JPH05142149A - 限流素子中のバナジウムの定量分析方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｖ−Ｃｒ−Ｆｅ系限流素子の配合組成と特性
の関係を定量的に把握するため、上記素子中のバナジウ
ムを高感度に定量するＩＣＰ法を提供することを目的と
する。 【構成】 切粉状の試料を脱脂，乾燥し、塩酸と少量の
硝酸を加えて加熱分解した後冷却し、この分解液を濾過
して得られた濾液と、濾紙を灰化して過酸化ソーダ：炭
酸ソーダの融剤で融解し、塩酸を加えて加熱融解した
後、標準物質としてストロンチウムを加えてからイオン
交換水で一定量とし、これを試料溶液として高周波誘導
結合型プラズマ発光法を用いてバナジウムの発光強度を
測定し、内部標準法によってバナジウムを定量するよう
にしたバナジウムの定量分析方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高周波誘導結合型プラズ
マ発光法（以下、ＩＣＰ法という）によるＶ−Ｃｒ−Ｆ
ｅ系限流素子中のバナジウムＶの定量分析方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から中低圧制御盤において、限流機
構としてＮＦＢ（ノンヒューズブレーカー）が用いられ
ているが、このような限流機構に代えて近時各種の小型
化された限流素子が開発されている。特に電源容量の増
大に伴うしゃ断容量の不足に対処可能であり、しかも高
価で大型化されたＮＦＢを必要としない限流素子の開発
が要求されている。

【０００３】このような限流素子を製品化して用いるこ
とにより、コントロールセンター等のユニットサイズを
小さくするとともに多段積みを可能とするので、製品と
しての市場での競争力が高められるという特徴が得られ
る。

【０００４】一般にこのような限流素子の素材として、
Ｖ₂Ｏ₃セラミックス等が知られているが、これらの素材
は、熱衝撃性等とか応答性が必ずしも満足できるものと
言えず、種々の改良が加えられている現状にある。特に
上記素材の持つ優れた特徴を損なうことなく、しかも前
記熱衝撃性とか応答性を高めた限流素子であることが好
ましい。

【０００５】そこで上記のＶ−Ｃｒ−Ｆｅ系限流素子の
組成と特性の関係を明確にかつ定量的に把握して、品質
管理及び工程管理を向上させる必要があり、そのため限
流素子中の微量バナジウムＶの分析方法の確立が不可欠
である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点に着目して創案されたものであって、上記限流素子
に用いられる素材中のバナジウムを高感度に定量する分
析方法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明に係る限流
素子中のバナジウムの定量分析方法は、切粉状の試料を
脱脂，乾燥し、塩酸と少量の硝酸を加えて加熱分解した
後冷却し、この分解液を濾過して得られた濾液と、濾紙
を灰化して過酸化ソーダ：炭酸ソーダの融剤で融解し、
塩酸を加えて加熱溶解した後、濾過した濾液との混合液
を作成し、この混合液に標準物質としてストロンチウム
を加えてからイオン交換水で一定量とし、これを試料溶
液として高周波誘導結合型プラズマ発光法を用いてバナ
ジウムの発光強度を測定し、内部標準法によってバナジ
ウムを定量することをその解決手段としている。

【０００８】

【作用】かかる定量分析方法によれば、切粉状の試料を
塩酸と少量の硝酸によって加熱分解し、濾過して得られ
た濾液と、濾紙を灰化して過酸化ソーダ：炭酸ソーダの
融剤で融解し、塩酸を加えて加熱溶解した後、濾過した
濾液との混合液を作成したことにより、試料溶液中に他
の共存物質の残査が少なく、バナジウムをほぼ完全に分
解することができる。

【０００９】そして試料溶液をＩＣＰ法を用いてバナジ
ウムの発光強度を測定し、内部標準法で定量した際に、
試薬中の塩酸が負の影響を示すが、検量線作成用溶液と
試料溶液中の試薬濃度を同一にして、試薬による影響を
抑えることができる。

【００１０】更に合成溶液を測定した時の変動係数、回
収率がともに実用上充分に満足できる分析精度が得ら
れ、その結果限流素子中のバナジウムが高感度に定量さ
れて、これによりＶ−Ｃｒ−Ｆｅ系限流素子中の微量の
バナジウムの分析方法が確立されて、製品の組成と特性
の関係を明確にすることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明にかかるＶ−Ｃｒ−Ｆｅ系限流
素子中のＶの分析方法の具体的な実施例を説明する。

【００１２】先ず図１のフローチャートに基づいて、本
実施例の基本的な操作手順を説明する。即ち、ステップ
101で切粉状のＶ−Ｃｒ−Ｆｅ系限流素子の試料をクロ
ロホルムで脱脂し、良く乾燥した後、ステップ102で上
記試料に塩酸と少量の硝酸を加える。そしてステップ10
3で弱火で加熱し、ＮＯ_Xが抜けて液が緑色を呈した時点
で加熱をやめて、少量の水を加えて冷却した後、ステッ
プ104でＮＯ．５Ｃの濾紙を用いて濾過する。

【００１３】次にステップ105で濾紙とコニカルビーカ
ーの内壁を塩酸（１＋１）で洗浄し、先の濾液に合わせ
る。ステップ104の濾紙はステップ106によりＺｒルツボ
内で弱火の還元炎で灰化した後、ステップ107で過酸化
ソーダ：炭酸ソーダ（Ｎａ₂Ｏ₂：Ｎａ₂ＣＯ₃＝２：１）
の融剤で融解し、ステップ108で塩酸（１＋１）を加え
て加熱溶解し、ステップ109でＮＯ．５Ｃの濾紙を用い
て濾過してからステップ105の濾液に加える。

【００１４】次にステップ110で、上記の濾液に標準物
質としてストロンチウムを加え、イオン交換水を加えて
一定量とし、これをステップ111でＩＣＰ法によりバナ
ジウムの定量分析方法における試料溶液とする。

【００１５】使用する試薬はホールピペット、マイクロ
ピペットなどで計るのが好ましい。以下、本発明に係る
ＩＣＰ法による限流素子中のバナジウムの定量分析方法
の詳細を実施例に基づいて説明する。

【００１６】〔１〕 分析装置、測定条件および試薬 〔１−１ 分析装置〕ＩＣＰ発光分光装置は島津製ＩＣ
ＰＳ−１０００−２型を用いた。

【００１７】 〔１−２ 測定条件〕測定条件を表１に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】 〔１−３ 試薬〕実験に使用した試薬のリストを表２に
示す。

【００２０】

【表２】

【００２１】 〔１−４ 測定方法〕ピークサーチ内部標準法とした。

【００２２】 〔２〕 分析方法の操作手順 〔２−１ 試料の分解および試料溶液調製方法〕Ｖ−Ｃ
ｒ−Ｆｅ系の試料をコニカルビーカーを用いて、塩酸分
解法，硝酸分解法，王水分解法による３分解法で加熱分
解し、それぞれ分解後の残査を調べた結果、先ず塩酸分
解法ではバナジウムがほとんど分解されなかった。又、
硝酸分解法，王水分解法では反応が極めて激しく、しか
も試料中のＶがＶ⁵⁺に酸化されて黄色の析出物が多量に
生成し、やはり試料がほとんど分解されなかった。

【００２３】次に塩酸に少量の硝酸を加えた分解液を用
いて同様に分解処理することにより、試料をほぼ完全に
分解することが出来ることが確認された。しかしこの分
解液を用いて過剰に加熱を継続すると、バナジウムは酸
化されて、不溶性の黄色の析出物が生成する。

【００２４】そこで本実施例では、以下に記す分解方法
を採用した。即ち、試料を脱脂、乾燥した後、この試料
を３００ｍｌのコニカルビーカーに０．５ｇを採取し、
塩酸２０ｍｌと硝酸２ｍｌを加え、弱火で加熱し、液が
緑色を呈した時点で加熱をやめ、少量の水を加えてＮ
Ｏ．５Ｃの濾紙を用いて濾過し、２００ｍｌのメスフラ
スコに受ける。次に上記の濾紙とコニカルビーカーの内
壁を２０ｍｌの塩酸（１＋１）で洗浄し、先の濾液に合
わせ、濾紙をＺｒルツボ内で弱火の還元炎で灰化した
後、過酸化ソーダ：炭酸ソーダ（Ｎａ₂Ｏ₂：Ｎａ₂ＣＯ₃
＝２：１）の融剤２ｇで融解し、塩酸（１＋１）を４０
ｍｌを加えて加熱溶解し、ＮＯ．５Ｃの濾紙を用いて濾
過してから前記の濾液に加える。

【００２５】この濾液に標準物質としてストロンチウム
１．０ｍｇを加え、イオン交換水を加えて２００ｍｌの
一定量とし、これをＩＣＰ法によりバナジウムの定量分
析方法における試料溶液とした。

【００２６】〔３〕 実験および結果 〔３−１ 分析線の選定〕バナジウムの分析に最も適し
た波長を選定するため、Ｖ−Ｃｒ−Ｆｅ系限流素子を構
成する各元素の単独溶液及び内部標準物質としてのスト
ロンチウムを用いて分析線の選定を定性的に行った。そ
の結果を図２〜図４に示す。

【００２７】尚、試料溶液中の各元素の濃度はＳｒが１
０．０ｐｐｍ、Ｃｒが１０．０ｐｐｍ、Ｆｅが１００．
０ｐｐｍ、Ｖが２０００ｐｐｍである。そしてバナジウ
ムの発光強度の高い３本の波長を選び、分析線の選定を
行った。

【００２８】図２は波長３１１．０７１ｎｍの発光スペ
クトル、図３は波長２９２．４０３ｎｍの発光スペクト
ル、図４は波長２９０．８８２ｎｍの発光スペクトルで
あるが、何れの波長であっても共存物質の発光スペクト
ルは全てベースライン上にあり、バナジウムに対して妨
害しないことが推測される。

【００２９】従って何れの波長であってもバナジウムの
分析線として使用可能であるが、本実施例では発光強度
が最も高い波長３１１．０７１ｎｍを採用した。

【００３０】〔３−２ 内部標準物質とその波長の選
定〕内部標準物質としてストロンチウムを採用し、この
ストロンチウムの分析線を選定するため、ストロンチウ
ムの代表的な波長３本（４０７.７７１ｎｍ、４２１.５
２２ｎｍ、２１６．５９６ｎｍ） のプロファイルを測
定して定性的に行った。その結果を図５〜図７に示す。
図５〜図７は何れも前記分解液で分解した後の試料中の
各元素とストロンチウムの発光スペクトルであり、図
５，図６に示した波長４０７．７７１ｎｍと４２１．５
５２ｎｍでは、ストロンチウムの発光線のみで共存物質
は全てベースライン上にありストロンチウムに対する妨
害は観察されなかった。図７に示した波長２１６．５９
６ｎｍでは、共存物質の主成分であるＦｅの発光線が重
複しているとともにバックグランド（ＢＧ）の上昇が観
察され、分析線として不適当である。

【００３１】このことから、分析線として波長４０７.
７７１ｎｍと４２１.５５２ｎｍとが使用可能である
が、ここでは分析線として発光強度の高い波長４０７．
７７１ｎｍを採用した。

【００３２】〔３−３ 検量線の精度〕前記試料溶液中
のバナジウムの濃度は約３００ｐｐｍである。このため
バナジウム濃度０〜４００ｐｐｍの範囲で検量線の精度
を確かめた。その結果を図８に示す。この図から、検量
線はほぼ原点を通り、相関係数は０.９９９、標準偏差
は０．２７０ｐｐｍと非常に良い精度を示していること
がわかる。

【００３３】〔３−４ 試薬の影響〕バナジウム濃度３
００ｐｐｍ溶液に分解試薬である硝酸と塩酸を各々段階
的に加えてその影響を定量的に調べた。その結果を図
９，図１０に示す。

【００３４】影響の有無の判定は、Ｖの回収率（測定値
×１００／仕込み値）の±２％として図中に許容範囲と
して破線で表示した。

【００３５】検量線法で測定すると、硝酸は許容範囲内
にあり、影響がなかったが、塩酸は添加量の増大に比例
してＶの回収率が低下するという負の影響を示した。こ
のことは塩酸の共存により、試料溶液の粘度が上昇し、
試料吸い込み量が低下して見掛け上の発光強度が低くな
ったためである。

【００３６】従って検量線作成用溶液と分析用試料溶液
中の試薬濃度を同一にして、塩酸の存在による影響を抑
えることにした。

【００３７】〔３−５ 共存元素の影響〕バナジウム濃
度３００ｐｐｍ溶液に、Ｓｒ，Ｆｅ及びＣｒを各々段階
的に加えてそれらの共存元素の影響を定量的に調べた。

【００３８】その結果を図１１〜図１３に示す。これら
の影響の有無の判定はバナジウムの回収率の±２％以内
とし、図中に許容範囲として破線で表示した。Ｓｒ，Ｆ
ｅ及びＣｒの各元素は何れも破線で示した許容範囲内で
影響のないことが判明した。〔３−６ 内部標準物質ス
トロンチウムに対する試薬の影響〕ストロンチウム濃度
１０ｐｐｍ溶液に分解試薬である塩酸と硝酸を各々段階
的に加えてその影響を定量的に調べた。その結果を図１
４，図１５に示す。

【００３９】この結果、硝酸は許容範囲内にあり、影響
がなかったが、塩酸は添加量の増大に比例してＳｒの回
収率が低下するという負の影響を示した。このことは塩
酸の共存により、試料溶液の粘度が上昇して試料吸い込
み量が低下し、見掛け上の発光強度が低くなったためで
ある。従って検量線作成用溶液中に一定量の試薬を添加
して上記影響を抑えることにした。

【００４０】〔３−７ 内部標準物質ストロンチウムに
対する共存元素の影響〕ストロンチウム濃度１０ｐｐｍ
溶液にＦｅ，Ｃｒ，及びＶを各々段階的に加えてそれぞ
れの元素のストロンチウムの回収率に対する影響を定量
的に調べた。その結果を図１６〜図１８に示す。

【００４１】Ｆｅ，Ｃｒは破線で示した許容範囲にあ
り、ストロンチウムに対する影響はなかった。しかしバ
ナジウムＶはストロンチウムの回収率に対して負の影響
を示すことが判明した。これはＶの存在により試料溶液
の粘性が上昇したためと考えられる。従って検量線作成
用溶液と試料溶液中のＶの濃度を同一にして、Ｖによる
負の影響を抑えることにした。

【００４２】〔３−９ 合成溶液による分析精度の検
証〕上記検討した条件での分析精度を検証するため、合
成溶液を５個調整して検証を行った。その結果、バナジ
ウムの回収率は１００．０％、変動係数ＣＶは０．３７
％と実用上十分満足出来る精度が得られた。

【００４３】以下、表３に合成溶液の組成、表４に測定
結果をそれぞれ示す。

【００４４】

【表３】

【００４５】

【表４】

【００４６】尚、検量線作成用標準溶液は、以下に示し
たように調整した。即ち、バナジウム金属１ｇに塩酸２
０ｍｌと少量の硝酸を加えて加熱分解し、イオン交換水
で２００ｍｌの一定量とした。この液から５０ｍｌを分
取し、塩酸（１＋１）２０ｍｌとストロンチウムを１ｇ
加えてイオン交換水で１００ｍｌの一定量とした。

【００４７】〔４〕 考察 以上の結果から、本実施例に係るＩＣＰ法によるＶ−Ｃ
ｒ−Ｆｅ系限流素子中のバナジウムの分析方法を検討す
ることにより、次の知見が得られた。

【００４８】（４−１） 試料の分解方法 切粉状にした試料に塩酸及び少量の硝酸を加えて加熱融
解し、残査を濾紙ごと灰化して融剤で融解することによ
り、従来完全に分解することができなかったバナジウム
容易に分解することが可能となった。

【００４９】（４−２） 分析線 発光強度の高い分析線３１１．０７１ｎｍの共存元素の
妨害を調べた結果、妨害ピークは見られなかった。

【００５０】（４−３） 分解試薬及び共存元素の影響
と抑制 分解試薬である塩酸は負の干渉を示した。これは塩酸の
共存により試料溶液中の粘度が上昇して試料の吸込量が
低下したことによるものと考えられるので、この影響を
抑えるため試料溶液と検量線作成用溶液中の試薬濃度を
同一にし、更にストロンチウム内部標準法を用いて測定
することにより、上記の影響を抑えることが可能となっ
た。更に共存元素としてのバナジウムはストロンチウム
の回収率に対して負の影響を示した。これはＶの存在に
より試料溶液の粘性が上昇したためと考えられるので、
検量線作成用溶液と試料溶液中のＶの濃度を同一にし
て、Ｖによる負の影響を抑えることが可能となった。

【００５１】（４−４） 分析精度 合成溶液を５個測定した時の回収率は１００．０％、変
動係数ＣＶは０．３７％といずれも実用上十分満足でき
る精度であった。

【００５２】

【発明の効果】本発明に係るＩＣＰ法によるＶ−Ｃｒ−
Ｆｅ系限流素子中のバナジウムの分析方法によれば、切
粉状の試料を塩酸及び少量の硝酸によって加熱分解し、
残査を濾紙ごと灰化して融剤で融解することにより、試
料溶液中に他の共存物質の残査が少なく、バナジウムが
ほぼ分解される。

【００５３】そして試料溶液をＩＣＰ法を用いてバナジ
ウムの発光強度を測定し、検量線法で定量した際に、試
薬中の塩酸と共存元素中のバナジウムは負の影響を示す
が、検量線作成用溶液と試料溶液中の試薬濃度とバナジ
ウム濃度を同一にして、塩酸及び共存元素の存在による
影響を抑えることが可能となった。又、試料溶液をＩＣ
Ｐ法によって測定した時の変動係数、回収率がともに実
用上充分に満足できる分析精度が得られ、その結果Ｖ−
Ｃｒ−Ｆｅ系限流素子中の微量のＶの分析方法が確立さ
れて、該限流素子の組成と特性の関係を明確にするとと
もに、製品の品質管理及び工程管理を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるバナジウムの定量分析方法の基
本的な操作手順を示すフローチャート。

【図２】波長３１１．０７１ｎｍにおける各種元素の発
光スペクトルを示すグラフ。

【図３】波長２９２．４０３ｎｍにおける各種元素の発
光スペクトルを示すグラフ。

【図４】波長２９０．８８２ｎｍにおける各種元素の発
光スペクトルを示すグラフ。

【図５】分解後の試料中の各元素と内部標準物質として
のストロンチウムの波長４０７.７７１ｎｍにおける共
存物質のプロファイルを示すグラフ。

【図６】分解後の試料中の各元素と内部標準物質として
のストロンチウムの波長４２１．５５２ｎｍにおける共
存物質のプロファイルを示すグラフ。

【図７】分解後の試料中の各元素と内部標準物質として
のストロンチウムの波長２１６．５９６ｎｍにおける共
存物質のプロファイルを示すグラフ。

【図８】バナジウムの検量線を示すグラフ。

【図９】バナジウムの回収率に対する試薬（ＨＮＯ₃）
の影響を示すグラフ。

【図１０】バナジウムの回収率に対する試薬（ＨＣｌ）
の影響を示すグラフ。

【図１１】Ｓｒの影響によるバナジウムの回収率の許容
範囲を定量的に示すグラフ。

【図１２】Ｆｅの影響によるバナジウムの回収率の許容
範囲を定量的に示すグラフ。

【図１３】Ｃｒの影響によるバナジウムの回収率の許容
範囲を定量的に示すグラフ。

【図１４】ストロンチウムの回収率に対する試薬（ＨＣ
ｌ）の影響を示すグラフ。

【図１５】ストロンチウムの回収率に対する試薬（ＨＮ
Ｏ₃）の影響を示すグラフ。

【図１６】Ｆｅの影響によるストロンチウム回収率の許
容範囲を定量的に示すグラフ。

【図１７】Ｃｒの影響によるストロンチウム回収率の許
容範囲を定量的に示すグラフ。

【図１８】Ｖの影響によるストロンチウム回収率の許容
範囲を定量的に示すグラフ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 切粉状の試料を脱脂，乾燥し、塩酸と少
   量の硝酸を加えて加熱分解した後冷却し、この分解液を
   濾過して得られた濾液と、濾紙を灰化して過酸化ソー
   ダ：炭酸ソーダの融剤で融解し、塩酸を加えて加熱溶解
   した後、濾過した濾液との混合液を作成し、この混合液
   に標準物質としてストロンチウムを加えてからイオン交
   換水で一定量とし、これを試料溶液として高周波誘導結
   合型プラズマ発光法を用いてバナジウムの発光強度を測
   定し、内部標準法によってバナジウムを定量することを
   特徴とする限流素子中のバナジウムの定量分析方法。
2. 【請求項２】 試料がＶ−Ｃｒ−Ｆｅ系の限流素子であ
   る請求項１記載の限流素子中のバナジウムの定量分析方
   法。