(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び助燃ガスをバーナで燃焼させてフレームを形成し、該フレーム中に試料液を噴霧することにより試料を原子化するフレーム式原子吸光分光光度計において、
a)複数種類の助燃ガスを択一的に選択して前記バーナに供給する流路切換え手段と、
b)前記バーナに供給する燃料ガスの流量を調節する流量調節手段と、
c)前記バーナを高さ方向に移動させる移動手段と、
d)前記助燃ガスをガスＡからガスＢに切り換えるとともに前記バーナの高さを調節するに際し、ガスＡ及びガスＢと燃料ガスとのそれぞれの組合せに対する安定燃焼に必要な燃料ガス流量の何れか大きいほうの値となるように前記流量調節手段を制御し、引き続いて助燃ガスを切り換えるべく前記流路切換え手段を制御し、そのあとにガスＢと燃料ガスとの組み合わせによる安定燃焼に必要な燃料ガス流量が確保されている状態で前記移動手段により前記バーナの高さを調節し、次いでガスＢと燃料ガスとの組合せによる最適分析が行えるような燃料ガス流量となるように前記流量調節手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするフレーム式原子吸光分光光度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、霧化した試料液をフレーム中に導入して試料を原子化するフレーム式原子吸光分光光度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子吸光分光光度計では、試料を原子蒸気化する必要がある。原子化の方法には、化学炎を用いるフレーム法と化学炎を用いないフレームレス法とがある。フレーム式原子吸光分光光度計では、それぞれ別個に供給される燃料ガスと助燃ガスとをチャンバ内部で混合し、これをバーナのスリット開口から噴出させて燃焼させることによりフレームを形成するようにしている。
【０００３】
このようなフレーム式原子吸光分光光度計では、目的元素によって、その分析に最適な燃料ガス及び助燃ガスの種類や燃料ガスの流量、バーナの高さ（垂直方向位置）が相違する。そのため、それぞれの測定元素に応じてこれらのパラメータを適宜変更する必要がある。具体的には、燃料ガスとしてはアセチレンガスが最も広く利用されており、助燃ガスとしては空気が利用されることが多いが、フレーム中で強固な酸化物を生成するような元素（アルミニウム、チタンなど）を分析する場合には、更に温度が高く還元性雰囲気の強いフレームを形成することができる一酸化二窒素を助燃ガスとして利用する。従って、複数の目的元素を順次測定する場合、助燃ガスの種類の切換えが必要となることがある。
【０００４】
ところが、助燃ガスの種類によって燃焼速度は異なるので、例えば燃焼速度の遅い助燃ガス（例えば空気）から燃焼速度の速い助燃ガス（例えば一酸化二窒素）に切り換わる際に燃料ガスが不足し、発火点がバーナの内部側へ移動して逆火が発生し易くなる。この逆火を防止するため、従来、このような助燃ガスの切換えを行う際には、それに先立って燃料ガスの流量を所定量だけ増量するような制御を行うようにしている。この制御は、燃料ガスを増加させるためのバイパス管に設けられたバルブを開放することで達成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フレーム式原子吸光分光光度計において、目的元素の検出感度を向上させるには、燃料ガス流量をできるだけ小さく抑えるほうが有利であることが知られている。しかしながら、燃料ガス流量を小さくすると、燃焼自体は不安定になる傾向がある。そのため、上述したような助燃ガスの切換えに際して、助燃ガスの切換えバルブ及び燃料ガスのバイパス管バルブの切換え動作や、バーナの移動により燃焼状態の安定性が更に低下し、炎の吹き消えや逆火などの不具合を引き起こす可能性が高まる。これを防止する方法として、助燃ガス切換えバルブや燃料ガスバイパス管バルブをよりスムーズに切換え動作が行える構造としたり、バーナの移動速度をより遅くすることが考え得るが、このような切換えバルブは高価であり、またバーナの移動速度を遅くすると分析所要時間が長引くことになるという欠点がある。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、燃料ガス流量が比較的小さく設定されているときに助燃ガスの種類の切換えを行った場合でも、炎の吹き消えや逆火を防止することができるフレーム式原子吸光分光光度計を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明は、燃料ガス及び助燃ガスをバーナで燃焼させてフレームを形成し、該フレーム中に試料液を噴霧することにより試料を原子化するフレーム式原子吸光分光光度計において、
a)複数種類の助燃ガスを択一的に選択して前記バーナに供給する流路切換え手段と、
b)前記バーナに供給する燃料ガスの流量を調節する流量調節手段と、
c)前記バーナを高さ方向に移動させる移動手段と、
d)前記助燃ガスをガスＡからガスＢに切り換えるとともに前記バーナの高さを調節するに際し、ガスＡ及びガスＢと燃料ガスとのそれぞれの組合せに対する安定燃焼に必要な燃料ガス流量の何れか大きいほうの値となるように前記流量調節手段を制御し、引き続いて助燃ガスを切り換えるべく前記流路切換え手段を制御し、そのあとにガスＢと燃料ガスとの組み合わせによる安定燃焼に必要な燃料ガス流量が確保されている状態で前記移動手段により前記バーナの高さを調節し、次いでガスＢと燃料ガスとの組合せによる最適分析が行えるような燃料ガス流量となるように前記流量調節手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態及び効果】
この発明に係るフレーム式原子吸光分光光度計では、制御手段は、助燃ガスをガスＡからガスＢに切り換える前に、ガス切換え前後の各助燃ガス（ガスＡ及びガスＢ）と燃料ガスとのそれぞれの組合せにおいて燃焼が安定して行われるような燃料ガス流量のうちの大きいほうの値となるように燃料ガス流量を一旦設定する。そのあとに助燃ガスを切り換え、助燃ガスが切り換わってほぼ定常的なフレーム状態、つまり安定した燃焼になったあとに、燃料ガス流量が切換え後のガスＢと燃料ガスとの組合せによる分析のために最適になるように設定する。通常、ガスＡと燃料ガスとの組合せによる分析に最適な燃料ガス流量はその組合せに対する安定燃焼に必要な燃料ガス流量よりも小さいが、上記制御により、助燃ガスの切換え時点ではガスＡと燃料ガスとの組合せによる安定燃焼に必要な燃料ガス流量以上が確保されるから、流路切換え手段の動作によっても炎の吹き消えや逆火を防止できる。また、この場合、流路切換え手段の切換え動作があまりスムーズでなくても構わないので、特に高価なバルブ等を備える必要もない。
【０００９】
また、ガスＡと燃料ガスとの組合せに対して安定燃焼が行える燃料ガス流量がガスＢと燃料ガスとの組合せに対して安定燃焼が行える燃料ガス流量よりも大きい場合には、助燃ガスを切り換えたあとに、燃料ガス流量をガスＢと燃料ガスとの組合せに対して安定燃焼が行える燃料ガス流量に一旦落とし、その状態で燃焼が安定してからガスＢと燃料ガスとの組合せによる分析が最適に行える燃料ガス流量に設定し直す。これによれば、助燃ガス切換え直後に無駄に燃料ガスを費やすことがなく、しかも燃料ガスが多過ぎることによる不完全燃焼も回避することができる。
【００１０】
また、本発明に係る原子吸光分光光度計で、助燃ガスの切換えに伴うバーナの高さの調節は、上記流路切換え手段を制御したあと、ガスＢと燃料ガスとの組み合わせによる安定燃焼に必要な燃料ガス流量が確保されている状態で行われる。即ち、上述のように助燃ガスを切り換えたあとに、燃料ガス流量をガスＢと燃料ガスとの組合せに対して安定燃焼が行える燃料ガス流量に一旦落とすように流量調節手段が制御される場合には、その状態で燃焼が略安定するのを待ってバーナの移動を行い、それからガスＢと燃料ガスとの組合せによる最適分析が行えるような燃料ガス流量となるように流量調節手段を再び制御すればよい。一方、助燃ガスを切り換えた直後に燃料ガスの流量を一旦落とさない場合には、助燃ガスを切り換えてからその状態で燃焼が略安定するのを待ってバーナの移動を行い、それからガスＢと燃料ガスとの組合せによる最適分析が行えるような燃料ガス流量となるように流量調節手段を制御すればよい。これによれば、バーナの移動に際しても炎の吹き消えや逆火を防止できる。また、バーナの移動速度を遅くしなくてもよいので、分析所要時間が長引くこともない。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明に係るフレーム式原子吸光分光光度計の一実施例を図面を参照して説明する。
図１は本実施例によるフレーム式原子吸光分光光度計の構成図である。フレーム１５を形成するためのバーナ１４は、モータ制御部１２により制御されるバーナ移動モータ１３により垂直方向（図１中に矢印で示した方向）に移動自在になっている。燃料ガスであるアセチレンガス（Ｃ２Ｈ２）を充填したアセチレンガスボンベ２２に接続された燃料ガス管１６には流量を任意に設定することが可能な流量制御バルブ１９が設けられており、この流量制御バルブ１９をパスするように設けられたバイパス管１８には開放時の流量が所定値（ここでは５Ｌ／ｍｉｎ）になるバルブ２０が設けられている。一方、バーナ１４に一端が接続された助燃ガス管１７は、三方切換バルブ２１を介して一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）を充填した一酸化二窒素ボンベ２３又は空気を供給するエアコンプレッサ２４の何れかに選択的に接続されるようになっている。
【００１２】
分析制御部１０は、分析手順に相当する制御プログラムや分析に必要な各種パラメータを格納したメモリを備えており、この制御プログラムに従って、モータ制御部１２と、上記各バルブ１９、２０、２１の動作を制御するガス制御部１１とを制御している。
【００１３】
上述のように、この装置では、燃料ガスはアセチレンガスの一種類のみであり、助燃ガスは空気と一酸化二窒素の二種類である。従って、助燃ガスと燃料ガスの組合せは、空気−アセチレンと、一酸化二窒素−アセチレンの二種類である。燃焼が安定するような燃料ガスの流量範囲は助燃ガスの種類に依存して決まっており、空気−アセチレン炎では約２Ｌ／ｍｉｎ以上、一酸化二窒素−アセチレン炎では約７Ｌ／ｍｉｎ以上である。一方、前述したように検出感度の点から考えると分析に最適な燃料ガス流量は多くの場合上記値よりも小さい。このような分析に最適な燃料ガス流量の値（以下「分析最適値」という）は、予め実験等により求められ、パラメータの一つとしてメモリに格納される。ここでは、一例として、空気−アセチレン炎に対する分析最適値は０．８Ｌ／ｍｉｎ、一酸化二窒素−アセチレン炎に対する分析最適値は５．２Ｌ／ｍｉｎであるものとする。
【００１４】
この原子吸光分光光度計では、助燃ガスを空気→一酸化二窒素、又は一酸化二窒素→空気と切り換える際に特徴的な制御を行うことによって、その切換えに伴って発生する可能性のある炎の吹き消えや逆火を抑えるようにしている。
【００１５】
図４は、助燃ガス切換え前に分析制御部１０で実行される燃料ガス流量設定処理のフローチャートである。
まず、現測定（つまり助燃ガス切換え前）の助燃ガスが空気であるか否かを判定し（ステップＳ２１）、空気でない場合には一酸化二窒素であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。空気でも一酸化二窒素でもない場合（つまり他の助燃ガスが接続されている場合）にはステップＳ３０へ進む。
【００１６】
ステップＳ２１で現測定の助燃ガスが空気であると判定されると、次の測定（つまり助燃ガス切換え後）の助燃ガスが一酸化二窒素であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。ここで一酸化二窒素である場合には、判定値Ｄを２〔Ｌ／ｍｉｎ〕とする（ステップＳ２３）。この判定値Ｄは、助燃ガス切換え後の一酸化二窒素−アセチレン炎において燃焼が安定する燃料ガス流量の下限値７Ｌ／ｍｉｎから、後述の如く以降の処理で一律に増加される流量５Ｌ／ｍｉｎを差し引いた値である。上記ステップＳ２２で次測定の助燃ガスが一酸化二窒素でないと判定されるとステップＳ３０へ進む。
【００１７】
上記ステップＳ２４で現測定の助燃ガスが一酸化二窒素であると判定されると、次測定の助燃ガスが空気であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。ここで空気である場合には、判定値Ｄを７〔Ｌ／ｍｉｎ〕とする（ステップＳ２６）。この判定値Ｄは、助燃ガス切換え後の空気−アセチレン炎において燃焼が安定する燃料ガス流量の下限値２Ｌ／ｍｉｎに、後述の如く以降の処理で一律に減少される流量５Ｌ／ｍｉｎを加えた値である。また、上記ステップＳ２５で次測定の助燃ガスが空気でないと判定されるとステップＳ３０へ進む。
【００１８】
ステップＳ２３又はＳ２６で判定値Ｄが決まったならば、その時点での燃料ガス流量が判定値Ｄより小さいか否かを判定し（ステップＳ２７）、小さい場合には燃料ガスの流量目標値を判定値Ｄに設定する（ステップＳ２８）。そして、この流量目標値をガス制御部１１に対して制御コマンドとして送信する（ステップＳ２９）。一方、助燃ガスの切換えが、空気→一酸化二窒素、又は一酸化二窒素→空気というパターンでないと判定された場合には、燃料ガスの流量目標値を変更することなく（ステップＳ３０）処理を終了する。
【００１９】
次に、上記フローチャートを利用して行われる具体的な動作に関し、助燃ガスを空気→一酸化二窒素に切り換える場合の動作を図２及び図５を参照しつつ説明する。図２はこの助燃ガスの切換え処理について、分析制御部１０、ガス制御部１１及びモータ制御部１２で行われる処理の手順を示すフローチャート、図５は同処理期間における燃料ガスの流量変化を示すグラフである。
【００２０】
助燃ガスの切換えに先立って、まず分析制御部１０は図４のフローチャートで説明した手順で燃料ガスの流量設定処理を実行する（ステップＳ１）。即ち、この場合には、ステップＳ２１→Ｓ２２→Ｓ２３と進んでＤ＝２とする。ここで、燃料ガス流量が分析最適値０．８Ｌ／ｍｉｎに設定されていたとすると、ステップＳ２７→Ｓ２８→Ｓ２９と進み、ガス制御部１１に対して燃料ガスの流量を２Ｌ／ｍｉｎとすべく制御コマンドを送信する。
【００２１】
これに応じてガス制御部１１は、流量制御バルブ１９の開度を制御する（ステップＳ２）。すると、図５に示すように時刻ｔ１で燃料ガス流量は０．８→２Ｌ／ｍｉｎに増加する。そのあと、分析制御部１０はガス制御部１１に対し助燃ガス切換え制御コマンドを送信する（ステップＳ３）。ガス制御部１１はこのコマンドを受け取ると、まずそれまで閉鎖していたバイパス管バルブ２０を開放させる（ステップＳ４）。バイパス管１８に流通する燃料ガス流量は５Ｌ／ｍｉｎであるから、バーナ１４に供給される燃料ガス流量は時刻ｔ２で２→７Ｌ／ｍｉｎに増加する。
【００２２】
引き続いて時刻ｔ３において、ガス制御部１１は三方切換バルブ２１を作動させ、助燃ガス管１７への接続をエアコンプレッサ２４から一酸化二窒素ボンベ２３に切り換える（ステップＳ５）。この切換えに際してフレーム１５自体は揺らいだりするが、燃料ガス流量は一酸化二窒素−アセチレンの安定燃焼に必要な７Ｌ／ｍｉｎが確保されているので、吹き消えや逆火は生じない。そのあと、フレーム１５が安定する時間を見込んで所定時間（ここでは３秒）待機し（ステップＳ６）、それから時刻ｔ４において、分析制御部１０はモータ制御部１２に対し、予め定めたパラメータに従ってバーナ１４の高さを変えるべくバーナ移動制御コマンドを送信する（ステップＳ７）。モータ制御部１２はこれに応じてバーナ移動モータ１３を制御し、バーナ１４は垂直移動する（ステップＳ８）。このバーナ１４の移動期間中にも燃焼が不安定になる恐れがあるが、上記理由により吹き消えや逆火は生じない。
【００２３】
バーナ１４の移動に費やす最大時間を見込んだ時間が経過したあと（又はモータ１３の動作が停止したあと）、分析制御部１０は予め定めたパラメータに従って燃料ガスの流量目標値を分析最適値５．２Ｌ／ｍｉｎに設定し、これを制御コマンドとしてガス制御部１１へ送信する（ステップＳ９）。これに応じてガス制御部１１は、流量制御バルブ１９の開度を制御する（ステップＳ１０）。すると、時刻ｔ５で燃料ガス流量は７→５．２Ｌ／ｍｉｎに減少し、一酸化二窒素−アセチレンの組合せによる最適な分析が行える。
【００２４】
なお、時刻ｔ２〜ｔ３の間隔が長過ぎると燃料ガスが無駄に消費されるばかりでなく不完全燃焼により煤が発生する一因となるから、ｔ２で流量制御バルブ１９の開度を制御したあと実際にバーナ１４に供給される燃料ガスの流量が増加するまでの遅延時間以上で、且つできるだけ短い方が好ましい。
【００２５】
上記説明とは逆に、助燃ガスを一酸化二窒素→空気に切り換える場合の動作を図３及び図６を参照しつつ説明する。図３は図２と類似しているが、ステップＳ４、Ｓ５に相当するＳ１４、Ｓ１５の処理の順序が入れ替わっていると共に、ステップＳ１５ではバルブ２０を開く代わりに、それまで開いているバルブ２０を閉鎖する。従って、このとき燃料ガス流量は５Ｌ／ｍｉｎ減少する。
【００２６】
助燃ガスの切換えに先立って、まず分析制御部１０は図４のフローチャートで説明した手順で燃料ガスの流量設定処理を実行する（ステップＳ１１）。即ち、この場合には、ステップＳ２１→Ｓ２４→Ｓ２５→Ｓ２６と進んでＤ＝７とする。ここで、燃料ガス流量が分析最適値５．２Ｌ／ｍｉｎに設定されていたとすると、ステップＳ２７→Ｓ２８→Ｓ２９と進み、ガス制御部１１に対して燃料ガスの流量を７Ｌ／ｍｉｎとすべく制御コマンドを送信する。
【００２７】
これに応じてガス制御部１１は、流量制御バルブ１９の開度を制御する（ステップＳ１２）。すると、図６に示すように時刻ｔ６で燃料ガス流量は５．２→７Ｌ／ｍｉｎに増加する。これにより、一酸化二窒素−アセチレン炎の燃焼は安定状態となる。そのあと、分析制御部１０はガス制御部１１に対し助燃ガス切換え制御コマンドを送信する（ステップＳ１３）。ガス制御部１１はこのコマンドを受け取ると、まず、時刻ｔ７において、ガス制御部１１は三方切換バルブ２１を作動させ、助燃ガス管１７への接続を一酸化二窒素ボンベ２３からエアコンプレッサ２４に切り換える（ステップＳ１４）。そして、引き続いてそれまで開放していたバイパス管バルブ２０を閉鎖させる（ステップＳ１５）。これにより、燃料ガス流量は時刻ｔ８で７→２Ｌ／ｍｉｎに減少する。
【００２８】
上記助燃ガスの切換えに際してフレーム１５自体は揺らいだりするが、燃料ガス流量は一酸化二窒素−アセチレンの安定燃焼に必要な７Ｌ／ｍｉｎ以上が確保されているので、吹き消えや逆火は生じない。なお、時刻ｔ７〜ｔ８の間隔が長過ぎると燃料ガスが無駄に消費されるばかりでなく不完全燃焼により煤が発生する一因となるから、ｔ７で三方切換バルブ２１を作動させたあと実際にバーナ１４に供給される助燃ガスの種類が変化するまでの遅延時間以上で、且つできるだけ短い方が好ましい。
【００２９】
そのあと、フレーム１５が安定する時間を見込んで所定時間待機し（ステップＳ１６）、それから時刻ｔ９において、分析制御部１０はモータ制御部１２に対し、予め定めたパラメータに従ってバーナ１４の高さを変えるべくバーナ移動制御コマンドを送信する（ステップＳ１７）。モータ制御部１２はこれに応じてバーナ移動モータ１３を制御し、バーナ１４は垂直移動する（ステップＳ１８）。このバーナ１４の移動期間中にも燃焼が不安定になる恐れがあるが、燃料ガス流量は空気−アセチレンの安定燃焼に必要な２Ｌ／ｍｉｎ以上が確保されているので、吹き消えや逆火は生じない。
【００３０】
移動に費やす最大時間を見込んだ時間が経過したあと（又はモータ１３の動作が停止したあと）、分析制御部１０は予め定めたパラメータに従って燃料ガスの流量目標値を分析最適値０．８Ｌ／ｍｉｎに設定し、これを制御コマンドとしてガス制御部１１へ送信する（ステップＳ１９）。これに応じてガス制御部１１は、流量制御バルブ１９の開度を制御する（ステップＳ２０）。すると、時刻ｔ１０で燃料ガス流量は２→０．８Ｌ／ｍｉｎに減少し、空気−アセチレンの組合せによる最適な分析が行える。
【００３１】
このようにして本実施例の原子吸光分光光度計では、助燃ガスを切換えた場合でも炎の吹き消えや逆火が防止できる。また、助燃ガスの切換えの前後で最低限必要な分だけ燃料ガスが増量されるので、燃料ガスが特に無駄に使用されることもない。
【００３２】
なお、上記実施例は一例であって、本発明の趣旨の範囲において適宜変形及び修正することができることは明らかである。
即ち、例えば、助燃ガスの種類は他のものでもよく、燃料ガスとの組合せにより安定燃焼が行える燃料ガス流量に応じて上記例中の数値を適宜に変更すればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例によるフレーム式原子吸光分光光度計の構成図。。
【図２】  助燃ガスを空気から一酸化二窒素に切り換える際の、分析制御部、ガス制御部及びモータ制御部で行われる処理の手順を示すフローチャート。
【図３】  助燃ガスを一酸化二窒素から空気に切り換える際の、分析制御部、ガス制御部及びモータ制御部で行われる処理の手順を示すフローチャート。
【図４】  助燃ガス切換え前に分析制御部で実行される燃料ガス流量設定処理のフローチャート。
【図５】  助燃ガスを空気から一酸化二窒素に切り換える際の、切換え処理期間における燃料ガスの流量変化を示すグラフ。
【図６】  助燃ガスを一酸化二窒素から空気に切り換える際の、切換え処理期間における燃料ガスの流量変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１０…分析制御部
１１…ガス制御部
１２…モータ制御部
１３…バーナ移動モータ
１４…バーナ
１５…フレーム
１６…燃料ガス管
１７…助燃ガス管
１８…バイパス管
１９…流量制御バルブ
２０…バイパス管バルブ
２１…三方切換バルブ
２２…アセチレンガスボンベ
２３…一酸化二窒素ボンベ
２４…エアコンプレッサ
【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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