JPH021265B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は化学分析、例えば滴定を繰返し、か
つ、連続的に行なうために好適な方法に関する。

化学分析を行なうために種々の方法および装置
が提案されている。

本明細書の一部として参照すべき以下の出版物
は、本発明の種々の局面、概念および目的が十分
に理解できるように、ここに紹介する次第であ
る。

連続流の測定を基礎においた化学分析の自動化
が、“流れ注入分析、第部、連続流分光分析に
よるプラント物質中の燐の超迅速測定”、J.ルチ
カ（Ruzicka）およびJ.W.B.スチユワート
（Stewart）、アナリチカ・シミカ・アクタ
（Analytica Chimica Acta）、79（1975）79〜91
に記載されている。記載の方法は、連続的に移動
している試薬のキヤリヤー流中への水性試料の急
速注入を利用している。注入された試料が１つの
域を形成し、次にそれが検出器へ向けて移送さ
れ、その検出器が吸収または電極電位の変化等を
連続的に記録する。その方法は、水性試料の注入
の期間中に明らかに中断されることのない、連続
的に移動しているキヤリヤー流を使用している。

アナリチカ・シミカ・アクタ、79（1975）145〜
147、J.ルチカおよびE.H.ハンセン（Hansen）の
“流れ注入分析、第部、迅速連続流分析の新概
念、”の第146ページに、試料がそれらの個個の容
器から、そのチユーブを通して分析全体が完了す
るまで、上記チユーブ中へ継続的に吸引され、試
料がその中を移動する連続的流れ分析装置が記載
されている。それらの試料は、連続的に移動する
流れの一部になり、その中へ所定の地点で試薬が
一定の流速で添加される。その工程流は最後には
分光分析計のセルを通つて流れ、そのセル中で定
量的測定が行なわれ、そしてその信号が連続的に
記録される。

アナリチカ・シミカ・アクタ、81（1976）371〜
386頁、J.W.B.スチユワート、J.ルチカ、H.H.ベ
ルガミン・フイロー（Bergamin Filho）および
E.A.ザガツト（Zagatt）の“流れ注入分析第
部、プラントダイジエスト中の全窒素含有量の迅
速測定のための連続流分光分析および電位差分析
の比較”の371ページに、試料溶液の試薬キヤリ
ヤー流中への急速注入を基礎とする、新らしい試
みが記載されている。注入された試料は良く画定
された域を形成すると考えられ、次にそれが検出
器へ移送される。この移送の間に、その試料溶液
はキヤリヤー流と混合され、そしてその成分と反
応し、フロー・スルー検出器中で定量的に測定さ
れる種（species）を形成する。彼らはその化学
反応が十分早ければ、そのキヤリヤー流は空気に
よつて分節化（segment）される必要は無いと述
べ、その理由は、乱流を造りあげることによつ
て、分析器への導管を短かく保ち、キヤリーオー
バーを効果的に防止しうることによると述べてい
る。

試料域が移動流中へ注入される流れ注入分析法
もしくは連続流れ分析法、或は連続的に流れてい
る溶液中での連続滴定技法に関するその他の文献
は次の通りである： アナリチカ・シミカ・アクタ、81（1976）387〜
396頁、J.ルチカ、J.W.B.スチユワートおよびE.
A.ゼガツト、“流れ注入分析第部、流れ試料分
割および塩水中の塩化物の連続的分光分析に対す
るその応用”。

アナリチカ・シミカ・アクタ、82（1976）137〜
144頁、J.W.B.スチユワートおよびJ.ルチカ、“流
れ的入注入分析第部、“単一分光光度計でのプ
ラント物質の酸性ダイジエスト中の窒素および燐
の同時測定”。

アナリチカ・シミカ・アクタ、87（1976）353〜
363頁、エロ（Elo）H.ハンセン、およびJ.ルチ
カ、“流れ注入分析第部、透析および試料稀釈
による血液血清中の燐酸塩および塩化物の分析
法”。

アナリチカ・シミカ・アクタ、（1977）235〜
249頁、J.ルチカ、E.H.ハンセンおよびH.モスベ
ツク（Mosbaek）、“流れ注入分析第部、連続
流滴定への新しい試み”。

アナリチカ・シミカ・アクタ、91（1977）87〜
96頁、G.ネーギー（Nagy）、Zs.フエーエル
（Feher）、K.トス（Toth）およびE.パンガー
（Pungor）、“流れ試料の分析に対する新規滴定技
術−三角−プログラム−滴定技術”。

アナリチカ・シミカ・アクタ、91（1977）97〜
106頁、G.ネーギーおよびZs.フエーエル、“流れ
試料の分析に対する新規滴定技術−三角−プログ
ラム−滴定技術”。

一般的に、空白クロマトグラフイに関する参考
文献には次のものが含まれる。

“液体−固体空白クロマトグラフイの或る種の
局面、R.P.W.スコツト（Scott）、G.G.スコツト
およびパウル・クセラ（Paul Kucera）著”、ア
ナリチカル・ケミストリー（Analytical
Chemistry）、44巻(1)100〜104頁に、循環してい
る可動相と注入された試料との間の組成の差を評
価するために、液体−固体システムを使用した空
白クロマトグラフイが記載されている。その文献
には、参照混合物がカラムを通して連続的にポン
プ送りされ、そのカラム排出流が再循環されるこ
とが述べられている。また逆にその反応混合物が
循環され、そして参照試料を注入することもでき
る。

アナリチカル・ケミストリー45巻(4)782〜786
頁、“試料空白クロマトグラフイおよび触媒”、E.
S.G.フイリツプス（Phillips）、およびC.R.マツク
ルリツク（Mcllwrick）には、試料空白クロマト
グラフイの応用が、カラム中で行なわれる反応を
検討するのに特に便利であることが開示されてい
る。触媒的反応への応用例として、また停止流反
応（stopped−flow reaction）クロマトグラフイ
との関係を示す例としてガスクロマトグラフが例
示されている。

米国特許3333090号は、デジタル積分技法を使
用する分析器の応用、ならびにクロマトグラフイ
の原理に関している。その特許の第１図は微分
器、パルス成形器等の使用を示している。

米国特許3935097号において、ルーフ（Roof））
は、フツ化水素酸アルキレーシヨン装置および検
出器の連続調節におけるクロマトグラフカラムの
応用を示し、その第２図に示されるような複写が
得られると述べている。

米国特許4009998号は流体流中の酸の濃度を測
定するに適した、粒状物質で充填可能な混合装置
１６、伝導度検出器および記録計の使用を開示し
ている。

米国特許4002575号には、不連続な容量の試料
を、流れが乱流である地点で、或はそれから上流
で流れの中に注入することによつてキヤリヤー中
の液体試料の連続流分析を行なう自動化学分析装
置が記載されている。

本発明は正確な、容易に読みとりうる記録を提
供する。反応域またはクロマトグラフカラムまた
はその相当物中での即時の反応が起きるまで、試
料または試薬の拡散を避けることが望ましい。こ
れはテーテイング（tailing）または試料分散を
避けるか、または消滅しないまでも減少させるた
めである。

本明の目的は、反応物の繰返し試料が高度な正
確さで連続的に分析されうるようなやり方で、少
なくとも２つの反応物の反応を行なうための方法
を提供することである。さらに別の目的は、この
ような高い正確度の分析を行うことができる装置
を提供することである。そのような方法及び装置
は、いわゆる“滴定液空白”を得る反応、または
滴定を行なうためのクロマトグラフカラム（樹脂
−充填）を使用し、通常正確で容易に測定できる
記録を与えるクロマトグラフ分析を利用するのが
好ましい。「滴定液空白」とは、滴定液が存在し
ないことを指し、特にそれは、注入された試料と
滴定液とが完全に反応した場合、滴定液流のその
部分のことである。例えばその部分は、異なつた
化学的及び物理的性質をもつ異なつた一つの組成
物になつており、検出器の電気信号出力の記録グ
ラフに不連続点を与えるものである。

本発明によれば、 (a) 充填物を内部に有するカラムから成り、該充
填物が、カラムを通過する第１反応物をその表
面上に保持するように適合されている反応域内
に第１反応物の流れを確立し； (b) 前記第１反応物の流れを継続しながら、前記
充填物により、前記反応域中に、前記第１反応
物の最小量を保持し； (c) 前記第１反応物の流れを瞬間的に停止し、同
時に、それを、前記反応域中への所定量の第２
反応物の第２の流れで置き換え、 (d) 第２反応物の流れを止めて直ちに、第１反応
物の前記の流れを再開し、それによつて、前記
第１反応物が前記反応域を通つて流れていると
きに、前記の第２反応物の所定量の流れを正味
のスラグとして、前記の第１反応物の流れの中
に挿入し、その際、前記の第２反応物の前面が
前記の第１反応物の後面、即ち、末端部との間
に鋭く画定された界面を形成し、かつ、該スラ
グの後面と該第１反応物の前面との間に、同じ
ように鋭く画定された界面が形成されるように
前記の第２反応物の挿入を行ない； (e) 前記反応域の充填物上で、前記の第１および
第２の反応物を反応させることにより、前記第
１および第２の反応試薬の特性とは異なつた測
定可能な特性を有する反応生成物を生成し； (f) 前記反応域から前記反応生成物を、前記の再
開した第１反応物の流れ中に取出し、 (g) 前記反応生成物を、分析域に一定時間通し、
その性質を測定し、こゝに該分析域は、第１反
応物が単独で分析域中にあるときは第１反応物
を表わす信号を発信し、反応生成物が分析域に
あるときは反応生成物の信号を発信するもので
あり、そして、所望により、該信号を記録する ことを特徴とする、工程流を繰返し化学分析する
ための方法が与られる。

更に本発明によれば、試薬供給手段１； 試料供給手段25； 試薬を保持するのに適合し、取り出された流出
物を受けるのに適合した充填カラムを含む保持手
段11、13、14； 前記試薬供給手段、バルブを含む前記の試料供
給手段、および前記試薬または前記試料の所定量
を前記保持手段に交互に供給するための導管手段
41に連結された流量調節手段９で、撚も前記試料
が前記導管手段41から前記保持手段に画定された
スラグとして通過し、前記の試薬と試料が前記充
填カラム上で反応し、前記の第１試薬または試料
とは異なつた測定可能な特性を有する反応生成物
を生ずるようになつている流量調節手段９； 流出物が或る時には前記試薬で構成され、或る
時には前記反応生成物で構成されているその流出
物の性質の差を、その差が存在している間に検出
して、それを表わす信号を発するための手段15、
17、及び前記信号を記録するための手段23からな
ることを特徴とする、工程流を繰返し化学分析す
るための装置が与えられる。

本発明の概念は、反応物または試薬の流れを中
断し、その間に流れの線中に正確に計量された量
の試料もしくはその他の反応物、又は試薬を導入
又は挿入することを含んでいる。その中断および
挿入の作動を実質的に同時に行うことにより、挿
入が開始された時点では、中断された反応物の後
面または未端と、挿入される物質の前面との間に
界面が形成され、流れが中断されていた第１反応
物の流れが再開された時点では、挿入された、例
えば試料の後部末端又は面と該第１反応物の前面
との間に同じように正確な界面が形成されるよう
にする。

クロマトグラフカラムまたは相当物を使用する
本発明の実施態様に関連して重要なことである
が、最初に創られた界面は、きわめて鋭角的であ
つて明瞭に画定されており、そしてカラム内の反
応に対して良好に画定された瞬間にカラムに到達
するであろうこと、及びカラム内における次の反
応が起きる前に、最初に導入された大容量の反応
物又は試薬上に試料がほとんど広がつていないこ
とが理解されよう。第３図に関連して以下に述べ
る通り、本発明では、上記の結果として滴定液空
白の明確に画定された出発点と、明確に画定され
た終点とがもたらされるのである。

滴定を含む化学分析の手順が工業的実験室の範
囲内で日常行なわれているが、このような分析手
順はピペツト、ビユーレツト、撹拌機付きの滴定
容器といつたような普通の実験室装置を自動化す
ることが困難であるために、自動的工程制御シス
テムを適用しがたい。この問題を解決しようとす
る従来の試みでは或る程度まで機能する装置が提
供されているが、満足できる装置は見当らない。
例えば、或る種の公知のタイプの装置は、或る成
分に対して分析されるべき溶液の遂次試料
（sequential sample）を採取し、その試料を、測
定されるべき成分に対して特定的である或る化学
反応を行なうのに適当な試薬と混合し、そして最
後に、反応生成物の濃度を測定する“検出器”に
該混合物を通すことにより、元の試料中のその成
分の濃度に比例する読みを得ている。このタイプ
の計器の設計においては、試料と試薬の完全な混
合が保証されるが、同時に導管中での試料の拡散
が最低に抑えられるような注意深い設計が必要と
される。適正な混合のためには或る量の乱流が必
要であるため、これらの２条件を共に満たすこと
は困難である。ところでこのような乱流は、比較
的大容積にわたつてかなりの量の試料を拡散させ
る原因となる。或る公知の計器は、液体流を気泡
で分節化することによつてこの問題を解決してい
る。この理論は、個々の小滴を分離させるガス気
泡によつて試料の拡散を最小にしながら、各液の
小滴の混合が全く完全に行なわれうるというもの
である。然し乍ら、このような対策は、依然とし
て試料が拡散し、遂次試料の導入可能速度が制限
されるので、理想的なものではない。さらに、試
料を検出装置へ導入する前に気泡を除去するた
め、システムに脱泡器を含ませなくてはならな
い。さらに、前記の案では、数種の液体および／
またはガス流を精密な比率でポンプ送りすること
が要求される。

前述のルチカらは（アナリチカ・シミカ・アク
タ79、145頁、79頁；81 371頁、387頁；82 137
頁；87 353頁；および88 １頁を参照）、ガス気
泡による分節化を必要としない計器を設計するこ
とが可能であることを示している。

ルチカは彼の案を“流れ注入分析”とよんでい
るが、これは主として、従来技法による機構では
試料がポンプ送りされているのに対し、むしろ試
薬中へ試料が注入されるからである。然し乍ら、
ルチカの案は依然として多数の流れのポンプ送り
を含んでおり、試料の拡散が重要な問題点として
残つている。

従来技術とは異なり、本発明は普通のクロマト
グラフ的分析手段を使用して工程流試料の連続ま
たは継続的滴定のための方法および装置を提供
し、また電子式検出装置を使用する本発明の態様
に従えば、クロマトグラフカラム排出流中に生じ
る滴定液空白部分検出の出発点および終点を測定
する方法および装置が提供される。

従つて、詰め込みチユーブ、例えばクロマトグ
ラフ分析カラムの中で試料の拡散を最小に保ち乍
ら、選択された試薬および試料に対する混合室と
して該チユーブを使用する、工程流試料の連続的
または継続的化学分析法が本発明により提供され
る。

このようにして本発明の１つの態様である第１
図においては、既知でありかつ一定流速である流
体の流れの条件下に、クロマトグラフカラム中で
行なわれる反応または滴定の出発点および終点間
の時間を測定することによつて、該流体流れの試
料濃度が連続的に測定される。

滴定液は２つの並列の流体導入回路へ供給され
る。圧力調節装置および流れ制限装置から成る第
１の回路は、排出装置を有する第１の電気伝導度
検出セル装置で終つている。流量調節装置、試料
バルブ装置およびクロマトグラフカラムまたは相
当装置から成る第２の回路は、これもまた排出装
置を有する第２の電気伝導度検出セル装置で終つ
ている。第１のセル装置および第２のセル装置を
通して流される流体のそれぞれの伝導度を表わす
電気出力信号が電気的微差検出装置中で組合わさ
れる。その検出装置中で発生され、そしてそれら
の流体の伝導度の差を表わす電気出力信号が２チ
ヤンネル式ストリツプチヤート記録装置の１つの
チヤンネルへ送られ、そしてさらに追加的に電気
信号導関数検出装置へ送られる。その導関数検出
装置からの電気出力信号は、その微差信号の導関
数を表わすが、この信号がデジタル時計およびカ
ウンター装置の可能入力へ送られ、そしてさらに
追加的に上記の記録装置の第２のチヤンネルへ送
られる。

反応または滴定されるべき物質又は試料は、第
３の導管または装置を経由し、試料バルブを通し
て供給される。

試料バルブまたは相当品は、正味で画定され、
計量された量の反応物または試料或はその他の物
質が、別の時間に試料バルブを通つてクロマトグ
ラフカラムへ送りこまれる途中の流れの中へ挿入
されうるように構成および配置されている。

操作に際しては、定常的条件下において、滴定
液がそれぞれのセルを流れることにより、上記の
微差検出装置、導関数検出装置およびカウンター
装置から“ゼロ”信号が発せられる。自動プログ
ラマー調節のもとでは、カラムの上流の滴定液流
中へ注入される試料の計量されたスラグが生じる
ように試料バルブが周期的に作動される。滴定液
と試料との間における、独創的なイオン交換反応
がカラム中で生じるものと思われる。これが導関
数検出装置から２つの出力信号を生じ、順次カウ
ンターの始動および停止を引き起こすことにな
る。その表示された計数が、試料と反応した滴定
液の量と正比例することになる。

また別の実施態様においては、充填チユーブ、
すなわちクロマトグラムカラムが工程流等の連続
的または継続的化学分析を達成するための混合室
として利用される。この場合、注入された所定量
の試料との〓後の反応を行なうに十分な好適な試
薬が、選択されたカラム充填物質上に保留され
る。次にこうして得られた反応生成物は、それに
含まれている特定の成分を測定するために、適当
な検出器へ送られる。

本発明の好ましい態様においては、溶剤（キヤ
リヤー）が試料バルブ装置へ連続的に供給され、
次にそれが適当な検出器へ送られた後に排出され
る。試薬および試料もそのバルブへ供給され、こ
のバルブはプログラマー調節のもとに、先ず試薬
を溶剤流中へ注入し、それに続いて試料を溶剤流
中へ注入するように周期的に、又はその他の方法
で作動される。充填物は、試薬と試料とが十分に
混合するまで充填物上に試薬を保留しうる性質を
有している。試薬および試料は、カラムの充填物
によつて保留されない反応生成物が該充填物内で
生じるように反応し、次にその生成物が検出装置
へ送られる。存在する成分を定量的に表わす電気
信号が適当な記録装置へ供給され、次にその信号
は該記録装置によつてクロマトグラフ的に表示さ
れる。このようにして得られる信号は“ボツクス
カー”形状のものである。任意の参照データから
の信号に助けによつて造られた記録の垂直置き換
えば、前記反応生成物、従つて試料の濃度に正比
例する。

第１図を参照するに、１からの滴定液がポンプ
３によつて一部分は流量調節器９へ、そして一部
分は圧力調節器５へ送られる。調節器５からの圧
力制御された滴定液が流れ制限器７へ送られ、次
にテフロン^Rチユービング３１を経由して伝導度
セル１５の参照セル２９へ送られ、次にこれもま
たテフロンで構成される廃物排出ライン３３へ送
られる。また最初の作動期間中に滴定液が一定流
条件下に試料バルブ１１中を通して送られ、次に
カラム１３、次にテフロンチユーブ３７を経由し
て伝導度セル１５の試料セル２７へ送られ、次に
テフロンチユーブ３５を経由して廃物排出口へ送
られる。

この時点で、参照セル２９および試料セル２７
の伝導度は同一であり、そして滴定液、例えば実
施例における水酸化ナトリウムの伝導度に等し
い。伝導度検出器１７がこのような伝導度を感知
してそれを表わす電気信号４３を与える。信号４
３はさらに導関数測定回路１９及びストリツプチ
ヤート記録計２３の第１の記録チヤンネルへ接続
される。

この時点で、チヤート上に時間の関数として記
録された信号４３は、第１のチヤンネル上の平滑
な水平直線によつて表わされる。回路１９は、信
号４３の第１の導関数を誘導し、それを表わす電
気信号４５を記録計２３の第２の記録チヤンネル
およびタイマー２１へ送る。第２のチヤンネル記
録はこの時点でやはり直線であるが、それは信号
４３が一定であるからである。

本発明の方法の第２の作動期間中、例えば手作
業にもよるが、勿論好ましくはプログラマーによ
る自動動作によつて、滴定液３９の流れを急速に
または突然に停止し、そして同様に迅速に試料
（この場合にはHCl）の流れが試料バルブ１１を
通つてからカラム１３へ流入するように試料バル
ブ１１が作動される。試料バルブ１１は、カラム
１３へ導入される試料の量を計量する。バルブ１
１は米国特許3633426号に開示されているような
ものであつてよい。こうして計量された試料のス
ラグが一定の流れ条件下にある滴定液の分割流に
挿入される。試料スラグのその挿入に続いて滴定
液の流れが再開される。HClのスラグがカラム１
３を通して送られるに従い、樹脂上のナトリウム
イオンが試料からの水素イオンと交換され、そし
てNaCl溶液としてカラムから流出する。

その時点での濃度水準においては、NaClの伝
導度がNaOHのそれよりも大きいので、信号４
３は正の方へ増大する。このように増大された伝
導度が第３図の下方記録上に示される２つの影像
の小さい方によつて最初に明示され（その下方記
録は逆転されている。すなわち正の増大がその曲
線の深さで示され、そして逆も又同様である）、
そして第２に上方記録に示される導関数曲線の非
常に急な傾斜によつて明示される。このような第
１の急傾斜導関数信号４５がカウンター（タイマ
ー）２１を始動させ、それにより、カウンターに
内蔵された時計手段が発するパルスの計算が開始
される。

HClのスラグがカラム１３へその流れを完了し
たのち、直ちにNaOHの流れが再開される。こ
のようにして生じた水が試料セル２７を通して送
られるに従い、信号４３は最低値へ減少するが、
これはそのセル条件下の水の伝導度がゼロである
ためである。この時点で、信号４５は信号４３が
さらに負になるに従つて正へ転回する。信号４５
の正への離脱は、カウンター２１の始動には影響
を与えない。信号４３は、水のスラグが試料セル
を清浄にし、そしてNaOHがその中に流れるの
を再開するときまで負に維持される。このときに
信号４３は急に正になり、そしてその導関数信号
４５が負へ転換してカウンター２１の計数を停止
させる。

このようにしてカウンター２１はNaOHが試
料セル２７へ入つた瞬間に開始され、そして
NaOHが試料セル２７へ入つた瞬間に停止され
る。カウンター２１によつて表示されるデジタル
計数は、従つてNaClスラグの開始とH₂Oスラグ
の終りとの間に経過した時間を表わすものであ
る。このようにしてこの経過時間は、流速が一定
であると仮定して、（H₂O）、容積プラス試料
（NaCl）容積を含む“滴定液空白”の全容積に正
比例することが判る。従つて、滴定液の容積を測
定するためには、このような全容積から試料の既
知（計量された）容積を差引くことが必要であ
る。

第１図の主要な装置構成分に関し、本発明の開
示を検討させる当業者にとつて参考となるよう
に、その機能および製造業者を示すと下記の通り
である。

機器項目 ３ ポンプ 91502、カリフオルニア州バーバン
ク、グラハムPl.100E.ハスケル・エンジニアリ
ング・アンド・サプライ社（Haskel
Engineering ＆ Supply）、MCP−36型 ５ 圧力調節器ベリフロ社（Veriflo corp.）
94804、カリフオルニア州リツチモンド カナ
ル大街250、機器部門（Intrument Div.）
IR503型 ９ 流量調節器ベリフロ社 LC221型 １１ 試料バルブアプライド・オートメーシヨン
社（Applied Automation Inc.） 74004、オク
ラホマ州 バートルスビル、パウフスカ道路
（Powhuska Rd.）型（米国特許第3140615
号） ７ 制限器 外径0.0005インチで６フイート カ
ピラリ−チユービング（Capillary tubing） １３ カラム ペリオツクス^c（pellionex^c）
HCSCX樹脂を充填した、1/8インチ×0.020イ
ンチ壁の６インチ チユービング １５ 伝電度セルラボラトリー・データ・コント
ロール（Laboratory Data Control） 33404、
フロリダ州リビエラ ビーチ、私書箱10235、
ミルトン・ロイ社（Milton Roy Co.）の一部
門LDC型 １７ 伝導度検出器バリジン・エンジニアリング
社（Validyne Engineering Co.） 91324、カリ
フオルニア州ノースリツジ ロンデリウス町
19414 DC15型 ２１ 多官能カウンターデータ・プレシジヨン社
（Data Precision Corp.） 01880、マサチユー
セツス州ウエークフイールド、オージユボン道
路（Audubon Rd.）5740型 ２３ ストリツプチヤート記録計ヒユーレツト・
パツカード社（Hewlett−Packard Co.）
94304、カリフオルニア州パロアルト、ページ
ミル道路（Page Mill Rd.）HP7702B型 使用されたすべてのチユービングは、ポリテト
ラフルオロエチレン、テフロン製である、機器１
５を１３および７へ接続するラインならびに１５
から廃棄口への排出ラインを除き、すべて1/16ス
テンレス鋼であつた。すべてのラインはできる限
り短かく造られていた。

実験的な手順として、試料の或る量を試料バル
ブ１１へ手作業で注入するために目盛付き注射筒
２５が使用され、次に所定の流れが生じるように
バルブを手作業で調節した。

第２図の回路は、アナログ・デバイセス社
（Analog Devices）（02062、マサチユーセツツ州
ノアウツド、インダストリアル・パーク、Rt.1、
私書箱280）製の194回路“マニフオルド”19型を
利用して構成された。

第２図および第３図を参照するに、ブレツドボ
ード（breadboad）として使用されている194“マ
ニフオルド”上の増幅器（Ａ１からＡ４まで）お
よび比較器３５０Ｂはアナログ・デバイセス社か
ら入手したものである。

実際の操作に当つては、検出器信号が概略微分
器として使用されるＡ１へ送信される。Ａ１から
の信号はＡ２によつて逆転される。Ａ２からの信
号を緩衝するためにＡ３が使用される。Ａ３から
の信号が３５０Ｂ比較器へ提供される。その比較
器は、入力電圧に応じて出力が２つの状態（高ま
たは低）の１つにあるように設計されている。
10Kオーム分割器によつてバイアスが比較器へ与
えられる。これを調節することにより、比較器
は、傾斜１および４の上で状態を切換え、そして
傾斜２および３の上では状態を切換えないように
する（第３図参照）。500Kオームおよび10Kオー
ムの置数器によつてヒステリシスが比較器に付与
される。それにより、傾斜１および４のあとの比
較器のノイズによる切換えの発生率を減少させ
る。

Ｄフリツプ−フロツプとして接続されている
CD４０１３が、その比較器信号によつて切換え
られる。フリツプ−フロツプからの信号は、増幅
器Ａ４によつて緩衝される。Ａ４からの出力は、
カウンター保持ラインのために使用することがで
きる。100Kオーム置数器を通しての＋または−
15V供給からの切換えにより、比較器へ瞬間的信
号が与えられる。これによつて、Ｄフリツプ−フ
ロツプが所望の出発状態にセツトされる。

既知周波数の信号をカウンターへ送達し、カウ
ンターをゲイテイングし、そしてカウンター保持
ライン信号をゲイトとして使用することによつて
タイマーが形成される。測定される時間間隔は、
試料濃度と直線的な関係を有する。

前記の説明から明らかなように、本発明は工程
流からの試料を繰返し分析するための装置を提供
するが、該装置は、試薬または滴定液供給装置、
試料供給装置、ならびに試薬及び試料の両者を供
給されてそれらを受入れたうえ保持し、そしてそ
れらが完全に反応するための機会を与えられるま
で、試薬及び試料のうちの一方を受入れて保持す
るための装置から構成され、そしてその装置は、
その好ましい態様において、前記の保持装置へ試
薬および試料を交互に供給する流量調節装置およ
びその保持装置からの排出液の性質、例えば伝導
度の差を検出するための装置をも有しており：ま
た別の好ましい態様においては、測定された性質
の変化または差を表わす信号を記録し、そしてそ
の差が存在する間にそれを記録する装置が含まれ
る。

実施例 陽イオン交換樹脂のナトリウム態を含有するカ
ラム、１ml／分の流速での滴定液0.010M
NaOH.および稀HCl溶液試料が使用された、滴
定液のOH^-空白の時間（したがつて容積）を測
定することにより、滴定によつて試料の酸含有量
を決定した。伝導度検出器が使用された。分析の
精度は、平均して相対的に約±0.1％であつた。
滴定液の流速は実質的に１ml／分まで調節され
た。

導関数曲線上に鋭い負のピークを有するタイマ
ーを始動および停止させることによつて、滴定時
間が自動的に測定された。一定の流速において、
試料中の酸の濃度はこの時間に正比例するもので
ある。この特定的なテストにおいては、試料は
0.05MHClであり、採取された試料は320μであ
り、そして滴定時間は約110秒であつた。試料の
繰返し採取は３分−サイクルで行なうことができ
た。

滴定反応は次の式で表わされる： sS＋tT ………生成物 式中 Ｓ＝試料モル数 Ｔ＝滴定液モル数であり、 そしてｓおよびｔは平衝式の係数である（本発
明の場合それぞれｓ＋ｔ＝１である）。

次にもしＳモル＝ｓ／tT（滴定液のモル）であ
れば、 Ｓモル＝Ｔモルであり、 そしてＴモル＝C_TV_Tである 〔式中C_T＝滴定液濃度（モル／リツトル）であ
り、そして V_T＝滴定液の容積である〕。

滴定液の容積は次のように測定された： V_T＝V_V−V_S 〔式中V_Vは上記に測定されたようにH₂Oプラス
NaClの全体に等しく、 そしてV_sは試料の計量された量である〕。全容
積は、 V_V＝流速（一定）×時間（一定） ＝１ml／分×110秒 ＝0.0166ml／秒×110秒 ＝1.833mlであり、 そしてV_S（一定）＝320μ＝0.320mlである。

従つて、使用された滴定液の容積は、 V_T＝1.833ml−0.320ml ＝1.513mlであり、 滴定液の濃度は次のように得られる： C_t＝0.01モル／ ＝0.01×10^-3モル／ml。

従つて、 Ｓモル＝1.513ml×0.01×10^-3モル／ml ＝1.513×10^-5モルであり、 そしてＳのモル濃度＝Ｓ／V_s（リツトル）モル ＝1.513×10^-5モル／320×10^-6リツトル ＝0.0473モル／リツトルであり、 これは所与の試料のモル濃度の約−5.4％、 0.05M絶対値である。

分析条件において、上記の誤差は可成り大きな
ものと認識され、そして多分主としてブレツドボ
ード組立てにおける装置の不正確さ（例えば拡
散、試料計量等）によるものであるが、これらを
最適化することによつてこの誤差を著るしく減少
させうることは、当業者にとつて明らかであろ
う。

第４図を参照するに、適当な試薬、キヤリヤー
溶剤および選択された試料が、例えば前述の米国
特許第3633426号に記載されているような試料バ
ルブ３７へ公知の源泉装置３１，３３および３５
からそれぞれ導管３２，３４および３６を経由し
て供給される。試料バルブ３７の出力が、シリカ
に結合された芳香族炭化水素の慣用の“逆相”充
填物で充填されているクロマトグラフカラム３
９、例えば第１図のカラム１３中へ送られる。カ
ラム３９の排出流は、次に検出器４１、例えばア
プライド・オートメーシヨン社（オクラホマ州バ
ートルスビル）の420型光学的吸収検出器へ送ら
れる。検出装置４１の電気信号出力が、第１図に
示されている記録装置２３と同種の記録装置４３
へ接続される。信号４２の代表的記録、例えば後
述の本発明の実施例のそれが４４でシユミレート
される。

本発明の前記形態を説明するために、その方法
に対する代表的な手順をここに記載する。非常に
低濃度の第一鉄イオンが、強く着色した錯化合物
を生じるオルソフエナンスロリン（Ophen）との
反応によつて測定できる： Fe²＋3Ophen→Fe(OPhen)² ₃＋強い赤色 この測定に当り、Ophenの非常に稀薄な水溶液
が形成され、そしてカラム３９を通して連続的に
或は断続的に流された。好ましい方法は、カラム
３９を通してその溶液の連続流であつた。

平衡状態に達するまで、実質的な量のOphenが
その水性相からカラム充填物中に溶解する。
Fe²⁺を含有する試料がこうして試料バルブ３７
を経由して注入された。その試料がOphenを静的
相から取り上げ着色錯化合物Fe（Ophen）² ₃＋を生
じた。その錯化合物の濃度はもとの試料中の
Fe²⁺のモル数に等しい（モル濃度で）。カラムを
通してキヤリヤーをさらに流すことにより、前記
の錯化合物を含有する“ボツクスカー”形状の領
域は、カラムから溶出されて検出器４１へ通され
るであろう。検出器４１の電気出力は、Fe
（Ophen）² ₃＋の濃度と正比例するため、もとの試
料中のFe²⁺とも比例する。上記の溶出工程中に
試料によつてその静的相から除去されたOphen
は、キヤリヤーの流れによつて再び補充され、そ
れによりカラムは次に注入される試料受入れの準
備ができる。この方法においては、採取される試
料の容積は重要でなく；その濃度測定は、４４に
おけるようにそのボツクスカー表示の高さまたは
信号水準に基礎が置かれる。

本発明に対する上記の開示、図面および特許請
求の範囲内における種々の改変および修正が可能
であるが、本発明の本質は本明細書に記載されて
いるように、工程流の繰返し化学分析のための方
法および装置を提供することであり、その方法は
保持域またはカラム中に反応物または試料の１つ
を存在させ、次に１つの態様においては、その反
応物または試料の他の方、すなわち、該カラム中
に前もつて入れていない成分をその中で反応を起
こさせるように注入し；別の態様においては、そ
の反応物および試料の１つ、すなわち、カラム内
に入れていない方の成分をそのカラム中へ単に注
入し；そして前記のいずれの態様においても、終
局的には所望の分析が得られるグラフを検出、測
定および記録することから成つている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の滴定装置を操作できるように
造り上げている種々の構成要素の相互接続の概要
を示すブロツク線図であり、第２図は本発明での
使用のためのdv／dt回路の線図であり、第３図
は差検出器の出力（上方記録）およびその差検出
器の出力から誘導されるものである、微分器回路
装置の出力（下方記録）のストリツプチヤート記
録を示す図であり、そして第４図は本発明の連続
的化学分析装置を操作できるように造り上げてい
る、種々の構成要素の相互接続の概要を示すブロ
ツク線図である。 図中、１……滴定液供給口、３……ポンプ、５
……圧力調節器、７……流れ制限器、９……流量
調節器、１１……試料バルブ、１３……クロマト
グラフカラム、１５……伝導度セル、１７……伝
導度検出器、１９……導関数測定回路、２１……
多官能カウンター、２３……ストリツプチヤート
記録計、２５……試料供給口、２７……試料セ
ル、２９……参照セル、３１……試薬源、３３…
…溶剤源、３５……試料源、３７……試料バル
ブ、３９……クロマトグラフカラム、４１……検
出器、４３……記録計、４４……シミユレータ
ー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 充填物を内部に有するカラムから成り、
   該充填物が、カラムを通過する第１反応物をそ
   の表面上に保持するように適合されている反応
   域内に、第１反応物の流れを確立し； (b) 前記第１反応物の流れを継続しながら、前記
   充填物により、前記反応域中に、前記第１反応
   物の最小量を保持し； (c) 前記第１反応物の流れを瞬間的に停止し、同
   時に、それを、前記反応域中への所定量の第２
   反応物の第２の流れで置き換え、 (d) 第２反応物の流れを止めて直ちに、第１反応
   物の前記の流れを再開し、それによつて、前記
   第１反応物が前記反応域を通つて流れていると
   きに、前記の第２反応物の所定量の流れを正味
   のスラグとして、前記の第１反応物の流れの中
   に挿入し、その際、前記の第２反応物の前面が
   前記の第１反応物の後面、即ち、末端部との間
   に鋭く画定された界面を形成し、かつ、該スラ
   グの後面と該第１反応物の前面との間に、同じ
   ように鋭く画定された界面が形成されるように
   前記の第２反応物の挿入を行ない； (e) 前記反応域の充填物上で、前記の第１および
   第２の反応物を反応させることにより、前記第
   １および第２の反応試薬の特性とは異なつた測
   定可能な特性を有する反応生成物を生成し； (f) 前記反応域から前記反応生成物を、前記の再
   開した第１反応物の流れ中に取出し、 (g) 前記反応生成物を、分析域に一定時間通し、
   その性質を測定し、こゝに該分析域は、第１反
   応物が単独で分析域中にあるときは第１反応物
   を表わす信号を発信し、反応生成物が分析域に
   あるときは反応生成物の信号を発信するもので
   あり、そして、所望により、該信号を記録する ことを特徴とする、工程流を繰返し化学分析する
   ための方法。 ２ 前記第１反応物が試薬であり、そして分析さ
   れるべき試料が前記第２の反応物を構成する、特
   許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 試薬及び試料のうちの少なくとも一方が、溶
   剤又は希釈剤によつてその流動を助けられてい
   る、特許請求の範囲第２項に記載の方法。 ４ 工程(g)が反応生成物によつて変る光度計から
   の信号を利用する、特許請求の範囲第１〜３項の
   いずれか１項に記載の方法。 ５ 工程(g)が、前記反応生成物によつて変る伝導
   度測定セルからの信号を利用する、特許請求の範
   囲第１〜３項のいずれか１項に記載の方法。 ６ 工程(g)が、前記第１反応物の第２の流れを、
   該第１反応物を表わす信号を発信する並列的分析
   域に通過させ、両分析域から受信する信号を経時
   的に比較して記録することを含む、特許請求の範
   囲第１〜５項のいずれか１項に記載の方法。 ７ 前記反応生成物の測定可能な性質が物理的性
   質である、特許請求の範囲第６項に記載の方法。 ８ 前記反応生成物の測定可能な性質が電気的性
   質である、特許請求の範囲第６項に記載の方法。 ９ 前記測定工程(g)が、前記反応生成物及び前記
   第１反応物の伝導度を測定し、各測定によつて電
   気的信号を生じさせ、そしてこれらの信号を組合
   せて最終信号を生じさせ、該最終信号を少なくと
   も前記の伝導度測定期間と共に一緒に記録する、
   特許請求の範囲第８項に記載の方法。 １０ 前記第１反応物が滴定液であり、前記第２
   反応物が試料であり、前記並列分析域が参照伝導
   度セルであり、前記反応域中の充填カラムが、前
   記滴定液を既知量の前記試料と反応させるまで該
   滴定液を保持するに適するクロマトグラフまたは
   同等物のカラムあるいは帯域であり、かつ前記分
   析域が第２伝導度セルである、特許請求の範囲第
   ６〜９項のいずれか１項に記載の方法。 １１ 前記測定工程(g)が、少なくとも信号が異な
   つている間に、検知器を用いてそれらの異なる信
   号を検知し、カウンターの操作を開始すべきであ
   ると認められた際に、前記信号に差を生じさせる
   ことにより、前記信号が異なつている間は該カウ
   ンターの操作を続け、そして前記信号が再び一定
   となり、かつ、同一になつたときに該カウンター
   を停止することにより、信号が異なつている間の
   時間を測定することを含む、特許請求の範囲第６
   〜１０項のいずれか１項に記載の方法。 １２ 前記測定工程(g)が、前記カウンターの開始
   及び前記カウンターの停止、即ち、前記検知器の
   信号又は出力を比較器の第１入力に供給し；該比
   較器の第２入力に参照電圧を供給し；比較器から
   の出力信号をＤフリツプ−フロツプの時計入力に
   供給し；該Ｄフリツプ−フロツプのデータ入力を
   該フリツプ−フロツプの出力に電気的に接続
   し；そして該フリツプ−フロツプの出力を前記
   カウンターの保持ラインに電気的に接続し、そし
   て前記反応生成物が該分析域に入れば、前記Ｄフ
   リツプ−フロツプの出力によつて前記カウンタ
   ーを開始し、又前記反応生成物が該分析域から出
   れば、前記Ｄフリツプ−フロツプの出力によつ
   て前記カウンターを停止する工程を含む、特許請
   求の範囲第１１項に記載の方法。 １３ 前記測定工程(g)が、前記検知器の出力を前
   記比較器の第１入力へ供給する工程即ち、前記検
   知器の出力を微分器の入力に供給し；そして該微
   分器の出力を前記比較器の第１入力へ供給する工
   程を含む、特許請求の範囲第１２項に記載の方
   法。 １４ 前記特許請求の範囲第１０項記載の方法に
   おいて、圧力調節器、制御器を経由し、かつ前記
   参照伝導度セル中に及びそれを経由して、滴定液
   供給器からポンプ輸送される滴定液を含む第２の
   流れを設ける工程、及び流量調節器、試料用バル
   ブを経由して前記カラム中に入り、終局的に該カ
   ラムから排出されて、前記試料伝導度セルを通過
   するようにポンプ輸送される滴定液を含む第１の
   流れを設ける工程を含み、前記試料用バルブは瞬
   間的に、滴定液の流れを遮断すると共に既知量の
   試料の流れを再開し、続いて前記試料用バルブが
   瞬間的に試料の流れる遮断すると同時に滴定液の
   流れを再開して、前記セル中の流れの伝導度を測
   定処理する特許請求の範囲第１０項記載の方法。 １５ 前記伝導度セルからの信号を検出器内で検
   出し、該信号を組合わせたうえ微分器に通し、該
   微分器に滴定中カウンターの開始及び停止を行な
   わせ滴定液空白を記録させる、特許請求の範囲第
   １４項に記載の方法。 １６ 試薬供給手段(1)； 試料供給手段（25）； 試薬を保持するのに適合し、取り出された流出
   物を受けるのに適合した充填カラムを含む保持手
   段（11、13、14）； 前記試薬供給手段、バルブを含む前記の試料供
   給手段、および前記試薬または前記試料の所定量
   を前記保持手段に交互に供給するための導管手段
   （41）に連結された流量調節手段(9)で、然も前記
   試料が前記導管手段（41）から前記保持手段に画
   定されたスラグとして通過し、前記の試薬と試料
   が前記充填カラム上で反応し、前記の第１試薬ま
   たは試料とは異なつた測定可能な特性を有する反
   応生成物を生ずるようになつている流量調節手段
   (9)； 流出物が或る時には前記試薬で構成され、或る
   時には前記反応生成物で構成されているその流出
   物の性質の差を、その差が存在している間に検出
   して、それを表わす信号を発するための手段
   （15、17）、及び前記信号を記録するための手段
   （23）からなることを特徴とする、工程流を繰返
   し化学分析するための装置。 １７ 検出手段（15、17）が光度計１７である、
   特許請求の範囲第１６項に記載の装置。 １８ 前記流出物の特性の差を検知するための手
   段が、所定の速度で前記の試薬の流れを参照伝導
   度セル２９に通過させるように該流れを供給する
   ための手段（５、７、31）、前記保持手段（11、
   13）からの流出物が別の伝導度セル２７を通過し
   て流れるようにするための手段（37）、前記両セ
   ル２７，２９内の各流体の伝導度を表わす、各セ
   ルからの信号を提供する手段（15）、及び該セル
   からの信号を検出１７して組合わせたうえ、組合
   わされた信号から得られる信号を、経過時間に関
   して記録２３する手段を含む、特許請求の範囲第
   １６項又は第１７項に記載の装置。 １９ 前記の充填カラム１３がクロマトグラフカ
   ラム１３からなる、特許請求の範囲第１６〜１８
   項のいずれか１項に記載の装置。 ２０ 前記の差に応答してカウンター２１の操作
   を開始し、前記の信号が異なつている間は該カウ
   ンター２１の操作を継続し、そして前記の信号が
   再び一定となり、かつ、同一になつた時点で該カ
   ウンター２１を停止する手段（19、23、43、45）
   が設けられている、特許請求の範囲第１６〜１９
   項のいずれか１項に記載の装置。 ２１ 前記のカウンター２１の操作を開始し、そ
   して該カウンター２１の操作を停止する手段が、
   比較器３５０ＢとＤフリツプ−フロツプCD４０
   １３、前記検出器１７の信号又は出力を該比較器
   ３５０Ｂの第１入力に供給する手段（A1、A2、
   A3、）該比較器３５０Ｂの第２入力に連結された
   参照電圧を含み該比較器３５０Ｂからの出力信号
   が該Ｄフリツプ−フロツプCD４０１３の時計入
   力Ｃに連結され、該Ｄフリツプ−フロツプCD４
   ０１３のデータ入力が該Ｄフリツプ−フロツプ
   CD４０１３の出力に接続され、該Ｄフリツプ
   −フロツプCD４０１３の出力が前記カウンタ
   ー手段（21）の保持ラインに連結されており、そ
   れにより、前記反応生成物が前記の別の伝導度セ
   ル２７に入つた時点で、前記Ｄフリツプ−フロツ
   プCD４０１３の出力が該カウンター２１を始
   動させ、そして該反応生成物が前記の別の伝導度
   セル２７から出た時点で、該Ｄフリツプ−フロツ
   プCD４０１３の出力が該カウンター２１を停
   止させるようにした特許請求の範囲第２０項に記
   載の装置。 ２２ 前記の検出器の出力を前記比較器３５０Ｂ
   の第１入力に供給するための手段が、微分器１９
   からなり、該微分器１９の出力が該比較器３５０
   Ｂの第１入力に連結されている、特許請求の範囲
   第２１項に記載の装置。