(57)【要約】【課題】加熱されたアルカリ溶液をガラス製容器に採取する工程を含む分析装置において、アルカリ溶液によるガラス製容器の溶出を抑制して装置寿命を向上させる。【解決手段】試料を含むアルカリ溶液を反応槽２内で加熱して反応させ、その反応後の溶液を、反応槽２と液流路Ｐ４で連通するガラス製容器１１ａに採取して試料の分析を行うとともに、液流路Ｐ４上に冷却装置１３を設け、液流路Ｐ４を流れる溶液を冷却装置１３で冷却することにより、アルカリ溶液によるガラスの溶出を抑制し、ガラス製容器１１ａの寿命を向上させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を含むアルカリ溶液を反応槽内で加熱して反応させ、その反応後の溶液を、上記反応槽と液流路で連通するガラス製容器に採取して試料の分析に供する分析装置において、
上記液流路上に、当該液流路を流れる溶液を冷却する冷却装置が設けられていることを特徴とする分析装置。
【請求項２】
当該分析装置が全窒素・全りん計であって、
上記反応槽は、全窒素測定時に試料液と水酸化ナトリウム水溶液およびペルオキソ二硫酸カリウム水溶液を収容した状態で加熱しつつ紫外線を照射することにより、紫外線酸化分解法に基づく反応を生起させるための反応槽であり、
上記ガラス製容器は、試料液と水酸化ナトリウム水溶液およびペルオキソ二硫酸カリウム水溶液をそれぞれ計量して上記反応槽に注入し、かつ、その反応槽内での反応後の溶液を吸引して吸光度測定セルへと送出するためのシリンジポンプのガラス製バレルであって、このガラス製バレルと上記反応槽とを連結し、前記液流路となる配管上に上記冷却装置が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の分析装置。
【請求項３】
前記反応層と前記ガラス製容器との間の液流路には、少なくとも試料を導入する流路、アルカリ溶液を導入する流路、反応層と接続する流路、反応後の溶液の測定を行う流路を含む各流路を切換可能に接続するセラミック製バルブが設けられ、前記セラミック製バルブが前記冷却装置を兼用する請求項１又は請求項２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、分析動作のサイクル中に加熱されたアルカリ溶液をガラス製容器に採取する工程を含む分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば全窒素・全りん計（ＴＮ／ＴＰ分析計）などのある種の分析装置においては、その分析動作のサイクル中に、試料を含むアルカリ溶液を加熱反応させ、その溶液をガラス製容器に採取する工程を含むものがある。
【０００３】
すなわち、排水等に含まれる全窒素および全りんの量を計測するために、紫外吸光光度法に基づく全窒素・全りん計による全窒素測定を行う際には、一般に、分析対象である試料に水酸化ナトリウム水溶液とペルオキソ二硫酸カリウム水溶液を添加し、これらを反応槽内に収容して紫外線を照射しつつ加熱することによって、紫外線酸化分解反応を生起させており、これにより、試料中に含まれる全ての窒素化合物が硝酸イオンとなる。この反応後の溶液を反応槽からシリンジポンプで吸引し、塩酸によるｐＨ調整を行った上で吸光度測定セルに送出して、硝酸イオンの吸収ピークである波長２２０ｎｍの紫外光を照射し、その吸光度から試料中の全窒素の量を測定している（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
以上の分析サイクルにおいて、反応槽内の試料を含むアルカリ溶液は、通常８０℃程度に加熱されるとともに、その溶液を吸引するシリンジポンプのバレルにはガラス製のものが多用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０８６０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、全窒素・全りん計による全窒素測定を行う際には、反応槽内で８０℃程度に加熱された試料を含むアルカリ溶液が、シリンジポンプのガラス製バレル内に採取されることになるが、そのためにガラス製バレルが溶出し、比較的長期に渡って使用するとガラスの溶出が進行し、液漏れや失透などが進んで本来の装置寿命以下で交換が必要になる虞があった。
【０００７】
本発明は、このようなアルカリ溶液によるガラスの溶出を抑制し、ひいてはその装置寿命を向上させることのできる分析装置の提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明の分析装置は、試料を含むアルカリ溶液を反応槽内で加熱して反応させ、その反応後の溶液を、上記反応槽と液流路で連通するガラス製容器に採取して試料の分析に供する分析装置において、上記液流路上に、当該液流路を流れる溶液を冷却する冷却装置が設けられていることによって特徴づけられる。
【０００９】
ここで、本発明は全窒素・全りん計に適用することができ、その場合の具体的構成としては、上記反応槽は、全窒素測定時に試料と水酸化ナトリウム水溶液およびペルオキソ二硫酸カリウム水溶液を収容した状態で加熱しつつ紫外線を照射することにより、紫外線酸化分解法に基づく反応を生起させるための反応槽であり、上記ガラス製容器は、試料と水酸化ナトリウム水溶液およびペルオキソ二硫酸カリウム水溶液をそれぞれ計量して上記反応槽に注入し、かつ、その反応槽内での反応後の溶液を吸引して吸光度測定セルへと送出するためのシリンジポンプのガラス製バレルであって、このガラス製バレルと上記反応槽とを連結する配管上に上記冷却装置が設けられている構成を採用することができる。
【００１０】
本発明は、アルカリ溶液によるガラスの溶出の程度が、当該アルカリ溶液の温度に依存するため、反応槽で加熱された溶液をガラス容器に採取する際に、その溶液を流路中で冷却することで、課題を解決しようとするものである。
【００１１】
ここで、図３に水酸化ナトリウム水溶液１ｍｏｌ／ｌにガラス（ホウケイ酸ガラス）を１時間浸漬させた場合の浸食深さと温度との関係を表すグラフを例示する。グラフに示されているように、アルカリ溶液はその温度が高いほどガラスを多く溶出させる。したがって、反応槽内で加熱されたアルカリ溶液をガラス製容器に採取する前に、これらを繋ぐ液流路上に冷却装置を設けてアルカリ溶液の温度を低下させることで、ガラス製容器の溶出を抑制することができる。
【００１２】
全窒素・全りん計に本発明を適用する場合には、紫外線酸化分解反応を生起させる反応槽と、その反応槽から溶液を吸引して吸光度測定セルに送出するためのシリンジポンプとの間を繋ぐ液流路となる配管上に冷却装置を配置することで、シリンジポンプのガラス製バレルの溶出を抑制することができる。
また、反応層とガラス製容器との間の液流路には、少なくとも試料を導入する流路、アルカリ溶液を導入する流路、反応層と接続する流路、反応後の溶液の測定を行う流路を含む各流路を切換可能に接続するセラミック製バルブが設けられ、このセラミック製バルブが冷却装置を兼用する構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、反応槽で加熱されたアルカリ溶液をガラス製容器に採取するための液流路上に冷却装置を設けて、アルカリ溶液がガラス製容器に流入する前にその温度を低下させるので、アルカリ溶液によるガラスの溶出を抑制することができるとともに、装置寿命を延ばすことができる。
【００１４】
しかも、本発明は、液流路上に適当な冷却装置を設けるだけでよいことから、既存の分析計に対しても簡単に改良することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態を示す概略構成図。
【図２】本発明の他の実施の形態を示す要部構成を説明する模式図。
【図３】アルカリ溶液へのガラス浸漬時の浸食深さと温度との関係を表すグラフ。
【図４】本発明の他の一実施形態を示す概略構成図。
【図５】図４におけるセラミックバルブの概略断面図。
【図６】セラミックバルブを図４の装置に用いた際の放熱作用の実験データを示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明を全窒素・全りん計１００に適用した実施の形態の概略構成図である。
【００１７】
オンライン試料は、分析対象となる工場排水等の試料であって、設定された間隔で自動的に採取され、オンライン試料導入管Ｐ１を通じて分析計内に取り込まれる。また、これとは別に任意の手法により採取したオフライン試料は、オフライン試料導入管Ｐ２を通じて分析計内に取り込まれる。
【００１８】
これらの各導入管Ｐ１、Ｐ２は、いずれもＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製の第一８ポートバルブ１の各個別の分配ポート（１）、（２）に接続されており、この第一８ポートバルブ１の他の分配ポート（３）〜（８）には、紫外線酸化分解法に基づく反応を生起させるための反応槽２、紫外吸光光度法に基づく吸光度を測定するための測定セル３などが接続されている。なお、反応槽２を経た溶液は、排出ポンプ４により廃液として処理される。
【００１９】
第一８ポートバルブ１の共通ポート（０）は、配管Ｐ３によってＰＴＦＥ製の第二８ポートバルブ５の分配ポート＜１＞に接続されている。この第二８ポートバルブ５の他の分配ポート＜２＞〜＜７＞には、全窒素測定時に用いられる試薬である水酸化ナトリウム水溶液６、ペルオキソ二硫酸カリウム水溶液７や、ｐＨ調整のための塩酸８などが接続されている。なお、この第二８ポートバルブ５および前記した第一８ポートバルブ１の分配ポートには、全りん測定のための試薬群や標準試料、さらにはドレイン切換バルブ９や試料切換バルブ１０等が接続されているが、これらは本発明の特徴には直接関係せず、また公知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２０】
第二８ポートバルブ５の共通ポート＜０＞にはシリンジポンプ１１が接続されており、このシリンジポンプ１１は、ガラス製のバレル１１ａを有し、また、内部を攪拌ポンプ１２によって攪拌することができるようになっている。
【００２１】
さて、この実施の形態の特徴は、反応槽２と第一８ポートバルブ１を連通させる配管Ｐ４上に冷却装置１３が設けられている点である。この冷却装置１３は、ファンを用いた空冷式のもの、あるいは水槽を用いた水冷式のものなど、特に限定されるものではなく、配管Ｐ４の外部からその内部を流れる７０〜８０℃程度の溶液を所定温度以下、例えば５５℃以下に冷却できるものであればよい。
【００２２】
以上の実施の形態において、全窒素測定の動作を述べると、まず、第一８ポートバルブ１および第二８ポートバルブ５を駆動し、オンライン試料導入管Ｐ１もしくはオフライン試料導入管Ｐ２のいずれか一方をシリンジポンプ１１に連通させ、その状態でシリンジポンプ１１を駆動し、規定量の試料をガラス製バレル１１ａ内に採取する。次に、第二８ポートバルブ５およびシリンジポンプ１１を適宜に駆動することにより、ガラス製バレル１１ａ内に水酸化ナトリウム水溶液６とペルオキソ二硫酸カリウム水溶液７をそれぞれ定められた量だけ採取し、攪拌ポンプ１２で攪拌する。その後、第一８ポートバルブ１および第二８ポートバルブ５を駆動してシリンジポンプ１１と反応槽２を連通させ、シリンジポンプ１１の駆動によってガラス製バレル１１ａ内の溶液を反応槽２内に送出する。
【００２３】
反応槽２では、以上のように生成されて送り込まれた試料、すなわち、水酸化ナトリウム水溶液６およびペルオキソ二硫酸カリウム水溶液７からなるアルカリ溶液を、規定の温度（例えば８０℃）に加熱しつつ紫外線を照射することにより、紫外線酸化分解反応を生起させ、試料中に含まれている全ての窒素化合物を硝酸イオンとする。
【００２４】
その後、第一８ポートバルブ１および第二８ポートバルブ５を駆動し、反応槽２とシリンジポンプ１１を連通させ、反応槽２内の溶液をガラス製バレル１１ａ内に規定量採取した後、第二８ポートバルブ５を駆動して塩酸８をガラス製バレル１１ａ内に採取してｐＨ調整を行い、再び第一８ポートバルブ１および第二８ポートバルブ５を駆動し、シリンジポンプ１１と吸光度測定用の測定セル３を連通させ、ガラス製バレル１１ａ内の溶液を測定セル３内に送出し、波長２２０ｎｍの光を照射して吸光度測定を行う。その測定結果から、溶液中の硝酸イオンの量、ひいては試料中に存在していた全窒素の量を求める。
【００２５】
以上の動作において、反応槽２において加熱された溶液を、配管Ｐ４を通じてシリンジポンプ１１のガラス製バレル１１ａ内に採取する際、その溶液は強アルカリ性であって８０℃程度に加熱されているため、そのままガラス製バレル１１ａ内に採取すると、バレル１１ａのガラスを溶出させる原因となる。しかしながら本発明では、配管Ｐ４上に冷却装置１３を設けることにより、配管Ｐ４内を流れる溶液は５５℃以下に冷却されるので、ガラス製バレル１１ａに流入する際は、溶出の虞のほとんどない程度の温度（図３参照）となる。
【００２６】
ここで、以上の実施の形態においては、本発明を全窒素・全りん計１００に適用した例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、５５℃程度以上に加熱されたアルカリ溶液をガラス製の容器内に採取する工程を含む分析装置に広く適用することができる。
【００２７】
すなわち、図２（Ａ）に模式的に示すように、反応槽１０１内で加熱されたアルカリ溶液を、配管などの液流路１０２を通じてガラス製容器１０３内に採取する工程を有する分析装置において、同図（Ｂ）に示すように、液流路１０２上に冷却装置１０４を設けて液流路１０２内を流れる溶液を冷却することにより、ガラス製容器１０３内に流入した溶液による当該ガラス製容器１０３の溶出を抑制し、ガラス製容器１０３の寿命を延ばすことが可能となる。
【００２８】
次に、上述した全窒素・全りん計の変形実施例について説明する。図４は本発明の他の一実施形態である全窒素・全りん計１０１の概略構成図である。図１に示した全窒素・全りん計１００との違いは、反応槽２と第一８ポートバルブ１との間の配管Ｐ４上に設けていた冷却装置１３をなくし、図１のＰＴＦＥ製の第一８ポートバルブ１および第二８ポートバルブ５に代えてセラミック製の第一８ポートバルブ１ａおよび第二８ポートバルブ５ａに変更して、これらを冷却装置１３として兼用させた点である。なお、これ以外の構成部分については先に述べた全窒素・全りん計１００と同じであるので、同符号を付すことにより説明の一部を省略する。
【００２９】
ここで用いられるセラミック製バルブ１ａ、５ａは、図５の概略断面図に示すように、セラミックブロックで構成されるステータ２１とロータ２２とからなる。ステータ２１には共通ポート＜０＞に連通する孔２３と、各々の分配ポート＜１＞〜＜８＞に連通する８個の孔２４が形成されている。ロータ２２には、回転移動することによって、分配ポート＜１＞〜＜８＞のいずれか１つと共通ポート＜０＞との間を選択的に接続する溝２５が形成されている。
そして、試料液体等はバルブ内の孔２３、溝２５、孔２４を通過する際に、これらの内面と接することになり、セラミックブロックに熱が奪われることになる。
【００３０】
セラミック（アルミナ）は、ＰＴＦＥと同様に耐薬品性に優れた材料であるが、それだけでなく、ＰＴＦＥ（温度２９３Ｋ）とセラミック（アルミナ：温度３００Ｋ）との熱伝導率を比較すると、前者が０．２４、後者が３６．０であり、ＰＴＦＥ製バルブに比べてセラミック製バルブは熱を奪いやすい性質があるので強い冷却作用を生じさせる。
実際に、反応槽２から吸引される７０〜８０℃程度の溶液である全窒素試料は、後述する実験データに示されるように、セラミック製バルブ１ａ、５ａを通過した後、ガラス製バレル１１ａ内に流入するが、そのときの流入温度は５５℃以下になる。
【００３１】
また、全窒素・全りん計においてシリンジポンプ１１によって反応槽２から吸引される７０〜８０℃程度の溶液である全窒素試料の液量は約２ｍｌ程度にすぎず、全窒素試料が持つ全熱容量は十分に小さい。よって全窒素試料がセラミック製バルブ１ａ、５ａ内を通過したときにバルブ側の温度上昇が多少は生じるが特に問題にならない程度であり、実用時の実際の時間間隔で吸引動作を繰り返しても、熱の蓄積による問題が生じることはない。
【００３２】
（実験結果）
図６は図４に示した全窒素・全りん計１０１においてセラミック製バルブ１ａ、５ａによる放熱作用の効果を示す実験データである。
横軸は温調開始からの経過時間であり、縦軸は温度である。図６の上側ラインは反応槽内温度（ＴＭ１の位置）を示し、下側ラインはシリンジポンプ流入試料温度（ＴＭ２の位置）を示す。
温調開始後２９．４分が経過したときに温調を停止したことにより、それ以降の反応槽２内の温度（ＴＭ１）は、温調時の温度７６℃からゆっくりと下降していく。なお温調停止後、数秒間の機械チェックが行われた後、直ちにシリンジポンプ１１による全窒素試料（反応後の溶液）の吸引が始まる。
吸引開始により全窒素試料がセラミック製バルブ１ａを通過し、続いてセラミック製バルブ５ａを通過した後、シリンジポンプ１１の位置に到達した時点（２９．７分経過）でガラス製バレル１１ａ内に流入するが、そのときからシリンジポンプ流入試料温度（ＴＭ２）は上昇する。
シリンジポンプ１１が全窒素試料を吸引し続けるうちに、配管（Ｐ３、Ｐ４）のチューブやセラミック製バルブ１ａ、５ａが温められて次第に冷却能力が低下するため、シリンジポンプ流入試料温度（ＴＭ２）は上昇することになる。その後、反応槽２からの最後の全窒素試料がセラミック製バルブ５ａを通過した時点（２９．８分経過）で、シリンジポンプ流入試料温度（ＴＭ２）は最大値となり、このときの温度（最大温度）が５４℃（すなわち５５℃以下）になっているので、セラミック製バルブ１ａ、５ａによって十分な冷却性能が得られていることがわかる。したがって、セラミック製バルブ１ａ、５ａが図１における冷却装置１３としての機能を兼用できることが確認できた。
【００３３】
なお、従来のＰＴＦＥ製バルブを用いて、同じ条件による比較実験を行った結果、シリンジポンプ流入試料温度（ＴＭ２）の最大値は７３℃であり、冷却性能はほとんど得られなかった。
【００３４】
以上説明したように、耐薬品性および熱伝導性に優れたセラミック（アルミナ）製バルブ１ａ、５ａを採用したことにより、当該バルブ自体に冷却装置としての機能を兼用させることができたが、さらに冷却性能を高めるために、セラミック製バルブ１ａ、５ａに空冷機構、水冷機構、放熱フィンを付設するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
Ｐ１  オンライン試料導入管
Ｐ２  オフライン試料導入管
Ｐ３  配管
Ｐ４  配管（液流路）
１  第一８ポートバルブ
２  反応槽
３  測定セル
４  排出ポンプ
５  第二８ポートバルブ
６  水酸化ナトリウム水溶液
７  ペルオキソ二硫酸カリウム水溶液
８  塩酸
９  ドレイン切換バルブ
１０  試料切換バルブ
１１  シリンジポンプ
１１ａ  ガラス製バレル（ガラス製容器）
１２  攪拌ポンプ
１３  冷却装置
【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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