JPH0743366B2 - ケルダ−ル窒素定量装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はケルダール窒素定量方法および装置、特に、測
定に必要な操作、工程の実質的にすべてを省力化し自動
化したケルダール窒素定量方法および装置に関する。本
発明の自動測定法および装置はセミミクロケルダール法
またはミクロケルダール法のような少量または微量測定
においても極めて効果的に適用できる。

ケルダール窒素定量法は、1883年にKjeldahlによって公
表されて以来、すでに100年以上も経過しているが、現
在でも種々の含窒素物質、特に、動植物試料中の窒素ま
たはたん白質の定量法として極めて重要である。例え
ば、窒素定量法としてはビウレット法、その他種々の方
法が知られているが、これら他の方法の精度はケルダー
ル法を標準として決められているし、また、日本薬局方
における窒素定量法はセミミクロケルダール法を採用し
ており、さらに、生物学的製剤基準におけるたん白窒素
定量法はミクロケルダール法を規定している。

ゲルダール法の原理は、周知の如く、質素を含む有機試
料を触媒の存在下に硫酸と加熱分解して試料中の窒素を
硫酸アンモニウムとし、これに強アルカリ例えば水酸化
ナトリウムを作用させて遊離のアンモニアを発生させ、
このアンモニア量を定量するものであり、用いる試料の
量によってマクロケルダール法（含窒素量:0.5〜1g）、
セミミクロケルダール法（含窒素量:2〜3mg）、および
ミクロケルダール法（含窒素量:10〜1000μｇ）の３種
に分類されている。これらの方法は原理的には一見簡単
であるが、実際の操作は次のような煩雑で非常な熱源を
要する多くの工程を必要としている。

（１） 試料および各試剤（触媒、硫酸、NaOH溶液、指
示薬、捕集液）の調製および秤量 （２） 試料のケルダールフラスコへの導入 （３） 硫酸銅その他適当な触媒の添加（フラスコ壁面
に付着しないように注意深い添加あるいは付着した触媒
の水による流し込み等を必要とする。） （４） 硫酸の少量づつの添加 （５） 内容物の加熱分解 （６） 内容物の冷却、希釈（フラスコが割れないよう
注意を要する） （７） NaOH溶液の添加 （８） 発生するアンモニアの水蒸気による蒸留 （９） アンモニアの捕集液（例えば、ホウ酸液）によ
る吸収 （10） アンモニア吸収液への指示薬の添加 （11） 硫酸による滴定 （12） 測定値の記録 （13） 廃液の処理 （14） フラスコ、ビーカー等用具類の洗浄 従って、これら工程すべてを手作業で行う場合、熟練者
によっても１検体で約40〜60分、50検体前後でも20数時
間の相当の長時間を要し、省力化、自動化が強く望まれ
ている方法である。しかしながら、あまりにも煩雑なた
め、従来、セミミクロまたはミクロケルダール法のよう
な小量または微量定量法にまで適用できる自動化測定法
が報告されている例は本出願にの知る限りではなく、マ
クロケルダー法においてのみ適用できる自動化例がわず
かに報告されているにすぎない。

例えば、“食品工業、Vol.18,No.6,p.73（1975）”に
は、rev nat.Alfred Montag（ハンブルグ、国立化学食
品研究所）の西独GORDIAN誌1974年６月号に掲載された
「KJEL−FOSS−AUTOMATIC装置を使用したKjeldahl法に
よる窒素定量」なる訳題の論文が紹介され、マクロケル
ダール法における窒素測定の自動化方法および装置が開
示されている。これによれば、その自動化測定法は、上
記文献の第１図および第２図に示すような構成および行
列からなる組合せ装置を用いることからなり、該装置は
中央の廃液槽上に設けたターンテーブルにその中心から
60゜の角度で６ケ所のフラスコ取付位置が設けられ、タ
ーンテーブル即ちフラスコは３分毎に自動的に10〜12秒
の移動時間をもってモーターにより60゜ずつ回転し、試
料導入位置、２ケ所の直火による加熱分解位置、冷却、
希釈位置、アンモニア発生蒸留位置および廃液処理位
置、さらに元の試料導入位置へと順次循環して送り込ま
れるように設計されている。そして、フラスコ上部はア
ンモニア発生蒸留位置および内容物廃棄のための廃液処
理位置ではフラスコ内容を密閉できるようゴム栓とのガ
スケット構造が達成できるようになっており、窒素量測
定のための分解、蒸留、廃液処理等がそれぞれの位置で
自動的に行なわれている。さらに、アンモニア発生蒸留
位置で蒸留されたアンモニアはコンデンサーを通じて自
動測定系内に置かれたビーカー内で捕集され、そこで滴
定用シリンダから自動的に出る硫酸によってアンモニア
の滴定を直接行っている。その滴定はメチルレッドとメ
チレンブルーよりなる指示薬の色変化を光電管で監視す
る。いわゆるコードモニター法によって行っており、滴
定値は滴定用のH₂SO₄を押し出すシリンダの移動量を直
接ポテンショメーターで知りデジタル増幅器を経て制御
することによって得られ、その後デジタル表示として自
動記録している。

しかしながら、この従来方法は、上記文献の記載からも
明らかな如く、ハム、ソーセージ、魚肉その他の食品類
を対象としたマクロケルダール法に関するもので、セミ
ミクロあるいはミクロケルダール法には適用できない。
なぜならば、この従来法で用いている分解工程での直火
等の強熱は通常微量の液状物である試料（溶液または懸
濁液の形）をさらに希釈した形で処理するセミミクロま
たはミクロケルダール法においては突沸が避けられず使
用できないからである。しかも、上記従来法は、分解工
程以後は自動化されているものの試料その他の導入工
程、即ち測定すべき試料、触媒および酸の添加はすべて
手動によって行っている。即ち、上記従来方法は、秤量
した試料と錠剤化触媒を先ずフラスコに入れ、その後手
動によるダイヤル操作によって量を調整した硫酸と過酸
化水素を導入管より添加している。また、直火による加
熱は、注意して操作をしないと分解フラスコの破損を招
き得る。

本発明によれば、セミミクロまたはミクロケルダール法
にも適用でき、さらに分解フラスコへの試料、触媒およ
び硫酸の添加もすべて自動で行うケルダール窒素定量方
法および装置が提供される。本発明においては、触媒の
錠剤化も必要なく、またフラスコ破損の危険のない測定
装置が提供される。

かかる本発明は、後述するような自動液体移し換え装
置、自動触媒添加装置、自動硫酸添加装置および一定温
度の自動熱風加熱装置を従来のターンテーブル型分解フ
ラスコ回転装置に追加組合せることによって達成され
る。

以下、本発明およびその特徴を添付図面に沿ってより具
体的に説明する。

第１図は本発明のケルダール窒素測定装置の主要部の１
つの好ましい配列を平面略図として示すものであり、予
じめ調整された測定すべき試料を入れた複数の試料容器
２を一連の載置台３上に乗せ、一定時間毎の移動・停止
を繰返しながら連続循環移送する試料容器移送装置1;複
数個好ましくは12ケの分解フラスコ11を等間隔で保持し
上記試料容器２の移動・停止に対応して矢印の方向に回
転して分解フラスコ11を試料導入停止位置p₁、触媒添加
停止位置p₂、硫酸添加停止位置p₃、加熱分解停止位置p₄
〜p₉、内容物冷却・希釈停止位置p₁₀アンモニア発生蒸
留停止位置p₁₁および廃液除去・フラスコ洗浄位置p₁₂、
さらに元の試料導入位置p₁への順次循環して回転移動さ
せる分解フラスコターンテーブル10、p₁位置において対
応する試料容器移送装置１の停止位置p₁′上にある試料
容器２から測定すべき試料を分解フラスコ11に移し換え
る液体試料自動移換え装置12、p₂位置において粉末また
は粒状の触媒を一定量抜き出して分解フラスコ１に添加
する触媒自動添加装置13、p₃位置において分解フラスコ
11に一定量の硫酸を添加する硫酸自動添加装置14、p₄〜
p₉の位置において分解フラスコ11の下に送風管19により
熱風を送ってフラスコ11を加熱する一連の熱風加熱装置
15、p₁位置で下からの空冷装置（第10図参照）による予
冷の後フラスコ11の内容物を冷却・希釈する冷却水添加
装置16、p₁₁位置において水蒸気蒸留してアンモニアを
発生させ次の滴定系に送るアンモニア発生蒸留装置17お
よびp₁₂位置において分解フラスコ11中の廃液を吸引除
去してフラスコ内部を洗浄する廃液除去・洗浄装置18と
からなるケルダール窒素分解蒸留工程部；および６ケの
滴定用ビーカー22を載置台28上に乗せ矢印方向に回転し
てビーカーをターンテーブル10のp₁₁位置に対応するア
ンモニア捕集位置Q₁、滴定位置Q₂、滴定済み液除去・洗
浄位置Q₃、………、アンモニア捕集液供給位置Q₆へと順
次回転移動させる滴定サイクラー20、Q₂位置におけるホ
ルダー25によって保持された電極26、26′および滴定液
導入管27を有する自動滴定装置21、Q₃位置において滴定
済み液を吸引除去しビーカー内部を洗浄する滴定済み液
除去・ビーカー洗浄装置23およびQ₆位置におけるアンモ
ニア捕集液供給装置24（なお、捕集液の供給はQ₄または
Q₅の位置でも行い得る）からなるアンモニア滴定部から
なっている。

本発明のこの配列によれば、マクロケルダール法のみな
らず、セミミクロおよびミクロケルダール法によるチッ
素定量が自動的にかつ連続的に極めて有利に行なわれ
る。以下、本発明を構成する各装置およびその操作を工
程順により詳細に説明する。

第２図は本発明で使用する試料容器移送装置１の一例で
あり、矢印の方向に移動・停止を繰返し回転して測定す
べき試料を入れた試料容器２を移動させるサンプルスト
レッジコンベア５よりなっている。試料容器移送装置１
は回転円板その他スペースに合せた適当な手段であり得
るコンベア５はモーター（図示せず）により回転し、後
の分解工程での操作時間に合せた適当な時間間隔での移
動・停止を繰返すようセットされている。特に、試料
量、触媒量、加熱分解温度にもよるが、後述するように
加熱工程およびアンモニア発生・蒸留工程での所要時間
により停止時間は決定される。移動時間は任意であり通
常数秒もあれば十分である。そのようにしてターンテー
ブル10の移動・停止に合せてコンベア５により運ばれた
試料容器２がp₁′位置即ちターンテーブル11の試料導入
位置p₁に対応する位置に来たとき、その中に収容された
試料は下記の特定の液体試料移換え装置12によりp₁位置
の分解フラスコ11に移し換えられる。好ましいのはp₁′
位置の直前で試料容器２が実際に載置されて、どうかを
検知する試料容器検知器４をコンベア５内に設置するこ
とである。この試料容器検知器４は、図示する如く、簡
単なマイクロスイッチ構造６からなり、試料容器の空送
りが生じたときあるいは試験が終了して試料容器を送る
必要がなくなったとき、それを検知してそれに応じて試
料導入以後の各工程での操作を中止できるようセットさ
れている。特に空送りの場合にはその空送りのフラスコ
のみの各操作が休止できる仕組になっている。

本発明において試料容器に収容すべき検体試料は、測定
すべき含たん白チッ素試料を前以って処理し溶液または
微細懸濁液の形にしたものである。例えば、生物学的製
剤基準に従って検体試料のたん白含量を定量する場合、
検体試料は次の如き操作により前処理される。

即ち、検体は必要あればうすめて、たん白チッ素量が10
〜500μｇに対応する量を正確にとり、遠心沈殿管に入
れ、その10分の１容の50W/V％トリクロル酢酸液を加
え、ついで100℃に15分間加温したのち、常温に冷却す
る。ただし、抗毒素、治療血清及び血液製剤について
は、100℃15分間の加温をはぶき代わりに常温ないし37
℃に15分間保温する。その後、約800gで10分間遠心す
る。沈殿に5W/V％トリクロル酢酸液の適当量を加えて振
り混ぜ、再び遠心する。沈殿を、少量のIN水酸化ナトリ
ウム試液を用いて溶解する。あるいは水酸化ナトリウム
に代えて、濃硫酸例えば24N硫酸を用いてトリクロル酢
酸液処理液の沈殿を溶解させてもよいし、さらに硫酸銅
その他の触媒も次の移換えに支障ない限り試料中に存在
させていてもよい。ただし、この場合、p₂位置での触媒
の添加および／またはp₃位置での分解フラスコへの硫酸
の添加は必要としない。前処理は試料容器２中で直接行
い得る。

このようにして調製した試料容器２内の検体試料は第３
図に示す液体試料自動移換え装置12によって分解フラス
コ11中に自動的に移換えることができる。

第３図は、本発明で使用する試料自動移換え装置12の全
体側面図であり、検体試料移換え直前の状態を示す。即
ち、装置12は垂直に上下動自在な軸51にアーム55,55′
およびホルダー56,56′によってそれぞれp₁′位置およ
びp₁位置上に保持され、軸51の上下運動によってそれぞ
れ上り下り可能な試料吸入部57と試料送り込み部58とか
らなる。

液吸入部57は下ったとき試料容器２内の底部まで達する
液吸入管52およびその上に取り付けられ試料容器２の内
壁に向って洗浄液を噴射せしめる例えば環水ノズル構造
の洗浄液噴射装置53とからなり、液送り込み部58は軸51
が下ったとき、即ち、第３図の状態のとき分解フラスコ
11の開口内部壁61と適合してフラスコ内部を密閉状態に
する手段60、好ましくはスリ合せガラス手段を有する。

このスリ合せ手段60は下端が開放され上部が中空のガラ
ス部材59からなり密閉時に図示する如く分解フラスコ11
内部を減圧可能にする減圧用の排気口を備えている。液
吸入管52と液送り込み管62は液移送管54によって連結さ
れており、それらの各先端はいずれも試料容器２および
分解フラスコ11の移動時即ち、軸51が上に上ったとき、
それぞれ容器２およびフラスコ11の上に位置するように
する。

このような配列にて液体移し換え装置12は、コンベアー
１および回転テーブル10の移動・停止に合せて、例えば
リニアヘッドモーター（図示せず）により上下運動を繰
返し、装置12が下って分解フラスコ11が密閉状態なると
同時にフラスコ内が減圧装置（図示せず）によって減圧
されて試料容器２からの検体試料が液吸入管52、液移送
管54および液送り込み管62を通ってフラスコ内に移動す
る。また、液体試料吸入が済むと同時に洗浄液噴射装置
53より洗浄水が試料容器２の内壁に噴射され、その洗浄
水も容器壁面の付着試料を洗い落すとすぐに全く同様に
して分解フラスコ11中に移し換えられる。これらの操作
が済むと同時に装置12は試料容器２と分解フラスコ11の
移動を妨げない位置まで上昇する。これら一連の操作、
即ち、移し換え装置12の上下運動、分解フラスコ内の減
圧操作および洗浄水の噴射は、それぞれ後述する如く予
じめセットされたシーケンスコントローラー等によって
試料容器２および分解フラスコ11の移動・停止に合せて
自動的に操作される。

次に、分解フラスコ11がp₂位置、即ち、触媒添加位置に
移動したとき、触媒自動添加装置13より一定量の粉末状
または粒状の固型触媒、例えば、CuSo₄・K₂So₄粉末混合
物（混合比1:9）がフラスコ内に添加される。なお、触
媒の添加は、前述した如く、予じめ調製試料中に添加し
てあればこの位置は必要としない。

第４図は、本発明で使用する触媒自動添加装置13の全体
側面図であり、第４−ａ図は触媒Ａを導出路内に形成さ
れた一定体積の空間内に満している状態を示し、第４−
ｂ図は該空間内に充填させた一定量の触媒を抜き出して
いる状態を示す。また、第５図は同じ触媒添加装置の第
４−ａ図の状態の上から見た側面図である。

即ち、本発明で使用する触媒添加装置は、図示する如
く、定量して分解フラスコ11に添加すべき固形触媒Ａを
収容し、底部に触媒Ａの落し込み用開口72を有する容器
71;開口72からの触媒Ａの導出路73およびこの導出路を
横切って水平に延びた一対の下記遮断板用の誘導路75,7
5′とを有する容器71に取付けられたブロック体74;誘導
路75,75′内を往復運動して導出路73を遮断して導出路
内に一定体積の定量用空間76を形成すると共に互い違い
の位置に触媒Ａの落し込み用穴78および78′を有する１
対の遮断板77,77′であって、穴78が導出路73と一致し
たときは遮断板77′が導出路73を塞いで空間76内に触媒
Ａを落し込んで空空間76内を満し、穴78が導出路73と一
致したときは遮蔽板77が導出路73を塞いで空間76内に溜
った一定量の触媒Ａを落下させるようにした上記１対の
遮蔽板；および遮蔽板77,77′を一定時間間隔で往復運
動せしめる装置90とからなる。遮蔽板77,77′を往復運
動させる装置90は、その目的に適する従来公知の任意の
装置であり得るが、好ましいのは、図示する如く、偏心
93で回転する偏心円板91と、この偏心円板と係合する１
対の滑車92,92′を有するブロック体95との組合せから
なり、それのよって簡単かつコンパクトな往復運動装置
が提供できる。

さらに詳しく述べれば、容器71は、一般に、収容した触
媒Ａを溜りなくスムーズに開口72に導びくために開口72
からの逆円錐または逆円錐台形状を有し、その周りには
好ましくは一体化したケーシング81を有する。ケーシン
グ81は容器71の支持および保護を目的とするものでその
底部周縁には適当な支持体（図示せず）とのネジ止めあ
るいはナット止め85可能な周縁突出部84を有している。

容器71の下には開口72と合致させた触媒導出路73を有す
るブロツク体74が適当な手段で取付けられており、この
導出路が目的である触媒連続定量抜出しに重要な役目を
果す。即ち、ブロツク体74には、導出路73を横切ってそ
の内部に一定体積の定量用空間76を形成できるような一
対の遮断板77、77′の往復運動を可能にする１対の水平
誘導路75,75′が設けてある。かくして、導出路73内部
に遮蔽板77と77′の間隔ｄと導出路73の断面寸法ｌとで
決まる一定体積の空間76が形成されることとなる。そこ
で、遮蔽板77,77′のそれぞれに互い違いの位置に導出
路73の断面形状と一致する形状の穴78,78′を設け、触
媒Ａの定量時には遮断板77′の穴78が導出路73と一致し
遮断板77′が導出路73を塞ぎ、抜出し時には遮蔽板77が
導出路73を塞ぎ遮断板77′の穴78′が導出路73と一致す
るように遮蔽板77,77′を一定時間間隔で往復運動させ
れば定量すべき触媒の密度に応じて決まる一定重量の触
媒が定量的に連続して分解フラスコ11内に導入すること
ができるようになる。導出路73の下には、試料の飛散防
止または定量した試料が容易に分解フラスコ11内に落ち
込むよう先細りの落し口86を取り付ける。

ブロック体74は金属またはプラスチック等の適当な材料
から適当な金型等を用いて導出路73および遮断板77,7
7′用の誘導路75,75′を有するよう最初から一体化した
ブロツク体に成型したものを用いることもできるが、好
ましいのは第６−ａ図に示す形状の部材100の２ケと第
６−ｂ図に示す部材110の１ケとを組合せることによっ
て有利に得ることができる。即ち、部材110を真中にし
て２ケの部材100を向い合せにし、それぞれの孔111と10
1が合致するようねじ孔112,102等によって組立れば、孔
111と101で形成される導出路73および２つの凹部103で
形成される１対の遮断板誘導路75,75′を有するブロツ
ク体74が構成される。孔111と101の大きさ、形状は同じ
であり、その寸法および部材110の厚さは定量すべき量
によって決まる。部材100の凹部103の形状、寸法は、そ
れによって構成される誘導路75,75′の中を遮蔽板77,7
7′が滑らかに摺動して往復運動できるよう遮蔽板の形
状、寸法より幾分大き目であるが、遮蔽板の往復運動に
よって固形触媒が誘導路に沿って導き出されないよう遮
蔽板と誘導路がぴったり合って、その間にできるだけす
き間のないようにすることが重要である。そうすること
によっても、そのようなすき間から導き出される試料を
完全には回避できない。しかしながら、その量は極めて
わずかであり、測定すべき量、即ち、分解フラスコに添
加すべき量に何ら影響を与えるものではない。必要であ
れば、ブロツク体74への遮蔽板77,77′の出入位置79,7
9′（第４−ｂ図参照）の下に触媒回収受器（図示せ
ず）を置いてもよい。

遮蔽板77,77′の往復運動を行う装置90は、その目的に
適する従来公知のいかなる装置であってもよいが、好ま
しいのは図示する如く、偏心93で回転する偏心円板91の
回転によって行うことである。例えば、本発明で用いる
装置90は、第４図〜第５図で示すように、遮蔽板77,7
7′をねじ98等によって固定したブロツク体97およびこ
れと連結板96で連結あるいは一体化したもう１つのブロ
ツク体95とからなり、ブロツク体95がその両端に滑車92
と92′を有して、その間に両滑車と係合するように設け
た偏心93を軸として回転する偏心円板91により遮蔽板7
7,77′は往復運動を繰返す。もちろん滑車および偏心板
はブロツク体97に直接取り付けてもよい。このような配
列によって偏心円板91を矢印方向にモーター（図示せ
ず）により回転させればその半転毎に、遮蔽板77,77′
は往復運動して第４−α図および第４−ｂ図の状態を繰
返すことになり、第４−ａ図の状態のとき空間76内に溜
った触媒は、その量だけ、第４−ｂ図の状態となったと
き導出路73の下に置かれた分解フラスコ11内に流れ落
る。フラスコ11は、前述した如くターンテーブル10によ
って一定時間間隔で導出路73の下に送り込まれるが、第
４−ｂ図における定量用空間76からの触媒の落し込みは
殆んど秒単位以下であり、従って次のフラスコ11が導出
路73の下に送り込まれる間は、遮断板77,77′は第４−
ａ図の状態に置かれて十分な触媒の空間76への落ち込み
が達成される。軸99および99′はブロツク体95および97
の往復運動を安定化させスムーズにするために設けられ
る。

遮蔽板77,77′の作動は分解フラスコ11の送り込みに合
せ適当な制御手段、例えばシーケンスコントローラー等
によって適宜調整される。

また、定量すべき触媒を収容する容器71は、通常、蓋82
を有し、さらに好ましくはその蓋の下部に不織布その他
の袋状物に収容した乾燥剤83（例えばシリカゲル等）を
貼り付け、あるいは埋め込んだ形で取り付けて容器内部
の触媒の吸湿を防止する。

さらに、触媒添加後p₃位置において、必要に応じ、即
ち、測定すべき試料の調製に前述の如く水酸化ナトリウ
ムを用いた場合において、装置14により必要量の硫酸の
添加を自動的に行い得る。装置14は、その全体側面図で
ある第７図で示すとおり、いわゆる一般的なピストン型
分注器であり得、添加すべき濃硫酸例えば36N H₂SO₄の
供給容器121内の液中に延びた吸引管122と液移送管123
とを連結しているＴ字管120からなる。Ｔ字管120はその
分岐部より延びる分岐管124によりピストン手段125に連
結され、このピストン手段は注射器型のシリンダー126
とその内部プッシャー127からなり、プッシャー127がそ
の下端で円板128と接しており、この円板128の偏心129
を軸とする偏心回転によってシリンダー内を摺接して一
定距離上下運動をするような構造になっている。また、
Ｔ字管120内部には、第８図に示す如く、分岐部の上流
および下流にそれぞれ逆止弁133,133′が設けられて、
それによって円板128の偏心回転によりピストン手段の
プッシャー127が上下する際の一定量の硫酸を移送管123
を経て分解フラスコ11に送り込むことができる。即ち、
プッシャー127が下るときには、逆止弁133が閉じて逆止
弁133′が開き供給容器121からプッシャー127の下った
距離に相当する一定量の硫酸がシリンダー126内に流入
し、次いで円板128が回転してプッシャー127が上り始め
ると逆に弁133′が閉じて弁133が開き上記シリンダー12
6内に流入した量に相当する一定量の硫酸が移送管123に
送り込まれる仕組みになている。このようにして一定量
で移送管123に送り込まれた硫酸は移送管先端部132より
分解フラスコ11に落し込まれるが、その際、移送管先端
部132が、それより落下する硫酸の飛散防止のため分解
フラスコ11内まで延びるよう上下動可能な垂直軸130に
より上下し、さらに落し込み後先端部132に付着残存し
得る液的が分解フラスコ外に落下しないように、あるい
は回収目的で、先端部132が待機時に回収ロート134上に
位置するようにセットすることが好ましい。先端部132
はアーム131により垂直軸130に保持され、回収ロート13
4は回収管135により供給容器121に連結されている。

このようにしてp₃位置において必要量の硫酸を添加した
分解フラスコ11は次に加熱位置p₄〜p₉に順次移行し、内
容物の加熱分解が行なわれる。即ち、ケルダール窒素定
量法における加熱所要時間は、測定すべき試料量、加熱
温度、触媒量、硫酸量その他多くの要因によって異なる
が、一般には、マクロケルダー法において400℃前後で
５分前後、セミミクロまたはミクロケルダール法におい
てはおよそ340〜380℃の温度で数分から７〜８分前後で
十分である。例えば、試料量３〜5mg（含窒素量10〜100
0μｇ）のミクロケルダール法測定試料に対しおよそK₂S
O₄/CuSO₄触媒約3gと36N硫酸2mlを添加した場合、その加
熱温度および所要時間は約360℃±10℃で約８分前後、
より完全を期すためには10分、より完全には12分もあれ
ば十分である。従って、ミクロケルダール法による窒素
測定例を示す本実施例においては、分解フラスコの各位
置の停止時間を２分と定められば、６回の停止加熱位
置、即ちp₄〜p₉の加熱停止位置により完全な分解工程を
達成できることになる。この加熱はガスバーナー等によ
る直火により行うことも可能であるが、通常ガラス製で
ある分解フラスコの破損の危険性あるいは、内容物の突
沸等を回避するために次の如きエアーヒータによる熱風
加熱によるのが好ましい。

第９図は本発明のケルダール窒素測定装置において有利
に用い得るエアーヒーター15の１例を示すものであり、
p₄〜p₉位置にそれぞれの分解フラスコ11の直下に設けら
れたハウジング142内に収容された筒体141内の電熱ヒー
ター140および筒体141の下部と送風管147で連結したコ
ンプレッサー144とからなる。即ち、筒体141内に例えば
200V,1KWの電熱ヒーター140を設置し、これを可変抵抗
器143を有する電気回路によって、一定温度に加熱し、
コンプレッサー144よりコック145、フローメーター146
および送風管147を経て、加圧空気を送ることにより一
定量の熱風を分解フラスコ11底部に吹き付けることがで
き、フラスコ内容物を所定の温度に加熱できる。電熱ヒ
ーターの温度は可変抵抗器143により、またコンプレッ
サー144よりの送風量はフローメーター146によりそれぞ
れ常に一定に保つことができるので常に一定の熱量をフ
ラスコ底部に与えることができる。また、分解フラスコ
上部には、排気ダクト148を設け、加熱分解時に生じる
排ガスは排ガス処理系（図示せず）によって安全基準ま
で処理され大気中に放出される。

かくしてp₄〜p₉位置において所定時間の加熱処理を終え
た分解フラスコ11は次の冷却・希釈位置p₁₀に移り、そ
こで先ず内容物の空冷による予冷を行い内容物の温度が
およそ100〜150℃に低下したところで冷水による内容物
特に硫酸分の希釈と急冷却を同時に行うものである。あ
らかじめ内容物を空冷することによって急冷による内容
物の突沸およびフラスコの破損を防止する。

第10図はp₁₀位置における本発明の分解フラスコ内容物
の冷却・希釈装置16の１例を示すもので、この装置16は
冷風送風ファン150と組合せて使用する。加熱処理を終
えてp₁₀位置に移された分解フラスコ11はその真下に設
置されたファン手段150によって空冷される。フアン手
段150はモーター手段（図示せず）によって駆動される
フアン151および送風口152を有し、この送風口からの冷
空気のフラスコ底面への吹き付けによってフラスコ内容
物を所定時間（通常約１〜30秒間）で前記100℃〜150℃
に冷却できるようなフラスコの送り込みに合せてセット
されている。同時に、第３図の上下動自在の垂直軸51と
同様な上下動手段153により、ガス吸引管154および冷却
水噴射ノズル157が下降してガス吸引管154がフラスコ内
にまた冷却水噴射ノズル157がフラスコ口真上にそれぞ
れ位置するよう作動する装置16が機能する。即ち、ガス
吸入管154は空冷およびその後の噴射水による冷却中に
発生するガス成分および熱気を吸引して外へ排出する。

また、噴射ノズル157からは空冷終了と同時に供給源
（図示せず）より送結管156を通じて送られた冷却・希
釈水がフラスコ内部に噴射されて内容物をおよそ50〜60
℃にまで冷却し希釈する。噴射ノズルは図示する態様に
おいては環状ノズルであるが本目的を達成される限り任
意の形状であり得る。その後、噴射ノズル157およびガ
ス吸入管154は上下動手段153により自動的にフラスコ11
の上まで上昇し冷却工程を終了する。なお、噴射ノズル
157は吸入管154と連動せず予じめフラスコ口上に固定さ
れてあってもよい。

冷却工程を終えたフラスコ11はターンテーブル10の所定
の移送サイクルに従って次の蒸留工程、即ち、p₁₁位置
に移動しそこで強アルカリによるアンモニアの置換（発
生）および水蒸気によるアンモニア蒸留が行なわれて発
生したアンモニアは次の測定サイクルに送られる。

第11図は本発明のケルダール窒素定量装置に用いるアン
モニア発生・蒸留装置17の１例を示すものであり、上下
動自在の垂直軸160に取り付けられた蒸留装置170とコン
デンサー210とからなる。垂直軸160は第３図および第10
図の垂直軸51および153と全く同様の機能を有するもの
で分解フラスコ11の移動・停止に合せて上下動を繰返す
ようセットされている。

蒸留装置170は好ましくはガラス製の２重管構造であ
り、その底部は、垂直軸160が下ったとき、フラスコ11
の首部と密に接合してフラスコ内部を密閉する例えば摺
り合せ部分178を有する。このような構造において、垂
直軸が下りフラスコ内が密閉されたとき、蒸留装置170
の外壁171と内壁172との間の空間173に送給管196より水
蒸気が送り込まれる。送り込まれた水蒸気は空間173内
に充満して内壁172の内部即蒸留領域177を加熱すると共
に管174,電磁弁175および管176を通ってフラスコ11内の
内容物中に送られる。と同時に、供給源183からの強ア
ルカリ、例えば、7.5N NaOH液が供給管186を通って管17
6に送り込まれて水蒸気と共にフラスコ内容物中に添加
される。強アルカリの供給機構は第７図における硫酸送
り込み機構と全く同じものを使用でき、第７図に関して
説明したのと同様にして供給管183から所定量のNaOHを
効率よくフラスコ11内に供給できる。即ち第７図と同
様、ピストン手段184で量調製され、逆止弁を有するＴ
字管185によって一定量のNaOHが導入管186よりフラスコ
内に送られる。また、図中、179は空間173内で生じた凝
縮水用のドレインである。

かくして、分解フラスコ11内に送り込まれたNaOHがフラ
スコ内容物中に生成している硫酸アンモニウムと作用し
て遊離のアンモニアが発生し、これが同時に送り込まれ
た水蒸気と共に蒸留され蒸留領域177を通る留分として
分岐管180を通ってコンデンサー210に送り込まれ、この
コンデンサーよりp₁₁位置に対応する滴定サイクルのQ₁
位置即ちアンモニア補集位置にあるビーカー22内の補集
液に後述するようにして補集される。蒸留装置の分岐管
180の末端は、例えば摺り合せ構造181を有してコンデン
サー首部と密閉できるようになっている。また、蒸留装
置170は第12図に示すような構造のものであってもよ
い。

水蒸気を蒸留装置170に供給するための水蒸気供給装置
としては第11図に示すとおりの自動水蒸気発生装置190
を用いることにより本発明を有利に実施できる。即ち、
本発明で用いる水蒸気発生装置190は、電極ヒーター192
を内部に有する容器191からなり一定水位Ｌまで満され
た水をヒーター192により加熱し、発生した水蒸気を給
送管196により蒸留装置170に送り込めるようになってい
る。また、容器191は補給水（蒸留水）用のパイプ193お
よび排水口195を有し、このパイプは電磁弁194を有して
いる。197は熱電対、198は温度計、199はヒーターの温
度調製用可変抵抗器である。容器191はリング206および
クランプ207に支持され支点201により重錘202と天秤の
形、即ち容器内の水が一定水位Ｌにあるときにバランス
するようになっている。203は重錘202の近接を検知する
近接スイッチの検出端であり、204は重錘の降下を検知
する安全装置であり205および205′はストッパーであ
る。

このような配列において水蒸気発生装置190は、ヒータ
ー192の始動による水蒸気の発生および管196を通しての
蒸留装置170への発生水蒸気の送給に伴って充填水が減
少し水位Ｌより低下する。水位が下り始めると同時に重
錘202が下り始め、検出端203は重錘の近接を検知する。
この検出端203は補給水用のパイプ193中の電磁弁194に
信号を送るようにセットされているので電磁弁194は開
きパイプ193より補給水が容器内に供給される。そし
て、容器191内の水が所定の水位、即ち水位Ｌに達した
ときは重錘が上昇し、検出端203の近接信号は断となる
ので電磁弁194は閉じる。すなわち、水位の変動を天秤
を介して近接スイッチのオン・オフに変換し、これが電
磁弁の開閉信号につながるので、水位の微調節が可能で
容器191は常に一定水位が確保できる。なお、天秤の急
激な傾きは望ましくないので、傾きを規制するストッパ
ー205,205′が設けられている。更に水蒸気発生装置190
の操業中断水等の不慮の事故があって水位が低下し安全
装置204が検出して装置を全面的に停止せしめる。装置
の保護を更に完全にするためである。また発熱体の温度
調節は可変抵抗器によって自由に達することができる。

なお、水蒸気給送管196は上下運動する蒸留装置170に連
結するので通常可撓性のパイプまたはチューブを用い
る。かくして本発明のアンモニア蒸留工程への水蒸気の
供給は極めて安全かつ効率的に実施できる。

蒸留処理を終えた分解フラスコ11は、その後、最後のp
₁₂位置に移され、内容物廃棄およびフラスコ洗浄が行な
われる。

第13図の廃液処理装置18は、第３図の垂直軸51、第10図
の垂直軸153あるいは第11図の垂直160と同様にリニアモ
ータ（図示せず）等によって上下動可能にセットした垂
直軸221のアーム222およびホルダー223によって保持さ
れた液吸入管224、これと接続または一体化した液移送
管225、および洗浄液噴射装置226からなる。

即ち、分解フラスコ11が位置p₁₂で停止したとき、吸入
管224の先端がフラスコ内の底まで下り、と同時に廃液
槽228内を真空ポンプ（図示せず）により管229から減圧
することによって廃液は吸入管先端口より吸入管に連結
された液移送管225を通って吸引され廃液槽228内に移動
する。同時に洗浄水が洗浄水送給管227を経て洗浄水噴
射装置226からフラスコ内壁面に噴射され、この噴射洗
浄水も蒸気廃液と同様に液吸入管225により吸引されて
廃液槽に移動する。

洗浄水噴射装置226は分解フラスコ11の内壁面をまんべ
んなく洗浄して次の測定液の調製に支障を与えなくする
ものであり、一般に噴射時にフラスコ開口部の真上の位
置に来るよう液吸入管224またはその他の適当な位置に
任意の方法で取り付けられ、好ましいのはノズル孔がフ
ラスコ内壁面に向いた環状ノズル構造を使用する。ただ
し、本発明の目的が達成される限り他の形状であっても
よい。

以上の如くして、p₁〜p₁₂位置を一順し各操作を終えた
分解フラスコ11は再びp₁位置に戻り、以下、全く同様の
操作が繰返され、ケルダール窒素定量における一連の試
料処理が連続かつ自動的に実施可能になる。

特に、第１図〜第13図に関して述べた12の操作位置、即
ち、p₁〜p₁₂位置での操作時間（停止時間）を各２分間
隔に設定した場合、前述した如く、試料分解のための加
熱時間も充分にとれ、一検体当りの処理時間は24分間で
あるが、その後２分間隔で多数の検体を連続かつ自動的
に処理できるようになる。特に、この連続操作が厳密か
つよりはん雑な操作が要求されるミクロケルダール法に
おいて達成できたことは極めて驚くべきことである。

次に、p₁₁位置の蒸留工程で発生させたアンモニアの滴
定も本発明によれば、すべて自動化できる。即ち、第11
図に示す如く、コンデンサー210からのアンモニアは滴
定サイクラー20のQ₁位置上のビーカー22に捕集される
が、以下次の如くして滴定操作が自動的に繰返される。

先ず、第１図の本発明の滴定構成を構成する滴定サイク
ラー20と自動滴定装置21とは一般市販の自動サイクル滴
定装置好ましくは自動滴定記録装置付のものであり得
る。例えば、第14図には、本発明において有利に使用で
きる自動記録装置付の自動サイクル滴定装置の要部が例
示される。即ち、第１図において21で示した自動滴定装
置は、PH電極26、滴定用硫酸滴下管235、これら滴下管
および電極をホルダー25によって保持しかつ滴定サイク
ラー20の移動・停止に合せて上下動させるための装置23
6、同じく装置236に取り付けられた電極洗浄用の環状ウ
ォッシャー241、オービューレット231、滴定用硫酸源収
容容器232、滴定制御部237、およびプリンター238とを
含み、滴定用硫酸源232とオートビューレット231および
オートビューレットと滴下管235とは、それぞれ、管233
および234で連結している。また、滴定サイクラー20の
滴定のためのビーカー停止位置即ちQ₂位置の下にはマグ
ネットスターラー装置239が設けられ、ビーカー内のマ
グネット240を回転させ液を撹拌させてより均一な測定
値を得るようにする。こゝで、注意すべきことは、滴定
サイクラー20の停止・移動のサイクルを調製して分解フ
ラスコターンテーブル10の移動・停止サイクルに合せる
必要があることである。

以下、本発明の測定工程を分解工程のp₁₁位置からアン
モニア捕集したQ₁からの操作から説明すると、Q₁位置で
のビーカー22は、その前の適当な位置（Q₄〜Q₆）で後述
する導入された所定量のアンモニア捕集液例えば３％ほ
う酸液を含んでいる。コンデンサー210からのアンモニ
ア含有留出液は、このビーカー内の捕集液に捕集される
のであるが、その際第11図に示す如く、ビーカー22の液
レベルを検出するレベル検知センサー211,211′を置く
ことが好ましい。

このセンサーは、検体群の試料量、即ち、ミクロ、セミ
ミクロまたはマクロケルダール法のいずれの方法の測定
かによって測定すべき検体からのアンモニア留出量をほ
ヾ一定範囲に想定できることから、アンモニア留出分の
補集により増大するビーカー内の最終液レベルを検知
し、それによって蒸留工程を制御し、本発明の自動操作
をより完全にするものである。

このようにして、測定すべきアンモニアのすべてを補集
したビーカー22は滴定サイクラー20の移動サイクルに従
って次のQ₂位置、即ち、滴定位置に移り、第14図に示す
自動滴定装置21によって滴定が自動滴に行なわれ、その
測定値は自動記録装置、即ちプリンター238によって自
動的に記録される。

滴定を終えたビーカーは続いてQ₃位置、即ちビーカー洗
浄位置に移り、滴定済液の除去・ビーカーの洗浄が行な
われる。この廃液の除去およびビーカーの洗浄を行う装
置23は、第13図における廃液除去・分解フラスコ洗浄装
置18と実質的に同じ装置を使用できるので、その詳細は
省略する。

ただ単に、第13図の装置18における洗浄液噴射用環状ノ
ズル位置あるいは形状をビーカー洗浄に適するように変
形させれば十分である。

かくして廃液除去・洗浄を終えたビーカーは次のQ₄〜Q₆
位置に順次移動し、そのいずれかの位置で（Q₄〜Q₆の他
の位置は本例では遊び位置となる）、所要量のアンモニ
ア捕集液、例えば３％ほう酸液の供給を行う。この捕集
液の供給もまた、第７図、第８図および第11図で例示し
た硫酸またはアルカリ液添加用の装置と全く用様の装置
を用いて行うことができるので、その機構の詳細は省略
する。第15図は、その単なる略図である。

以上の如く、本発明によるケルダール窒素定量法の試料
調製から定量、廃液処理、器具洗浄までの一連の装置お
よびその操作について述べて来たが、これらの操作、即
ち、分解フラスコターンテーブルと滴定サイクラーの回
転・停止；各位置の上下運動；各位置での各種試剤，冷
却水，洗浄液等の添加・注入操作;p₁,p₁₀,p₁₂,Q₃位置に
おける減圧操作;p₅〜p₉位置でのヒーターの加熱点灯；
…………等本発明の方法および装置における一連すべて
の操作はその順序、タイミング、時間等に関して予じめ
セットされたシーケンスコントローラー等によって自動
制御される。その制御方法は通常の制御方式を適用でき
るので、詳細には説明しない。

従って、本発明によれば、測定試料の調製（前処理）を
除くゲルダール窒素定量法におけるすべての操作を自動
化でき、特に従来手作業によるしかなかったミクロまた
はマクロケルダール法においてもすべての操作の自動化
が達成できる。

特に、本発明の好ましい態様であるサンプルスレッジコ
ンベア上に設けた試料容器検出器（第１図参照）および
アンモニア捕集時のレベル検出器（第11図参照）の使用
は本装置は誤操作がなくなり安全かつ正確な測定操作が
達成できる。しかも、従来、熟練者においてさえも１検
体当り約40〜60分、50検体前後でも20数時間を要してい
たものが、本発明によれば、前記の如くターンテーブル
および滴定サイクラーの停止時間（即ち、各工程の操作
時間）を２分間とした場合、滴定までの１検体当りの所
要時間はおよそ28分程度であり、その後の試料は約２分
間隔で連続的に処理できるので、１時間当り26本の検体
の処理を行うことができる。従って、本発明によりケル
ダール窒素定量法における省力化は計り知れない程大き
い。しかも、次に述べる如く、熟練者による手作業で行
う場合と全く同時の正確な測定値を得ることができる。

比 較 例 各種たん白試料について本発明による自動測定と従来の
手作業による含たん白窒素量測定比較を行った。

各試料は生物学的製剤基準による前処理、即ち、トリク
ロル酢酸による処理、遠心処理、1N NaOH液による溶解
処理を行ったものを用いた。測定は各試料につき10回行
い、結果はその平均値である。

また、試料の前処理はNaOHによる溶解であるので本発明
による自動測定はp₃位置による硫酸自動添加工程を含ん
でいた。結果は次のとおりであり本発明による方法と従
来法では分散・平均値とも差は認められなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のケルダール窒素自動測定装置の１例を
示す全体略平面図である。 第２図は本発明のケルダール窒素自動測定装置に用いる
試料容器移送装置の１例を示す遠近透視図である。 第３図は本発明のケルダール窒素自動測定装置に用いる
試料移し換え装置の作業時の全体側面図である。 第４図は本発明のケルダール窒素自動測定装置に用いる
触媒添加装置の１例を示す。 第５図は第４図で示す装置の上から見た平面図である。 第６図は第４図の装置の主要部をなすブロック体74の分
解図である。 第７図は本発明のケルダール窒素自動測定装置に用いる
硫酸添加装置の１例を示す。 第８図は第７図で示す装置の主要部をなすシリンダー分
注器の詳細図である。 第９図は本発明のケルダール窒素定量装置に用いる加熱
装置の１例を示す。 第10図は本発明のケルダール窒素定量装置に用いる冷却
・希釈装置の１例を示す。 第11図は本発明のケルダール窒素定量装置に用いるアン
モニア蒸留装置の全体側面図である。 第12図は第11図で示す蒸留装置に用い得る蒸留管の別の
１例を示す。 第13図は本発明のケルダール窒素定量装置に用いる廃液
処理・器具洗浄装置の１例である。 第14図は本発明のケルダール窒素定量装置に用いる自動
滴定装置アツセンブリーの１例を示す。 第15図は本発明のケルダール窒素定量装置のアンモニア
補集液供給装置の１態様を示す。 １……試料容器移送装置、10……ターンテーブル 11……分解フラスコ、12……試料移し換え装置 13……触媒添加装置、14……硫酸添加装置 15……加熱装置、16……冷却・希釈装置 17……蒸留装置、18……廃液処理・フラスコ洗浄装置 20……滴定サイクラー、21……自動滴定装置 22……ビーカー、23……廃液処理・ビーカー洗浄装置 24……捕集液供給装置 170……水蒸気発生装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個の分解フラスコを装置し、これら分
   解フラスコを試料導入位置、複数の加熱分解位置、冷却
   ・希釈位置、アンモニア蒸留位置および廃液除去・洗浄
   位置へと順次停止・移動を繰返しながら回転移動させ
   て、各位置での停止時に所定の工程を繰返し達成できる
   ようにした分解フラスコ回転テーブルと、上記アンモニ
   ア蒸留位置からのアンモニアを補集し、その滴定を上記
   回転テーブルの停止・移動に対応して自動的に行う自動
   サイクル滴定装置との組合せからなる連続ケルダール窒
   素定量装置において、 上記分解フラスコ回転テーブルの停止・移動に合せて、
   測定すべきたん白窒素含有調製試料を入れた複数の試料
   容器を上記試料導入位置近くに連続的に送り込む試料容
   器移送装置；および上記試料導入位置近くに連続的に送
   り込まれ回転テーブルの停止に合せて停止した試料容器
   から上記試料導入位置の分解フラスコへの上記調製試料
   の移し換え装置であって、（イ）垂直に上下動自在な軸
   によって保持されたそれぞれ同時に上下動可能な試料容
   器上の試料吸入部および分解フラスコ上の試料送り込み
   部とからなり、（ロ）上記試料吸入部と試料送り込み部
   とは、それぞれ、軸の上下動に従って試料容器および分
   解フラスコの移動時入には試料容器および分解フラスコ
   より上に位置し、試料容器および分解フラスコの停止時
   には同時に下るように構成され、（ハ）上記試料吸入部
   は下ったとき試料容器の底部まで達する液吸入管、この
   液吸入管に取付けられ液吸入管による液体試料吸引直後
   に試料容器内壁に向って洗浄液を噴出せしめる洗浄液噴
   出装置、および液吸入管と一体化または連結して取付け
   られた液移送管であって、同時に下った上記試料送り込
   み部を介して分解フラスコ内部まで延びている液移送管
   とを有し、（ニ）上記試料送り込み部は分解フラスコ用
   の密閉部材、および分解フラスコ内部を減圧して試料容
   器中の液体および洗浄液を分解フラスコに自動的に移し
   換える減圧手段を有することからなる上記試料容器から
   分解フラスコへの連続試料移し換え装置とを含むケルダ
   ール窒素連続定量装置。
2. 【請求項２】調製試料が触媒を含まない場合、上記試料
   導入位置と加熱分解位置の間に触媒添加位置を設け、該
   位置において、添加すべき粉状または粒状の触媒を収容
   し、底部に触媒の落し込み用開口を有する容器；この開
   口からの触媒の導出路およびこの導出路を横切って平行
   して延びた一対の下記遮断板用の誘導路とを有し、上記
   触媒容器に取付けられたブロック体；上記各誘導路内を
   往復運動して導出路を遮断して導出路内に一定体積の定
   量用空間を形成すると共に互い違いの位置に触媒落し込
   み用穴をそれぞれ有する平行した一対の遮断板であっ
   て、上方遮断板の穴が導出路と一致したときは下方遮断
   板が導出路を塞いで上記空間内に触媒を落し込んで上記
   空間内を満し、下方遮断板の穴が導出路が一致したとき
   は上記遮蔽板が導出路を塞いで上記空間内に溜って一定
   量の触媒を落下させるようにした上記１対の遮蔽板；お
   よびこれら１対の遮蔽板を前記回転テーブルの停止・移
   動に合せて一定時間間隔で往復運動せしめる装置とから
   なる触媒の分解フラスコへ連続定量添加装置を含む特許
   請求の範囲第（１）項記載のケルダール窒素連結定量装
   置。
3. 【請求項３】調製試料が硫酸を含まない場合、上記試料
   導入位置と加熱分解位置との間に硫酸添加位置を設け、
   該位置において、前記回転テーブルの停止・移動に合せ
   て作動し一定量の硫酸を分解フラスコに添加するピスト
   ン型分注器からなる硫酸添加を含む特許請求の範囲第
   （１）項記載のケルダール窒素連続定量装置。
4. 【請求項４】各加熱分解位置での加熱装置が分解フラス
   コ底部に設けた電熱ヒーターおよび圧縮送風手段とから
   なる加圧エアーヒーターからなる特許請求の範囲第
   （１）項記載のケルダール窒素連続定量装置。