JP3201420U

JP3201420U - フレーム式原子吸光光度計

Info

Publication number: JP3201420U
Application number: JP2015004845U
Authority: JP
Inventors: 加寿雄杉原
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2015-12-10
Anticipated expiration: 2025-09-25
Also published as: CN205426778U

Abstract

【課題】火炎の立ち消えを確実に検知できるフレーム式原子吸光光度計を提供する。【解決手段】供給された燃料ガス及び助燃ガスに測定試料を霧化して導入することで混合試料を調整する試料混合部１６と、混合試料中の燃料ガス及び助燃ガスに点火して火炎を形成する燃焼部２と、火炎５によって原子化した測定試料に測定光を出射する光源８と、測定光強度を検出する測定光検出センサ１３と、測定光強度に基づいて吸光度を算出する測定部４１とを備え、火炎５から出射される火炎光強度を検出する火炎光検出センサ１４と、環境光強度を検出する環境光検出センサ１５と、火炎光及び環境光の光強度に基づいて、火炎５が形成されているか否かを判定する火炎監視部４２とを備える構成とする。【選択図】図１

Description

本考案は、フレーム式原子吸光光度計に関し、さらに詳しくは、火炎によって原子化した測定試料による吸光度を測定するフレーム式原子吸光光度計に関する。

フレーム式原子吸光光度計では、液体である測定試料を霧化して火炎中に導入することにより、測定試料を原子化することで、原子化した測定試料による測定光の光強度を測定している。このとき、光源から原子化した測定試料に測定光を出射して、測定光検出センサで測定試料を通過した測定光の光強度を検出している。
このようなフレーム式原子吸光光度計では、測定試料を原子化する火炎を形成する必要があるため、空気（助燃ガス）とアセチレンガス（燃料ガス）がバーナ（燃焼部）へ供給される。そして、供給された空気とアセチレンガスの混合気体に点火することにより、バーナヘッド上に火炎を形成している。

また、フレーム式原子吸光光度計では、火炎の立ち消えを検知するフォトトランジスタ（火炎光検出センサ）を備えるものがある（例えば特許文献１参照）。構成の一例としては、バーナヘッド上に形成される火炎に近接するように、火炎光の光強度を検出するフォトトランジスタを設け、該フォトトランジスタのエミッタ端子を接地するとともに、コレクタ端子を負荷抵抗でプルアップする。これにより、火炎が形成されている場合には、フォトトランジスタに電流が流れ（フォトトランジスタＯＮ）、コレクタ端子が「Ｌ」レベル程度になる。一方、火炎が形成されていない場合には、フォトトランジスタに電流が流れず（フォトトランジスタＯＦＦ）、コレクタ端子が「Ｈ」レベル程度になる。したがって、コレクタ端子の電位を所定の基準電位Ｔ_１（ただし、Ｈ＜Ｔ_１＜Ｌ）と比較することで、火炎の有無を判定している。すなわち、フォトトランジスタで検出する火炎光の光強度によって、試料測定時の火炎の立ち消えを検知している。

さらに、フレーム式原子吸光光度計では、バーナヘッド上に形成される火炎に近接する位置に配置された火炎光検出センサと、火炎光強度Ａが閾値Ｔ_１未満であるときには火炎が形成されていないと判定し、火炎光強度Ａが閾値Ｔ_１以上であるときには火炎が形成されていると判定する火炎監視部とを備えるものもある（例えば特許文献２参照）。これにより、点火後に火炎光強度Ａが閾値Ｔ_１未満になったときには、火炎の立ち消えが発生したと判定して、アセチレンガスの供給を停止している。

ところで、フレーム式原子吸光光度計では、バーナヘッド上に環境光が入射することによって、火炎が形成されていないにもかかわらず、火炎光検出センサで検出された火炎光強度Ａが閾値Ｔ_１以上になることがある（図３（ｂ）参照）。
このため、点火前に火炎光検出センサで検出される環境光による光強度を確認し、その環境光強度が閾値Ｔ_１以上であるときには、「点火シーケンス」に入らないようにすることで、火炎の立ち消えが検知できない事態の発生を防止している。

特開平１１−２３４５３号公報特開２００９−２８１７７０号公報

しかしながら、上述したようなフレーム式原子吸光光度計では、点火前に火炎光検出センサで検出された火炎光強度Ａが閾値Ｔ_１未満（図２（ａ）参照）であっても、点火中に環境光の光量が増し、環境光のみの光強度が閾値Ｔ_１以上になった場合（日が傾いて直射日光が装置（バーナ室）に照射される等）には、火炎の立ち消えが発生しても、火炎光検出センサで検出された火炎光強度Ａが閾値Ｔ_１以上となっているため、ユーザが火炎の立ち消えを検知できず、アセチレンガスが流出し続けるという問題点があった（図３（ｂ）参照）。

本件考案者は、上記課題を解決するために、火炎の立ち消えを確実に検知できる方法について検討を行った。従来のように火炎光検出センサのみで環境光を検知しようとした場合、点火中は火炎光強度が支配的であって環境光の強弱は不明であるとともに、火炎光強度は測定する試料によっても変化するため困難である。そこで、火炎が観測されない箇所に、火炎光検出センサとは別に環境光検出センサを設け、火炎光検出センサで検出された火炎光強度Ａと環境光検出センサで検出された環境光強度Ｂとに基づいて、バーナヘッド上に火炎が形成されているか否かを判定することを見出した。

すなわち、本考案のフレーム式原子吸光光度計は、燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、助燃ガスを供給する助燃ガス供給部と、供給された燃料ガス及び助燃ガスに測定試料を霧化して導入することで、混合試料を調整する試料混合部と、前記混合試料中の燃料ガス及び助燃ガスに点火して火炎を形成する燃焼部と、前記火炎によって原子化した測定試料に測定光を出射する光源と、前記測定試料を通過した測定光の光強度を検出する測定光検出センサと、前記測定光の光強度に基づいて、前記測定試料による吸光度を算出する測定部とを備えるフレーム式原子吸光光度計であって、前記火炎から出射される火炎光の光強度を検出する火炎光検出センサと、前記火炎から出射される火炎光を検出せず、環境光の光強度を検出する環境光検出センサと、火炎光の光強度及び環境光の光強度に基づいて、火炎が形成されているか否かを判定する火炎監視部とを備えるようにしている。

本考案のフレーム式原子吸光光度計によれば、点火中に周囲が明るくなったときには、「火炎の立ち消えが検知不能」であると環境光検出センサが判定して、火炎監視部が自動的に消化したり、危険状態となっていることをユーザに提示したりすることにより、ユーザの安全を確保することができる。

（その他の課題を解決するための手段及び効果）
また、本考案のフレーム式原子吸光光度計は、前記火炎監視部は、前記火炎光の光強度が第一閾値以上であり、かつ、前記環境光の光強度が第二閾値未満であるときには、火炎が形成されていると判定し、一方、前記火炎光の光強度が第一閾値未満であるか、或いは、前記環境光の光強度が第二閾値以上であるときには、火炎が形成されていない可能性があると判定するようにしてもよい。

ここで、「第一閾値」とは、火炎光検出センサで火炎が形成されているか否かを判定するために設計者やユーザ等によって決められる光強度である。
また、「第二閾値」とは、火炎の有無の判定に邪魔になる過剰な環境光が火炎光検出センサに入射しているか否かを判定するための光強度であり、火炎光検出センサの位置と環境光検出センサの位置とは離隔しているため、火炎光検出センサと環境光検出センサとの位置関係を考慮して設計者やユーザ等が適宜決定することが好ましい。

本考案に係るフレーム式原子吸光光度計の一例を示す概略構成図。環境光強度が小さいときの光強度と閾値との関係を説明する図。環境光強度が大きいときの光強度と閾値との関係を説明する図。

以下、本考案の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本考案は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本考案の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

図１は、本考案の実施形態であるフレーム式原子吸光光度計の一例を示す概略構成図である。また、図２及び図３は、環境光強度と閾値との関係を示す説明図であり、図２は環境光強度が小さいとき、図３は環境光強度が大きいときを示している。
フレーム式原子吸光光度計１は、火炎５を形成するバーナ（燃焼部）２と、空気を供給する助燃ガス供給部１１と、アセチレンガスを供給する燃料ガス供給部１２と、測定光を出射する光源８と、測定光強度を検出する測定光検出センサ１３と、火炎光強度Ａを検出する火炎光検出センサ１４と、環境光強度Ｂを検出する環境光検出センサ１５と、測定試料を霧化して導入することで混合試料を調整するフレームチャンバ（試料混合部）１６と、バーナ室１７と、コンピュータにより構成される制御部２０とを備える。

助燃ガス供給部１１は、空気供給管３１を開閉する電磁弁１１ａと、空気の流量を調整する空気流量調節部１１ｂとを有する。そして、助燃ガス供給部１１は、制御部２０からの制御信号に基づいた流量で、空気をフレームチャンバ１６に供給する。
燃料ガス供給部１２は、燃料供給管３２を開閉する電磁弁１２ａと、アセチレンガスの流量を調整する燃料ガス流量調節部１２ｂとを有する。そして、燃料ガス供給部１２は、制御部２０からの制御信号に基づいた流量で、アセチレンガスをフレームチャンバ１６に供給する。

フレームチャンバ１６は、噴霧器３と、試料吸入管４とを有する。これにより、ユーザによって測定試料が試料吸入管４から噴霧器３に導入されると、霧状になった測定試料とアセチレンガスと空気とがフレームチャンバ１６内で混合されてバーナ２に送られる。なお、測定試料が噴霧器３に導入されないときには、アセチレンガスと空気のみがフレームチャンバ１６内で混合されてバーナ２に送られる。つまり、測定試料が導入されないときには、測定試料を含有しない混合気体がバーナ２に送られるようになっている。
バーナ２は、フレームチャンバ１６から供給された混合気体を、バーナヘッドの細長いスリットから放出し、制御部２０からの制御信号に基づいて、混合気体に点火してバーナヘッド上に火炎５を形成したり、形成した火炎５を消火したりする。よって、測定試料を含有する混合試料がフレームチャンバ１６から供給されているときに火炎５を形成した場合には、混合試料中の測定試料が火炎５によって原子化されて原子蒸気となる。

測定光検出センサ１３は、光源８と対向するように配置され、火炎５によって原子化した測定試料を通過した測定光を分光器（図示せず）で分光し、分光した測定光強度を検出して、測定光強度を示す検出信号を後述する制御部２０の測定部４１に出力する。

火炎光検出センサ１４は、光源８と対向せず、バーナヘッド上に形成される火炎５に近接する位置に配置されたフォトトランジスタであり、該フォトトランジスタのエミッタ端子を接地するとともに、コレクタ端子を負荷抵抗でプルアップしている。これにより、火炎光検出センサ１４は、火炎５から出射される火炎光強度Ａを検出して、火炎光強度Ａを示す検出信号を制御部２０に出力する。
環境光検出センサ１５は、火炎光検出センサ１４と同様、光源８と対向せず、バーナヘッド上に形成される火炎５に遠接する位置に配置されたフォトトランジスタであり、該フォトトランジスタのエミッタ端子を接地するとともに、コレクタ端子を負荷抵抗でプルアップしている。これにより、環境光検出センサ１５は、火炎５から出射される火炎光ではなくバーナ室１７内に入射した環境光強度Ｂのみを検出して、環境光強度Ｂを示す検出信号を制御部２０に出力する。

制御部２０は、各種の制御や演算処理を行うＣＰＵ２１を備え、さらに、入力装置２２と表示装置２３とメモリ２４とが連結されている。また、ＣＰＵ２１が実行する処理を、機能ブロックごとに分けて説明すると、測定試料による吸光度を算出する測定部４１と、火炎５が形成されているか否かを判定する火炎監視部４２とを有する。さらに、メモリ２４には、火炎５が形成されているか否かを判定するための火炎光強度Ａの第一閾値Ｔ_１と環境光Ｂの光強度の第二閾値Ｔ_２とが予め記憶されている。

測定部４１は、入力装置２２等からの測定開始／測定終了を示す操作信号に基づいて、バーナ２、光源８、助燃ガス供給部１１、燃料ガス供給部１２のそれぞれに制御信号を出力し、その後、測定光検出センサ１３からの検出信号に基づいて、火炎５によって原子化した測定試料による吸光度を算出する制御を行う。
例えば、入力装置２２等から測定開始を示す操作信号を受信したときには、火炎光検出センサ１４からの検出信号を受信する。そして、火炎光強度Ａが第一閾値Ｔ_１未満であると判定したときには、「点火シーケンス」に入り、助燃ガス供給部１１を制御して空気の流量を１５．０Ｌ／ｍｉｎ（測定開始用の設定流量）に調整するとともに、燃料ガス供給部１２を制御してアセチレンガスの流量を２．０Ｌ／ｍｉｎ（測定開始用の設定流量）に調整する（図２（ａ）参照）。そして、バーナ２に対して空気とアセチレンガスの混合気体に点火する制御を行うとともに、測定光を出射するべく光源８を制御する。その後、測定光検出センサ１３からの検出信号を受信して、火炎５によって原子化した測定試料による吸光度を算出する。
また、入力装置２２等から測定終了を示す操作信号を受信したときには、助燃ガス供給部１１を制御して空気の流量を０．０Ｌ／ｍｉｎ（測定終了用の設定流量）に調整するとともに、燃料ガス供給部１２を制御して、アセチレンガスの流量を０．０Ｌ／ｍｉｎ（測定終了用の設定流量）に調整する。そして、火炎５を消火するようバーナ２を制御するとともに、測定光の出射を停止するべく光源８を制御する。

火炎監視部４２は、「点火シーケンス」に入ったときには、火炎光検出センサ１４と環境光検出センサ１５からの各検出信号に基づいて、火炎５が形成されているか否かを判定する制御を行う。
例えば、火炎光検出センサ１４から「火炎光強度Ａが第一閾値Ｔ_１未満」との検出信号を受信したときには、火炎が形成されていないと判定（図２（ｃ）参照）して、エラーメッセージ「火炎が消えています」を表示装置２３に表示する。そして、助燃ガス供給部１１を制御して空気の流量を０．０Ｌ／ｍｉｎに調整するとともに、燃料ガス供給部１２を制御してアセチレンガスの流量を０．０Ｌ／ｍｉｎに調整する。

また、環境光検出センサ１５から「環境光強度Ｂが第二閾値Ｔ_２以上」との検出信号を受信したときには、火炎が形成されていない可能性があると判定（図３参照）して、エラーメッセージ「火炎が消えている可能性があります」を表示装置２３に表示する。このエラーメッセージを確認したユーザは、日が傾いて直射日光がバーナ室１７に当たるようになったと認識して、窓のブラインドを下ろす等の対応を行う。
一方、火炎光強度Ａが第一閾値Ｔ_１以上であり、環境光強度Ｂが第二閾値Ｔ_２未満であるときには、火炎５が正常に形成されていると判定（図２（ｂ）参照）し、表示装置２３にはメッセージを表示しない。

以上のように、本考案のフレーム式原子吸光光度計１によれば、点火中に周囲が明るくなったときには、環境光検出センサ１５による火炎５の立ち消えが検知できない状態になったと判定し、その危険性を火炎監視部４２がユーザに提示することにより、ユーザの安全を確保することができる。その結果、図２（ｃ）や図３（ｂ）に示すような火炎５の立ち消えを確実に検知できる。

＜他の実施形態＞
（１）上述したフレーム式原子吸光光度計１では、環境光強度Ｂが第二閾値Ｔ_２以上であるときには、エラーメッセージを表示装置２３に表示してユーザに報知する構成を示したが、これに代えて、自動的に助燃ガス供給部１１と燃料ガス供給部１２とを制御して、空気とアセチレンガスの供給を停止するような構成としてもよい。

（２）上述したフレーム式原子吸光光度計１において、メモリ２４には第一閾値Ｔ_１と第二閾値Ｔ_２とが予め記憶されている構成としたが、測定ごとに第一閾値Ｔ_１と第二閾値Ｔ_２とをユーザが設定するような構成としてもよい。

本考案は、火炎によって原子化した測定試料による吸光度を測定するフレーム式原子吸光光度計等に利用することができる。

１：フレーム式原子吸光光度計
２：バーナ（燃焼部）
５：火炎
８：光源
１１：助燃ガス供給部
１２：燃料ガス供給部
１３：測定光検出センサ
１４：火炎光検出センサ
１５：環境光検出センサ
１６：フレームチャンバ（試料混合部）
４１：測定部
４２：火炎監視部

Claims

燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
助燃ガスを供給する助燃ガス供給部と、
供給された燃料ガス及び助燃ガスに測定試料を霧化して導入することで、混合試料を調整する試料混合部と、
前記混合試料中の燃料ガス及び助燃ガスに点火して火炎を形成する燃焼部と、
前記火炎によって原子化した測定試料に測定光を出射する光源と、
前記測定試料を通過した測定光の光強度を検出する測定光検出センサと、
前記測定光の光強度に基づいて、前記測定試料による吸光度を算出する測定部とを備えるフレーム式原子吸光光度計であって、
前記火炎から出射される火炎光の光強度を検出する火炎光検出センサと、
前記火炎から出射される火炎光を検出せず、環境光の光強度を検出する環境光検出センサと、
火炎光の光強度及び環境光の光強度に基づいて、火炎が形成されているか否かを判定する火炎監視部とを備えることを特徴とするフレーム式原子吸光光度計。
前記火炎監視部は、前記火炎光の光強度が第一閾値以上であり、かつ、前記環境光の光強度が第二閾値未満であるときには、火炎が形成されていると判定し、
一方、前記火炎光の光強度が第一閾値未満であるか、或いは、前記環境光の光強度が第二閾値以上であるときには、火炎が形成されていない可能性があると判定することを特徴とする請求項１に記載のフレーム式原子吸光光度計。