(57)【要約】【課題】反応管を交換するための余分なスペースを必要としない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る反応管と、該反応管を収容し、反応管内の温度を調整する電気炉と、該電気炉を軸中心に回動させるための可動台と、を有することを特徴とする。可動台は、試料を供給する方向を延長させた線上又は該線に平行な線上であって、かつ可動台の上面に垂直な線を軸として回動可能であることが好ましい。試料を供給する方向を延長させた線に垂直な線であって、かつ可動台の一端に沿った線を軸として回動可能であることが好ましい。電気炉は、直方体形状であることが好ましい。【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る反応管と、
前記反応管を収容し、前記反応管内の温度を調整する電気炉と、
前記電気炉を軸中心に回動させるための可動台と、を有することを特徴とする分析装置。
【請求項２】
前記可動台は、前記試料を供給する方向を延長させた線上又は該線に平行な線上であって、かつ前記可動台の上面に垂直な線を軸として回動可能である請求項１に記載の分析装置。
【請求項３】
前記可動台は、前記試料を供給する方向を延長させた線に垂直な線であって、かつ前記可動台の一端に沿った線を軸として回動可能である請求項１に記載の分析装置。
【請求項４】
前記電気炉は、直方体形状である請求項１〜３のいずれか一項に記載の分析装置。
【請求項５】
前記可動台と前記電気炉との間を固定する４本の軸足をさらに備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の分析装置。
【請求項６】
前記反応管と前記電気炉との間に、さらに炉芯管を有する請求項１〜５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、分析装置を配置しにくかった。
【０００７】
図５は、従来の全窒素・全炭素測定装置の反応管の部分を示す斜視図である。従来の全窒素・全炭素測定装置は、図５に示すように、台座８４の上に２本の支持棒８３を設けており、この支持棒８３の上に電気炉８１を設置している。この電気炉８１に反応管１１を挿入した上で、反応管１１を試料供給口１３と反応管固定具８２の両端で固定している。
【０００８】
上記反応管１１は、内部に酸化銅等の触媒を含むものであるが、試料の測定回数が多くなると、触媒としての機能が劣化するため触媒を交換する必要があった。触媒の交換は、反応管自体を取り替えることにより行なわれており、具体的には、図５の反応管固定具８２を取り外して、電気炉８１の反応管固定具８２側から反応管１１を引き抜いた上で、新たな反応管１１を電気炉８１に挿入するという作業をしていた。
【０００９】
上記のように反応管固定具８２から反応管１１を引き抜くためには、図５の紙面の全窒素・全炭素測定装置の左側（つまり、反応管を引き抜く側）に、反応管１１の長さ分の余分なスペースを確保する必要があった。このようなスペースを確保することは、設備のスペースが制約されている多くの実験室では困難で、それ故、全窒素・全炭素測定装置の採用が見送られるケースもあった。
【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、反応管を交換するための余分なスペースを必要としない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、反応管を交換しやすい分析装置の構造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る反応管と、該反応管を収容し、反応管内の温度を調整する電気炉と、該電気炉を軸中心に回動させるための可動台と、を有することを特徴とする。
【００１３】
可動台は、試料を供給する方向を延長させた線上又は該線に平行な線上であって、かつ可動台の上面に垂直な線を軸として回動可能であることが好ましい。試料を供給する方向を延長させた線に垂直な線であって、かつ可動台の一端に沿った線を軸として回動可能であることが好ましい。電気炉は、直方体形状であることが好ましい。可動台と電気炉との間を固定する４本の軸足をさらに備えることが好ましい。反応管と電気炉との間に、さらに炉芯管を有することが好ましい。
【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、反応管を交換するための余分なスペースを必要としない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】（ａ）は、本発明の分析装置の可動台周辺を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す分析装置をＡ−Ａ’面で切断した断面図である。
【図３】本発明の分析装置の可動台の動作を示す模式図である。
【図４】本発明の分析装置の可動台の動作を示す模式図である。
【図５】従来の全窒素・全炭素測定装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の分析装置の特徴部分である反応管の周辺部の説明に先立ち、当該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＞
本発明の分析装置を用いた分析方法は、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と循環経路１５とを接続する。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、第１供給経路１２、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。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。
【００１８】
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。計量管１４内の試料ガスは、第２供給経路１８を通じて還元管２４に供給される。この還元管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。
【００１９】
上述のようにして試料の測定回数を重ねると、次第に反応管１１内の触媒が劣化し、反応管１１内での燃焼反応が十分でなくなることがある。この場合には、反応管１１を交換する必要があるが、この交換を操作者にとって簡便であって、かつ省スペースで実行し得るのが本発明である。以下、本発明を説明する。
【００２０】
図２〜図４は、本発明の分析装置の反応管の周辺部並びにその断面及び動作を示す模式図である。本発明の分析装置は、図２（ａ）に示すように、分析対象となる試料を酸素と反応させる反応管１１と、反応管１１を収容し、反応管１１内の温度を調整する電気炉７１と、電気炉７１を軸中心に回動させるための可動台７３と、を有することを特徴とする。例えば図３及び図４に示すように、この可動台７３を回動させることにより、可動台７３ごと電気炉７１を軸中心に回動させることを以って、電気炉７１内の反応管１１を取り出しやすい位置に移動させることができる。かかる電気炉７１の移動により、反応管１１を操作者の手前方向に取り出すことができるため、反応管１１を交換しやすく、また反応管１１を交換するときに余分なスペースを必要としないという利点がある。反応管１１の交換を終えた後は、可動台７３ごと電気炉７１を元の位置に戻して、反応管１１を反応管固定具７２で固定する。なお、図２（ａ）中、試料供給口１３から反応管１１内に試料が供給される。
【００２１】
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す分析装置をＡ−Ａ’面で切断した断面図である。電気炉７１の回動方法は、特に限定されないが、図２（ｂ）の点線に示すように、可動台７３と台座７４との間に設けられた固定部７６を含む線を回転軸として行なわれることが好ましい。固定部７６を回転軸として電気炉７１を回動させると、図３に示す形態となる。以下、本発明に用いる反応管周辺の各部を説明する。
【００２２】
＜反応管＞
反応管１１は、分析対象となる試料と酸素と反応させるために設けられる。この反応管１１は、石英製であることが好ましく、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。反応管１１内には、試料の燃焼分解を促進するための触媒（図示せず）が含まれていることが好ましい。触媒は、酸化銅、酸化ケイ素、コバルトの酸化物、セレン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。反応管１１を交換するタイミングは、使用条件にもよるが、異なる試料を３０００回以上測定した段階で交換することが好ましい。
【００２３】
＜電気炉＞
電気炉７１は、試料と酸素との燃焼分解を促進するために設けられるものであり、具体的には、反応管１１内の温度を５００℃以上１２００℃以下に昇温するために設けられる。電気炉７１を回動させる方法は、軸中心に電気炉７１を回動し得るものであれば特に限定されず、例えば図３及び図４に示す形態が考えられる。すなわち、図３に示すように、試料を供給する方向を延長させた線上又は該線に平行な線上であって、かつ可動台７３の上面に垂直な線を軸として可動台７３を回動させてもよいし、図４に示すように、試料を供給する方向を延長させた線に垂直な線であって、かつ可動台の一端に沿った線を軸として可動台７３を回動させてもよい。また、図３及び図４に示す以外の回動方法として、例えば図２（ａ）に示す分析装置の可動台７３ごとを紙面の手前側に倒すように可動台７３を回動させてもよい。この場合、軸中心は、試料を供給する方向を延長させた線に平行な線であって、可動台７３の一端に沿った線となる。
【００２４】
電気炉７１は、図２（ａ）に示すように、直方体形状であることが好ましい。直方体形状であることにより、従来の円柱形状に比して、可動台７３上に電気炉７１を配置しやすく、また可動台７３と電気炉７１とを容易に固定することができ、電気炉７１及び電気炉７１内の反応管１１の安定性を高めることができる。また、電気炉７１と可動台７３との間を固定する４本の軸足７５を備えることが好ましい。従来は、２本の軸足で電気炉を支えていたが、４本の軸足７５で電気炉７１を固定することにより、電気炉７１の安定性を高めることができる。４本の軸足は、電気炉７１の各隅部分近傍に配置されることが好ましく、これらの形状は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。軸足の高さ、つまり可動台７３の上面から電気炉７１の底面までの長さは、特に限定されないが、例えば１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下が好ましい。軸足７５の底面積は、電気炉７１を安定して固定し得るものであれば特に限定されず、例えば３０ｍｍ2以上５０ｍｍ2以下が好適である。
【００２５】
また、電気炉７１の周囲をケーシング（図示せず）で覆ってもよい。ケーシングで覆うことにより、高温に対する安全性の確保と電気炉７１に対する外部の衝撃から保護することができる。ケーシングは、外部との通気性を確保できるものであればいかなる形状であってもよく、例えばステンレス製の網目のものを用いることができる。
【００２６】
反応管１１と電気炉７１との間に、さらに炉芯管（図示せず）を有していてもよい。この炉芯管は、電気炉７１から発生する熱を均一に反応管１１に伝導するために設けられるものである。炉芯管を構成する材料としては、例えばムライトを用いることができる。炉芯管の厚みは、特に限定されないが、例えば１．０ｍｍ以上７．０ｍｍ以下が好適である。
【００２７】
＜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。
【００２８】
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。
【００２９】
＜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。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。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。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。
【００３０】
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。
【００３１】
＜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。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が発生する。水は、水分除去部２２によって除去され、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。
【００３２】
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。
【００３３】
＜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。ここで、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が、本ステップで測定部１７に供給されることになる。
【００３４】
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。還元管２４には、還元剤が充填されている。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。
【００３５】
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。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。
【００３６】
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。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
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】
【００３８】
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
２４  還元管
７１、８１  電気炉
７２、８２  反応管固定具
７３  可動台
７４、８４  台座
７５  軸足
７６  固定部
８３  支持棒
【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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