(57)【要約】【課題】小型で、かつ流路の切替を簡便に行ない得る流路切替機構を備える分析装置を提供する。【解決手段】本発明の分析装置は、分析対象となる試料を酸素と反応させて試料ガスを生成する反応管と、前記試料ガスを、該試料ガスを計量する計量管を介して前記反応管に循環させる循環経路と、前記反応管に前記酸素を供給する第１供給経路と、  前記試料ガスの各成分の含有量を測定する測定部と、前記計量管で計量された試料ガスを前記測定部に供給する第２供給経路と、前記循環経路と前記第１供給経路との間に配置され、前記反応管への酸素の供給と前記反応管への試料ガスの循環とを電磁的に切り替える第１流路切替機構と、前記計量管と前記第２供給経路との間に配置され、前記反応管への試料ガスの循環と前記計量管で計量された試料ガスの前記測定部への供給とを電磁的に切り替える第２流路切替機構と、を有することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析対象となる試料を酸素と反応させて試料ガスを生成する反応管と、
前記試料ガスを、該試料ガスを計量する計量管を介して前記反応管に循環させる循環経路と、
前記反応管に前記酸素を供給する第１供給経路と、
前記試料ガスの各成分の含有量を測定する測定部と、
前記計量管で計量された試料ガスを前記測定部に供給する第２供給経路と、
前記循環経路と前記第１供給経路との間に配置され、前記反応管への酸素の供給と前記反応管への試料ガスの循環とを電磁的に切り替える第１流路切替機構と、
前記計量管と前記第２供給経路との間に配置され、前記反応管への試料ガスの循環と前記計量管で計量された試料ガスの前記測定部への供給とを電磁的に切り替える第２流路切替機構と、を有することを特徴とする分析装置。
【請求項２】
前記第１流路切替機構は、３つの流路制御部と、複数の開口を有する複数の接続経路が配置された基体とを含み、前記各流路制御部は、異なる２つの接続経路にそれぞれ形成された開口と、それぞれ連結される請求項１に記載の分析装置。
【請求項３】
前記第２流路切替機構は、６つの流路制御部と、複数の開口を有する複数の接続経路が配置された基体とを含み、前記各流路制御部は、異なる２つの接続経路にそれぞれ形成された開口と、それぞれ連結される請求項１又は２に記載の分析装置。
【請求項４】
前記基体は、金属又は樹脂からなる請求項２又は３に記載の分析装置。
【請求項５】
前記第１流路切替機構の切替と前記第２流路切替機構の切替とは、独立して制御可能である請求項１〜４のいずれか一項に記載の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析装置に関し、より詳しくは、試料中の窒素又は窒素及び炭素の含有量を測定するための分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、食品及び飼料に含まれる全窒素の分析には、ケルダール法が用いられていたが、ケルダール法は、測定作業中に濃硫酸やアルカリ薬品を用いるものであるため、作業環境が悪いこと、労働安全環境が損なわれること等が問題視されていた。そこで、ケルダール法に代わる分析手法として、全窒素・全炭素測定装置が注目を集めている。
【０００３】
全窒素・全炭素測定装置は、２００７年に日本飼料分析基準に認証されてからというもの、日本農林規格（ＪＡＳ規格）を中心に、公定法として広く市場に認知されるようになっている。かかる測定装置の具体例として、例えば特許文献１（特開昭５７−８４３５５号公報）及び特許文献２（特開２００３−１０７０７１号公報）に開示される分析装置がある。これらの分析装置は、反応管に試料を導入した上で、酸素を供給して加熱することにより、試料を酸素とともに燃焼分解し、試料ガス及び水蒸気の混合ガスを生成する。当該混合ガスを水分除去部に通過させることにより、水蒸気のみを凝縮して水とした上で除去し、試料ガスのみを抽出する。当該試料ガスを分離カラムで分離することにより、各成分の含有量を検出する。
【０００４】
このようにして分析する全窒素・全炭素測定装置は、ケルダール法に比して、安全かつ簡便に試料中の各成分の含有量を同時に測定できるという利点がある。また、測定値が高精度であるだけでなく、測定値の再現性も高いため、幅広い分野での分析に活用し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−８４３５５号公報
【特許文献２】特開２００３−１０７０７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記各特許文献に開示される分析装置の分析方法は、大別して３つの工程がある。その３つとは、（１）反応管内に酸素及び試料を導入する工程、（２）反応管内で試料を燃焼分解させて生じた試料ガスを循環経路内で循環させる工程、（３）循環経路内の試料ガスの一部又は全部を分析することにより、試料に含まれる各成分の含有量を測定する工程、である。上記各工程前後のタイミングで、分析装置内の流路の接続状態を切り替えており、この切り替えに、四方切替バルブ及び六方切替バルブを用いている。
【０００７】
上記各特許文献の図面（特許文献１の図１）からも明らかなように、全窒素・全炭素測定装置は、多数の部品を含むものであるため、その内部構造が複雑で、装置自体が大型であった。このため、多数の分析設備が配置される実験室においては、設置スペースの制約上、全窒素・全炭素測定装置を配置しにくかった。
【０００８】
測定装置が大型となっている根本的原因は、上記切替バルブによるところが大きい。つまり、切替バルブによる経路の切り替えには、装置内にエアー駆動のアクチュエーター及びモーターを備える必要があり、これらを備える必要があるが故、測定装置が大型になっていた。しかも、切替バルブは、一試料の分析ごとに４５度又は６０度回転させて流路との接続を切り替える必要があるが、測定を重ねるにつれて、接続部分が摩耗損傷したり、切替バルブの回転軸がずれたりして、接続後の密閉状態が確保されずに反応ガスの一部が漏れるという不具合が生じやすかった。
【０００９】
さらに、流路の切り替えの接続部分において、接続をより確実なものとするためにテフロン（登録商標）製のローターシールを用いているが、このローターシールは消耗品であるが故、交換時に装置内のコックヘッドを取り外す手間があった。また、交換後のコックヘッドの組み立て時は細かな位置調整が煩雑である上に、交換時に接続部分に傷が入ると、コックヘッドごと交換しなければならず、莫大な費用がかかるという懸念もあった。
【００１０】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型であって、かつ流路の切替を簡便に行ない得る流路切替機構を備える分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、従来の分析装置の小型化を図るべく、流路切替機構について鋭意検討することにより、以下に示す本発明の分析装置を完成した。
【００１２】
すなわち、本発明の分析装置は、
分析対象となる試料を酸素と反応させて試料ガスを生成する反応管と、
前記試料ガスを、該試料ガスを計量する計量管を介して前記反応管に循環させる循環経路と、
前記反応管に前記酸素を供給する第１供給経路と、
前記試料ガスの各成分の含有量を測定する測定部と、
前記計量管で計量された試料ガスを前記測定部に供給する第２供給経路と、
前記循環経路と前記第１供給経路との間に配置され、前記反応管への酸素の供給と前記反応管への試料ガスの循環とを電磁的に切り替える第１流路切替機構と、
前記計量管と前記第２供給経路との間に配置され、前記反応管への試料ガスの循環と前記計量管で計量された試料ガスの前記測定部への供給とを電磁的に切り替える第２流路切替機構と、を有することを特徴とする。
【００１３】
前記第１流路切替機構は、３つの流路制御部と、複数の開口を有する複数の接続経路が配置された基体とを含み、前記各流路制御部は、異なる２つの接続経路にそれぞれ形成された開口と、それぞれ連結されていることが好ましい。
前記第２流路切替機構は、６つの流路制御部と、複数の開口を有する複数の接続経路が配置された基体とを含み、前記各流路制御部は、異なる２つの接続経路にそれぞれ形成された開口と、それぞれ連結されていることが好ましい。
前記基体は、金属又は樹脂からなることが好ましい。
前記第１流路切替機構の切替と前記第２流路切替機構の切替は、独立して制御可能であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の分析装置は、上記構成を有することにより、小型で、かつ流路の切替を簡便に行ない得るという優れた効果を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の分析装置の動作を示す模式図である。
【図２】本発明の分析装置に用いる第１流路切替機構を示す斜視図である。
【図３】図２の第１流路切替機構を底面から見た図である。
【図４】本発明の分析装置に用いる第２流路切替機構を示す斜視図である。
【図５】図４の第２流路切替機構を底面から見た図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、本発明の分析装置を用いた分析方法の第１ステップでの第１流路切替機構による切替を説明するための第１流路切替機構の斜視図及び底面図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、本発明の分析装置を用いた分析方法の第１ステップでの第２流路切替機構による切替を説明するための第１流路切替機構の斜視図及び底面図である。
【図８】本発明の分析装置を用いた分析方法の第２ステップでの第１流路切替機構による切替を説明するための第１流路切替機構の底面図である。
【図９】本発明の分析装置を用いた分析方法の第３ステップでの第２流路切替機構による切替を説明するための第２流路切替機構の底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の分析装置の一例及び該分析装置の分析の手順の概略を説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の分析装置の動作を示す模式図である。
【００１７】
＜分析装置＞
本発明の分析装置は、主として、
分析対象となる試料を酸素と反応させて試料ガスを生成する反応管１１と、
試料ガスを、試料ガスを計量する計量管１４を介して反応管１１に循環させる循環経路１５と、
反応管に前記酸素を供給する第１供給経路１２と、
試料ガスの各成分の含有量を測定する測定部１７と、
計量管１４で計量された試料ガスを測定部１７に供給する第２供給経路１８とを備える。
さらに、この分析装置には、循環経路１５と第１供給経路１２との間に配置され、反応管１１への酸素の供給と反応管１１への試料ガスの循環とを電磁的に切り替える第１流路切替機構１９と、
計量管１４と第２供給経路１８との間に配置され、反応管１１への試料ガスの循環と計量管１４で計量された試料ガスの測定部への供給とを電磁的に切り替える第２流路切替機構２０とが含まれる。
【００１８】
さらに具体的に説明すると、図１（ａ）に示すように、反応管１１は、試料を供給する試料供給口１３を有する。
また、反応管１１には、上述した酸素を供給する第１供給経路１２が連結されるが、ここでは、反応管への酸素の供給と反応管への試料ガスの循環とを切替可能とするために、第１供給経路１２は、反応管の上流側、つまり、循環経路１５の下流側に、第１流路切替機構を介して接続されることが好ましい。第１供給経路１２には、酸素ボンベ２１が連結されている。
循環経路１５は、反応管１１から試料ガスを導出し、再度反応管１１に戻すために、試料ガスを循環させる経路として構成されている。反応管１１と計量管１４との間には、試料ガスに含まれる水分を除去するための水分除去部２２が配置されていることが好ましい。また、循環経路１５には、試料ガスを循環させるための循環手段１６が配置されていることが好ましい。循環経路１５には、反応管１１への試料ガスの循環と、計量管１４で計量された試料ガスの測定部１７への供給とを切替可能とする第２流路切替機構２０が接続されているが、計量管１４で計量された試料ガスの測定部１７へ供給する際、計量管１４内の試料ガスを測定部１７へ供給するためのキャリアガスの供給を可能とするキャリアガス供給管２５が、計量管１４の上流側に連結されていることが好ましい。また、試料ガスの測定後に、循環経路１５に残存する試料ガス等を排気するために、循環経路１５の下流に、第１流路切替機構によって切替可能に接続される排気管２６が配置されていることが好ましい。
第２供給経路１８には、その分析の前に試料ガスを還元するために、還元管２４が配置されていることが好ましい。
【００１９】
上記第１流路切替機構１９及び第２流路切替機構２０はいずれも、制御部（図示せず）に接続されており、かかる制御部に内蔵されるソフトウェアによって、上述した経路の切替が制御される。制御部としては、通常パーソナルコンピュータが用いられる。このような流路切替機構を有する分析装置は、従来の分析装置に比して、内部の構造が簡略化されているため小型にすることができる。
【００２０】
以下においては、本発明の特徴部分である第１及び第２流路切替機構の説明に先立ち、まず、図１（ａ）〜（ｃ）を参照して本発明の分析装置を用いた分析方法の概略を説明する。なお、図１（ａ）〜図１（ｃ）における第１流路切替機構１９及び第２流路切替機構２０は、分析方法の把握を容易にするために流路切替機構を機能的に図示したに過ぎず、本発明で用いる流路切替機構とは内部形状が異なる。
【００２１】
図１（ａ）に示す分析装置を用いた分析方法では、まず、分析対象となる試料１０を試料供給口１３から反応管１１内に導入する。次に、酸素ボンベ２１から第１供給経路１２及び循環経路１５の一部を通じて反応管１１に酸素を導入し、反応管１１内の気体を酸素で置換する。その後、第１流路切替機構１９（四方切替弁）を切り替えて、図１（ｂ）に示すように、第１供給経路１２の循環経路１５への接続を遮断し、反応管１１に連結する循環経路１５とする。そして、反応管１１内を昇温して、試料を酸素とともに燃焼分解させる。この燃焼分解により、試料と酸素から試料ガスと水蒸気が発生する。かかる水蒸気は、水分除去部２２で凝縮して水として除去され、試料ガスのみが循環経路１５に供給される。循環経路１５に供給された試料ガスは、循環手段１６（例えばポンプ）を利用して、循環経路１５、計量管１４、第１流路切替機構１９、循環経路１５、反応管１１、水分除去部２２、及び第２流路切替機構２０（六方切替弁）の順に循環する。この循環を一定時間実行することにより、循環経路内の試料ガスの濃度を略均一にするとともに、完全燃焼させる。これにより、計量管１４内が略均一な濃度の試料ガスで満たされる。
【００２２】
次に、第２流路切替機構２０を切り替えて、図１（ｃ）に示すように、計量管１４と第２供給経路１８を接続する。この際、計量管１４は、上述したキャリアガス供給管２５と接続されている。従って、キャリアガスの供給によって、計量管１４内で計量された試料ガスは、第２供給経路１８を通じて還元管２４に供給される。かかる還元管２４内で、試料ガスが還元された後に、測定部１７で各成分の含有量を測定する。以上のようにして、試料に含まれる各成分の含有量を測定する。
【００２３】
＜第１流路切替機構＞
図２は、上記第１流路切替機構の斜視図で、図３はその底面図である。第１流路切替機構１９は、図２に示すように、基体５１と流路制御部５３を備える。基体５１の側面に、各流路を接続するための流路接続部５２を設けることが好ましい。この流路接続部５２を介して、２つの循環経路が、基体５１内部の接続経路５４に接続される。図２には示していないが、流路制御部５３は、パーソナルコンピュータ等に接続されており、この流路制御部５３によって各接続経路５４の接続状態を電磁的に切り替えることができる。ここで、「電磁的」とは、パーソナルコンピュータに内蔵されるソフトウェアを用いて実現することができ、電磁石の磁力を用いてプランジャ（例えば鉄片等）を動かすことでバルブを開閉する仕組みを利用することを意味する。
【００２４】
＜第２流路切替機構＞
図４は、上記第２流路切替機構の斜視図で、図５はその底面図である。第２流路切替機構２０は、上記第１流路切替機構１９と同様に、基体５１と流路制御部５３を備え、基体５１の側面に流路接続部５２を設けることが好ましい。この流路接続部５２を介して、第２供給経路及び循環経路が基体５１内部の接続経路５４に接続される。図４には示していないが、流路制御部５３は、パーソナルコンピュータ等に接続されており、この流路制御部５３によって各接続経路５４の接続状態を電磁的に切り替えることができる。
【００２５】
このように電磁的な接続経路５４の接続状態の切替及びそのタイミングを簡便に制御することができる。また、従来の経路接続の切替のために必要なエアー駆動のアクチュエーター及びモーターを削減することができ、分析装置の小型化に寄与し得る。また、従来用いていたローターシールのような消耗品を使用しなくなるため、ローターシールの交換作業も不要となる。さらに、流路制御部５３と基体５１とを組み合わせて用いることにより、各流路への接続を簡便にかつ小型で実現することができるために、分析装置の小型化により寄与することができる。
以下に、第１流路切替機構及び第２流路切替機構を構成する各部を説明する。
【００２６】
＜流路制御部＞
流路制御部５３は、制御部に接続されており、電磁的に流路の切替を制御する部位である。例えば、流路制御部５３として公知の電磁弁が利用される。かかる流路制御部５３を用いることにより、流路の開閉、つまり流路の切替を簡便に制御することができる。また、各流路切替機構に対し、２個以上１０個以下の流路制御部５３を備えることが好ましく、３個以上８個以下の流路制御部５３を備えることがより好ましく、さらに好ましくは３個以上６個以下の流路制御部５３を備えることである。流路制御部５３をマウントする個数が多いほど、所望の切替を実行しやすいという利点がある。
【００２７】
例えば、第１流路切替機構を示す図２及び図６（ａ）では、４方切替弁として、流路制御部５３は、流路制御部５３ａ、５３ｂ、５３ｃの３つを含むものが挙げられる。このような３つの流路制御部は、それぞれ、後述するように、異なる２つの接続経路にそれぞれ形成された開口と連結されていることが好ましい。
また、第２流路切替機構を示す図４及び図７（ａ）では、６方切替弁として、流路制御部５３は、流路制御部５３ｄ、５３ｅ、５３ｆ、５３ｇ、５３ｈ、５３ｉの６つを含むものが挙げられる。このような６つの流路制御部は、それぞれ、後述するように、異なる２つの接続経路にそれぞれ形成された開口と連結されていることが好ましい。
【００２８】
上記の各流路制御部のそれぞれに対し、パーソナルコンピューター等のソフトウェアを内蔵する制御部を接続することにより、各流路制御部による流路の接続を独立して個別に制御することができる。これにより第１流路切替機構における接続経路の切替及び第２流路切替機構における接続する経路の切替を、それぞれ独立して行うことができる。このため、試料を供給するタイミングに応じて的確に流路の接続を切り替えることができる。従来は、ローターシールの回転によって流路の接続を切り替えていたため、個別の流路の接続の切替を実行することができず、試料を効率的に分析できない場合があった。本発明は、このような従来の不都合を効果的に解消し得るものであり、円滑に試料を連続して分析することができる。
【００２９】
＜基体＞
基体５１は、図２及び図４に示すように、その側面に流路接続部５２、その上面に流路制御部５３、その内部に接続経路５４を設けることが好ましい。かかる基体５１は、上記各構成部材を設けやすいという観点から、直方体形状又は立方体形状であることが好ましいが、これらの形状のみに限られない。また、接続経路５４の形状によって、流路制御部５３及び流路接続部５２を、上面及び側面に限定されず、任意の位置に配置することができる。上記基体５１が直方体形状である場合、基体５１の底面の一辺の長さが３ｃｍ以上１５ｃｍ以下であることが好ましく、４ｃｍ以上１０ｃｍ以下であることがより好ましく、底面の他の一辺の長さが３ｃｍ以上１５ｃｍ以下であることが好ましく、４ｃｍ以上９ｃｍ以下であることがより好ましい。また、基体５１の高さは、１ｃｍ以上５ｃｍ以下であることが好ましく、１．５ｃｍ以上３ｃｍ以下であることがより好ましい。上記基体５１は、金属又は樹脂からなることが好ましく、金属の場合はステンレスからなることが好ましく、樹脂の場合はアクリル樹脂からなることが好ましい。これらの材料は、内部に接続経路５４を形成しやすく、コスト的にも比較的安価であるというメリットがある。
【００３０】
＜接続経路＞
接続経路５４は、その接続形態を、上述した流路制御部５３を利用して電磁的に変更することができる。かかる接続経路５４は、内部を気体が通過できる空間を有するものであればよいが、加圧したときに破損しにくいという観点から、断面が内径１ｍｍ以上５ｍｍ以下の円の経路であることが好ましい。このような接続経路５４を用いることにより、２００ｋＰａ程度以下の耐圧性能の流路切替機構を得ることができる。ここで、接続経路５４内を通過する気体は、第１流路切替機構又は第２流路切替機構のいずれかによって異なるが、上記試料ガスの他、不活性ガス、水蒸気、空気、酸素等がある。なお、基体５１内で立体的に設けられる各接続経路を二次元の図面で表現することは困難であるため、図３及び図５においては、各接続経路５４の底面図のみを示している。同図中において、基体５１の外周を点線で示しているが、接続経路５４の配置及び接続状態は、図３及び図５に示す形態のみに限られない。
【００３１】
例えば、第１流路切替機構を示す図３及び図６（ｂ）では、接続経路５４は、流路接続部５２と連結された４つの経路を有する。そして、各接続経路５４は、流路接続部５２と連結する開口以外に、さらに１又は２つの開口を有する。
例えば、各接続経路５４は、流路制御部５３ａと接続する開口５４ａ、５４ｂ、流路制御部５３ｂと接続する開口５４ｃ、５４ｄ、流路制御部５３ｃと接続する開口５４ｅ、５４ｆをそれぞれ有する。
【００３２】
また、第２流路切替機構を示す図５及び図７（ｂ）では、接続経路５４は、流路接続部５２と連結された６つの経路を有する。そして、各接続経路５４は、流路接続部５２と連結する開口以外に、さらに１又は２つの開口を有する。
例えば、各接続経路５４は、流路制御部５３ｄと接続する開口５４ｇ、５４ｈ、流路制御部５３ｅと接続する開口５４ｉ、５４ｊ、流路制御部５３ｆと接続する開口５４ｋ、５４ｌ、流路制御部５３ｇと接続する開口５４ｍ、５４ｎ、流路制御部５３ｈと接続する開口５４ｏ、５４ｐ、流路制御部５３ｉと接続する開口５４ｑ、５４ｒをそれぞれ有する。
なお、図５では、接続経路５４のうちの斜線を付した部位は、この接続経路の形成の便宜から一端形成されるが、接続経路５４としての機能を与えないためにシール材等を用いて気密状態で閉塞された部位を示す。
【００３３】
＜流路接続部＞
流路接続部５２は、分析装置内の各種経路（第２供給経路、循環経路等）と接続経路５４との接続を確実なものとするために設けられるものである。図２及び図４においては、ネジ止めによって各種経路と接続経路５４との接続を確保しているが、接続方法はネジ止めのみに限られない。
【００３４】
第１流路切替機構を示す図２及び図６（ａ）では、流路接続部５２は、循環手段１６に接続される流路接続部５２ａ、酸素ボンベ２１に接続される流路接続部５２ｂ、反応管１１に接続される流路接続部５２ｃ、試料ガスの排気に用いられる排気管２６に接続される流路接続部５２ｄの４つを有する。
第２流路切替機構を示す図４及び図７（ａ）では、流路接続部５２は、キャリアガス供給管２５に接続される流路接続部５２ｅ（図示せず）、計量管１４の上流（ＩＮ）側に接続される流路接続部５２ｆ、反応管１１に接続される流路接続部５２ｇ、循環手段１６に接続される流路接続部５２ｈ、計量管１４の下流（ＯＵＴ）側に接続される流路接続部５２ｉ、還元管２４に接続される流路接続部５２ｊの６つを有する。
【００３５】
＜分析方法＞
本発明の分析装置を用いた分析方法は、試料１０を反応管１１内に供給した後に、反応管１１内に、酸素を供給し、反応管１１内を酸素で置換する第１ステップ（図１（ａ））と、反応管１１内で試料１０を燃焼分解し、循環経路１５内を循環させることにより試料ガスを得る第２ステップ（図１（ｂ））と、循環経路１５内の試料ガスの一部を分析することにより、試料に含まれる各成分の含有量を測定する第３ステップ（図１（ｃ））と、を含む。第３ステップを実行する間に、第３ステップを実行する試料とは別の試料に対して第１ステップ又は第２ステップのいずれかを実行してもよい。
【００３６】
本発明の分析装置は、１つの分析装置で実質的に２つの試料を並行して同時に分析できるので、従来の分析方法に比して、分析に要する時間を短縮することができる。しかも、各ステップの処理時間自体は短縮されないので、分析精度及び測定値の再現性が低下しないという利点もある。以下、本発明の分析装置による分析方法の各ステップを説明する。
【００３７】
＜第１ステップ＞
第１ステップは、反応管１１内に試料１０及び酸素を導入する工程である。反応管１１内には、まず試料１０を供給した後に、酸素を供給し続けることにより、反応管１１内の気体を酸素で置換する。
【００３８】
試料１０は、試料容器に入れた状態で反応管１１に供給される。試料の量は、特に限定されないが、試料が液体の場合には１０μｌ以上１０００μｌ以下が一般的であり、試料が固体の場合には、０．００１ｇ以上２．０ｇ以下が好ましい。一方、酸素は、酸素ボンベ２１から第１供給経路１２を経由して反応管１１に供給される。酸素を供給するときの流速は、２０００ｍｌ／分以上３０００ｍｌ／分以下が好ましく、供給時間は、通常、３０秒以上１２０秒以下であり、４０秒以上１００秒以下であることが好ましい。
【００３９】
また、反応管１１への酸素の供給に際し、酸素とともに不活性ガスを供給してもよい。不活性ガスとしては、ヘリウムガス、アルゴンガス等が用いられる。酸素とともに不活性ガスを供給する場合、酸素と不活性ガスの混合比率の体積比は、「酸素：不活性ガス」と表記して、１：３〜３：１であることが好ましく、より好ましくは２：３〜３：２である。反応管１１は、石英製が好ましく、１２ｍｍ以上２５ｍｍ以下の内径であって、かつ長さが３０ｃｍ以上７０ｃｍ以下であることが好ましい。試料は、少なくとも窒素又は炭素を含むことが好ましい。本発明の分析装置は、このような成分の検出に秀でているからである。
【００４０】
ここで、第１ステップを行う際の第１流路切替機構１９及び第２流路切替機構２０での酸素の流れ及び試料ガスの流れを説明する。
第１流路切替機構１９では、図６（ａ）、（ｂ）に示したように、流路接続部５２ａは循環手段１６、流路接続部５２ｂは酸素ボンベ２１、流路接続部５２ｃは反応管１１に各流路を介して接続される。流路接続部５２ｄは試料ガス等を排気する排気管２６に接続されている。
接続経路の開口５４ａ、５４ｂは流路制御部５３ａによって開状態、開口５４ｅ、５４ｆは流路制御部５３ｃによって開状態、開口５４ｃ、５４ｄは流路制御部５３ｂによって閉状態が維持される。
これによって、酸素ガスが、図６（ｂ）に示す二点鎖線矢印Ｘのように第１供給経路１２から、循環経路１５を経て反応管１１に供給される。
試料ガスは、一点鎖線矢印Ｙのように循環経路１５から排気される。
【００４１】
第２流路切替機構２０では、図７（ａ）、（ｂ）に示したように、流路接続部５２ｅはキャリアガス供給管２５、流路接続部５２ｆは計量管１４の上流（ＩＮ）側、流路接続部５２ｇは反応管１１、流路接続部５２ｈは循環手段１６、流路接続部５２ｉは計量管１４の下流（ＯＵＴ）側、流路接続部５２ｊは還元管２４に各流路を介して接続される。
接続経路の開口５４ｇ、５４ｈは流路制御部５３ｄによって開状態、開口５４ｉ、５４ｊは流路制御部５３ｅによって閉状態、開口５４ｋ、５４ｌは流路制御部５３ｆによって開状態、開口５４ｍ、５４ｎは流路制御部５３ｇによって閉状態、開口５ｏ、５４ｐは流路制御部５３ｈによって開状態、開口５４ｑ、５４ｒは流路制御部５３ｉによって閉状態が維持される。
これによって、試料ガスが、図７（ｂ）に示す点線矢印Ｚ、二点差線矢印Ｗのように反応管１１から計量管１４に入り、計量管１４から出て、循環手段１６に向かい、循環する。
その間、キャリアガスを、キャリアガス供給管２５から還元管２４に流す（一点鎖線矢印Ｖ）。
【００４２】
＜流路切替＞
上記第１ステップを終えた後、第２ステップを開始する前に、第１流路切替機構１９により流路の接続を切り替える。これにより、反応管１１、水分除去部２２、循環経路１５、計量管１４、循環手段１６、及び第１供給経路１２を循環する経路が形成される。第１流路切替機構１９における流路の切り替えは、電磁弁により行なわれることが好ましい。電磁弁による切り替えは、装置構成の簡略化に寄与し、装置自体を小型化することができるからである。
【００４３】
＜第２ステップ＞
第２ステップは、反応管内で試料を燃焼分解して試料ガスを得て、該試料ガスを循環経路内で循環させる工程である。
【００４４】
ここで、まず、第２ステップを行う際の第１流路切替機構１９及び第２流路切替機構２０での試料ガスの流れを説明する。
第１流路切替機構１９では、図８に示したように、接続経路の開口５４ａ、５４ｂは流路制御部５３ａによって閉状態、開口５４ｃ、５４ｄは流路制御部５３ｂによって開状態、開口５４ｅ、５４ｆは流路制御部５３ｃによって閉状態が維持される。
これによって、試料ガスが、一点鎖線矢印Ｕのように循環手段１６から、循環経路１５を経て反応管１１に戻る。
【００４５】
第２流路切替機構２０では、図７（ｂ）に示したように、第１ステップでの開閉状態が維持される。これによって、試料ガスが循環する。
【００４６】
燃焼分解は、反応管１１を加熱することにより行なう。燃焼分解の温度は、５００℃以上１２００℃以下であることが好ましい。
【００４７】
反応管１１内には、試料の燃焼分解を促進するための触媒２３が含まれていることが好ましい。触媒２３は、酸化銅、酸化ケイ素、セレンの酸化物、コバルトの酸化物及びケイ酸塩からなる群より選択される１種以上を用いることが好ましい。かかる触媒２３を含むことにより、試料を完全燃焼しやすくなり、試料中の微量成分を高精度で検出し得る。なお、上記酸化ケイ素は、一般には二酸化ケイ素を意味するが、これのみに限られない。また、ケイ酸塩は、石英綿等の形態で用いることが好ましい。反応管内に触媒２３を含む場合、反応管内の触媒を占める部分の長さは２０ｃｍ以上が好ましい。
【００４８】
上記燃焼分解により、試料及び酸素が反応して試料ガス及び水蒸気が発生する。水蒸気は、水分除去部２２によって凝縮されて水として除去され、試料ガスのみが循環経路１５に流される。この試料ガスは、循環手段１６によって、第１流路切替機構１９、第１供給経路１２、反応管１１、水分除去部２２、循環経路１５の順に流される。この試料ガスの循環は、２０００ｍｌ／分以上３０００ｍｌ／分以下の流速で、９０秒以上３００秒以下であることが好ましく、９０秒以上１８０秒以下であることがより好ましい。かかる流速及び時間で循環させることにより、循環経路を流れる試料ガスの濃度を略均一にすることができる。
【００４９】
＜流路切替＞
上記第２ステップを終えた後、第３ステップを開始する前に、第２流路切替機構２０により流路の接続を切り替える。これにより、計量管１４、第２供給経路１８、還元管２４、及び測定部１７を流れる経路が形成される。
【００５０】
＜第３ステップ＞
第３ステップは、循環経路内の試料ガスの一部又は全部を分析することにより、試料に含まれる各成分の含有量を測定する工程である。
【００５１】
第３ステップを行う際の第１流路切替機構１９及び第２流路切替機構２０での試料ガスの流れを説明する。
第１流路切替機構１９では、図６（ｂ）に示したように、開口５４ａ、５４ｂは流路制御部５３ａによって開状態、開口５４ｅ、５４ｆは流路制御部５３ｃによって開状態、開口５４ｃ、５４ｄは流路制御部５３ｂによって閉状態が維持される。
試料ガスは、一点鎖線矢印Ｙのように循環経路１５から排気される。
酸素ガスは、二点差線矢印Ｘのように、次の試料の測定に備えて、第１供給経路１２から、循環経路１５を経て反応管１１に供給されることが好ましい。
【００５２】
第２流路切替機構２０では、図９に示したように、開口５４ｇ、５４ｈは流路制御部５３ｄによって閉状態、開口５４ｉ、５４ｊは流路制御部５３ｅによって開状態、開口５４ｋ、５４ｌは流路制御部５３ｆによって閉状態、開口５４ｍ、５４ｎは流路制御部５３ｇによって開状態、開口５o、５４ｐは流路制御部５３ｈによって閉状態、開口５４ｑ、５４ｒは流路制御部５３ｉによって開状態が維持される。
これによって、計量された試料ガスは、図９に示す二点鎖線矢印Ａのように流れるキャリアガスによって、一点鎖線矢印Ｂのように、計量管１４から出て、第２供給経路１８を経て、還元管２４に供給される。
その間、残りの試料ガスは、図９に示す点線矢印Ｄのように流れ、第１流路切替機構１９によって排気される。
【００５３】
循環経路内の試料ガスの一部とは、循環経路内を流れる試料ガスのうち、計量管１４内に満たされた試料ガスを意味する。つまり、第２ステップで計量管１４に供給された試料ガスの全て（計量された一定量の試料ガス）が、本ステップで測定部１７に供給されることになる。
【００５４】
本ステップにより、計量管１４内を満たす試料ガスの全量が第２供給経路１８を経由して、還元管２４に供給される。この場合の供給は、通常、キャリアガスの供給によって行われる。キャリアガスとしては、通常、不活性ガスが利用される。還元管２４には、還元剤が充填されている。かかる還元剤は、例えば銅が好ましく、線状又は粒状に加工された銅を用いることがより好ましい。銅を用いる場合は、５００℃以上６００℃以下に加熱して、試料ガスを還元することが好ましい。還元管２４は、その内径が５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、かつその長さが１５ｃｍ以上４０ｃｍ以下であることが好ましい。
【００５５】
試料ガスが還元管２４を経由することにより、試料ガス中の酸化物が還元されて単体となる（試料ガスの組成によっては化合物の場合もある）。このように試料ガス中の酸化物を単体にした上で、測定部１７に供給することにより、試料ガスに含まれる各成分の測定値を厳密に得ることができる。かかる測定値をデータ処理機等で演算することにより、各成分の含有量が得られる。なお、試料ガスを測定部１７に供給し始めてから、測定結果が得られるまでの時間は、通常３０秒以上６００秒以下であり、４０秒以上３００秒以下であることが好ましい。
【００５６】
測定部１７に用いる装置は、特に限定されないが、キャリアガス以外の単体（化合物）の検出に適するという観点から、ガスクロマトグラフを用いることが好ましい。ガスクロマトグラフでは、キャリアガスに試料ガスが含まれることにより生じる熱伝導度の変化を、ホイートストンブリッジ回路を用いて抵抗値変化として検出し、この抵抗値変化に基づいて各成分の含有量を測定する。
【００５７】
また各経路を構成する材料は、試料ガスに対して腐食しにくい材料であることが好ましく、具体的にはＳＵＳ製であることが好ましい。
【００５８】
２以上の試料を分析する場合、第３ステップを連続的に実行する連続測定ステップを含むことが好ましい。かかる連続測定ステップは、第３ステップを終えた後に、第３ステップを終えた試料とは別の試料に対して第３ステップを開始する工程である。第１〜第３ステップのうち、最も時間を要するのは、第３ステップであることが多い。このため、第３ステップを効率的に実行するために、第１ステップ及び第２ステップを実行するタイミングを調整し、１つの試料が第３ステップを終えたときに、次の試料が第３ステップを開始できる状態にすることが好ましい。このように各ステップのタイミングを調整することにより、第３ステップを連続して実行することができ、以って測定時間の短縮に寄与することとなる。
【００５９】
上記連続測定ステップの一例を挙げて説明する。例えば、第１ステップに要する時間が５０秒、第２ステップに要する時間が１００秒、第３ステップに要する時間が２５０秒であるとすると、１つの試料に対して、第３ステップを開始してから１００秒後に、別の試料に対して第１ステップを開始するというように試料供給のタイミングを調整することが好ましい。このようなタイミングで第１ステップを開始することにより、１つ目の試料の第３ステップ終了と、２つ目の試料の第２ステップ終了とのタイミングが合致し、第３ステップを連続して実行することができる。このように第３ステップを連続して実行することにより、試料を効率的に分析できるし、装置内の温度も安定するので、測定精度及び測定値の再現性を高め得るという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の分析方法は、食品、工業製品、土壌、植物体、肥飼料、医薬品等の試料に含まれる窒素・炭素の分析において、多量の分析結果が必要なときに好適に用いられる。
【符号の説明】
【００６１】
１０  試料
１１  反応管
１２  第１供給経路
１３  試料供給口
１４  計量管
１５  循環経路
１６  循環手段
１７  測定部
１８  第２供給経路
１９  第１流路切替機構
２０  第２流路切替機構
２１  酸素ボンベ
２２  水分除去部
２３  触媒
２４  還元管
２５  キャリアガス供給管
２６  排気管
５１  基体
５２、５２ａ〜５２ｊ  流路接続部
５３、５３ａ〜５３ｉ  流路制御部
５４  接続経路
５４ａ〜５４ｒ  開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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