(57)【要約】【課題】  分析精度を十分向上させることができる液体試料導入装置等を提供すること。【解決手段】  本発明は、液体試料Ｓが収容された試料容器４を保持する保持部材５と、キャリアガスの導入によって、試料容器４から導入される液体試料Ｓを霧状化してＩＣＰ質量分析部２に導入するネブライザ６と、試料容器４内の液体試料Ｓをネブライザ６に導入する液体試料導入管７と、保持部材５を上下に移動させる可動手段９と、試料容器４内の液体試料Ｓの液面位置Ｌ１を検知する検知手段２６とを備え、液体試料導入管７の一端７ａがネブライザ６に接続され、液体試料導入管７の他端７ｂが自由端である液体試料導入装置である。【選択図】  図１
2006208315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体試料が収容された試料容器を保持する保持部材と、
キャリアガスの導入によって、前記試料容器から導入される前記液体試料を霧状化して導入先に導入するネブライザと、
前記試料容器内の前記液体試料を前記ネブライザに導入する液体試料導入管と、
前記保持部材を上下に移動させる可動手段と、
前記試料容器内の液体試料の液面位置を検知する検知手段とを備えており、
前記液体試料導入管の一端が前記ネブライザに接続され、前記液体試料導入管の他端が自由端となっていること、
を特徴とする液体試料導入装置。
【請求項２】
前記検知手段で検知される液面位置に基づき前記可動手段を制御する制御手段を更に備える請求項１に記載の液体試料導入装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液体試料導入装置と、
前記液体試料導入装置より導入され霧状化した液体試料を分析する分析部と、
を備えることを特徴とする液体試料の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体試料導入装置及びこれを用いた液体試料分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体試料の分析に用いられる分析装置として、例えば原子吸光光度計やＩＣＰ発光分光分析装置、ＩＣＰ質量分析装置などが知られている。これらの分析装置では、ネブライザ等で液体試料が霧状とされエアゾルとして測定系に導入される。ネブライザには、ニューマティック型、クロスフロー型、バビントン型、超音波型など各種ある。これらのうち一般的によく使われるのは、霧吹きの原理を利用したニューマティック型、クロスフロー型のネブライザである。ところが、このようなタイプのネブライザでは、液体試料の吸引力が比較的弱く、試料吸い上げ量が変動しやすい。そのため、ぺリスタルポンプなどの補助送液装置を用いて、液体試料を一定量強制的に送液する方法がとられることが多く（例えば下記特許文献１〜３参照）、実際市販の分析装置にはぺリスタルポンプが標準で装備されているものが多い。
【特許文献１】特開平６−２７３３３５号公報
【特許文献２】特開平７−２０００９号公報
【特許文献３】特開平１１−２３４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述した従来の分析装置は、以下に示す課題を有していた。
【０００４】
すなわち、上記分析装置で使用されるペリスタルポンプなどの補助送液装置は、周期的に液体試料を送液するため、試料吸引量の周期的な変動は避けられない。この場合、測定系に導入される試料量も変動するので、それにより分析装置において分析精度が低下するという問題が生じていた。この問題は、特に液体試料の元素分析を連続的に行う場合に顕著であった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、液体試料分析装置における分析精度を十分に向上させることができる液体試料導入装置及びこれを用いた液体試料の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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、液体試料が収容された試料容器を保持する保持部材と、キャリアガスの導入によって、前記試料容器から導入される前記液体試料を霧状化して導入先に導入するネブライザと、前記試料容器内の前記液体試料を前記ネブライザに導入する液体試料導入管と、前記保持部材を上下に移動させる可動手段と、前記試料容器内の液体試料の液面位置を検知する検知手段とを備えており、前記液体試料導入管の一端が前記ネブライザに接続され、前記液体試料導入管の他端が自由端となっていることを特徴とする。
【０００７】
この液体試料導入装置によれば、保持部材によって液体試料が収容された試料容器が保持される。そして、液体試料導入管の自由端が試料容器内の液体試料に浸漬され、ネブライザにキャリアガスが導入されると、液体試料が試料容器から液体試料導入管を通ってネブライザに導入されて霧状化される。この霧状化された液体試料が、液体試料を分析する分析部に導入されて液体試料の分析が行われると、試料容器において液面位置が次第に低下し、位置エネルギーの低下によりネブライザから分析部への液体試料の導入量が低下する。このとき、検知手段により試料容器内の液面位置を検知し、検知された液面位置に基づき可動手段により保持部材を上方に移動させることで、液面位置を常に一定位置に保つことが可能となり、位置エネルギーの低下によるネブライザから分析部への試料導入量の低下を十分に防止することが可能となる。またネブライザから分析部への試料導入量の低下を十分に防止可能であるため、ぺリスタルポンプ等の補助送液装置が不要となり、ネブライザから分析部への試料導入量の周期的な変動を防止することも可能となる。よって、本発明による液体試料導入装置によれば、分析中における液面位置の変動幅を十分に小さくすることができ、液体試料の分析精度を向上させることができる。
【０００８】
上記液体試料導入装置は、前記検知手段で検知される液面位置に基づき前記可動手段を制御する制御手段を更に備えることが好ましい。
【０００９】
この場合、検知手段により試料容器内の液面位置が検知され、検知された液面位置に基づき制御手段により可動手段の上下動が制御される。このため、分析中における液面位置の変動幅を十分に小さくすることができ、分析精度をより向上させることができる。
【００１０】
また本発明は、上記液体試料導入装置と、前記液体試料導入装置より導入され霧状化した液体試料を分析する分析部とを備えることを特徴とする液体試料の分析装置である。
【００１１】
この液体試料の分析装置によれば、保持部材によって液体試料が収容された試料容器が保持される。そして、液体試料導入管の自由端が試料容器内の液体試料に浸漬され、ネブライザにキャリアガスが導入されると、液体試料が試料容器から液体試料導入管を通ってネブライザに導入されて霧状化される。この霧状化された液体試料が、液体試料を分析する分析部に導入されて液体試料の分析が行われると、試料容器において液面位置が次第に低下し、位置エネルギーの低下によりネブライザから分析部への液体試料の導入量が低下する。このとき、検知手段により試料容器内の液面位置を検知し、検知された液面位置に基づき可動手段により保持部材を上方に移動させることで、液面位置を常に一定位置に保つことが可能となり、位置エネルギーの低下によるネブライザから分析部への試料導入量の低下を十分に防止することが可能となる。またネブライザから分析部への試料導入量の低下を十分に防止可能であるため、ぺリスタルポンプ等の補助送液装置が不要となり、ネブライザから分析部への試料導入量の周期的な変動を防止することも可能となる。よって、本発明による液体試料の分析装置によれば、分析中における液面位置の変動幅を十分に小さくすることができ、液体試料の分析精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の液体試料導入装置及び液体試料分析装置によれば、液体試料分析装置の分析精度を十分に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
[第１実施形態]  図１に示されるように、ＩＣＰ質量分析装置１は、液体試料Ｓを分析するＩＣＰ質量分析部２と、ＩＣＰ質量分析部２に液体試料Ｓを導入する液体試料導入装置３とを備えている。
【００１５】
ここで、まず液体試料導入装置３について説明する。
【００１６】
液体試料導入装置３は、液体試料Ｓが収容された試料容器４を保持する平坦な載置面５ａを有する試料ステージ（保持部材）５と、試料容器４から導入される液体試料Ｓを霧状化してＩＣＰ質量分析部２に導入するネブライザ６と、試料容器４内の液体試料Ｓをネブライザ６に導入する液体試料導入管７と、ネブライザ６の先端に接続されるスプレーチャンバ３２と、ネブライザ６とスプレーチャンバ３２とを連結させる連結部３３とを備えている。なお、試料容器４は、ネブライザ５の位置よりも下方に配置されている。
【００１７】
ここで、ネブライザ６は、中空状の本体部６ａと、本体部６ａに設けられ、キャリアガスを導入するキャリアガス導入管８とを有している。また液体試料導入管７の一端７ａは、ネブライザ６の本体部６ａ内に挿入されることによって本体部６ａに固定されている。このため、キャリアガス導入管８からキャリアガスが導入されると、液体試料導入管７の一端７ａの近傍に負圧状態が形成される。これにより、試料容器４から液体試料導入管７を通ってネブライザ６に液体試料Ｓが吸引され、霧状化されるようになっている。
【００１８】
スプレーチャンバ３２内には、ネブライザ６の先端に接続され、霧状化された液体試料をガイドするガイド管３４が設けられており、スプレーチャンバ３２には、ガイド管３４から排出される霧状化液体試料ＳをＩＣＰ質量分析部２に導入する導入管１０が接続されている。またスプレーチャンバ３２には、液体試料Ｓを回収するドレン管３５が接続されている。
【００１９】
液体試料導入管７の他端７ｂは自由端となっており、試料容器４内に収容された液体試料Ｓ中に浸漬されている。
【００２０】
また、液体試料導入装置３は、試料ステージ５を上下に可動させる昇降装置９を備えている。昇降装置９は、モータ９ａと、ボールねじ９ｂと、ボールねじ９ｂを中心とした試料ステージ５の回転運動を規制し且つ試料ステージ５をボールねじ９ｂの延び方向に沿ってガイドする規制ガイド（図示せず）とを備えており、モータ９ａを駆動させて、ボールねじ９ｂを回転させることによって試料ステージ５の上下動を可能としている。なお、モータ９ａ、ボールねじ９ｂ及び規制ガイドが本発明における可動手段を構成している。
【００２１】
図２は、液体試料導入装置３の要部を示す概略図である。図２に示すように、本実施形態のＩＣＰ質量分析装置１は、液面位置検知システム２５を備えている。
【００２２】
液面位置検知システム２５は、水位を検知する水位センサ２６と、水位センサ２６に電気的に接続される制御部２７とを備えており、制御部２７は、モータ９ａに電気的に接続されている。水位センサ２６は、基準位置Ｌ２と同じ位置で液体試料導入管７に固定されており、水位センサ２６に液体試料Ｓが触れると、通電が起こり水位が検知される。なお、図２において、Ｌ１は液体試料Ｓの液面位置を表し、Ｌ２は、水位センサ２６の基準位置を表す。
【００２３】
次に、ＩＣＰ質量分析部２について説明する。
【００２４】
ＩＣＰ質量分析部２は、液体試料導入装置３のスプレーチャンバ３２に接続される導入管１０と、この導入管１０を通してキャリアガスにより運ばれてきた霧状化液体試料Ｓの一部をイオン化するためのプラズマＰを発生させるプラズマトーチ１１と、このプラズマトーチ１１の先端部近傍に位置するイオン導入部１２を有する質量分析部１３とを備えている。
【００２５】
プラズマトーチ１１は３重管構造となっており、このプラズマトーチ１１には、導入管１０からキャリアガスが導入され、管１４からプラズマＰ形成用のプラズマガスが導入され、管１５からプラズマトーチ１１の壁面を冷却するためのクーラントガスが導入されるようになっている。なお、キャリアガス、プラズマガス及びクーラントガスには、例えばアルゴンガス等が用いられる。
【００２６】
プラズマトーチ１１の先端側には、高周波電源に接続された高周波コイル１６が設けられている。そして、この高周波コイル１６に高周波電流が流されると、プラズマトーチ１１の先端側の内部にプラズマＰが形成される。
【００２７】
質量分析部１３のイオン導入部１２は、プラズマトーチ１１の先端に対向する導入孔１７を有しており、この導入孔１７を経て、プラズマＰからの光やイオンが筐体１８内に導入されるようになっている。
【００２８】
筐体１８内は、真空ポンプ１９，２０によって真空引きされ、イオン導入部１２側が低真空室、その反対側が高真空室というように、仕切り壁２１によって真空度が異なる二室に仕切られている。この筐体１８内においては、プラズマＰからの光とイオンとがイオンレンズ２２により分離されてイオンのみが通過させられ、質量多重極部２３で特定のイオンのみが取り出されて検出器２４で検出される。そして、検出器２４の検出結果に基づいて、液体試料Ｓの質量分析が行われることになる。
【００２９】
以上の構成を有するＩＣＰ質量分析装置１によれば、液体試料導入装置３によりＩＣＰ質量分析部２に霧状化された液体試料Ｓが導入され、ＩＣＰ質量分析部２で液体試料Ｓの分析が行われる。
【００３０】
具体的に述べると、まず液体試料導入装置３では、試料ステージ５の載置面５ａ上に液体試料Ｓが収容された試料容器４が載置され、試料ステージ５により試料容器４が保持される。そして、図１に示すように、液体試料導入管７の自由端７ｂが試料容器４内の液体試料Ｓ中に浸漬される。
【００３１】
そして、ネブライザ６のキャリアガス導入管８からキャリアガスが導入されると、液体試料導入管７ａの近傍で負圧状態が形成され、これにより液体試料Ｓが試料容器４から液体試料導入管７を通ってネブライザ６に導入されるとともに、液体試料導入管７の一端７ａから霧状化された液体試料Ｓが導出される。
【００３２】
霧状化された液体試料Ｓは、ガイド管３４を経てスプレーチャンバ３２内に導入され、導入管１０を経てＩＣＰ質量分析部２のプラズマトーチ１１に供給される。またプラズマトーチ１１には、プラズマＰ形成用のプラズマガスが管１４を経て導入され、管１５からプラズマトーチ１１の壁面を冷却するためのクーラントガスが導入される。
【００３３】
このとき、高周波コイル１６に高周波電流が流されており、プラズマトーチ１１を通る霧状化液体試料Ｓに起因するプラズマＰが発生させられる。このとき、プラスマＰは、プラズマトーチ１１の先端部側の内部に形成される。
【００３４】
プラズマＰからの光やイオンは、導入孔１７を経て筐体１８内に導入される。このとき、筐体１８内は、真空ポンプ１９，２０によって真空引きされており、イオン導入部１２側が低真空室、その反対側が高真空室とされる。この筐体１８内においては、プラズマＰからの光とイオンとがイオンレンズ２２により分離されてイオンのみが通過させられ、質量多重極部２３で特定のイオンのみが取り出されて検出器２４で検出される。そして、検出器２４の検出結果に基づいて、液体試料Ｓの質量分析が行われることになる。
【００３５】
このようにして液体試料Ｓの分析が行われると、試料容器４において液面位置Ｌ１が次第に低下し、位置エネルギーの低下によりネブライザ６からＩＣＰ質量分析部２への液体試料Ｓの導入量が低下する。このとき、制御部２７がモータ９ａを制御し、モータ９ａがボールねじ９ｂを回転させる。すると、これに伴って試料ステージ５が上昇する。そして、液体試料Ｓの液面位置Ｌ１が基準位置Ｌ２に一致して液体試料Ｓが水位センサ２６に接触すると、液体試料Ｓの液面Ｌ１が基準位置Ｌ２にあることが検知され、検知結果に基づいて制御部２７によってモータ９ａが制御され、ボールねじ９ｂの回転が停止し、試料ステージ５が停止する。上記の操作が繰り返されることによって、液面位置Ｌ１を常に一定位置に保つことが可能となり、位置エネルギーの低下によるネブライザ６からＩＣＰ質量分析部２への試料導入量の低下を十分に防止することが可能となる。このため、ぺリスタルポンプ等の補助送液装置が不要となり、ネブライザ６からＩＣＰ質量分析部２への試料導入量の周期的な変動を防止することも可能となる。よって、ＩＣＰ質量分析装置１によれば、液体試料Ｓの分析精度を向上させることができる。
【００３６】
[第２実施形態]  次に、本発明に係る液体試料の分析装置の第２実施形態について図３を参照して説明する。
【００３７】
図３に示すように、本実施形態のＩＣＰ質量分析装置は、液面位置検知システム２８を更に備える点で第１実施形態のＩＣＰ質量分析装置１と相違する。
【００３８】
液面位置検知システム２８は、赤外線を発する赤外線発生部３６と、赤外線発生部３６で発生した赤外線を受光する受光部２９と、受光部２９に電気的に接続される制御部２７とを備えており、制御部２７は、昇降装置９のモータ９ａに電気的に接続されている。受光部２９は、基準位置Ｌ２と同じ位置、即ち赤外線発生部３６と同じ高さに配置されている。液面位置検知システム２８は、液面位置Ｌ１付近で赤外線強度が大きく変化することを利用して液面位置を検知するものであり、具体的には次のようにして液体試料Ｓの液面位置を検知する。即ち、基準位置Ｌ２が液面位置Ｌ１より上に位置する場合、赤外線発生部３６から発生した赤外線は、液体試料Ｓに吸収されることなく受光部２９で検出される。一方、基準位置Ｌ２が液面位置Ｌ１より下に位置する場合には、赤外線発生部３６から発生した赤外線は、液体試料Ｓに吸収されるため受光部で検出されるが、基準位置Ｌ２が液面位置Ｌ１より上に位置する場合よりも赤外線強度が低下する。この赤外線強度の増減により液面位置が検知される。
【００３９】
従って、液面位置Ｌ１が次第に低下すると、赤外線強度が増加するので、ボールねじ９ｂを回転させ、試料ステージ５を上昇させ、赤外線強度が低下したところでボールねじ９ｂを停止させる。
上記の操作が繰り返されることによって、分析中における液面位置Ｌ１と基準位置Ｌ２との間の変動幅が十分に低減され、分析精度をより向上させることができる。
【００４０】
[第３実施形態]  次に、本発明に係る液体試料の分析装置の第３実施形態について図４を参照して説明する。
【００４１】
図４に示すように、本実施形態のＩＣＰ質量分析装置は、可動手段がバネ３０と、試料ステージ５とともにバネ３０を挟む固定台３１とで構成されている点で第１実施形態のＩＣＰ質量分析装置１と相違する。
【００４２】
本実施形態のＩＣＰ質量分析装置によれば、ＩＣＰ質量分析装置を用いて分析を行っていると、液体試料Ｓの減少により、液体試料Ｓを含む試料容器４の重力が減少する。このため、試料容器４の重力が減少するにつれてバネは次第に伸びるようになる。したがって、液面位置Ｌ１を検知することなく、液面位置Ｌ１を自然に基準位置Ｌ２に近づけることができる。よって、分析中における液面位置Ｌ１と基準位置Ｌ２との間の変動幅が十分に低減され、分析精度をより向上させることができる。加えて、モータ９ａ等を使用しないため、省力化を図ることもできる。
【００４３】
本発明は、上記第１〜第４実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、ＩＣＰ質量分析部２としてＩＣＰ質量分析部２が用いられているが、分析部は、ＩＣＰ質量分析部２に限定されず、原子吸光光度計や、ＩＣＰ発光分析を行うＩＣＰ発光分析部であってもよい。
【００４４】
また試料容器４は、ネブライザ６の下方に配置されているが、ネブライザ６の上方に配置されていても構わない。
【００４５】
更に、可動手段は、昇降装置９に限らず、試料ステージ５を上下に移動させることができるものであれば如何なるものでもよい。例えばエアシリンダ９などを用いることもできる。
【００４６】
更にまた、制御部２７は、必ずしも必要なものではない。この場合でも、分析精度を向上させることは可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、本発明に係る液体試料の分析装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の液体試料の分析装置の第２実施形態に用いられる液面位置検知システムを示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態において用いられる液面位置検知システムを示す概略図である。
【図４】図４は、図１で用いられる可動手段の変形例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…ＩＣＰ質量分析装置（液体試料の分析装置）、２…ＩＣＰ質量分析部（分析部）、３…液体試料導入部、４…試料容器、５…試料ステージ（保持部材）、６…ネブライザ、７…液体試料導入管、７ａ…一端、７ｂ…他端、９…昇降装置（可動手段）、２６…水位センサ（検知手段）、２７…制御手段、２９…赤外線センサ（検知手段）、３０…バネ（可動手段）、３１…固定台（可動手段）、Ｌ１…液面位置、Ｓ…液体試料。
【図１】
2006208315.tif 000003
【図２】
2006208315.tif 000004
【図３】
2006208315.tif 000005
【図４】
2006208315.tif 000006