(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管路に試料を導入する試料導入工程と、
前記管路に沿って移送される試料に試薬を添加する試薬添加工程と、
試薬添加後の試料について定量分析又は定性分析を行う分析工程と、
を実行する流れ分析方法であって、
更に、前記試薬添加工程の実行後、且つ、前記分析工程の実行前に、前記管路に存する気体を順に除去する気液分離工程を実行し、
前記試薬添加工程の実行後、且つ、前記気液分離工程の実行前に、４０℃以上の加熱温度にて、試料に加熱処理を行う加熱工程を実行し、前記加熱工程で膨張する、管路に存する気体に対して、移送される前記試料の流れに抗する圧力を付与する加圧工程を実行することを特徴とする流れ分析方法。
【請求項２】
請求項１に記載の流れ分析方法において、
前記試料導入工程の実行時、導入される試料に気泡分節を行い、気泡によって区画された複数のセグメントを作成する流れ分析方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の流れ分析方法において、
前記試薬添加工程の実行時に添加する試薬として、過酸化水素を含む溶液を用いる流れ分析方法。
【請求項４】
試料を管路に導入するためのサンプリング装置と、
前記管路に沿って移送される試料に試薬を添加する試薬添加装置と、
試薬添加後の試料について定量分析又は定性分析を行う分析装置と、
を具備してなる流れ分析装置であって、
更に、前記管路に存する気体を順に除去する気液分離装置が備えられており、
更に、試薬が添加された試料に、４０℃以上の加熱温度にて、加熱処理を行う加熱装置、および前記加熱処理により膨張する、管路に存する気体に対して、移送される前記試料の流れに抗する圧力を付与する加圧装置が備えられてなることを特徴とする流れ分析装置。
【請求項５】
請求項４に記載の流れ分析装置において、
前記管路に導入される試料に対して気泡分節を行い、気泡によって区画された複数のセグメントを前記管路内に作成する気泡分節装置が備えられてなる流れ分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流れ分析方法及び流れ分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本工業規格の工場排水試験方法（下記非特許文献１参照）では、試料（水試料）に含まれる金属元素の分析のための前処理について、硝酸や塩酸等の試薬を試料に添加した後、加熱処理を行う方法が規定されている。この前処理は、主として試料中に共存する有機物や懸濁物、並びに金属錯体の分解を目的として行われる操作であるが、非常に手間が掛かるうえ、処理中の作業者に対する酸暴露を防止する措置を講じる必要がある。【０００３】
この点につき、「ＦＩＡ」と略称されるフローインジェクション分析方法（Ｆｌｏｗ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）や、「ＣＦＡ」と略称される連続流れ分析方法（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｆｌｏｗ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）などの「流れ分析方法」を利用すれば、この前処理が自動化され、試料の処理速度の向上や作業環境の改善が期待される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】日本工業規格「工場排水試験方法（ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、金属成分を含む試料に酸性やアルカリ性の試薬を添加すると、試料と試薬の反応に応じて気体が発生する場合がある。前述の流れ分析方法の実行時において管路に気体が発生すると、正確な分析が困難となる等の不具合が生じる。【０００６】
特に、試薬として過酸化水素を含む溶液を用いたり、試薬の添加後に加熱処理を行ったりすると、気体の発生および管路の内圧上昇が顕著になることが確認されている。【０００７】
本発明は前記技術的課題に鑑みて開発されたものであり、分析精度を向上することができる新規な流れ分析方法、及び、流れ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】
【０００８】
前記技術的課題を解決する本発明の流れ分析方法は、管路に試料を導入する試料導入工程と、前記管路に沿って移送される試料に試薬を添加する試薬添加工程と、試薬添加後の試料について定量分析又は定性分析を行う分析工程と、を実行する流れ分析方法であって、更に、前記試薬添加工程の実行後、且つ、前記分析工程の実行前に、前記管路に存する気体を順に除去する気液分離工程を実行することを特徴とする（以下、「本発明分析方法」と称する。）。【０００９】
前記本発明分析方法においては、前記試薬添加工程の実行後、且つ、前記気液分離工程の実行前に、試料に加熱処理を行う加熱工程を実行することが好ましい態様となる。【００１０】
前記本発明分析方法においては、前記試料導入工程の実行時、導入される試料に気泡分節を行い、気泡によって区画された複数のセグメントを作成することが好ましい態様となる。【００１１】
前記本発明分析方法においては、前記試薬添加工程の実行時に添加する試薬として、過酸化水素を含む溶液を用いることが好ましい態様となる。【００１２】
前記技術的課題を解決する本発明の流れ分析装置は、試料を管路に導入するためのサンプリング装置と、前記管路に沿って移送される試料に試薬を添加する試薬添加装置と、試薬添加後の試料について定量分析又は定性分析を行う分析装置と、を具備してなる流れ分析装置であって、更に、前記管路に存する気体を順に除去する気液分離装置が備えられてなることを特徴とする（以下、「本発明分析装置」と称する。）。【００１３】
前記本発明分析装置においては、前記管路に導入される試料に対して気泡分節を行い、気泡によって区画された複数のセグメントを前記管路内に作成する気泡分節装置が備えられてなるものが好ましい態様となる。【００１４】
前記本発明分析装置においては、更に、試薬が添加された試料に加熱処理を行う加熱装置が備えられてなるものが好ましい態様となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、分析精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施形態１に係る本発明分析装置を示す概略構成図である。
【図２】図２は、前記本発明分析装置の概略構成図と、試料導入工程の実行部分を拡大して示す断面図である。
【図３】図３は、前記本発明分析装置の概略構成図と、試薬添加工程の実行部分を拡大して示す断面図である。
【図４】図４は、前記本発明分析装置の概略構成図と、試薬添加工程並びに加熱工程の実行後の試料を移送する管路を拡大して示す断面図である。
【図５】図５は、前記本発明分析装置の概略構成図と、気液分離工程の実行部分を拡大して示す断面図である。
【図６】図６は、本発明分析装置の他の実施形態を示す概略構成図である。
【図７】図７は、本発明分析装置の更に他の実施形態を一部拡大して示す概略構成図である。
【図８】図８は、実施形態２に係る本発明分析装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００１８】
［実施形態１］
＜本発明分析装置１＞
図１に、本発明分析装置１の一実施形態を示す。前記本発明分析装置１は、「サンプリング装置２」と、「試薬添加装置３」と、「分析装置４」と、「気液分離装置５」と、を具備する。又、前記本発明分析装置１には、更に「気泡分節装置６」と、「加熱装置７」と、が備えられている。
【００１９】
‐サンプリング装置２‐
前記サンプリング装置２は、試料をサンプリングして管路１００に導入する役割を担う。本実施形態においては、前記サンプリング装置２は、試料を前記管路１００に導く採取管２０と、前記採取管２０に吸引力を付与するサンプリング用ポンプ（ペリスタポンプ）２１と、によって構築される。
‐試薬添加装置３‐
前記試薬添加装置３は、前記管路１００に沿って移送される試料に試薬を添加する役割を担う。本実施形態においては、前記試薬添加装置３は、試薬を管路１００に導入する試薬添加管３０と、前記試薬添加管３０に吸引力を付与する試薬添加用ポンプ（ペリスタポンプ）３１と、によって構築される。
‐分析装置４‐
前記分析装置４は、試薬添加後の試料について定量分析又は定性分析を行う役割を担う。本実施形態においては前記分析装置４として、ＩＣＰ発光分光分析装置を用いた。
‐気液分離装置５‐
前記気液分離装置５は、前記管路１００内に存する気体を順に除去する役割を担う。本実施形態においては、前記気液分離装置５は、前記管路１００の下流末端において、下方に向かって枝分かれする分析管５０Ｓと、上方に向かって枝分かれする脱気管５０Ｄと、を具備する三方管と、前記分析管５０Ｓに吸引力を付与する分析ポンプ（ペリスタポンプ）５１Ｓと、前記脱気管５０Ｄに吸引力を付与する脱気ポンプ（ペリスタポンプ）５１Ｄと、によって構築される。
‐気泡分節装置６‐
前記気泡分節装置６は、前記サンプリング装置２によってサンプリングされた試料に気泡分節を行う役割を担う。本実施形態においては前記気泡分節装置６は、空気を前記管路１００に導く空気導入管６０と、前記空気導入管６０に吸引力を付与する空気導入用ポンプ（ペリスタポンプ）６１と、によって構築される。
‐加熱装置７‐
前記加熱装置７は、前記管路１００に沿って移送される試料に加熱処理を行う役割を担う。本実施形態においては、前記加熱装置７は、前記管路１００の途中に配されたヒータによって構築される。
＜本発明分析方法＞
前記構成を有する本発明分析装置１は、本発明分析方法を実行するための装置である。前記本発明分析方法では、「試料導入工程」と、「試薬添加工程」と、「気液分離工程」と、「分析工程」と、を実行する。なお、本実施形態においては、更に、前記試薬添加工程の実行後、且つ、前記気液分離工程の実行前に、前記本発明分析装置１に備えられた前記加熱装置７による「加熱工程」も実行する。
‐試料導入工程‐
前記試料導入工程では、前記管路１００に試料を導入する。図２に示すように、本実施形態においては、前記サンプリング装置２にて試料を前記管路１００に導入する。なお、本実施形態においては、前記管路１００に試料を導入するにあたり前記気泡分節装置６にて空気を導入する気泡分節を行い、気泡（Ｂ）によって区画された複数のセグメント（Ｓ）を作成する。
‐試薬添加工程‐
前記試薬添加工程では、前記管路１００に沿って移送される試料に試薬を添加する。図３に示すように、本実施形態においては、前記試薬添加装置３にて前記管路１００に沿って移送される試料の流れの中に試薬を添加する。前記試薬添加工程の実行によって、試料と試薬とが接触し、反応しながら前記管路１００に沿って移送される。この試料と試薬の反応には気体（Ａ）の発生を伴う場合があり、発生した気体（Ａ）はセグメント（Ｓ）中で泡となる。
‐加熱工程‐
前記加熱工程では、前記管路１００に沿って移送される試料に加熱処理を行う。本実施形態においては、前記加熱装置７にて前記管路１００の一部を加熱し、加熱された管路１００に試料を順次通過させることによって前記加熱工程を実行する。前記加熱工程の実行によって試料と試薬の反応が促進される。図４に示すように、試料と試薬の反応によって発生した気体（Ａ）は、前記加熱工程の実行中に膨張する。又、前記試料導入工程実行時に試料と共に前記管路１００に導入された気泡（Ｂ）も膨張する。
‐気液分離工程‐
前記気液分離工程では、前記管路１００に存する気体（Ａ）を順に除去する。図５に示すように、本実施形態においては、前記気液分離装置５にて前記管路１００に存する気体（Ａ）を除去する。前記管路１００に存する気体（Ａ）は上方に向かって浮き上がるため、前記管路１００の下流末端において上方向に向かって枝分かれする前記脱気管５０Ｄを通じて除去（脱気）される。なお、試料と共に前記管路１００に導入された気泡（Ｂ）も前記脱気管５０Ｄを通じて除去される。前記脱気管５０Ｄの途中に配された脱気ポンプ５１Ｄは、気体（Ａ）や気泡（Ｂ）の排出速度を決定する役割を担う。
‐分析工程‐
前記分析工程では、試薬と反応後の試料について定量分析又は定性分析を行う。図５に示すように、本実施形態においては、気体（Ｓ）が除去された試料を、前記管路１００の下流において下方向に向かって枝分かれする分析管５０Ｓを通じて前記分析装置４に導入することによって前記分析工程を実行する。前記分析管５０Ｓの途中に配された分析ポンプ５１Ｓは、前記分析管５０を通じて前記分析装置４へ導入される試料の導入速度を決定する役割を担う。
【００２０】
前記各工程を実行する本発明分析方法では、前記管路１００の下流末端において前記管路１００に存する気体（Ａ）等を除去する前記気液分離工程を実行した後に前記分析工程を実行することから、気体（Ａ）等がノイズ等の測定の阻害要因にならず、分析精度を向上することができる。
【００２１】
ところで、本実施形態においては、前記試料導入工程において前記管路１００に試料を導入するにあたり、前記気泡分節装置６にて空気を導入する気泡分節を行い、気泡（Ｂ）によって区画された複数のセグメント（Ｓ）を作成する仕組み（連続流れ分析方法に準ずる仕組み）を採用しているが、本発明においては、必ずしも、前記管路１００に試料を導入するにあたりセグメント（Ｓ）を作成することを要しない。又、本実施形態においては、試薬が添加された試料に加熱処理を行う加熱工程を実行しているが、本発明においては、前記加熱工程を必ずしも実行する必要はない。
【００２２】
即ち、本発明においては、例えば、図６に示す本発明分析装置１の別態様のように、前記管路１００に試料を直接的に導入する仕組み（フローインジェクション分析方法に準ずる仕組み）を採用しても良いし、加熱工程を実行しない仕組みを採用しても良い。
【００２３】
但し、前記加熱工程を実行すれば、試料と試薬の反応が促進されて気体（Ａ）の生成量が多くなる。又、連続流れ分析方法に準ずる仕組みを採用したうえで前記加熱工程を実行すれば、気体（Ａ）のみならず気泡（Ｂ）も膨張する。しかしながら、前記気液分離工程を実行することによって気体（Ａ）や気泡（Ｂ）を除去する本発明分析方法によれば、前記加熱工程や連続流れ分析方法に準ずる仕組みを採用しても気体（Ａ）や気泡（Ｂ）が阻害要因とはならず、前記加熱工程によって反応が促進される。又、前記試料導入工程において、気泡分節を行えば、前記管路１００内での試料の拡散を抑制することができる。
【００２４】
従って、本発明においては、試料に加熱処理を行う加熱工程を実行することが好ましい態様となり、又、前記試料導入工程の実行時、導入される試料に気泡分節を行い、気泡によって区画された複数のセグメントを作成することが好ましい態様となる。
【００２５】
なお、本発明において、前記加熱工程実行時における加熱温度を高く設定したり、加熱時間を長く設定したりすると、気体（Ａ）や気泡（Ｂ）が極端に膨張する場合がある。この場合にあっては、図７に示すように、コンプレッサー等を備えた加圧装置８にて前記管路１００に沿って移送される試料の流れに抗する圧力を付与する加圧工程を実行すれば、気体（Ａ）や気泡（Ｂ）の膨張を抑制することができることが確認されている。そして、本発明分析方法において、前記加圧工程を採用すれば、従来の流れ分析方法において実行することができなかった加熱温度や加熱時間を選択することができる。
【００２６】
本発明分析方法において前記加圧工程を採用した場合、例えば、前記加熱工程実行時の加熱温度を４０℃以上（より好ましくは９０℃以上）に設定することができ、又、前記加熱工程の実行時の加熱時間を導入された試料の一単位につき５分以上（より好ましくは３０分以上）に設定することもできる。前記加圧工程において付与される圧力については、前記加熱工程の実行時における加熱温度や加熱時間に応じて適宜決定すればよく、特に限定されるものではないが、０．１４ＭＰａ以下の任意の圧力（場合により０．１ＭＰａ未満の負圧を含む。より好ましくは、０．１ＭＰａ超０．１３ＭＰａ以下）とすることが好ましい。
【００２７】
なお付言するに、本実施形態においては、前記分析工程を実行するための前記分析装置４として、ＩＣＰ発光分光分析装置を用いているが、前記分析装置４は特に限定されるものではなく、各種の分析装置（例えば、フレーム原子吸光装置、電気加熱原子吸光装置、ＩＣＰ質量分析装置等）を適宜選択して用いることができる。
【００２８】
又、前記試薬添加工程実行時において管路１００に導入される試薬は、試料の前処理の必要性に応じて適宜選択されるものであり、特に限定されない。又、分析の必要に応じて複数種の試薬を同時、又は段階的に添加しても良い。前記試薬としては、例えば、塩酸、硝酸、過塩素酸、硫酸等の酸性試薬や、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の塩基性試薬などを適宜選択して用いることができる。ここで、試薬として過酸化水素を含む溶液を用いた場合にあっては、前記管路１００に発生する気体（Ａ）の量が多くなることが確認されているが、前記気液分離工程を実行する本発明分析方法によれば、試薬として過酸化水素を含む溶液を用いても好適に分析することができる。
【００２９】
［実施形態２］
＜本発明分析装置１＞
図８に、本発明分析方法を実行するための本発明分析装置１の一実施形態を示す。前記本発明分析装置１は、「サンプリング装置２」と、３つの「試薬添加装置３（３Ｆ、３Ｓ、３Ｔ）」と、「分析装置４」と、二つの「気液分離装置５（５Ｆ、５Ｓ）」と、を具備する。又、本実施形態に係る本発明分析装置１には、更に、「気泡分節装置６」と、二つの「加熱装置７（７Ｆ、７Ｓ）」と、「加圧装置８」と、が備えられている。
＜本発明分析方法＞
前記構成を有する本発明分析装置１は、本発明分析方法を実行するための装置である。この本発明分析方法では、「試料導入工程」の実行の後、三段階で行う「試薬添加工程（第一〜第三試薬添加工程）」と、二回の「気液分離工程（第一、第二気液分離工程）」と、「分析工程」と、を実行する。又、前記第二試薬添加工程の実行後と、前記第三試薬添加工程の実行後に、各々（都合二回）の「加熱工程（第一、第二加熱工程）」を実行する。
‐試料導入工程‐
前記試料導入工程では、前記管路１００に試料を導入する。本実施形態においては、試料としては、例えば、工場排水（水試料）を用いる。なお、本実施形態においては、前記管路１００に試料を導入するにあたり、前記サンプリング装置２にて試料を前記管路１００に導入すると共に、前記気泡分節装置６にて空気を導入する気泡分節を行う。
‐第一試薬添加工程‐
前記第一試薬添加工程では、試薬添加装置３（３Ｆ）にて前記管路１００に沿って移送される試料に第一試薬を添加する。本実施形態においては、第一試薬としては、例えば、硝酸水溶液を用いる。
‐第二試薬添加工程‐
前記第二試薬添加工程では、試薬添加装置３（３Ｓ）にて第一試薬添加後の試料に第二試薬を添加する。本実施形態においては、第二試薬としては、例えば、過塩素酸水溶液を用いる。
‐第一加熱工程‐
前記第一加熱工程では、前記加熱装置７（７Ｆ）にて、第一試薬及び第二試薬が添加された試料に加熱処理を行う。前記第一加熱工程の実行によって試料と第一試薬及び第二試薬の反応が促進される。試料中に金属成分が含まれていると、試料と試薬の反応によって前記管路１００内に気体（例えば、水素）が発生する。発生した気体（並びに前記気泡分節装置６にて導入された空気）は前記第一加熱工程の実行によって膨張しようとするが、本実施形態では前記加圧装置８にて前記管路１００に沿って移送される試料の流れに抗する圧力を付与する加圧工程を実行しているため、気体の膨張が抑制される。
‐第一気液分離工程‐
前記第一気液分離工程では、前記気液分離装置５（５Ｆ）にて、前記管路１００内に存する気体を除去する。
‐第三試薬添加工程‐
前記第三試薬添加工程では、試薬添加装置３（３Ｔ）にて、前記第一気液分離工程実行後の試料に第三試薬を添加する。本実施形態においては、第三試薬としては、例えば、過酸化水素水溶液を用いる。
‐第二加熱工程‐
前記第二加熱工程では、前記加熱装置７（７Ｓ）にて、第三試薬が添加された試料に加熱処理を行う。前記第二加熱工程の実行によって試料と第三試薬の反応が促進されると共に、例えば、過酸化水素の分解に応じて、前記管路１００内に気体（例えば、酸素）が発生する。
‐第二気液分離工程‐
前記第二気液分離工程では、前記気液分離装置５（５Ｆ）にて、前記管路１００内に存する気体を除去する。
‐分析工程‐
前記分析工程では、第一〜第三試薬と反応後の試料について定量分析又は定性分析を行う。
【００３０】
前記各工程を実行する本発明分析方法は、水試料中に含まれる微量金属の自動分析を行うために構築されたものである。日本工業規格の工場排水試験方法では、水試料に含まれる金属元素の分析のための前処理が規定されているが、気体が発生する反応系のため、従来の流れ分析方法による自動分析は事実上実施されていなかった。即ち、本実施形態に係る本発明分析方法は、水試料に含まれる金属元素の自動分析を可能にしたものである。
【００３１】
ここで、従来の分析方法では、酸の添加、加熱、放冷およびメスアップに至るまでの作業等の前処理の作業を人の手で行う必要があった。一方、本発明分析方法において、流れ分析方法による自動分析を採用することによって、前記前処理の作業を自動で行うことができる。その結果、本発明分析方法は、ヒューマンエラーの発生の防止、処理速度の向上および作業の効率化等を達成することができる。
【００３２】
その余は、前記実施形態１において説明した事項と同様であり、繰り返しを避けるべくここでは説明を省略する。
【００３３】
なお、本発明は、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、新規な流れ式分析方法並びに流れ式分析装置として好適に利用される。
【符号の説明】
【００３５】
１  本発明分析装置（流れ分析装置）
２  サンプリング装置
３  試薬添加装置
４  分析装置
５  気液分離装置
６  気泡分節装置
７  加熱装置
８  加圧装置
１００  管路
【要約】
本発明は、分析精度を向上することができる新規な流れ分析方法、及び、流れ分析装置を提供することを目的とする。本発明に係る流れ分析方法は、管路（１００）に試料を導入する試料導入工程と、前記管路（１００）に沿って移送される試料に試薬を添加する試薬添加工程と、試薬添加後の試料について定量分析又は定性分析を行う分析工程と、を実行し、更に、前記試薬添加工程の実行後、且つ、前記分析工程の実行前に、前記管路（１００）に存する気体を順に除去する気液分離工程を実行するとの特徴を備えることによって、上記目的を達成している。【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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