャーを機械的に駆動させてシリンジに試料を吸引可能な自動シリンジを使用し、シリンジ内で試料を希釈する請求項１に記載の分析方法。
- 試料が燃料関連試料であり、溶媒が有機溶媒である請求項１又は２に記載の分析方法。
- 有機溶媒がトルエン、キシレン又はトリメチルベンゼンである請求項３に記載の分析方法。
- 希釈試料を調製するに当たり、フラッシュ液１０〜２０μＬ、空気０〜５μＬ、試料２〜５μＬ、溶媒３０〜５０μＬを順次にシリンジ内に吸引する請求項２〜４の何れかに記載の分析方法。
- フラッシュ液が、溶媒と同一成分の液体または水である請求項５に記載の分析方法。
- 試料ガス供給機構、窒素分析機構および解析用コンピュータから主として構成された窒素分析装置であって、前記試料ガス供給機構は、頭部に自動シリンジが配置された液体試料導入用の内管および酸素が供給される試料ガス回収用の外管から成る二重管構造の反応管と、当該反応管を加熱する加熱炉とを備え、当該加熱炉による加熱により前記反応管内の試料を燃焼させ、試料中の窒素を一酸化窒素に変換して試料ガスとして回収する機能を有し、前記窒素分析機構は、オゾン発生器および化学発光検出器を備え、前記試料ガス供給機構から供給された試料ガス中の一酸化窒素と前記オゾン発生器で生成されたオゾンとの反応による化学発光強度を前記化学発光検出器によって測定する様に構成されており、そして、前記試料ガス供給機構に試料を注入するに当たり、前記自動シリンジにおいて、窒素濃度が５〜１００ｐｐｍの範囲に試料を溶媒で希釈して希釈試料を調製する希釈操作を行い、前記窒素分析機構で得られた化学発光強度から窒素濃度を定量するに当たり、前記解析用コンピュータにおいて、窒素濃度が５〜１００ｐｐｍの範囲の標準試料から予め作成された化学発光強度と窒素重量との関係を表す検量線に基づき、希釈試料中の窒素重量を算出して試料中の窒素濃度を定量する様になされていることを特徴とする窒素分析装置。
- 試料が燃料関連試料であり、溶媒が有機溶媒である請求項７に記載の窒素分析装置。
- 有機溶媒がトルエン、キシレン又はトリメチルベンゼンである請求項８に記載の窒素分析装置。
- 希釈試料を調製するに当たり、フラッシュ液１０〜２０μＬ、空気０〜５μＬ、試料２〜５μＬ、溶媒３０〜５０μＬを順次に自動シリンジのシリンジ内に吸引する請求項７〜９の何れかに記載の窒素分析装置。
- フラッシュ液が、溶媒と同一成分の液体または水である請求項１０に記載の窒素分析装置。
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