(57)【要約】【課題】試料ボートが試料導入部の内部空間の試料ボート設置位置に配置されているときに、燃焼管側からの輻射熱に起因する試料ボート内の試料の温度上昇を低減する。【解決手段】試料加熱装置１は、キャリアガスが供給される内部空間１３及び試料ボート出入口開閉機構１５をもつ試料導入部３と、内部空間１３に連結され、内部空間１３からキャリアガスが流入する燃焼管５と、燃焼管５を加熱するための加熱炉７と、内部空間１３内の試料ボート設置位置に配置された試料ボート２３を燃焼管５内へ移動させるためのボート操作機構１９と、少なくとも試料ボート設置位置に試料ボート２３が配置されているときに燃焼管５側から見て試料ボート２３の全体を隠すための熱遮蔽板１１と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアガスが供給される内部空間、及び試料ボート出入口開閉機構をもつ試料導入部と、
前記試料導入部の前記内部空間に連結され、前記内部空間からキャリアガスが流入する燃焼管と、
前記燃焼管を加熱するための加熱炉と、
前記試料導入部の前記内部空間内の試料ボート設置位置に配置された試料ボートを前記燃焼管内へ移動させるためのボート操作機構と、
少なくとも前記試料ボート設置位置に前記試料ボートが配置されているときに、前記燃焼管側から見て前記試料ボートの全体を隠すための熱遮蔽板と、を備えた試料加熱装置。
【請求項２】
前記ボート操作機構は前記試料ボートが搭載される試料ボートホルダを備え、
前記熱遮蔽板は前記試料ボートの搭載位置よりも前記燃焼管側の位置で前記試料ボートホルダに設けられている請求項１に記載の試料加熱装置。
【請求項３】
前記熱遮蔽板を、前記燃焼管側から見て前記試料ボート設置位置の前記試料ボートが隠される輻射熱遮蔽位置と、前記燃焼管側から見て前記試料ボート設置位置の前記試料ボートが露出される試料ボート露出位置との間で移動させるための熱遮蔽板操作機構をさらに備えている請求項１に記載の試料加熱装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の試料加熱装置と、
前記試料加熱装置にキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給部と、
前記試料加熱装置の前記燃焼管からキャリアガスとともに流出する、前記試料ボートに収容された試料に含まれる目的の成分を検出するための検出器と、を備えた元素分析計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料加熱装置及び元素分析計に関し、特に、液体や固体などの試料を試料ボートに載せて加熱する前処理を行なう試料加熱装置及び元素分析計に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体や固体などの試料を試料ボートに載せて加熱する前処理を行なう試料加熱装置がある（例えば特許文献１を参照。）。このような試料加熱装置は例えば試料中の炭素分の測定に用いられる。
【０００３】
図５は従来の試料加熱装置の概略的な構成図である。図６は試料加熱装置に用いられる試料ボートホルダの構成を説明するための概略的な上面図、側面図及び正面図である。
【０００４】
試料導入部１０１の内部空間１０３にキャリアガスと支燃ガスを兼ねる酸素が常時一定流量で流されている。カバー１０５が開けられ、試料を収容した試料ボート１０７が試料ボートホルダ１０９に載せられる。その後、カバー１０５は閉じられる。試料ボートホルダ１０９は試料ボート移動棒１１１に固定されている。
【０００５】
試料導入部１０１の内部空間１０３に燃焼管１１３が連結されている。燃焼管１１３の内部に酸化触媒１１５が配置されている。燃焼管１１３は加熱炉１１７によって所定の温度に加熱されている。
【０００６】
試料ボート１０７は、試料ボート移動棒１１１の操作によって試料ボートホルダ１０９とともに燃焼管１１３内へ移動される。試料ボート１０７に収容された試料は燃焼管１１３内で加熱される。試料中の炭素分が酸化及び分解されて二酸化炭素が発生する。発生した二酸化炭素はキャリアガスとともに二酸化炭素検出器に導かれる。二酸化炭素検出器は発生した二酸化炭素量を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２５３１４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
試料導入部１０１の内部空間１０３内に試料ボート１０７を配置するとき、カバー１０５が開けられる。このとき内部空間１０３に大気が流入する。大気には二酸化炭素が含まれている。試料測定の際は、試料ボート１０７を内部空間１０３内に配置した後、燃焼管１１３内へ移動させる前に、まず大気の流入に起因する二酸化炭素をキャリアガス流によって内部空間１０３内から除去しなければならない。したがって、内部空間１０３内に試料ボート１０７を配置した後に待機時間が必要となる。
【０００９】
この待機時間は例えば１２０秒である。待機時間の間、試料ボート１０７は燃焼管１１３側からの輻射熱を受ける。試料ボート１０７と加熱炉１１７の中心部との距離は例えば約２５ｃｍしかない。その輻射熱によって試料ボート１０７及びその内部に収容された試料の温度が上昇する。試料ボート１０７内に収容された試料に例えば低級アルコールなどの揮発性の高い炭素化合物が含まれると、その一部が上記輻射熱に起因して試料から揮発してしまう。その結果、測定値が真値より低くなってしまうという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、試料ボートが試料導入部の内部空間の試料ボート設置位置に配置されているときに、燃焼管側からの輻射熱に起因する試料ボート内の試料の温度上昇を低減することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明にかかる試料加熱装置は、キャリアガスが供給される内部空間、及び試料ボート出入口開閉機構をもつ試料導入部と、上記試料導入部の上記内部空間に連結され、上記内部空間からキャリアガスが流入する燃焼管と、上記燃焼管を加熱するための加熱炉と、上記試料導入部の上記内部空間内の試料ボート設置位置に配置された試料ボートを上記燃焼管内へ移動させるためのボート操作機構と、少なくとも上記試料ボート設置位置に上記試料ボートが配置されているときに、上記燃焼管側から見て上記試料ボートの全体を隠すための熱遮蔽板と、を備えたものである。
【００１２】
本発明の試料加熱装置において、上記ボート操作機構は上記試料ボートが搭載される試料ボートホルダを備え、上記熱遮蔽板は上記試料ボートの搭載位置よりも上記燃焼管側の位置で上記試料ボートホルダに設けられている例を挙げることができる。
【００１３】
また、本発明の試料加熱装置において、上記熱遮蔽板を、上記燃焼管側から見て上記試料ボート設置位置の上記試料ボートが隠される輻射熱遮蔽位置と、上記燃焼管側から見て上記試料ボート設置位置の上記試料ボートが露出される試料ボート露出位置との間で移動させるための熱遮蔽板操作機構をさらに備えている例を挙げることができる。
【００１４】
本発明にかかる元素分析計は、本発明の試料加熱装置と、上記試料加熱装置にキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給部と、上記試料加熱装置の上記燃焼管からキャリアガスとともに流出する、上記試料ボートに収容された試料に含まれる目的の成分を検出するための検出器と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の試料加熱装置は、少なくとも試料ボート設置位置に試料ボートが配置されているときに燃焼管側から見て試料ボートの全体を隠すための熱遮蔽板を備えているようにした。これにより、本発明の試料加熱装置は、試料ボートが試料導入部の内部空間の試料ボート設置位置に配置されているときに、燃焼管側からの輻射熱に起因する試料ボート内の試料の温度上昇を低減することができる。
【００１６】
本発明の試料加熱装置において、試料ボート操作機構は試料ボートが搭載される試料ボートホルダを備え、熱遮蔽板は試料ボートの搭載位置よりも燃焼管側の位置で試料ボートホルダに設けられているようにすれば、簡単な構造で熱遮蔽板を配置できる。
【００１７】
また、本発明の試料加熱装置において、熱遮蔽板を、燃焼管側から見て試料ボート設置位置の試料ボートが隠される輻射熱遮蔽位置と、燃焼管側から見て試料ボート設置位置の試料ボートが露出される試料ボート露出位置との間で移動させるための熱遮蔽板操作機構をさらに備えているようにすれば、燃焼管側からの輻射熱に起因する試料ボート内の試料の温度上昇を低減することができる。
【００１８】
本発明の元素分析計は、本発明の試料加熱装置を用いるので、試料ボートが試料導入部の内部空間の試料ボート設置位置に配置されているときに燃焼管側からの輻射熱に起因する試料ボート内の試料の温度上昇を低減することができ、測定精度を向上させることができる。例えば試料に揮発性の高い炭素化合物が含まれていても、本発明の元素分析計は測定値が低い値になることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】試料加熱装置の一実施例を説明するための概略的な構成図である。
【図２】試料ボートホルダ及び熱遮蔽板の構成を説明するための概略的な上面図、側面図及び正面図である。
【図３】元素分析計の一実施例を説明するための概略的な構成図である。
【図４】試料加熱装置の他の実施例を説明するための概略的な構成図及びＡ−Ａ’位置での断面を拡大して示す断面図である。
【図５】従来の試料加熱装置の概略的な構成図である。
【図６】試料加熱装置に用いられる試料ボートホルダの構成を説明するための概略的な上面図、側面図及び正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、試料加熱装置の一実施例を説明するための概略的な構成図である。図２は、試料ボートホルダ及び熱遮蔽板の構成を説明するための概略的な上面図、側面図及び正面図である。
【００２１】
試料加熱装置１は、試料導入部３、燃焼管５、加熱炉７、ボート操作機構９及び熱遮蔽板１１を備えている。
試料導入部３は、キャリアガスが供給される内部空間１３、及び試料ボート出入口開閉機構１５を備えている。
【００２２】
燃焼管５は、試料導入部３の内部空間１３に連結されている。燃焼管５は例えば石英ガラス製である。燃焼管５の内部に酸化触媒１７が配置されている。キャリアガスは内部空間１３から燃焼管５内へ流入する。
加熱炉７は燃焼管５を所定の温度に加熱するものである。
【００２３】
ボート操作機構９は、試料ボート移動棒１９と、試料ボート２３が搭載される試料ボートホルダ２１とを備えている。ボート操作機構９は、試料導入部３の内部空間１３内の試料ボート設置位置に配置された試料ボート２３を燃焼管５内へ移動させるためのものである。試料ボート２３は例えばセラミック製である。
【００２４】
熱遮蔽板１１は、少なくとも試料ボート設置位置に試料ボート２３が配置されているときに燃焼管５側から見て試料ボート２３の全体を隠すためのものである。例えば、熱遮蔽板１１は、燃焼管５側から見た試料ボート２３の前面投影面積よりも大きい面積をもっている。熱遮蔽板１１は、試料ボート２３が試料ボート設置位置に配置されているときに燃焼管５側から見て試料ボート２３が熱遮蔽板１１によって隠されるように、試料ボート２３の搭載位置よりも燃焼管５側の位置で試料ボートホルダ２１に設けられている。
【００２５】
例えば、試料ボートホルダ２１は厚みが０.５ｍｍ（ミリメートル）のステンレス薄板が折り曲げられて成形されたものである。試料ボートホルダ２１の先端部分は、例えば直径１８ｍｍの略円盤状になっており、熱遮蔽板１１を構成している。燃焼管５の内径は例えば２４ｍｍである。したがって、燃焼管５の内壁面と熱遮蔽板１１の外周縁との間には３ｍｍの隙間が確保され、キャリアガスの流れが妨げられることはない。このように、熱遮蔽板１１は、燃焼管５内に挿入されたときにキャリアガスの流れを妨げない程度の寸法で形成される。試料ボートホルダ２１の基端部は例えばネジによって試料ボート移動棒１９に固定されている。
【００２６】
試料ボート出入口開閉機構１５が開けられ、試料ボート設置位置に配置された試料ボートホルダ２１に試料ボート２３が搭載される。その後、試料ボート出入口開閉機構１５が閉じられる。試料ボート２３と燃焼管５との間には熱遮蔽板１１が存在しているので、燃焼管５側から試料ボート２３側へ向かう輻射熱は熱遮蔽板１１によって遮られる。これにより、燃焼管５側からの輻射熱に起因する試料ボート２３内の試料の温度上昇は熱遮蔽板１１がない場合に比べて低減される。
【００２７】
この実施例では、熱遮蔽板１１は試料ボートホルダ２１と一体成形されたものであるが、本発明の試料加熱装置において熱遮蔽板は試料ボートホルダとは別途形成されたものであってもよい。その場合、熱遮蔽板を試料ボートホルダに取り付ける方法は特に限定されない。
【００２８】
図３は、元素分析計の一実施例を説明するための概略的な構成図である。この実施例では、本発明の元素分析計をＴＯＣ（Total Organic Carbon）計に適用した。
【００２９】
ＴＯＣ計は、ＴＣ（Total Carbon）測定用の試料加熱装置１と、ＩＣ（Inorganic Carbon）測定用の試料加熱装置２５とを備えている。試料加熱装置１と試料加熱装置２５は直列に接続されている。
【００３０】
ＴＣ測定用の試料加熱装置１は図１を参照して説明したものと同じである。加熱炉７の炉温度は例えば９００℃に設定される。キャリアガス供給部２７から支燃ガスを兼ねるキャリアガス（酸素）が内部空間１３へ連続的に例えば５００ｍＬ／ｍｉｎ（ミリリットル／分）の流量で導入される。キャリアガスは、試料加熱装置１、冷却管２９、除湿部３１、試料加熱装置２５、再度除湿部３１を経て、例えば非分散形赤外線ガス分析計（ＮＤＩＲ）からなる検出器３３へと流れる。なお、符号３５，３７は冷却用ファンである。
【００３１】
ＴＣ測定用の試料加熱装置１において、試料が収容された試料ボート２３は、試料導入部３の試料ボート出入口開閉機構１５から内部空間１３内へ入れられ、試料ボートホルダ２１に搭載される。試料ボート出入口開閉機構１５が閉じられた後、例えば１２０秒間の待機時間が設けられる。これにより、試料ボート出入口開閉機構１５の開閉時に内部空間１３を介して分析計流路内に流入した大気を分析計外に完全に流出させる。検出器３３のベースラインが安定したことが確認された後、試料ボート移動棒１９の操作により試料ボート２３が燃焼管５内に挿入される。なお、検出器３３のベースラインの確認が省略されて、試料ボート出入口開閉機構１５が閉じられてから所定時間が経過した後に試料ボート２３が燃焼管５内に挿入される構成であってもよい。
【００３２】
燃焼管５内で試料中の有機物は蒸発したり分解したりして酸素を含むキャリアガスと共に酸化触媒１７に達し、触媒の作用によりすべての有機物が酸化されて二酸化炭素ガスとなる。この二酸化炭素ガスは、キャリアガスと共に冷却管２９、除湿部３１、試料加熱装置２５、再度除湿部３１を経て、検出器３３に導かれて試料中のＴＣが測定される。ＮＤＩＲからなる検出器３３は、流入する二酸化炭素ガスをベースライン上のピークとして捉え、その面積から二酸化炭素量を測定する。
【００３３】
ＩＣ測定用の試料加熱装置２５は、基本的には、ＴＣ測定用の試料加熱装置１と同様の構成である。ＩＣ測定用の試料加熱装置２５において、ＴＣ測定用の試料加熱装置１と同じ機能を果たす部分にはＴＣ測定用の試料加熱装置１と同じ符号が付されている。
【００３４】
ＩＣ測定用の試料加熱装置２５において、試料が収容された試料ボート２３は、試料導入部３の試料ボート出入口開閉機構１５から内部空間１３内へ入れられ、試料ボートホルダ２１に搭載される。試料ボート出入口開閉機構１５が閉じられた後、例えば１２０秒間の待機時間が設けられる。この待機時間の経過後に、酸分注器３９から試料ボート２３内の試料に無機酸が添加される。酸としては、不揮発性酸であるリン酸が好適である。検出器３３のベースラインが安定したことが確認された後、試料ボート移動棒１９の操作により試料ボート２３が燃焼管５内に挿入される。
【００３５】
ＩＣ測定用の試料加熱装置２５において、加熱炉７の加熱温度は、ＴＣ測定用の試料加熱装置１の加熱炉７に比べ比較的低温、例えば２００℃であり、ここでは試料中のＩＣ成分と酸との反応が促進され、さらには加熱による攪拌や追い出し作用を受けて、反応によって変換生成された二酸化炭素の気相への抽出が迅速に行なわれる。抽出された二酸化炭素ガスはキャリアガスと共に除湿部３１を経て検出器３３に導かれて、ＴＣ測定と同様に、試料中のＩＣが測定される。ＩＣ測定用の試料加熱装置２５へのキャリアガスの供給は、キャリアガス供給部２７からＴＣ測定用の試料加熱装置１、冷却管９、除湿部３１を経て行なわれる。
【００３６】
１０ｍｇＣプロパノールを添加した純水を、熱遮蔽板１１を備えた試料ボートホルダ（図１及び図２参照。）と、熱遮蔽板１１を備えていない従来の試料ボートホルダ１０９（図５及び図６参照。）とを用いてＴＣ測定した結果を表１に示した。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
表１から分かるように、熱遮蔽板１１が有効に作用することで、待機時間中のプロパノールの揮発が抑えられ、その結果正しい測定値を得ることができた。
【００３９】
図４は、試料加熱装置の他の実施例を説明するための概略的な構成図及びＡ−Ａ’位置での断面を拡大して示す断面図である。図４において図１と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付され、それらの部分の説明は省略される。
【００４０】
試料ボートホルダ４１は図６に示された試料ボートホルダ１０９と同じである。この実施例は、図１に示された実施例と比較して、熱遮蔽板４３、熱遮蔽板収容空間４５及び熱遮蔽板操作機構４７をさらに備えている。
【００４１】
熱遮蔽板４３は、少なくとも試料ボート設置位置に試料ボート２３が配置されているときに燃焼管５側から見て試料ボート２３の全体を隠すためのものである。例えば、熱遮蔽板１１は、燃焼管５側から見た試料ボート２３の前面投影面積よりも大きい面積をもっている。熱遮蔽板４３の形状は、例えば、厚みが０.５ｍｍ、直径が１８ｍｍの略円盤形状である。燃焼管５の内径は例えば２４ｍｍである。熱遮蔽板４３の大きさ及び形状は、熱遮蔽板４３が輻射熱遮蔽位置に配置されているときにキャリアガスの流れが遮断されないように設計される。
【００４２】
熱遮蔽板収容空間４５は内部空間１３に連通して試料導入部３の内部に設けられている。熱遮蔽板操作機構４７は、熱遮蔽板４３を、燃焼管５側から見て試料ボート設置位置の試料ボート２３が隠される輻射熱遮蔽位置（内部空間１３側の位置）と、燃焼管５側から見て試料ボート設置位置の試料ボート２３が露出される試料ボート露出位置（熱遮蔽板収容空間４５側の位置）との間で移動させるためのものである。
【００４３】
熱遮蔽板操作機構４７の操作により熱遮蔽板４３が試料ボート露出位置から輻射熱遮蔽位置へ移動されると、試料ボート２３は燃焼管５側から見て熱遮蔽板４７によって隠される。これにより、燃焼管５側からの輻射熱に起因する試料ボート２３内の試料の温度上昇を低減することができる。
【００４４】
熱遮蔽板操作機構４７の操作により熱遮蔽板４３が試料ボート露出位置から輻射熱遮蔽位置へ移動されると、燃焼管５側から見て試料ボート２３が露出される。これにより、試料ボート２３を燃焼管５内へ移動可能な状態になる。
【００４５】
この実施例では、熱遮蔽板４３の直径は燃焼管５の内径よりも小さいが、内部空間１３の内部寸法が燃焼管５の内径よりも大きくなっている箇所に熱遮蔽板４３を配置すれば、熱遮蔽板４３の寸法を燃焼管５の内径よりも大きくすることも可能である。
【００４６】
また、この実施例において、試料ボートホルダ４１に替えて、熱遮蔽板１１を備えた試料ボートホルダ２１（図２を参照。）を用い、熱遮蔽板４３と熱遮蔽板１１の両方を用いて燃焼管５側からの輻射熱を遮るようにしてもよい。
【００４７】
以上、本発明の実施例を説明したが、実施例における構成、配置、数値等は一例であり、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【００４８】
例えば、本発明の試料加熱装置及び元素分析計は、ＴＯＣ計以外の元素分析計にも適用できる。
【００４９】
本発明の試料加熱装置は、キャリアガスが供給される内部空間、及び試料ボート出入口開閉機構をもつ試料導入部と、上記試料導入部の上記内部空間に連結され、上記内部空間からキャリアガスが流入する燃焼管と、上記燃焼管を加熱するための加熱炉と、上記試料導入部の上記内部空間内の試料ボート設置位置に配置された試料ボートを上記燃焼管内へ移動させるためのボート操作機構と、を備えた試料加熱装置であれば、どのような構成のものにも適用できる。
【００５０】
本発明の元素分析計は、そのような試料加熱装置と、上記試料加熱装置にキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給部と、上記試料加熱装置の上記燃焼管からキャリアガスとともに流出する、上記試料ボートに収容された試料に含まれる目的の成分を検出するための検出器と、を備えた元素分析計であれば、どのような構成のものにも適用できる。
【００５１】
例えば、試料に含まれる炭素、水素、窒素、硫黄などを測定する元素分析計に本発明の試料加熱装置及び元素分析計は適用され得る。また、液体試料の例は、河川水、湖沼水、海洋水、雨水、地下水などの環境水や、各種の試験や研究で発生する液体試料などである。また、固体試料の例は、土壌、堆積物、農畜産物や、各種の試験・研究で発生する固体試料などである。ただし、本発明の試料加熱装置及び元素分析計が対象とする測定成分、液体試料及び固体試料はこれらに限定されない。
【００５２】
上記実施例では、熱遮蔽板１１の形状は略円盤形状であるが、本発明の試料加熱装置における熱遮蔽板の形状はこれに限定されない。本発明の試料加熱装置において、熱遮蔽板の形状は、少なくとも試料ボート設置位置に試料ボートが配置されているときに燃焼管側から見て試料ボートの全体を隠すことができる形状及び大きさであれば、どのような形状であってもよい。
【００５３】
上記実施例では、ボート操作機構９は試料ボート移動棒１９と試料ボートホルダ２１で構成されているが、本発明の試料加熱装置におけるボート操作機構はこれに限定されない。本発明の試料加熱装置において、ボート操作機構の構成は、試料ボートを燃焼管内へ移動させることができる構成であれば、どのような構成であってもよい。
【００５４】
上記実施例では、熱遮蔽板操作機構４７は棒状のもので構成されているが、本発明の試料加熱装置における熱遮蔽板操作機構はこれに限定されない。本発明の試料加熱装置において、熱遮蔽板操作機構の構成は、熱遮蔽板を輻射熱遮蔽位置と試料ボート露出位置との間で移動させることができる構成であれば、どのような構成であってもよい。例えば、熱遮蔽板操作機構は、輻射熱遮蔽位置に配置された熱遮蔽板を支持する弾性体を備え、ボート操作機構による試料ボートの燃焼管側への移動の際にボート操作機構の押圧によって弾性体が変形して熱遮蔽板が試料ボート露出位置へ移動され、試料ボートが試料導入部側へ戻る際に弾性体の復元力によって熱遮蔽板が輻射熱遮蔽位置へ移動される構成であってもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１，２５  試料加熱装置
３  試料導入部
５  燃焼管
７  加熱炉
９  試料ボート操作機構
１１，４３  熱遮蔽板
１３  内部空間
１５  試料ボート出入口開閉機構
２１，４１  試料ボートホルダ
２３  試料ボート
２７  キャリアガス供給部
３３  検出器
４７  熱遮蔽板操作機構
【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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