生命科学関連特許情報
| タイトル： | 公開特許公報(A)_チタン酸塩の分析方法 |
| 出願番号： | 2013089577 |
| 年次： | 2014 |
| IPC分類： | G01N 33/00,G01N 31/00,G01N 1/28,C01G 23/00 |
特許情報キャッシュ
淵本 幸宏 JP 2014215046 公開特許公報(A) 20141117 2013089577 20130422 チタン酸塩の分析方法 住友金属鉱山株式会社 000183303 山内 康伸 100089222 中井 博 100134979 山内 伸 100175400 淵本 幸宏 G01N 33/00 20060101AFI20141021BHJP G01N 31/00 20060101ALI20141021BHJP G01N 1/28 20060101ALI20141021BHJP C01G 23/00 20060101ALI20141021BHJP JPG01N33/00 DG01N31/00 YG01N1/28 XC01G23/00 B 3 1 ＯＬ 10 2G042 2G052 4G047 2G042AA01 2G042CA10 2G042CB06 2G042EA01 2G042EA20 2G042FA01 2G042FA19 2G042FB02 2G052EB11 2G052FD08 2G052FD09 2G052GA13 2G052GA15 2G052GA24 4G047CA06 4G047CB02 4G047CC03 4G047CD04 本発明は、チタン酸塩の分析方法に関する。さらに詳しくは、チタン酸塩中の無機元素を簡便かつ迅速に分析するチタン酸塩の分析方法に関する。 近年、チタン酸と他の金属が結合したチタン酸塩は、顔料、光触媒、担体、電子部品などの様々な分野においてその用途および機能等が研究されている。例えば、チタン酸塩の一種であるチタン酸バリウムは、電子部品における温度センサー等の材質としての利用が注目されている。このようにチタン酸塩は各分野における製品中において非常に重要な部材の材質として注目を集めているため、このような重要な部材の品質を確保する上で使用するチタン酸塩中に存在するチタン、チタン以外の構成元素、および不純物を把握することが非常に重要となる。 ここで、一般的に、固体試料中の金属元素などの被分析元素を分析する場合、まず前処理として固体試料を溶液化する。そして、溶液化した前処理溶液を所定の濃度に調製した分析用試料を調製した後、かかる分析用試料を所定の分析機器（誘導結合プラズマ発光分析計（ＩＣＰ−ＡＥＳ）や高周波誘導結合プラズマ質量分析計（ＩＣＰ−ＭＳ）、原子吸光分析計等）を用いて分析する。 固体試料を溶液化する方法は、湿式酸分解法や、アルカリ熔融、酸性熔融などの乾式融解法などが存在する。 湿式酸分解法は、塩酸や硝酸、硫酸などの鉱酸を用いて固体試料を分解して溶液化する方法であり、アルカリ熔融などの乾式融解法に比べて処理温度が低く、しかも操作し易い方法である。とくに、難分解性の固体試料を溶液化する場合には、複数の酸を用いた混酸が使用される。例えば、チタン酸塩はその多くが難分解性の性質を有する化合物であるが、硫酸にフッ化水素を添加した混酸を用いれば、難分解性のチタン酸塩でも湿式酸分解法を用いてある程度の溶液化が可能である。 しかし、かかる方法を使用した場合には、チタン酸塩を溶液化するために長時間を要し、しかも完全にチタン酸塩を分解して溶液化することができない場合が生じるといった問題がある。また、フッ化水素はガラス製の器具等を腐食する性質を有する非常に腐食性の強い物質であるため、その取扱には特別の器具や装置が必要であり、しかも取り扱いには著しい制限を受ける。 一方、湿式酸分解法などの酸分解では分解し難い難分解性の固体試料（上述したチタン酸塩に相当）の場合には、高温で処理することによって溶液化するアルカリ熔融を採用した方法が提案されている（例えば、非特許文献１）。 非特許文献１には、まず、溶剤として四ホウ酸リチウムでチタン酸バリウムを溶融した後、この溶融物を塩酸で加熱溶解して溶液化する方法が開示されている。また、非特許文献１には、かかる溶液化した溶液をＩＣＰ−ＡＥＳを用いて分析する方法が開示されており、この分析方法を使用することによって、チタン酸バリウム中に存在する複数の金属元素を分析することができる旨が記載されている。BUNSEKI KAGAKU Vol.３５、No.８、pp６３１−６３５（１９８６） しかるに、非特許文献１のアルカリ熔融では、バーナ等を用いた高温下で溶融処理を行うため、前処理の際に試料の揮散等による分析値にバラツキが生じるといった問題がある。しかも、非特許文献１のアルカリ溶融法では、分析用試料中に試験に供した試料量の数倍以上の量のアルカリ性の融剤が存在する。このため、機器分析において非特許文献１のアルカリ溶融法を使用した場合には、溶剤の影響によるバックグランドの上昇に伴う定量下限値等の上昇の問題が生じる。他にも、分析用試料の粘性の上昇による装置等への不具合の発生や、さらには溶剤中に存在する不純物の影響による分析値のバラツキなどが生じるなどの問題が生じる。 本発明は上記事情に鑑み、チタン酸塩中に存在する被分析元素を精度よく分析することができるチタン酸塩の分析方法を提供することを目的とする。 第１発明のチタン酸塩の分析方法は、対象試料中に存在する被分析元素の分析方法であって、前記対象試料は、その素材がチタン酸塩であり、該チタン酸塩によって形成された対象試料を粒状体に粉砕する粉砕工程と、該粉砕工程によって得られた粒状体を溶解する溶解工程と、該溶解工程後に調製された分析試料を分析する分析工程と、を順に行う方法であり、前記溶解工程は、前記粒状体と二硫酸塩と硫酸とを混合する分解工程と、該分解工程後の分解溶液を加温する白煙処理工程と、該白煙処理工程後の処理液を塩酸を用いて溶解する加熱溶解工程と、を順に行うことを特徴とする。 第２発明のチタン酸塩の分析方法は、第１発明において、前記二硫酸塩が二硫酸カリウムであり、該二硫酸カリウムを、前記対象試料に対しモル比において２倍以上となるように混合することを特徴とする。 第３発明のチタン酸塩の分析方法は、第１、第２または第３発明において、前記粉砕工程において、前記粒状体を３０μｍ程度以下となるように粉砕することを特徴とする。 第１発明によれば、分解工程において二硫酸塩と硫酸を用いることによって、チタン酸塩を湿式条件下で溶解させることができる。このため、アルカリ熔融などの乾式融解法と比較して対象試料の揮散等を低減できる。しかも、分解工程においてフッ化水素を用いないので、特別の器具や装置等が不要となる。さらに、融剤として酸性の二硫酸塩を用いるので、機器分析においてバックグランドの上昇や装置への不具合を防止できる。したがって、通常の分析方法では分析困難であった対象試料中のチタン酸塩中に存在する金属元素などの無機元素を簡便かつ迅速に定量することができる。しかも、アルカリ熔融などの乾式融解法と比較して精度よく定量することができる。 第２発明によれば、二硫酸カリウムを用いることによって、チタン酸塩を可溶性の錯体とすることができる。しかも、二硫酸カリウムを所定の量以上にすることによって、チタン酸塩の錯体を溶液中でより安定させた状態で維持することができる。つまり、溶液化したチタン酸塩が析出や沈殿するのを防止することができる。このため、分析値のバラツキを防止できるので、より精度よく定量することができる。 第３発明によれば、対象試料を適切な大きさの粒状体にするので、分解等の反応性を向上させることができるから、チタン酸塩を確実かつ迅速に溶液化することができる。本実施形態のチタン酸塩の分析方法のフローチャートである。 つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。 本発明のチタン酸塩の分析方法は、対象試料中に存在する被分析元素の分析方法であって、湿式条件下であっても対象試料のチタン酸塩中に存在する無機元素を簡単かつ迅速にしかも精度よく定量することができるようにしたことに特徴を有している。 なお、本発明のチタン酸塩の分析方法の分析対象となる対象試料とは、その素材としてチタン酸塩を含有したものであればよく、例えば、チタン酸塩を含有する塊状物や、チタン酸塩を母材の表面に層状に形成したもの、チタン酸塩だけから形成されたものなどをいう。 また、本発明のチタン酸塩の分析方法の対象試料中のチタン酸塩は、チタン酸と他の金属が結合した化合物のことをいい、例えば、チタン酸バリウムやチタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウムなどの難分解性の化合物、あるいはチタン酸リチウム等アルカリ金属が構成元素となった化合物などを挙げることができるが、かかる化合物はとくに限定されない。 以下、本発明のチタン酸塩の分析方法について、対象試料を分解し溶液化した溶液を分析装置に供するまでの工程を説明する。 なお、以下では、対象試料の素材がチタン酸塩だけで形成された場合を代表例として説明する。 図１に示すように、本発明のチタン酸塩の分析方法は、大きく３つの工程に分けることができる。具体的には、第一が対象試料を所定の大きさ以下に粉砕する粉砕工程Ｓ１であり、第二が粉砕した対象試料を溶液化する溶解工程（分解工程Ｓ２、白煙処理工程Ｓ３、加熱溶解工程Ｓ４）であり、第三が溶液化した溶液を分析用の分析試料を調整し、かかる分析試料を分析装置に供して被分析元素を分析する分析工程Ｓ５である。（粉砕工程１の説明） まず、粉砕工程１から説明する。 粉砕工程Ｓ１は、対象試料を次工程の溶解工程において分解可能かつ溶解可能な大きさの粒状体となるように形成する。粒状体の大きさは、とくに限定されず、例えば、１００μｍ以下であれば好ましく、５０μｍ以下のものがより好ましく、さらに好ましくは、３０μｍ以下とする。なお、対象試料を粉砕する方法は、とくに限定されず、例えば、ハサミやペンチ等を用いて粉砕しもてよく、ミル等の粉砕器を使用してもよい。（溶解工程の説明） ついで、溶解工程について説明する。 溶解工程は、上述したように、分解工程Ｓ２と白煙処理工程Ｓ３と加熱溶解工程Ｓ４とを順に行う工程であり、上述した粉砕工程Ｓ１で所定の大きさ以下に形成された粒状体を分解し溶解する（つまり溶液化する）工程のことをいう。（分解工程Ｓ２について） 分解工程Ｓ２は、上述した粒状体と鉱酸（例えば、硫酸）および融剤を混合することによって、粒状体を酸分解する工程である。具体的には、ガラス製のビーカなど所定の容器内において、粒状体と二硫酸塩と硫酸を混合し加温する工程である。 なお、融剤は、分解対象の粒状体を硫酸などの鉱酸を用いて分解する際に分解を補助する機能を有する部材であれば、とくに限定されない。例えば、酸性熔融剤としては、二硫酸塩を挙げることができる。なお、二硫酸塩を用いる場合には、砂状に粉砕した二硫酸塩粉末を使用すれば、より反応性を向上させることができるので、好ましい。（白煙処理工程Ｓ３について） 白煙処理工程Ｓ３は、分解工程Ｓ２で調製した溶液（分解工程溶液）を硫酸の白煙が生じるまで穏やかに加熱する工程である。加熱する方法は、硫酸の沸点（約３４０℃）まで加熱することができる加熱手段であれば、とくに限定されない。（加熱溶解工程Ｓ４について） ついで、分解工程Ｓ２および白煙処理工程Ｓ３によって分解および溶解された化合物に塩酸を加え、内容物が溶解するまで加温することによって、塩酸溶液を調製する（加熱溶解工程Ｓ４）。（分析工程Ｓ５の説明） 加熱溶解工程Ｓ４によって得られた塩酸溶液（以下、分析試料）を所定の分析装置に供することによって、分析試料中に存在する金属元素などの無機元素を分析することができる。 なお、分析装置は、分析試料中に存在する無機元素を所定の検出限界値以上になるように検出することができる装置であれば、とくに限定されない。例えば、誘導結合プラズマ発光分析計（ＩＣＰ−ＯＥＳ）や、誘導結合プラズマ質量分析計（ＩＣＰ−ＭＳ）、原子吸光分析計などを挙げることができる。 以上のごとく、本発明のチタン酸塩の分析方法によれば、対象試料を所定の大きさ以下の粒状体となるように形成することによって、後述する各工程の反応や溶解性を向上させることができる。具体的には、粉砕することによって、重量当たりの表面積を大きくすることができるので、酸分解等の反応性を向上させることができる。とくに、対象試料をその大きさが３０μｍ以下の粒状体となるように形成すれば、より反応性を向上させることができる。しかも、かかる大きさとすれば、分解反応時間を短縮することができ、粒状体をほぼ確実に分解（つまり融解）することができる。 そして、対象試料を所定の硫酸と所定の融剤と混合し加熱するだけで、通常の湿式条件では分析が困難であったチタン酸塩で形成された対象試料を溶液化、つまり塩酸溶液中に溶解させることができる。 かかる溶解現象は、以下の反応によって可溶性の塩が形成されていると推測される。 まず、粒状体（つまりチタン酸塩だけが結合したもの）と二硫酸塩とを混合し、さらに硫酸を添加し、穏やかに加熱して硫酸白煙状態で溶解させる。かかる状況下において、二硫酸塩が分解し、硫酸塩とわずかに生ずる過酸化水素によって穏やかに錯体形成反応が進行する。すると、チタン酸塩は分解され可溶性の塩、つまり錯体が形成される。かかる錯体に塩酸を添加して加熱すれば、チタン酸塩を溶液化した溶液（分析試料）を得ることができるのである。 このようにして得られた分析試料は、所定の分析装置に供することによって、分析試料中に存在する金属元素などの無機元素を分析することができる。つまり、分析装置によって分析された無機元素の濃度と採取した対象試料量に基づいて、対象試料中の被分析元素を定量することができるのである。 したがって、本発明のチタン酸塩の分析方法によれば、湿式条件下においてチタン酸塩を溶液化させることができる。つまり、本発明のチタン酸塩の分析方法によれば、乾式熔融法のように高温下における激しい反応処理を行う必要がないので、アルカリ熔融などの乾式融解法と比較して対象試料の揮散等を低減できる。 しかも、チタン酸塩を分解するための分解工程Ｓ２において、ガラス製の容器（例えば、一般なビーカ）を容易に腐食する性質を有するフッ化水素を用いないので、特別の器具や装置等が不要となる。 さらに、融剤として酸性の二硫酸塩を用いるので、分析工程Ｓ５において装置のバックグランドの上昇や装置への不具合を防止できる。 以上をまとめると、本発明のチタン酸塩の分析方法を用いれば、通常の分析方法では分析困難であった対象試料中のチタン酸塩中に存在する金属元素などの無機元素を、一般的な湿式分解法と同様の操作で行うことができるので、操作に熟練性が不要となるので、作業効率を向上させることができる。しかも、前処理操作中において試料が揮散等するのを防止でき、しかも装置のバックグランドを低下させることができ定量下限値を低くできるので、分析値のバラツキを抑制することができる。つまり、対象溶液中（言い換えればチタン酸塩中）に存在する金属元素などの無機元素の定量値をより正確に分析できるのである。 とくに、融剤として酸性熔融剤である二硫酸塩を用いる場合、二硫酸塩として二硫酸カリウムを使用するのが好ましい。二硫酸カリウムを融剤として使用すれば、チタン酸塩の錯体を形成する際の反応速度をより穏やかにすることができ、しかも、かかる錯体の形成を確実に行わせることができる。 また、二硫酸カリウムを、対象試料に対しモル比において２倍以上となるように混合すれば、チタン酸塩の錯体を溶液中でより安定させた状態で維持することができる。つまり、溶液化したチタン酸塩が析出や沈殿するのを防止することができる。このため、分析値のバラツキを防止できるので、より精度よく定量することができる。 なお、分解工程Ｓ２または白煙処理工程Ｓ３において、硫酸以外の酸、例えば、塩酸や硝酸あるいはフッ化水素などを少量共存させてもよい。この場合、粒状体を分解等する反応をよりスムースに行うことができる。 また、分析工程Ｓ５において、対象試料中、つまりチタン酸塩中に存在する金属元素などの無機元素である被分析元素を定量する方法は、一般的な検量線法や内部標準法などを採用することができる。例えば、内部標準法を採用した場合、被分析元素に応じた好適な内部標準を一種または数種採用することによって、複数の被分析元素を一度に分析することができるので好ましい。 本発明のチタン酸塩の分析方法を用いて、対象試料中に存在する金属元素を精度よく定量することができることを確認した。 実験では、十分に粉砕調製したチタン酸塩０．１ｇをガラス製ビーカに入れ（粉砕工程）、砂状に粉砕した二硫酸カリウム１ｇを添加した。 ついで、このビーカ内に少量の水を添加した後、（１＋１）硫酸１０ｍｌを添加した。そして、かかるビーカを穏やかに加熱した（分解工程）。 所定時間加熱した後、かかる溶液から硫酸白煙が生じるまで温度を上げた状態を維持しながら内容物が完全に溶解するまで加熱した（白煙処理工程）。なお、加熱中にチタン酸塩が凝集しないように時折撹拌を行った。 そして、かかる溶液の温度が室温になるまで静置放冷した。放冷後、少量の純水を加えて硫酸を希釈後、塩酸２０ｍｌを添加した後、内容物を再度溶解させた（加熱溶解工程）。 その後、かかる溶液を静置放冷した後、所定の内部標準物質を一定量添加し全量をフラスコに移し入れて２００ｍｌに定容した。 この溶液を適宜希釈した後、ＩＣＰ発光分光分析装置を用いて分析し、別途調製した検量線系列を用いて被分析元素であるチタンと構成元素Ａを分析した。 なお、本実験では、構成元素Ａとしてリチウムを分析した。 表１に実験結果を示す。 表１に示すように、分析されたチタンとリチウムの定量値から、上記チタン酸塩に含まれるリチウムの品位は約７％であり、チタンの品位は約５１％であることが確認できた。 しかも、いずれの分析値も相対標準偏差が１％未満であり、チタン酸塩中のチタンおよびリチウムの濃度を精度よく定量することができることが確認できた。 本発明のチタン酸塩の分析方法は、チタン酸塩を湿式条件下において簡便かつ迅速に定量する方法に適している。 Ｓ１ 粉砕工程 Ｓ２ 分解工程 Ｓ３ 白煙処理工程 Ｓ４ 加熱溶解工程 Ｓ５ 分析工程 対象試料中に存在する被分析元素の分析方法であって、前記対象試料は、その素材がチタン酸塩であり、該チタン酸塩によって形成された対象試料を粒状体に粉砕する粉砕工程と、該粉砕工程によって得られた粒状体を溶解する溶解工程と、該溶解工程後に調製された分析試料を分析する分析工程と、を順に行う方法であり、前記溶解工程は、前記粒状体と二硫酸塩と硫酸とを混合する分解工程と、該分解工程後の分解溶液を加温する白煙処理工程と、該白煙処理工程後の処理液を塩酸を用いて溶解する加熱溶解工程と、を順に行うことを特徴とするチタン酸塩の分析方法。 前記二硫酸塩が二硫酸カリウムであり、該二硫酸カリウムを、前記対象試料に対しモル比において２倍以上となるように混合することを特徴とする請求項１記載のチタン酸塩の分析方法。 前記粉砕工程において、前記粒状体を３０μｍ程度以下となるように粉砕することを特徴とする請求項１または２記載のチタン酸塩の分析方法。 【課題】チタン酸塩中に存在する被分析元素を精度よく分析することができるチタン酸塩の分析方法を提供する。【解決手段】対象試料中に存在する被分析元素の分析方法であって、対象試料は、その素材がチタン酸塩であり、チタン酸塩によって形成された対象試料を粒状体に粉砕する粉砕工程と、粉砕工程によって得られた粒状体を溶解する溶解工程と、溶解工程後に調製された分析試料を分析する分析工程と、を順に行う方法であり、溶解工程は、粒状体と二硫酸塩と硫酸とを混合する分解工程と、分解工程後の分解溶液を加温する白煙処理工程と、白煙処理工程後の処理液を塩酸を用いて溶解する加熱溶解工程と、を順に行う。すると、通常の分析方法では分析困難であった対象試料中のチタン酸塩中に存在する金属元素などの無機元素を簡便かつ迅速に定量することができる。【選択図】図１