試料中の元素分析装置
【課題】 多大な手数及び時間を要することなく、ＣＯをＣＯ2 に酸化させるＣｕＯ及びＣＯ2 、Ｈ2 Ｏの除去に用いられる試薬の劣化を目視確認し、それら試薬の交換時期を適正化して廃薬品量の低減並びに分析精度の向上を実現できるようにする。
【解決手段】 加熱炉１内で試料３を加熱融解するときに発生するガス中に含まれるＣＯを酸化させる酸化部１１及びこの酸化部１１で発生するＣＯ2 及びＨ2 Ｏを除去する脱ＣＯ2 部１２及び脱水部１３として、耐熱ガラス管内に、酸化銅、脱ＣＯ2 剤及び脱水剤と、ＣＯ、ＣＯ2 及びＨ2 Ｏとの反応により変色する指示薬を含浸または並存させた試薬を封入したものを用いる。
【解決手段】 加熱炉１内で試料３を加熱融解するときに発生するガス中に含まれるＣＯを酸化させる酸化部１１及びこの酸化部１１で発生するＣＯ2 及びＨ2 Ｏを除去する脱ＣＯ2 部１２及び脱水部１３として、耐熱ガラス管内に、酸化銅、脱ＣＯ2 剤及び脱水剤と、ＣＯ、ＣＯ2 及びＨ2 Ｏとの反応により変色する指示薬を含浸または並存させた試薬を封入したものを用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鉄鋼や非鉄金属、セラミックスなどの素材中に微量に含まれている炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）などの元素を分析する場合に用いられる試料中の元素分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の元素分析方法としては、例えば、鉄鋼中に微量に含まれているＯ，Ｎの定量分析に好適なものとして、不活性ガス中での加熱融解抽出法と赤外線吸収法および熱伝導度法とを組み合わせた方法、あるいは、Ｈの定量分析に好適なものとして、前記の不活性ガス中での加熱融解抽出法とカラム分離および熱伝導度法とを組み合わせた方法（以下、加熱融解抽出法というものを含む）が一般的に用いられ、また、鉄鋼中に微量に含まれるＣ，Ｓの定量分析に好適なものとして、酸素気流中での燃焼法と赤外線吸収法とを組み合わせた方法（以下、燃焼法というものを含む）が一般的に用いられている。
【０００３】
前者の加熱融解抽出法は、不活性ガスを供給しながら加熱炉内で試料としての鉄鋼を加熱融解し、このときに発生するガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ ）は非分散型赤外線分析計（以下、ＮＤＩＲという）において測定することでＯを分析し、Ｎ2 ，Ｈ2 については熱伝導度分析計（以下、ＴＣＤという）で分析するものであり、また、後者の、燃焼法は、酸素気流を供給しながら加熱炉内で試料としての鉄鋼を燃焼させ、このとき発生するＣＯ，ＣＯ2 およびＳＯ2 を含む燃焼ガスをＮＤＩＲにおいて分析するものである。
【０００４】
ところで、前者の加熱融解抽出法においてＨ2 を分析する場合は、加熱炉で発生したガス中のＣＯを除去する必要があり、また、Ｎ2 を分析する場合は、ガス中のＣＯおよびＨ2 を除去する必要があり、そのために、ガス中に含まれるＣＯおよびＨを酸化銅（ＣｕＯ）などにより一旦、二酸化炭素(ＣＯ2 ）および水（Ｈ2 Ｏ）に酸化させた後、そのＣＯ2 及びＨ2 Ｏを除去することが行われるが、このＣＯ2 及びＨ2 Ｏの除去に用いる試薬として、従来では、シリカゲルにＮａＯＨを含浸させたアスカライトおよび過塩素酸マグネシウムが用いられていた。
【０００５】
また、後者の燃焼法においては、加熱炉に酸素気流を供給するにあたり、その酸素気流中に含まれるＣＯ2 および水分（Ｈ2 Ｏ）を除去する必要があるとともに、加熱炉で発生した燃焼ガス中に含まれる水分（Ｈ2 Ｏ）を除去する必要があり、それらの除去に用いる試薬として、従来では、前述のアスカライトおよび過塩素酸マグネシウムが用いられていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記した加熱融解抽出法、燃焼法のいずれの場合も、ＣＯの酸化に用いられるＣｕＯや、ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏの除去に用いられる試薬の除去性能は経時的に劣化するものであり、元素分析の分析精度を高く維持するためには、それら試薬の交換時期を逸しないことが非常に重要である。しかしながら、従来の分析方法では、試薬の劣化を目視確認が困難なために、経験則等に基づいて試薬が劣化すると予測される分析（測定）回数を予め設定（推定）し、その設定回数を目安にして試薬の交換を行っていたが、この場合は、分析対象試料によってＣｕＯおよび試薬の劣化の進行具合が異なるために、交換時期が曖昧であり、交換が早すぎてＣｕＯや試薬を無駄に消費し廃ＣｕＯや廃薬品量が増えたり、あるいは、交換が遅れて分析精度の低下を招いたりするという問題があった。
【０００７】
また、酸素の分析結果を用いて試薬の劣化を予測することも行われていたが、この場合は、酸素濃度が低いと試薬の一粒一粒の表面のみが劣化することになり、試薬全体の劣化の進行状況を的確に予測することがむずかしく、交換時期が曖昧になることは避けられない。
【０００８】
さらに、加熱融解抽出法において、ＣＯをＣＯ2 に酸化させるための酸化剤として用いられるＣｕＯについては、ＣｕＯ＋ＣＯ→Ｃｕ＋ＣＯ2 という酸化還元反応によって銅（Ｃｕ）に還元されるために、ＣｕＯの黒褐色からＣｕの赤褐色への色の変化がみられ、その変色程度によりＣｕＯの劣化具合を確認することが可能であるものの、通常、ＣｕＯは約４５０℃にも加熱されており、変色を確認するには定期的に加熱炉の運転を停止しＣｕＯが冷却した後に取り出して変色を確認する以外に手立てがなく、劣化確認のために多大な手数、時間を要するという問題があった。
【０００９】
本発明は上述の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、運転停止などの多大な手数及び時間を要することなく、ＣＯをＣＯ2 に酸化させるためのＣｕＯ及びＣＯ2 、Ｈ2 Ｏの除去に用いられる試薬の劣化を目視で的確に確認でき、それら試薬の交換時期を適正化して廃薬品量の低減並びに分析精度の向上を実現することができる試料中の元素分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために案出された請求項１に記載の発明（以下、第１発明という）に係る試料中の元素分析装置は、不活性ガスを供給しながら加熱炉内で試料を加熱融解するときに発生するガス中に含まれるＣＯを酸化させる酸化部と、この酸化部で発生するＣＯ2 及びＨ2 Ｏを前記ガスから除去する脱二酸化炭素部（以下、脱ＣＯ2 部と称する）及び脱水部と、ＣＯ2 及びＨ2 Ｏが除去されたガス中の元素を検出する元素検出部とがガス流路中に順に配置されてなる試料中の元素分析装置において、前記酸化部、脱ＣＯ2 部及び脱水部にはそれぞれ、酸化銅、脱二酸化炭素剤（以下、脱ＣＯ2 剤と称する）及び脱水剤にＣＯ、ＣＯ2 及びＨ2 Ｏとの反応により変色する指示薬を含浸または並存させた試薬が用いられていることを特徴としている。
この第１発明において、前記加熱炉に供給される不活性ガス中のＣＯ2 及びＨ2 Ｏを吸着除去するために不活性ガス供給路中に設けられる脱ＣＯ2 部及び脱水部にも、脱ＣＯ2 剤及び脱水剤にＣＯ2 及びＨ2 Ｏとの反応により変色する指示薬を含浸または並存させた試薬を用いることが好ましい。
また、この第１発明において、前記加熱炉で発生するガス中に含まれる一酸化炭素を検出する一酸化炭素検出部を前記ガス流路中で前記酸化部の上流側に直列状に配置してもよいが、その一酸化炭素検出部を配置した専用のガス流路を、前記ガス流路に対して並列的に設けることが好ましい。
【００１１】
また、上記と同一の目的を達成するために案出された請求項４に記載の発明（以下、第２発明という）に係る試料中の元素分析装置は、酸素気流を供給しながら加熱炉内で試料を燃焼するときに発生する燃焼ガス中のＨ2 Ｏを除去する脱水部と、Ｈ2 Ｏが除去された燃焼ガス中の元素を検出する元素検出部とが燃焼ガス流路に直列状に配置してなる試料中の元素分析装置において、前記燃焼ガス流路中の脱水部並びに前記加熱炉に供給される酸素気流中に含まれる炭化水素（ＨＣ）を酸化し発生するＣＯ2 及びＨ2 Ｏを吸着除去するために酸素気流供給路中に設けられた脱ＣＯ2 部及び脱水部にはそれぞれ、脱ＣＯ2 剤及び脱水剤にＣＯ2 及びＨ2 Ｏとの反応により変色する指示薬を含浸または並存させた試薬が用いられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
上記のような特徴構成を有する第１発明によれば、加熱炉で発生するガス中に含まれるＣＯをＣＯ2 に酸化させるためにガス流路中に設けられている酸化部並びにこの酸化部で酸化されたＣＯ2 及びＨ2 Ｏを除去するためにガス流路中に設けられている脱ＣＯ2 部及び脱水部、さらには、加熱炉に供給される不活性ガス中のＣＯ2 及びＨ2 Ｏを吸着除去するために不活性ガス供給路中に設けられている脱ＣＯ2 部及び脱水部それぞれの試薬として、酸化銅、脱ＣＯ2 剤及び脱水剤との反応により変色する指示薬が含浸または並存された試薬を用いているので、それら各試薬な経時的な劣化を、指示薬の変色によって目視確認してそれら試薬の交換必要時期を容易かつ適切に把握することができる。
【００１３】
また、第２発明によれば、加熱炉で発生する燃焼ガス中に含まれるＨ2 Ｏを除去する脱水部並びに加熱炉に供給される酸素気流中に含まれるＣＯ2 及びＨ2 Ｏを吸着除去するために酸素気流供給路中に設けられた脱ＣＯ2 部及び脱水部それぞれの試薬として、脱ＣＯ2 剤及び脱水剤との反応により変色する指示薬が含浸または並存された試薬を用いているので、それら各試薬な経時的な劣化を変色によって目視確認してそれら試薬の交換必要時期を容易かつ適切に把握することができる。
【００１４】
したがって、第１発明、第２発明のいずれにおいても、運転停止などの多大な手数及び時間を要することなく、各試薬の交換時期を適正化することが可能となり、廃ＣｕＯ量、廃棄品量を低減できるとともに、常に高い分析精度を維持することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、加熱融解抽出法を採用した第１発明に係る試料中の元素分析装置の第１実施例を示す概略構成図であり、同図において、１は加熱炉としてのインパルス炉であって、このインパルス炉１内には、例えば黒鉛るつぼ２がセットされ、そのるつぼ２内に秤量された鉄鋼などの試料３が収容される。また、このインパルス炉１には、その内部にキャリアガスとしてのヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを供給する不活性ガス供給路４が接続されている。８は前記インパルス炉１内において不活性ガス雰囲気下で試料３が加熱融解されるときに発生するガスＧが流れるガス流路である。
【００１６】
前記不活性ガス供給路４には、不活性ガス中のＯ2 、ＣＯ2 及びＨ2 Ｏを吸着除去するための脱Ｏ2 部５、脱ＣＯ2 部６及び脱水部７が設けられている。また、前記ガス流路８には、発生ガス中に含まれるダストを除去するダストフィルタ９、発生ガスＧ中に含まれるＣＯを検出するためのＮＤＩＲ１０、そのＣＯをＣＯ2 に酸化させる酸化部１１、この酸化部１１で酸化されたＣＯ2 及びＨ2 ＯをガスＧから除去する脱ＣＯ2 部１２及び脱水部１３が直列状に配置され、かつ、脱水部１３の下流側にはＮ2 ，Ｈ2 などの元素を熱伝導度法で検出するＴＣＤ１４が設けられている。
【００１７】
上記構成からなる第１実施例の加熱融解抽出法による試料中の元素分析装置において、前記酸化部１１は、図２の（Ａ）に明示するように、耐熱透明ガラス管１５内に、発生ガスＧ中に含まれるＣＯのＣＯ2 への酸化剤として用いられるＣｕＯ１６ａに、ＣＯとの化学反応により変色する指示薬、例えば亜硫酸パラジウムナトリウム{Ｎａ2 Ｐｄ（ＳＯ3 ）2 }もしくはそれを主成分とする指示薬を含浸させた試薬１６、あるいは、図２の（Ｂ）や（Ｃ）に明示するように、ＣｕＯ１６ａと前記指示薬１６ｂとを耐熱透明ガラス管１５内に並存させてなる試薬１６を封入してなる。この試薬１６は、
ＣＯ＋Ｎａ2 Ｐｄ（ＳＯ3 ）2 →Ｐｄ＋ＣＯ2 ＋ＳＯ2 ＋Ｎａ2 ＳＯ3
なる化学反応式からも明らかなように、ＣＯによりＮａ2 Ｐｄ（ＳＯ3 ）2 が還元されて金属パラジウムを析出することになり、指示薬が黄色から黒褐色に変色するものである。
【００１８】
また、前記脱ＣＯ2 部６，１２は、上記した酸化部１１と同様に、耐熱透明ガラス管内に、シリカゲルやアルミナなどの脱ＣＯ2 剤にＣＯ2 と化学反応をするヒドラジン（Ｎ2 Ｈ4 ）と指示薬を含浸させた脱ＣＯ2 剤を耐熱透明ガラス管内に並存させてなる試薬を封入してなる。この試薬は、
ＣＯ2 ＋Ｎ2 Ｈ4 →ＮＨ2 ＮＨＣＯＯＨ
なる化学反応式からも明らかなように、ＣＯ2 によってＮ2 Ｈ4 が酸化されることになり、指示薬が橙色から黄色に変色するものである。
【００１９】
さらに、前記脱水部７，１３は、耐熱透明ガラス管内に、過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤にＨ2 Ｏとの反応により変色する気体指示薬、例えばクリスタルバイオレットもしくはそれを主成分とする気体指示薬を含浸させた試薬、あるいは、過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤と前記気体指示薬とを並存させてなる試薬を封入してなる。この試薬は、
Ｈ2 Ｏ＋Ｍｇ（ＣｌＯ4 ）2 →Ｍｇ（ＣｌＯ4 ）2 ・Ｈ2 Ｏ
なる化学反応式からも明らかなように、塩基性であるＭｇ（ＣｌＯ4 ）2 ・Ｈ2 Ｏが生成されることにより、クリスタルバイオレット（指示薬）が黄色から紫色に変色するものである。
【００２０】
なお、脱ＣＯ2 部６，１２及び脱水部７，１３の具体的な構造は、図２の（Ａ）〜（Ｃ）で示すとおり、耐熱透明ガラス管内に所定の試薬を封入するものと同一であるため、それらの詳細図については省略する。
【００２１】
次に、上記のように構成された第１実施例の加熱融解抽出法による試料中の元素分析装置における元素分析動作について簡単に列記説明する。
（１）キャリアガスとして不活性ガス供給路４に供給されたＨｅ，Ａｒなどの不活性ガスは、該不活性ガス中のＯ2 、ＣＯ2 及びＨ2 Ｏが脱Ｏ2 部５、脱ＣＯ2 部６及び脱水部７の通過時に除去された後、インパルス炉１内に供給され、その不活性ガス雰囲気下において試料３が加熱融解される。
（２）この加熱融解に伴い発生してガス流路８に流れるガスＧ中に含まれるダストはダストフィルタ９により除去されたのち、ガスＧ中に含まれているＣＯがＮＤＩＲ１０で検出（測定）される。
（３）次いで、ガスＧは酸化部１１に至り、ここでＣＯ及びＨ2 はＣｕＯ１６ａによりＣＯ2 及びＨ2 Ｏに酸化される。
（４）そして、酸化されたＣＯ2 及びＨ2 Ｏは脱ＣＯ2 部１２及び脱水部１３の通過時にガスＧから除去される一方、このガスＧ中に残存しているＮ2 ，Ｈ2 などの元素がＴＣＤ１４において熱伝導度法で検出（測定）される。
【００２２】
以上の（１）〜（４）の工程動作によって、鉄鋼などの試料３中に含まれている各種の元素が検出され分析されるが、この分析動作時において前記酸化部１１のＣｕＯ１６ａの劣化に伴い、該ＣｕＯ１６ａに含浸または並存させた指示薬が既述した化学反応により黄色から黒褐色に変色する。また、前記各脱ＣＯ2 部６，１２のシリカゲルやアルミナにアルカリ（ＮａＯＨ，ＫＯＨ）を含浸させた脱ＣＯ2 剤の劣化に伴い、該脱ＣＯ2 剤に含浸または並存させた指示薬が既述した化学中和反応により橙色から黄色に変色する。さらに、前記各脱水部７，１３の過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤の劣化に伴い、該脱水剤に含浸または並存させた気体指示薬が既述した化学反応により黄色から紫色に変色する。
【００２３】
したがって、前記酸化部１１のＣｕＯ１６ａ、脱ＣＯ2 部６，１２のシリカゲルやアルミナにアルカリ（ＮａＯＨ，ＫＯＨ）を含浸させた脱ＣＯ2 剤、及び、脱水部７，１３の過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤の経時的な劣化をそれぞれ変色によって目視確認してそれら試薬の交換必要時期を容易かつ適切に把握することが可能であり、運転停止（分析動作の中断）などの多大な手数及び時間を要することなく、各試薬の交換時期を適正化して廃ＣｕＯ量、廃薬品量を低減できるとともに、常に高い分析精度を維持することができる。
【００２４】
図３は、加熱融解抽出法を採用した第１発明に係る試料中の元素分析装置の第２実施例を示す概略構成図であり、この第２実施例では、発生ガスＧ中に含まれるＣＯを検出するためのＮＤＩＲ１０を配置したＣＯ検出専用のガス流路８Ａを、前記ダストフィルタ９、酸化部１１、脱ＣＯ2 部１２及び脱水部１３並びにＴＣＤ１４が直列状に配置されたガス流路８Ｂに対して並列的に設けたものであり、その他の構成並びに脱ＣＯ2 部６，１２、酸化部１１及び脱水部７，１３における試薬封入構造等は第１実施例と同様であるため、それらの詳しい説明を省略する。
【００２５】
上記のように構成された第２実施例の加熱融解抽出法による試料中の元素分析装置においては、インパルス炉１内における不活性ガス雰囲気下での試料３の加熱融解に伴い発生されてガス流路８に流れるガスＧ中に含まれるダストがダストフィルタ９により除去されたのち、そのガスＧは二つのガス流路８Ａ，８Ｂに分岐されて並列的に流れる。そして、一方のガス流路８Ａを流れるガスＧ中に含まれているＣＯはＮＤＩＲ１０で検出（測定）されるとともに、他方のガス流路８Ｂを流れるガスＧは酸化部１１に至り、ここでＣＯ及びＨ2 はＣｕＯ１６ａによりＣＯ2 及びＨ2 Ｏに酸化されたのち、その酸化されたＣＯ2 及びＨ2 Ｏは脱ＣＯ2 部１２及び脱水部１３の通過時にガスＧから除去され、次いで、このガスＧ中に残存しているＮ2 ，Ｈ2 などの元素がＴＣＤ１４において熱伝導度法で検出（測定）されるといった元素分析動作が行われる。
【００２６】
そして、この第２実施例の場合も、第１実施例と同様に、酸化部１１のＣｕＯ１６ａ、脱ＣＯ2 部６，１２のシリカゲルやアルミナにアルカリ（ＮａＯＨ，ＫＯＨ）に含浸させた脱ＣＯ2 剤、及び、脱水部７，１３の過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤の経時的な劣化をそれぞれ変色によって目視確認してそれら試薬の交換必要時期を容易かつ適切に把握することが可能である。
【００２７】
図４は、加熱融解抽出法を採用した第１発明に係る試料中の元素分析装置のうち、水素分析装置に適用した第３実施例を示す概略構成図であり、同図において、１は加熱炉としての電力制御方式抽出炉であって、この抽出炉１内には、例えば黒鉛るつぼ２がセットされ、そのるつぼ２内に秤量された鉄鋼などの試料３が収容される。また、この抽出炉１には、その内部にキャリアガスとしてのアルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガスを供給する不活性ガス供給路４が接続されている。
【００２８】
前記不活性ガス供給路４には、不活性ガス中のＯ2 、ＣＯ2 及びＨ2 Ｏを吸着除去するための脱Ｏ2 部５、脱ＣＯ2 部６及び脱水部７が設けられているとともに、前記抽出炉１内において不活性ガス雰囲気下で試料３が加熱融解されるときに抽出される水素ガスＧａが流れるガス流路８には、発生ガス中に含まれるダストを除去するダストフィルタ９、抽出水素ガスＧａ中に含まれるＣＯをＣＯ2 に酸化させる酸化部１１、この酸化部１１で酸化されたＣＯ2 及びＨ2 Ｏを水素ガスＧａから除去する脱ＣＯ2 部１２及び脱水部１３が直列状に配置され、かつ、脱水部１３の下流側には残存ガス（Ｈ2 ，Ｎ2 ）からＨ2 を分離する分離カラム２５及びそこで分離されたＨ2 を熱伝導度法で検出するＴＣＤ１４が設けられている。
【００２９】
なお、前記酸化部１１は、常温酸化部１１Ａの他に、水素ガス（Ｈ2 ）以外の共存ガス、特に窒素ガス（Ｎ2 ）を補償する機構としてＣｕＯを用いた高温酸化部１１Ｂが切換部２７を介してガス流路８に対してバイパス的に設けられているとともに、前記分離カラム２５に対してカラムバイパス機構２６が切換部２８を介してパイパス的に設けられており、その他の構成並びに脱ＣＯ2 部６，１２、酸化部１１（１１Ａ，１１Ｂ）及び脱水部７，１３における試薬封入構造等は第１，第２実施例と同様であるため、それらの詳しい説明を省略する。
【００３０】
上記のように構成された第３実施例の加熱融解抽出法による試料中の水素分析装置においては、抽出炉１内における不活性ガス雰囲気下での試料３の加熱融解に伴い抽出されてガス流路８に流れる水素ガスＧａ中に含まれるダストがダストフィルタ９により除去されたのち、そのガスＧａは直接、常温酸化部１１Ａに至る、もしくは、切換部２７を通り高温酸化部１１Ｂを経たのち常温酸化部１１Ａに至り、ここで水素ガスＧａ中に含まれているＣＯはＣＯ2 及びＨ2 Ｏに酸化されたのち、その酸化されたＣＯ2 及びＨ2 Ｏは脱ＣＯ2 部１２及び脱水部１３の通過時に水素ガスＧａから除去され、次いで、分離カラム２５、もしくは、切換部２８を経てカラムバイパス機構２６に導かれ、ここで残存ガス（Ｈ2 ，Ｎ2 ）からＨ2 が分離され、その分離されたＨ2 がＴＣＤ１４において熱伝導度法で検出（測定）されるといった水素分析動作が行われる。
【００３１】
そして、この第３実施例の場合も、第１，第２実施例と同様に、高温酸化部１１ＢのＣｕＯ１６ａ、脱ＣＯ2 部６，１２のシリカゲルやアルミナにアルカリ（ＮａＯＨ，ＫＯＨ）に含浸させた脱ＣＯ2 剤、及び、脱水部７，１３の過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤の経時的な劣化をそれぞれ変色によって目視確認してそれら試薬の交換必要時期を容易かつ適切に把握することが可能である。
【００３２】
図５は、燃焼法を採用した第２発明に係る試料中の元素分析装置の第４実施例を示す概略構成図を示し、同図において、１は加熱炉としての高周波加熱炉または電気炉であって、この加熱炉１内には、例えば磁製のるつぼ２がセットされ、そのるつぼ２内に秤量された鉄鋼などの試料３が収容される。また、この加熱炉１には、その内部にキャリアガスとしての酸素Ｏ2 気流を供給する酸素気流供給路１７が接続されている。１８は前記加熱炉１内において酸素気流雰囲気下で試料３を燃焼するときに発生する燃焼ガスＧｂが流れる燃焼ガス流路である。
【００３３】
前記酸素気流供給路１７には、炭化水素（ＨＣ） を酸化させる白金(Ｐｔ)触媒１９とここで酸化されたＣＯ2 及びＨ2 Ｏを吸着除去するための脱ＣＯ2 部２０及び脱水部２１が設けられている。また、前記燃焼ガス流路１８には、燃焼ガスＧｂ中に含まれる酸化鉄などの酸化ダストを除去するダストフィルタ２２、脱水部２３及び燃焼ガスＧｂ中に含まれるＣＯ，ＣＯ2 を検出するためのＮＤＩＲ２４などが直列状に配置されている。
【００３４】
上記構成の燃焼法による試料中の元素分析装置において、前記脱水部２１，２３は、過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤にＨ2 Ｏとの反応により変色する気体指示薬、例えばクリスタルバイオレットもしくはそれを主成分とする気体指示薬を含浸させた試薬、あるいは、過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤と前記気体指示薬とを並存させてなる試薬を封入してなる。この試薬は、
Ｈ2 Ｏ＋Ｍｇ（ＣｌＯ4 ）2 →Ｍｇ（ＣｌＯ4 ）2 ・Ｈ2 Ｏ
なる化学反応式からも明らかなように、塩基性であるＭｇ（ＣｌＯ4 ）2 ・Ｈ2 Ｏが生成されることにより、クリスタルバイオレット（指示薬）が黄色から紫色に変色するものである。
【００３５】
また、前記脱ＣＯ2 部２０は、上記した第１実施例の加熱融解抽出法による試料中の元素分析装置における酸化部１１と同様に、耐熱透明ガラス管内に、シリカゲルやアルミナにアルカリ（ＮａＯＨ，ＫＯＨ）を含浸させた脱ＣＯ2 剤にＣＯ2 と化学反応するヒドラジン（Ｎ2 Ｈ4 ）と指示薬を含浸させた脱ＣＯ2 剤を耐熱透明ガラス管内に並存させてなる試薬を封入してなる。この試薬は、
ＣＯ2 ＋Ｎ2 Ｈ4 →ＮＨ2 ＮＨＣＯＯＨ
なる化学反応式からも明らかなように、ＣＯ2 によってＮ2 Ｈ4 が酸化されることになり、指示薬が橙色から黄色に変色するものである。
【００３６】
なお、脱ＣＯ2 部２０及び脱水部２１，２３の具体的な構造は、第１実施例の加熱融解抽出法による試料中の元素分析装置における酸化部１１の説明で用いた図２の（Ａ）〜（Ｃ）と同様に、耐熱透明ガラス管内に所定の試薬を封入してなるものであるため、それらの詳細図については省略する。
【００３７】
次に、上記のように構成された燃焼法による試料中の元素分析装置における元素分析動作について簡単に列記説明する。
（１）キャリアガスとして酸素気流供給路１７に供給されたＯ2 気流は、Ｐｔ触媒１９により不純物として含まれているＨＣが酸化された後、脱ＣＯ2 部２０及び脱水部２１を通過し、それらの通過時に酸素気流中に含まれているＣＯ2及びＨ2 Ｏが除去された後、高周波加熱炉１内に供給され、その酸素気流雰囲気下において試料３が燃焼される。
（２）この燃焼に伴い発生して燃焼ガス流路１８に流れる燃焼ガスＧｂ中に含まれる酸化鉄などの酸化ダストはダストフィルタ２２により除去されたのち、燃焼ガスＧｂ中に含まれているＨ2 Ｏは脱水部２３の通過時に燃焼ガスＧｂから除去される一方、この燃焼ガスＧｂ中に残存しているＣＯ，ＣＯ2 などの元素がＮＤＩＲ２４において赤外線吸収法で検出（測定）される。
【００３８】
以上の（１），（２）の工程動作によって、鉄鋼などの試料３中に含まれている各種の元素が検出され分析されるが、この分析動作時において前記脱ＣＯ2 部２０のシリカゲルやアルミナにアルカリ（ＮａＯＨ，ＫＯＨ）を含浸させた脱ＣＯ2 剤の劣化に伴い、該脱ＣＯ2 剤に含浸または並存させた指示薬が既述した化学反応により橙色から黄色に変色する。また、前記各脱水部２１，２３の過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤の劣化に伴い、該脱水剤に含浸または並存させた気体指示薬が既述した化学反応により黄色から紫色に変色する。
【００３９】
したがって、前記脱ＣＯ2 部２０のシリカゲルやアルミナにアルカリ（ＮａＯＨ，ＫＯＨ）を含浸させた脱ＣＯ2 剤、及び、脱水部２１，２３の過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤の経時的な劣化をそれぞれ変色によって目視確認してそれら試薬の交換必要時期を容易かつ適切に把握することが可能であり、運転停止（分析動作の中断）などの多大な手数及び時間を要することなく、各試薬の交換時期を適正化して廃薬品量を低減できるとともに、常に高い分析精度を維持することができる。
【００４０】
なお、前記酸化部１１における試薬として、上記実施の形態では、亜硫酸パラジウムナトリウム{Ｎａ2 Ｐｄ（ＳＯ3 ）2 }もしくはそれを主成分とする指示薬をＣｕＯに含浸または並存させたもので示したが、これ以外に、例えば五酸化ヨウ素、亜硫酸パラジウムカリウムなどＣＯとの化学反応により変色するｐＨ指示薬であればよい。
【００４１】
また、前記脱ＣＯ2 部６，１２，２０における試薬として、上記各実施の形態では、ヒドラジン（Ｎ2 Ｈ4 ）もしくはそれを主成分とする指示薬をシリカゲルやアルミナなどに含浸させたもので示したが、これ以外に、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどとＣＯ2との化学反応により変色する指示薬であればよい。
【００４２】
さらに、前記脱水部７，１３，２１，２３における試薬として、上記各実施の形態では、クリスタルバイオレッサト指示薬を過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤に含浸または並存させたもので示したが、これ以外に、例えば塩化コバルトなどＨ2 Ｏとの反応により変色する気体指示薬であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第１発明に係る加熱融解抽出法を採用した試料中の元素分析装置の第１実施例を示す概略構成図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、酸化部の具体的構成を示す拡大断面図である。
【図３】第１発明に係る加熱融解抽出法を採用した試料中の元素分析装置の第２実施例を示す概略構成図である。
【図４】第１発明に係る加熱融解抽出法を採用した試料中の元素分析装置のうち、水素分析装置に適用した第３実施例を示す概略構成図である。
【図５】第２発明に係る燃焼法を採用した試料中の元素分析装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 加熱炉
３ 試料
４ 不活性ガス供給路
６，１２，２０ 脱ＣＯ2 部
７，１３，２１，２３ 脱水部
８ ガス流路
１０，２４ ＮＤＩＲ（ＣＯ検出部）
１１ 酸化部
１４ ＴＣＤ（元素検出部）
１７ Ｏ2 気流供給路
１８ 燃焼ガス流路
Ｇ 発生ガス
Ｇａ 抽出水素ガス
Ｇｂ 燃焼ガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鉄鋼や非鉄金属、セラミックスなどの素材中に微量に含まれている炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）などの元素を分析する場合に用いられる試料中の元素分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の元素分析方法としては、例えば、鉄鋼中に微量に含まれているＯ，Ｎの定量分析に好適なものとして、不活性ガス中での加熱融解抽出法と赤外線吸収法および熱伝導度法とを組み合わせた方法、あるいは、Ｈの定量分析に好適なものとして、前記の不活性ガス中での加熱融解抽出法とカラム分離および熱伝導度法とを組み合わせた方法（以下、加熱融解抽出法というものを含む）が一般的に用いられ、また、鉄鋼中に微量に含まれるＣ，Ｓの定量分析に好適なものとして、酸素気流中での燃焼法と赤外線吸収法とを組み合わせた方法（以下、燃焼法というものを含む）が一般的に用いられている。
【０００３】
前者の加熱融解抽出法は、不活性ガスを供給しながら加熱炉内で試料としての鉄鋼を加熱融解し、このときに発生するガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ ）は非分散型赤外線分析計（以下、ＮＤＩＲという）において測定することでＯを分析し、Ｎ2 ，Ｈ2 については熱伝導度分析計（以下、ＴＣＤという）で分析するものであり、また、後者の、燃焼法は、酸素気流を供給しながら加熱炉内で試料としての鉄鋼を燃焼させ、このとき発生するＣＯ，ＣＯ2 およびＳＯ2 を含む燃焼ガスをＮＤＩＲにおいて分析するものである。
【０００４】
ところで、前者の加熱融解抽出法においてＨ2 を分析する場合は、加熱炉で発生したガス中のＣＯを除去する必要があり、また、Ｎ2 を分析する場合は、ガス中のＣＯおよびＨ2 を除去する必要があり、そのために、ガス中に含まれるＣＯおよびＨを酸化銅（ＣｕＯ）などにより一旦、二酸化炭素(ＣＯ2 ）および水（Ｈ2 Ｏ）に酸化させた後、そのＣＯ2 及びＨ2 Ｏを除去することが行われるが、このＣＯ2 及びＨ2 Ｏの除去に用いる試薬として、従来では、シリカゲルにＮａＯＨを含浸させたアスカライトおよび過塩素酸マグネシウムが用いられていた。
【０００５】
また、後者の燃焼法においては、加熱炉に酸素気流を供給するにあたり、その酸素気流中に含まれるＣＯ2 および水分（Ｈ2 Ｏ）を除去する必要があるとともに、加熱炉で発生した燃焼ガス中に含まれる水分（Ｈ2 Ｏ）を除去する必要があり、それらの除去に用いる試薬として、従来では、前述のアスカライトおよび過塩素酸マグネシウムが用いられていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記した加熱融解抽出法、燃焼法のいずれの場合も、ＣＯの酸化に用いられるＣｕＯや、ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏの除去に用いられる試薬の除去性能は経時的に劣化するものであり、元素分析の分析精度を高く維持するためには、それら試薬の交換時期を逸しないことが非常に重要である。しかしながら、従来の分析方法では、試薬の劣化を目視確認が困難なために、経験則等に基づいて試薬が劣化すると予測される分析（測定）回数を予め設定（推定）し、その設定回数を目安にして試薬の交換を行っていたが、この場合は、分析対象試料によってＣｕＯおよび試薬の劣化の進行具合が異なるために、交換時期が曖昧であり、交換が早すぎてＣｕＯや試薬を無駄に消費し廃ＣｕＯや廃薬品量が増えたり、あるいは、交換が遅れて分析精度の低下を招いたりするという問題があった。
【０００７】
また、酸素の分析結果を用いて試薬の劣化を予測することも行われていたが、この場合は、酸素濃度が低いと試薬の一粒一粒の表面のみが劣化することになり、試薬全体の劣化の進行状況を的確に予測することがむずかしく、交換時期が曖昧になることは避けられない。
【０００８】
さらに、加熱融解抽出法において、ＣＯをＣＯ2 に酸化させるための酸化剤として用いられるＣｕＯについては、ＣｕＯ＋ＣＯ→Ｃｕ＋ＣＯ2 という酸化還元反応によって銅（Ｃｕ）に還元されるために、ＣｕＯの黒褐色からＣｕの赤褐色への色の変化がみられ、その変色程度によりＣｕＯの劣化具合を確認することが可能であるものの、通常、ＣｕＯは約４５０℃にも加熱されており、変色を確認するには定期的に加熱炉の運転を停止しＣｕＯが冷却した後に取り出して変色を確認する以外に手立てがなく、劣化確認のために多大な手数、時間を要するという問題があった。
【０００９】
本発明は上述の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、運転停止などの多大な手数及び時間を要することなく、ＣＯをＣＯ2 に酸化させるためのＣｕＯ及びＣＯ2 、Ｈ2 Ｏの除去に用いられる試薬の劣化を目視で的確に確認でき、それら試薬の交換時期を適正化して廃薬品量の低減並びに分析精度の向上を実現することができる試料中の元素分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために案出された請求項１に記載の発明（以下、第１発明という）に係る試料中の元素分析装置は、不活性ガスを供給しながら加熱炉内で試料を加熱融解するときに発生するガス中に含まれるＣＯを酸化させる酸化部と、この酸化部で発生するＣＯ2 及びＨ2 Ｏを前記ガスから除去する脱二酸化炭素部（以下、脱ＣＯ2 部と称する）及び脱水部と、ＣＯ2 及びＨ2 Ｏが除去されたガス中の元素を検出する元素検出部とがガス流路中に順に配置されてなる試料中の元素分析装置において、前記酸化部、脱ＣＯ2 部及び脱水部にはそれぞれ、酸化銅、脱二酸化炭素剤（以下、脱ＣＯ2 剤と称する）及び脱水剤にＣＯ、ＣＯ2 及びＨ2 Ｏとの反応により変色する指示薬を含浸または並存させた試薬が用いられていることを特徴としている。
この第１発明において、前記加熱炉に供給される不活性ガス中のＣＯ2 及びＨ2 Ｏを吸着除去するために不活性ガス供給路中に設けられる脱ＣＯ2 部及び脱水部にも、脱ＣＯ2 剤及び脱水剤にＣＯ2 及びＨ2 Ｏとの反応により変色する指示薬を含浸または並存させた試薬を用いることが好ましい。
また、この第１発明において、前記加熱炉で発生するガス中に含まれる一酸化炭素を検出する一酸化炭素検出部を前記ガス流路中で前記酸化部の上流側に直列状に配置してもよいが、その一酸化炭素検出部を配置した専用のガス流路を、前記ガス流路に対して並列的に設けることが好ましい。
【００１１】
また、上記と同一の目的を達成するために案出された請求項４に記載の発明（以下、第２発明という）に係る試料中の元素分析装置は、酸素気流を供給しながら加熱炉内で試料を燃焼するときに発生する燃焼ガス中のＨ2 Ｏを除去する脱水部と、Ｈ2 Ｏが除去された燃焼ガス中の元素を検出する元素検出部とが燃焼ガス流路に直列状に配置してなる試料中の元素分析装置において、前記燃焼ガス流路中の脱水部並びに前記加熱炉に供給される酸素気流中に含まれる炭化水素（ＨＣ）を酸化し発生するＣＯ2 及びＨ2 Ｏを吸着除去するために酸素気流供給路中に設けられた脱ＣＯ2 部及び脱水部にはそれぞれ、脱ＣＯ2 剤及び脱水剤にＣＯ2 及びＨ2 Ｏとの反応により変色する指示薬を含浸または並存させた試薬が用いられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
上記のような特徴構成を有する第１発明によれば、加熱炉で発生するガス中に含まれるＣＯをＣＯ2 に酸化させるためにガス流路中に設けられている酸化部並びにこの酸化部で酸化されたＣＯ2 及びＨ2 Ｏを除去するためにガス流路中に設けられている脱ＣＯ2 部及び脱水部、さらには、加熱炉に供給される不活性ガス中のＣＯ2 及びＨ2 Ｏを吸着除去するために不活性ガス供給路中に設けられている脱ＣＯ2 部及び脱水部それぞれの試薬として、酸化銅、脱ＣＯ2 剤及び脱水剤との反応により変色する指示薬が含浸または並存された試薬を用いているので、それら各試薬な経時的な劣化を、指示薬の変色によって目視確認してそれら試薬の交換必要時期を容易かつ適切に把握することができる。
【００１３】
また、第２発明によれば、加熱炉で発生する燃焼ガス中に含まれるＨ2 Ｏを除去する脱水部並びに加熱炉に供給される酸素気流中に含まれるＣＯ2 及びＨ2 Ｏを吸着除去するために酸素気流供給路中に設けられた脱ＣＯ2 部及び脱水部それぞれの試薬として、脱ＣＯ2 剤及び脱水剤との反応により変色する指示薬が含浸または並存された試薬を用いているので、それら各試薬な経時的な劣化を変色によって目視確認してそれら試薬の交換必要時期を容易かつ適切に把握することができる。
【００１４】
したがって、第１発明、第２発明のいずれにおいても、運転停止などの多大な手数及び時間を要することなく、各試薬の交換時期を適正化することが可能となり、廃ＣｕＯ量、廃棄品量を低減できるとともに、常に高い分析精度を維持することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、加熱融解抽出法を採用した第１発明に係る試料中の元素分析装置の第１実施例を示す概略構成図であり、同図において、１は加熱炉としてのインパルス炉であって、このインパルス炉１内には、例えば黒鉛るつぼ２がセットされ、そのるつぼ２内に秤量された鉄鋼などの試料３が収容される。また、このインパルス炉１には、その内部にキャリアガスとしてのヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを供給する不活性ガス供給路４が接続されている。８は前記インパルス炉１内において不活性ガス雰囲気下で試料３が加熱融解されるときに発生するガスＧが流れるガス流路である。
【００１６】
前記不活性ガス供給路４には、不活性ガス中のＯ2 、ＣＯ2 及びＨ2 Ｏを吸着除去するための脱Ｏ2 部５、脱ＣＯ2 部６及び脱水部７が設けられている。また、前記ガス流路８には、発生ガス中に含まれるダストを除去するダストフィルタ９、発生ガスＧ中に含まれるＣＯを検出するためのＮＤＩＲ１０、そのＣＯをＣＯ2 に酸化させる酸化部１１、この酸化部１１で酸化されたＣＯ2 及びＨ2 ＯをガスＧから除去する脱ＣＯ2 部１２及び脱水部１３が直列状に配置され、かつ、脱水部１３の下流側にはＮ2 ，Ｈ2 などの元素を熱伝導度法で検出するＴＣＤ１４が設けられている。
【００１７】
上記構成からなる第１実施例の加熱融解抽出法による試料中の元素分析装置において、前記酸化部１１は、図２の（Ａ）に明示するように、耐熱透明ガラス管１５内に、発生ガスＧ中に含まれるＣＯのＣＯ2 への酸化剤として用いられるＣｕＯ１６ａに、ＣＯとの化学反応により変色する指示薬、例えば亜硫酸パラジウムナトリウム{Ｎａ2 Ｐｄ（ＳＯ3 ）2 }もしくはそれを主成分とする指示薬を含浸させた試薬１６、あるいは、図２の（Ｂ）や（Ｃ）に明示するように、ＣｕＯ１６ａと前記指示薬１６ｂとを耐熱透明ガラス管１５内に並存させてなる試薬１６を封入してなる。この試薬１６は、
ＣＯ＋Ｎａ2 Ｐｄ（ＳＯ3 ）2 →Ｐｄ＋ＣＯ2 ＋ＳＯ2 ＋Ｎａ2 ＳＯ3
なる化学反応式からも明らかなように、ＣＯによりＮａ2 Ｐｄ（ＳＯ3 ）2 が還元されて金属パラジウムを析出することになり、指示薬が黄色から黒褐色に変色するものである。
【００１８】
また、前記脱ＣＯ2 部６，１２は、上記した酸化部１１と同様に、耐熱透明ガラス管内に、シリカゲルやアルミナなどの脱ＣＯ2 剤にＣＯ2 と化学反応をするヒドラジン（Ｎ2 Ｈ4 ）と指示薬を含浸させた脱ＣＯ2 剤を耐熱透明ガラス管内に並存させてなる試薬を封入してなる。この試薬は、
ＣＯ2 ＋Ｎ2 Ｈ4 →ＮＨ2 ＮＨＣＯＯＨ
なる化学反応式からも明らかなように、ＣＯ2 によってＮ2 Ｈ4 が酸化されることになり、指示薬が橙色から黄色に変色するものである。
【００１９】
さらに、前記脱水部７，１３は、耐熱透明ガラス管内に、過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤にＨ2 Ｏとの反応により変色する気体指示薬、例えばクリスタルバイオレットもしくはそれを主成分とする気体指示薬を含浸させた試薬、あるいは、過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤と前記気体指示薬とを並存させてなる試薬を封入してなる。この試薬は、
Ｈ2 Ｏ＋Ｍｇ（ＣｌＯ4 ）2 →Ｍｇ（ＣｌＯ4 ）2 ・Ｈ2 Ｏ
なる化学反応式からも明らかなように、塩基性であるＭｇ（ＣｌＯ4 ）2 ・Ｈ2 Ｏが生成されることにより、クリスタルバイオレット（指示薬）が黄色から紫色に変色するものである。
【００２０】
なお、脱ＣＯ2 部６，１２及び脱水部７，１３の具体的な構造は、図２の（Ａ）〜（Ｃ）で示すとおり、耐熱透明ガラス管内に所定の試薬を封入するものと同一であるため、それらの詳細図については省略する。
【００２１】
次に、上記のように構成された第１実施例の加熱融解抽出法による試料中の元素分析装置における元素分析動作について簡単に列記説明する。
（１）キャリアガスとして不活性ガス供給路４に供給されたＨｅ，Ａｒなどの不活性ガスは、該不活性ガス中のＯ2 、ＣＯ2 及びＨ2 Ｏが脱Ｏ2 部５、脱ＣＯ2 部６及び脱水部７の通過時に除去された後、インパルス炉１内に供給され、その不活性ガス雰囲気下において試料３が加熱融解される。
（２）この加熱融解に伴い発生してガス流路８に流れるガスＧ中に含まれるダストはダストフィルタ９により除去されたのち、ガスＧ中に含まれているＣＯがＮＤＩＲ１０で検出（測定）される。
（３）次いで、ガスＧは酸化部１１に至り、ここでＣＯ及びＨ2 はＣｕＯ１６ａによりＣＯ2 及びＨ2 Ｏに酸化される。
（４）そして、酸化されたＣＯ2 及びＨ2 Ｏは脱ＣＯ2 部１２及び脱水部１３の通過時にガスＧから除去される一方、このガスＧ中に残存しているＮ2 ，Ｈ2 などの元素がＴＣＤ１４において熱伝導度法で検出（測定）される。
【００２２】
以上の（１）〜（４）の工程動作によって、鉄鋼などの試料３中に含まれている各種の元素が検出され分析されるが、この分析動作時において前記酸化部１１のＣｕＯ１６ａの劣化に伴い、該ＣｕＯ１６ａに含浸または並存させた指示薬が既述した化学反応により黄色から黒褐色に変色する。また、前記各脱ＣＯ2 部６，１２のシリカゲルやアルミナにアルカリ（ＮａＯＨ，ＫＯＨ）を含浸させた脱ＣＯ2 剤の劣化に伴い、該脱ＣＯ2 剤に含浸または並存させた指示薬が既述した化学中和反応により橙色から黄色に変色する。さらに、前記各脱水部７，１３の過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤の劣化に伴い、該脱水剤に含浸または並存させた気体指示薬が既述した化学反応により黄色から紫色に変色する。
【００２３】
したがって、前記酸化部１１のＣｕＯ１６ａ、脱ＣＯ2 部６，１２のシリカゲルやアルミナにアルカリ（ＮａＯＨ，ＫＯＨ）を含浸させた脱ＣＯ2 剤、及び、脱水部７，１３の過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤の経時的な劣化をそれぞれ変色によって目視確認してそれら試薬の交換必要時期を容易かつ適切に把握することが可能であり、運転停止（分析動作の中断）などの多大な手数及び時間を要することなく、各試薬の交換時期を適正化して廃ＣｕＯ量、廃薬品量を低減できるとともに、常に高い分析精度を維持することができる。
【００２４】
図３は、加熱融解抽出法を採用した第１発明に係る試料中の元素分析装置の第２実施例を示す概略構成図であり、この第２実施例では、発生ガスＧ中に含まれるＣＯを検出するためのＮＤＩＲ１０を配置したＣＯ検出専用のガス流路８Ａを、前記ダストフィルタ９、酸化部１１、脱ＣＯ2 部１２及び脱水部１３並びにＴＣＤ１４が直列状に配置されたガス流路８Ｂに対して並列的に設けたものであり、その他の構成並びに脱ＣＯ2 部６，１２、酸化部１１及び脱水部７，１３における試薬封入構造等は第１実施例と同様であるため、それらの詳しい説明を省略する。
【００２５】
上記のように構成された第２実施例の加熱融解抽出法による試料中の元素分析装置においては、インパルス炉１内における不活性ガス雰囲気下での試料３の加熱融解に伴い発生されてガス流路８に流れるガスＧ中に含まれるダストがダストフィルタ９により除去されたのち、そのガスＧは二つのガス流路８Ａ，８Ｂに分岐されて並列的に流れる。そして、一方のガス流路８Ａを流れるガスＧ中に含まれているＣＯはＮＤＩＲ１０で検出（測定）されるとともに、他方のガス流路８Ｂを流れるガスＧは酸化部１１に至り、ここでＣＯ及びＨ2 はＣｕＯ１６ａによりＣＯ2 及びＨ2 Ｏに酸化されたのち、その酸化されたＣＯ2 及びＨ2 Ｏは脱ＣＯ2 部１２及び脱水部１３の通過時にガスＧから除去され、次いで、このガスＧ中に残存しているＮ2 ，Ｈ2 などの元素がＴＣＤ１４において熱伝導度法で検出（測定）されるといった元素分析動作が行われる。
【００２６】
そして、この第２実施例の場合も、第１実施例と同様に、酸化部１１のＣｕＯ１６ａ、脱ＣＯ2 部６，１２のシリカゲルやアルミナにアルカリ（ＮａＯＨ，ＫＯＨ）に含浸させた脱ＣＯ2 剤、及び、脱水部７，１３の過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤の経時的な劣化をそれぞれ変色によって目視確認してそれら試薬の交換必要時期を容易かつ適切に把握することが可能である。
【００２７】
図４は、加熱融解抽出法を採用した第１発明に係る試料中の元素分析装置のうち、水素分析装置に適用した第３実施例を示す概略構成図であり、同図において、１は加熱炉としての電力制御方式抽出炉であって、この抽出炉１内には、例えば黒鉛るつぼ２がセットされ、そのるつぼ２内に秤量された鉄鋼などの試料３が収容される。また、この抽出炉１には、その内部にキャリアガスとしてのアルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガスを供給する不活性ガス供給路４が接続されている。
【００２８】
前記不活性ガス供給路４には、不活性ガス中のＯ2 、ＣＯ2 及びＨ2 Ｏを吸着除去するための脱Ｏ2 部５、脱ＣＯ2 部６及び脱水部７が設けられているとともに、前記抽出炉１内において不活性ガス雰囲気下で試料３が加熱融解されるときに抽出される水素ガスＧａが流れるガス流路８には、発生ガス中に含まれるダストを除去するダストフィルタ９、抽出水素ガスＧａ中に含まれるＣＯをＣＯ2 に酸化させる酸化部１１、この酸化部１１で酸化されたＣＯ2 及びＨ2 Ｏを水素ガスＧａから除去する脱ＣＯ2 部１２及び脱水部１３が直列状に配置され、かつ、脱水部１３の下流側には残存ガス（Ｈ2 ，Ｎ2 ）からＨ2 を分離する分離カラム２５及びそこで分離されたＨ2 を熱伝導度法で検出するＴＣＤ１４が設けられている。
【００２９】
なお、前記酸化部１１は、常温酸化部１１Ａの他に、水素ガス（Ｈ2 ）以外の共存ガス、特に窒素ガス（Ｎ2 ）を補償する機構としてＣｕＯを用いた高温酸化部１１Ｂが切換部２７を介してガス流路８に対してバイパス的に設けられているとともに、前記分離カラム２５に対してカラムバイパス機構２６が切換部２８を介してパイパス的に設けられており、その他の構成並びに脱ＣＯ2 部６，１２、酸化部１１（１１Ａ，１１Ｂ）及び脱水部７，１３における試薬封入構造等は第１，第２実施例と同様であるため、それらの詳しい説明を省略する。
【００３０】
上記のように構成された第３実施例の加熱融解抽出法による試料中の水素分析装置においては、抽出炉１内における不活性ガス雰囲気下での試料３の加熱融解に伴い抽出されてガス流路８に流れる水素ガスＧａ中に含まれるダストがダストフィルタ９により除去されたのち、そのガスＧａは直接、常温酸化部１１Ａに至る、もしくは、切換部２７を通り高温酸化部１１Ｂを経たのち常温酸化部１１Ａに至り、ここで水素ガスＧａ中に含まれているＣＯはＣＯ2 及びＨ2 Ｏに酸化されたのち、その酸化されたＣＯ2 及びＨ2 Ｏは脱ＣＯ2 部１２及び脱水部１３の通過時に水素ガスＧａから除去され、次いで、分離カラム２５、もしくは、切換部２８を経てカラムバイパス機構２６に導かれ、ここで残存ガス（Ｈ2 ，Ｎ2 ）からＨ2 が分離され、その分離されたＨ2 がＴＣＤ１４において熱伝導度法で検出（測定）されるといった水素分析動作が行われる。
【００３１】
そして、この第３実施例の場合も、第１，第２実施例と同様に、高温酸化部１１ＢのＣｕＯ１６ａ、脱ＣＯ2 部６，１２のシリカゲルやアルミナにアルカリ（ＮａＯＨ，ＫＯＨ）に含浸させた脱ＣＯ2 剤、及び、脱水部７，１３の過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤の経時的な劣化をそれぞれ変色によって目視確認してそれら試薬の交換必要時期を容易かつ適切に把握することが可能である。
【００３２】
図５は、燃焼法を採用した第２発明に係る試料中の元素分析装置の第４実施例を示す概略構成図を示し、同図において、１は加熱炉としての高周波加熱炉または電気炉であって、この加熱炉１内には、例えば磁製のるつぼ２がセットされ、そのるつぼ２内に秤量された鉄鋼などの試料３が収容される。また、この加熱炉１には、その内部にキャリアガスとしての酸素Ｏ2 気流を供給する酸素気流供給路１７が接続されている。１８は前記加熱炉１内において酸素気流雰囲気下で試料３を燃焼するときに発生する燃焼ガスＧｂが流れる燃焼ガス流路である。
【００３３】
前記酸素気流供給路１７には、炭化水素（ＨＣ） を酸化させる白金(Ｐｔ)触媒１９とここで酸化されたＣＯ2 及びＨ2 Ｏを吸着除去するための脱ＣＯ2 部２０及び脱水部２１が設けられている。また、前記燃焼ガス流路１８には、燃焼ガスＧｂ中に含まれる酸化鉄などの酸化ダストを除去するダストフィルタ２２、脱水部２３及び燃焼ガスＧｂ中に含まれるＣＯ，ＣＯ2 を検出するためのＮＤＩＲ２４などが直列状に配置されている。
【００３４】
上記構成の燃焼法による試料中の元素分析装置において、前記脱水部２１，２３は、過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤にＨ2 Ｏとの反応により変色する気体指示薬、例えばクリスタルバイオレットもしくはそれを主成分とする気体指示薬を含浸させた試薬、あるいは、過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤と前記気体指示薬とを並存させてなる試薬を封入してなる。この試薬は、
Ｈ2 Ｏ＋Ｍｇ（ＣｌＯ4 ）2 →Ｍｇ（ＣｌＯ4 ）2 ・Ｈ2 Ｏ
なる化学反応式からも明らかなように、塩基性であるＭｇ（ＣｌＯ4 ）2 ・Ｈ2 Ｏが生成されることにより、クリスタルバイオレット（指示薬）が黄色から紫色に変色するものである。
【００３５】
また、前記脱ＣＯ2 部２０は、上記した第１実施例の加熱融解抽出法による試料中の元素分析装置における酸化部１１と同様に、耐熱透明ガラス管内に、シリカゲルやアルミナにアルカリ（ＮａＯＨ，ＫＯＨ）を含浸させた脱ＣＯ2 剤にＣＯ2 と化学反応するヒドラジン（Ｎ2 Ｈ4 ）と指示薬を含浸させた脱ＣＯ2 剤を耐熱透明ガラス管内に並存させてなる試薬を封入してなる。この試薬は、
ＣＯ2 ＋Ｎ2 Ｈ4 →ＮＨ2 ＮＨＣＯＯＨ
なる化学反応式からも明らかなように、ＣＯ2 によってＮ2 Ｈ4 が酸化されることになり、指示薬が橙色から黄色に変色するものである。
【００３６】
なお、脱ＣＯ2 部２０及び脱水部２１，２３の具体的な構造は、第１実施例の加熱融解抽出法による試料中の元素分析装置における酸化部１１の説明で用いた図２の（Ａ）〜（Ｃ）と同様に、耐熱透明ガラス管内に所定の試薬を封入してなるものであるため、それらの詳細図については省略する。
【００３７】
次に、上記のように構成された燃焼法による試料中の元素分析装置における元素分析動作について簡単に列記説明する。
（１）キャリアガスとして酸素気流供給路１７に供給されたＯ2 気流は、Ｐｔ触媒１９により不純物として含まれているＨＣが酸化された後、脱ＣＯ2 部２０及び脱水部２１を通過し、それらの通過時に酸素気流中に含まれているＣＯ2及びＨ2 Ｏが除去された後、高周波加熱炉１内に供給され、その酸素気流雰囲気下において試料３が燃焼される。
（２）この燃焼に伴い発生して燃焼ガス流路１８に流れる燃焼ガスＧｂ中に含まれる酸化鉄などの酸化ダストはダストフィルタ２２により除去されたのち、燃焼ガスＧｂ中に含まれているＨ2 Ｏは脱水部２３の通過時に燃焼ガスＧｂから除去される一方、この燃焼ガスＧｂ中に残存しているＣＯ，ＣＯ2 などの元素がＮＤＩＲ２４において赤外線吸収法で検出（測定）される。
【００３８】
以上の（１），（２）の工程動作によって、鉄鋼などの試料３中に含まれている各種の元素が検出され分析されるが、この分析動作時において前記脱ＣＯ2 部２０のシリカゲルやアルミナにアルカリ（ＮａＯＨ，ＫＯＨ）を含浸させた脱ＣＯ2 剤の劣化に伴い、該脱ＣＯ2 剤に含浸または並存させた指示薬が既述した化学反応により橙色から黄色に変色する。また、前記各脱水部２１，２３の過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤の劣化に伴い、該脱水剤に含浸または並存させた気体指示薬が既述した化学反応により黄色から紫色に変色する。
【００３９】
したがって、前記脱ＣＯ2 部２０のシリカゲルやアルミナにアルカリ（ＮａＯＨ，ＫＯＨ）を含浸させた脱ＣＯ2 剤、及び、脱水部２１，２３の過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤の経時的な劣化をそれぞれ変色によって目視確認してそれら試薬の交換必要時期を容易かつ適切に把握することが可能であり、運転停止（分析動作の中断）などの多大な手数及び時間を要することなく、各試薬の交換時期を適正化して廃薬品量を低減できるとともに、常に高い分析精度を維持することができる。
【００４０】
なお、前記酸化部１１における試薬として、上記実施の形態では、亜硫酸パラジウムナトリウム{Ｎａ2 Ｐｄ（ＳＯ3 ）2 }もしくはそれを主成分とする指示薬をＣｕＯに含浸または並存させたもので示したが、これ以外に、例えば五酸化ヨウ素、亜硫酸パラジウムカリウムなどＣＯとの化学反応により変色するｐＨ指示薬であればよい。
【００４１】
また、前記脱ＣＯ2 部６，１２，２０における試薬として、上記各実施の形態では、ヒドラジン（Ｎ2 Ｈ4 ）もしくはそれを主成分とする指示薬をシリカゲルやアルミナなどに含浸させたもので示したが、これ以外に、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどとＣＯ2との化学反応により変色する指示薬であればよい。
【００４２】
さらに、前記脱水部７，１３，２１，２３における試薬として、上記各実施の形態では、クリスタルバイオレッサト指示薬を過塩素酸マグネシウムなどの脱水剤に含浸または並存させたもので示したが、これ以外に、例えば塩化コバルトなどＨ2 Ｏとの反応により変色する気体指示薬であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第１発明に係る加熱融解抽出法を採用した試料中の元素分析装置の第１実施例を示す概略構成図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、酸化部の具体的構成を示す拡大断面図である。
【図３】第１発明に係る加熱融解抽出法を採用した試料中の元素分析装置の第２実施例を示す概略構成図である。
【図４】第１発明に係る加熱融解抽出法を採用した試料中の元素分析装置のうち、水素分析装置に適用した第３実施例を示す概略構成図である。
【図５】第２発明に係る燃焼法を採用した試料中の元素分析装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 加熱炉
３ 試料
４ 不活性ガス供給路
６，１２，２０ 脱ＣＯ2 部
７，１３，２１，２３ 脱水部
８ ガス流路
１０，２４ ＮＤＩＲ（ＣＯ検出部）
１１ 酸化部
１４ ＴＣＤ（元素検出部）
１７ Ｏ2 気流供給路
１８ 燃焼ガス流路
Ｇ 発生ガス
Ｇａ 抽出水素ガス
Ｇｂ 燃焼ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガスを供給しながら加熱炉内で試料を加熱融解するときに発生するガス中に含まれる一酸化炭素を酸化させる酸化部と、この酸化部で発生する二酸化炭素及び水分を前記ガスから除去する脱二酸化炭素部及び脱水部と、二酸化炭素及び水分が除去されたガス中の元素を検出する元素検出部とがガス流路中に順に配置されてなる試料中の元素分析装置において、
前記酸化部、脱二酸化炭素部及び脱水部にはそれぞれ、酸化銅、脱二酸化炭素剤及び脱水剤に一酸化炭素、二酸化炭素及び水分との反応により変色する指示薬を含浸または並存させた試薬が用いられていることを特徴とする試料中の元素分析装置。
【請求項２】
前記加熱炉に供給される不活性ガス中の二酸化炭素及び水分を吸着除去するために不活性ガス供給路中に設けられる脱二酸化炭素部及び脱水部にも、脱二酸化炭素剤及び脱水剤に、二酸化炭素及び水分との反応により変色する指示薬を含浸または並存させた試薬が用いられている請求項１に記載の試料中の元素分析装置。
【請求項３】
前記加熱炉で発生するガス中に含まれる一酸化炭素を検出する一酸化炭素検出部を配置した専用のガス流路が、前記ガス流路に対して並列的に設けられている請求項１または２に記載の試料中の元素分析装置。
【請求項４】
酸素気流を供給しながら加熱炉内で試料を燃焼するときに発生する燃焼ガス中の水分を除去する脱水部と、水分が除去された燃焼ガス中の元素を検出する元素検出部とが燃焼ガス流路に直列状に配置されてなる試料中の元素分析装置において、
前記燃焼ガス流路中の脱水部並びに前記加熱炉に供給される酸素気流中に含まれる二酸化炭素及び水分を吸着除去するために酸素気流供給路中に設けられた脱二酸化炭素部及び脱水部にはそれぞれ、脱二酸化炭素剤及び脱水剤に二酸化炭素及び水分との反応により変色する指示薬を含浸または並存させた試薬が用いられていることを特徴とする試料中の元素分析装置。
【請求項１】
不活性ガスを供給しながら加熱炉内で試料を加熱融解するときに発生するガス中に含まれる一酸化炭素を酸化させる酸化部と、この酸化部で発生する二酸化炭素及び水分を前記ガスから除去する脱二酸化炭素部及び脱水部と、二酸化炭素及び水分が除去されたガス中の元素を検出する元素検出部とがガス流路中に順に配置されてなる試料中の元素分析装置において、
前記酸化部、脱二酸化炭素部及び脱水部にはそれぞれ、酸化銅、脱二酸化炭素剤及び脱水剤に一酸化炭素、二酸化炭素及び水分との反応により変色する指示薬を含浸または並存させた試薬が用いられていることを特徴とする試料中の元素分析装置。
【請求項２】
前記加熱炉に供給される不活性ガス中の二酸化炭素及び水分を吸着除去するために不活性ガス供給路中に設けられる脱二酸化炭素部及び脱水部にも、脱二酸化炭素剤及び脱水剤に、二酸化炭素及び水分との反応により変色する指示薬を含浸または並存させた試薬が用いられている請求項１に記載の試料中の元素分析装置。
【請求項３】
前記加熱炉で発生するガス中に含まれる一酸化炭素を検出する一酸化炭素検出部を配置した専用のガス流路が、前記ガス流路に対して並列的に設けられている請求項１または２に記載の試料中の元素分析装置。
【請求項４】
酸素気流を供給しながら加熱炉内で試料を燃焼するときに発生する燃焼ガス中の水分を除去する脱水部と、水分が除去された燃焼ガス中の元素を検出する元素検出部とが燃焼ガス流路に直列状に配置されてなる試料中の元素分析装置において、
前記燃焼ガス流路中の脱水部並びに前記加熱炉に供給される酸素気流中に含まれる二酸化炭素及び水分を吸着除去するために酸素気流供給路中に設けられた脱二酸化炭素部及び脱水部にはそれぞれ、脱二酸化炭素剤及び脱水剤に二酸化炭素及び水分との反応により変色する指示薬を含浸または並存させた試薬が用いられていることを特徴とする試料中の元素分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１８７５７９（Ｐ２００７−１８７５７９Ａ）
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６５３９（Ｐ２００６−６５３９）
【出願日】平成１８年１月１３日（２００６．１．１３）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１３日（２００６．１．１３）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
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