(57)【要約】      （修正有）【課題】酸化触媒を燃焼管に充填する工程の作業効率を上げ、かつ、仕切り材の倒壊による酸化触媒の散乱を防止することができる燃焼酸化式元素分析装置を提供する。【解決手段】燃焼酸化式元素分析装置が、酸化触媒を固定する容器５４に対して低熱膨張性を有するムライトによって形成された燃焼管を備える。当該燃焼管に、蓋５２と容器５４を一体化する構造および蓋５２の天蓋面と容器５４の底面に通気孔５６ａを設けた構造を有し、燃焼管に対して高熱膨張性を有するアルミナによって形成された酸化触媒を固定するための容器５４を挿入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼酸化式元素分析装置に設けられた燃焼管の内部に酸化触媒を固定するために使用される容器であって、
容器と一体化する構造および天蓋面に通気孔を設けた蓋と、
蓋と一体化する構造および底面に通気孔を設けた容器と、
から構成されることと、
前記蓋と前記容器が、前記燃焼管よりも高い熱膨張性を有する材料によって形成されることを特徴とする蓋付触媒固定容器。
【請求項２】
燃焼酸化式元素分析装置において、
酸化触媒を固定するために請求項１に記載の蓋付触媒固定容器が使用されることと、
前記蓋付触媒固定容器よりも低い熱膨張性を有する材料によって形成される燃焼管を備えたことを特徴とする燃焼酸化式元素分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川水・湖沼水・雨水・地下水などの環境水、各種の試験・研究で発生する液体試料や土壌・堆積物・農畜産物、各種の試験・研究で発生する固体試料に含まれる炭素・水素・窒素・硫黄等を測定するための燃焼酸化式元素分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼酸化式元素分析装置には、たとえば全有機体炭素計（ＴＯＣ計）がある。
【０００３】
図１２に示すとおり、燃焼酸化式ＴＯＣ計１００は、ガス流量制御部１０２、試料ポート部１１１、全炭素（ＴＣ）反応部１１０、コイル状冷却管１０３、ドレンセパレータ１０５、無機体炭素（ＩＣ）反応部１４０、酸用分注器１０４、遅延チューブ１０６、および、これらにおいて試料から発生した二酸化炭素を測定する非分散形赤外線ガス分析部１０７、データ処理部１０８等から構成される。
【０００４】
試料の測定は、酸化触媒が充填された燃焼管を通した筒形電気炉を横向きに配した全炭素反応部１１０に試料を載せたセラミック製試料容器（以下試料ボート１１８）を導入して試料中の炭素成分の分解・酸化を行う。
【０００５】
図１１に示すとおり、全炭素反応部１１０は、前述の全炭素電気炉１１３と、酸化触媒１１６を挿入した全炭素燃焼管１１２、試料交換のための試料ポート部１１１、および試料ボート移動部１１４から構成される。
【０００６】
試料ボート１１８に試料を採取し、試料ポート部１１１を通じて燃焼酸化式ＴＯＣ計１００内に導入し、流路系を閉じた後に試料ボート移動棒１１７を操作することによって試料ボート１１８を試料と共に全炭素燃焼管１１２内に挿入し、炭素成分の分解、酸化を行う。（特許文献１、非特許文献１）
【０００７】
図８に示すとおり、全炭素燃焼管１１２内には酸化触媒１１６が充填されている。この酸化触媒は粒状であるため、横置きにした全炭素燃焼管１１２内の定められた位置に固定した状態で充填するには仕切り材などで保持する必要がある。
当該仕切り材は、耐熱性を有する必要がある。
【０００８】
全炭素燃焼管１１２内に酸化触媒１１６を充填する従来の方法を図８、図９および図１０により説明する。
【０００９】
図９に触媒固定用金網（下流側）１２２を示す。
図９（ａ）は切り取り加工をしたステンレス製の金網の正面図である。Ｖ字に切り取った部分の頂点を直線で結んだ箇所を折り目にして、ツバ状部１２３を１８０度に折り曲げ加工を行うことによって、触媒固定用金網（下流側）１２２に仕上げる。図９（ｂ）は折り曲げ加工を行った触媒固定用金網（下流側）１２２の正面図である。図９（ｃ）は折り曲げ加工を行った触媒固定用金網（下流側）１２２の側面図である。
【００１０】
図１０に触媒固定用金網（上流側）１２１を示す。
図１０（ａ）は切り取り加工をしたステンレス製の金網の正面図である。Ｖ字に切り取った部分の頂点を直線で結んだ箇所を折り目にして、ツバ状部１２３を９０度に折り曲げ加工を行うことによって、触媒固定用金網（上流側）１２１に仕上げる。図１０（ｂ）は折り曲げ加工を行った触媒固定用金網（上流側）１２１の正面図である。図１０（ｃ）は折り曲げ加工を行った触媒固定用金網（上流側）１２１の側面図である。
【００１１】
図９（ｂ）（ｃ）に示したステンレス製の触媒固定用金網（下流側）１２２を、図８に示したようにツバ状部１２３が折り曲げられている面を下流側にして全炭素燃焼管１１２の流路下流側先端に挿入する。
【００１２】
次に石英ウールｂ１２５を数ミリ程度の均一な厚みになるように触媒固定用金網（下流側）１２２に圧接させる（図８）。
【００１３】
続いて、酸化触媒１１６をすき間が最小限となるように充填する。
【００１４】
再度、石英ウールａ１２４を数ミリ程度の均一な厚みになるように酸化触媒１１６に圧接させる（図８）。
【００１５】
最後に、図１０（ｂ）（ｃ）に示したステンレス製の触媒固定用金網（上流側）１２１を、図８に示したようにツバ状部１２３が折り曲げられている面を上流側にして石英ウールａ１２４に圧接させる。
【００１６】
当該従来方法では、折り曲げ加工を行ったステンレス製の触媒固定用金網１２１、１２２が復元しようとする反発力を利用することによって全炭素燃焼管１１２を内側から圧接し、固定していた。
【００１７】
酸化触媒１１６は燃焼・酸化を繰り返すと触媒効果が薄れるため、数ヶ月程度に１度交換を行う必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開平０７―９８３０８号公報
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】「島津評論ｖｏｌ，５０，Ｎｏ．４（１９９４）」、（株）島津製作所、１９９４年、ｐ４６７−４７２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
従来の酸化触媒の固定方法では、ステンレス製の触媒固定用金網が挿入された当初は折り曲げ加工を行ったステンレスの復元しようとする反発力が十分強いため、触媒固定用金網はしっかり固定されるが、時間の経過とともにステンレスが酸化し、次第に強度と反発力が低下していくと、触媒固定用金網が倒れ、酸化触媒が散乱する問題が発生する。
【００２１】
酸化触媒が燃焼管内に散乱すると試料ボートを所定の位置に置くことができなくなる問題が発生する。
【００２２】
また、触媒固定用金網が酸化により変形すると酸化触媒と燃焼管の間にすき間ができ、酸化触媒のない部分をキャリアガスが通過することによって酸化反応の効率が低下する問題が発生する。
【００２３】
酸化触媒は、触媒効果を維持するために数ヶ月に１度交換を行う必要があるが、従来の充填方法では非常に作業効率が悪い問題が発生する。
【００２４】
一般的にステンレスなどの金属材料は、温度が１０００℃を超える場合、酸化が非常に促進され、触媒固定用金網の寿命が非常に短命となるため、高温での酸化反応に耐えられない。
【００２５】
本発明は、上記課題を解決し、酸化触媒を燃焼管に充填する工程の作業効率を上げ、かつ、仕切り材の倒壊による酸化触媒の散乱を防止することのできる蓋付触媒固定容器と当該容器を使用した燃焼酸化式元素分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記課題を解決するため、本発明の蓋付触媒固定容器は、燃焼酸化式元素分析装置に設けられた燃焼管の内部に酸化触媒を固定するために使用する容器であって、容器と一体化する構造および天蓋面に通気孔を設けた蓋と、蓋と一体化する構造および底面に通気孔を設けた容器とから構成されることと、前記蓋と前記容器が、前記燃焼管よりも高い熱膨張性を有する材料によって形成されることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の燃焼酸化式元素分析装置は、前記蓋付触媒固定容器が使用され、前記蓋付触媒固定容器よりも低い熱膨張性を有する材料によって形成される燃焼管を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の蓋付触媒固定容器によれば、蓋と容器が一体化する構造により、蓋が容器からはずれることがなく、酸化触媒が燃焼管内に散乱することがないという効果を奏する。
【００２９】
本発明の蓋付触媒固定容器において、蓋付の容器に酸化触媒を封入するため、燃焼管への酸化触媒の充填作業が非常に簡便に行えるという効果を奏する。
【００３０】
本発明の蓋付触媒固定容器において、高熱膨張性を有する材料で蓋と容器を形成することによって蓋と容器が熱で膨張し、燃焼管とのすき間が小さくなるという効果を奏する。
【００３１】
本発明の燃焼酸化式元素分析装置によれば、低熱膨張性を有する材料で燃焼管を形成することによって燃焼管の内径が熱で膨張することが少ないため、蓋付触媒固定容器とのすき間が小さくなるという効果を奏する。
【００３２】
本発明の燃焼酸化式元素分析装置において、本発明の蓋付触媒固定容器を使用することによって、高温下で長期間にわたって酸化触媒を当初充填した状態に保持することが可能であり、通気性を損なうことなく効率的かつ安定的な酸化反応を継続することが可能であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る蓋付触媒固定容器の斜視図である。
【図２】本発明に係る蓋付触媒固定容器の断面図である。
【図３】本発明に係る蓋付触媒固定容器の変形例を示す図である。
【図４】本発明に係る蓋付触媒固定容器の変形例を示す断面図である。
【図５】本発明に係る燃焼酸化式元素分析装置の燃焼管の断面図である。
【図６】本発明に係る燃焼酸化式元素分析装置の酸化反応部の断面図である。
【図７】本発明に係る燃焼酸化式元素分析装置の概略図である。
【図８】従来の燃焼酸化式元素分析装置の燃焼管の断面図である。
【図９】従来の燃焼管に酸化触媒を固定するための触媒固定用金網（下流側）を示す図である。
【図１０】従来の燃焼管に酸化触媒を固定するための触媒固定用金網（上流側）を示す図である。
【図１１】従来の燃焼酸化式元素分析装置の全炭素反応部の断面図である。
【図１２】従来の燃焼酸化式元素分析装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図を用いて本発明の一実施の形態を説明する。
【００３５】
図１は本発明に係る蓋付触媒固定容器５０の斜視図である。
当該蓋付触媒固定容器５０は、天蓋面に通気孔ａ５６ａを設けた蓋５２と底面に通気孔ｂ５６ｂ（図２）を設けた容器５４で構成される。
【００３６】
図２は、本発明に係る蓋付触媒固定容器５０の断面図である。
蓋付触媒固定容器５０内に酸化触媒１６をすき間が最小限となるように充填し、蓋５２と容器５４に設けられた螺着部５７により、一体化し、封入する。
【００３７】
図３、図４は、蓋付触媒固定容器５０の変形例である。
【００３８】
蓋と容器の一体化は螺着に限らず、蓋あるいは容器の一方に突起、他方にくぼみを設けた嵌合部５８によるものでもよい。一例を図３に示す。図３（ａ）は、蓋の内部が見えるように示した斜視図である。図３（ｂ）は容器の斜視図である。図３（ｃ）は、蓋と容器を一体にしたときの断面図である。この場合の使用方法を以下に示す。蓋５２の内部に設けられた突起部６１を、容器５４の入口から底の方向に向けて設けられた縦溝６２に嵌め合せて、蓋の突起部６１を容器５４の底の方向に向けてスライドさせる。突起部６１が前記縦溝６２に対して９０度の方向に設けられた横溝６３の位置まで移動したとき、蓋５２を反時計回りに回転させ、止まるまで回す。
【００３９】
また、別の一例を図４に示す。茶筒のように緊密にはめ合わせるように設けた緊合部５９による一体化でもよい。
【００４０】
図５は、本発明に係る燃焼酸化式元素分析装置の燃焼管１２の断面図である。蓋付触媒固定容器５０の装着方法を説明する。
【００４１】
蓋付触媒固定容器５０の外径は燃焼管１２の内径より０．数ミリ程度小さくしておく。
【００４２】
酸化触媒１６が充填された蓋付触媒固定容器５０を燃焼管１２の大きい開口部から容器底面を流路下流側にして挿入し、燃焼管１２の小さい開口部を下方にして先端まで滑らせ移動させる。逆に蓋を下流側にして挿入することも可能である。
【００４３】
また、燃焼管１２の大きい開口部から棒などで蓋付触媒固定容器５０の天蓋部分または容器の底面を押すことにより蓋付触媒固定容器５０を挿入することも可能である。
【００４４】
酸化触媒１６は、前もって蓋付触媒固定容器５０の中に封入しておくため、蓋付触媒固定容器５０を交換するだけで酸化触媒１６の交換が容易に行える。
【００４５】
図６は本発明に係る燃焼酸化式元素分析装置の酸化反応部１０の断面図である。蓋付触媒固定容器５０を用いた場合の使用方法を説明する。
【００４６】
酸化触媒１６入りの蓋付触媒固定容器５０が挿入された燃焼管１２を電気炉１３にセットし、電気炉１３を所定の温度に加熱する。
【００４７】
酸素をキャリアガスとして供給した状態で試料を所定の大きさの試料ボート１８に載せ、試料ポート部１１の位置まで引き出されたボート置台１９の上に置く。
【００４８】
試料ポート部１１を密閉した後、試料ボート移動棒１７により試料ボート１８を電気炉１３の中央まで挿入する。
【００４９】
燃焼管１２内で試料中に含まれる成分が高温により分解され、キャリアガスにより酸化触媒１６に運ばれる。
酸化触媒１６により、試料中の成分が酸化され、排出される。
【００５０】
その際、例えば、蓋付触媒固定容器５０の材質をアルミナに、燃焼管１２の材質をムライトにしておくと、各々の材質の熱膨張率の違いから燃焼管１２の内壁と蓋付触媒固定容器５０の外壁とのすき間が小さくなる。また、すき間が小さくなることにより、酸化触媒１６と接触することなく通過するキャリアガスを少なくすることができる。
【００５１】
具体的にアルミナとムライトの熱膨張係数を以下に示す。
アルミナの熱膨張係数：８．１×１０‐６／Ｋ
ムライトの熱膨張係数：４．９×１０‐６／Ｋ
【００５２】
約１３００℃温度が上昇すれば、φ３０ｍｍの各々材料の直径は以下のようになる。
アルミナの直径の変化：＋０．３１５ｍｍ
ムライトの直径の変化：＋０．１９１ｍｍ
ムライトの直径の伸びに対して、アルミナの直径の伸びの方が大きく、両者のすき間が小さくなる。
【００５３】
酸化触媒１６の交換は、蓋付触媒固定容器５０を交換することで行う。交換方法を説明する。
【００５４】
酸化触媒１６入りの蓋付触媒固定容器５０が挿入された燃焼管１２を電気炉１３から取り外す。
【００５５】
燃焼管１２の大きい開口部が下方になるように傾け、蓋付触媒固定容器５０を滑り出させる。低温の際には、燃焼管１２と蓋付触媒固定容器５０との間にすき間が生じるので抵抗なく取り出すことができる。
【００５６】
また、燃焼管１２の小さい開口部から、棒を挿入し蓋付触媒固定容器５０の天蓋部分または容器の底面を押すことによっても取り出すことが可能である。
【００５７】
新しい酸化触媒１６が充填された蓋付触媒固定容器５０を前述の装着方法により、燃焼管１２に装着する。
【００５８】
図７は、本発明に係る燃焼酸化式元素分析装置の概略図である。
【００５９】
燃焼酸化式元素分析装置１は、ガス流量制御部２、酸化反応部１０、コイル状冷却管３、ドレンセパレータ５、第２酸化反応部４０、分注器４、遅延チューブ６およびこれらにおいて試料から発生した酸化成分を測定するガス分析部７、データ処理部８等から構成される。
【００６０】
図６に示す酸化反応部１０から排出された酸化成分はコイル状冷却管３、ドレンセパレータ５、第２酸化反応部４０再びドレンセパレータ５を通り、遅延チューブ６を通過した後にガス分析部７によって、検出され、測定される。
【００６１】
酸化触媒１６とキャリアガス流路の間にすき間があると、キャリアガスによって運ばれる分解成分は、酸化触媒１６との接触が不十分となり、十分な酸化反応が行われず、測定の精度に大きく影響する。
【００６２】
本発明では、蓋付触媒固定容器５０内にすき間ができないように、酸化触媒１６を充填しておけば、蓋付触媒固定容器５０の倒壊または変形は発生しないので上記問題は解消できる。
【００６３】
なお、上記実施例においてガス分析部７に二酸化炭素分析器、二酸化硫黄分析器または二酸化窒素測定器を用いることにより、試料中の炭素量、硫黄量または窒素量を分析することが可能である。
【００６４】
図１から図１２において同一符号で表示されているものは、同一物を表し、詳細な説明は省略する。
【符号の説明】
【００６５】
１  燃焼酸化式元素分析装置
２  ガス流量制御部
３  コイル状冷却管
４  分注器
５  ドレンセパレータ
６  遅延チューブ
７  ガス分析部
８  データ処理部
１０  酸化反応部
１１  試料ポート部
１２  燃焼管
１３  電気炉
１６  酸化触媒
１７  試料ボート移動棒
１８  試料ボート
１９  ボート置台
４０  第２酸化反応部
５０  蓋付触媒固定容器
５２  蓋
５４  容器
５６ａ  通気孔ａ
５６ｂ  通気孔ｂ
５７  螺着部
５８  嵌合部
５９  緊合部
６１  突起部
６２  縦溝
６３  横溝
１００  燃焼酸化式ＴＯＣ計
１０２  ガス流量制御部
１０３  コイル状冷却管
１０４  酸用分注器
１０５  ドレンセパレータ
１０６  遅延チューブ
１０７  非分散形赤外線ガス分析部
１０８  データ処理部
１１０  全炭素反応部
１１１  試料ポート部
１１２  全炭素燃焼管
１１３  全炭素電気炉
１１４  試料ボート移動部
１１６  酸化触媒
１１７  試料ボート移動棒
１１８  試料ボート
１２１  触媒固定用金網（上流側）
１２２  触媒固定用金網（下流側）
１２３  ツバ状部
１２４  石英ウールａ
１２５  石英ウールｂ
１４０  無機体炭素（ＩＣ）反応部
【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】
2014092385.tif 000011
【図１０】
2014092385.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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