特表 2024-532881 分析システム用オーブン、滴定システムおよび滴定法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-10

(54)【発明の名称】分析システム用オーブン、滴定システムおよび滴定法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/44 20060101AFI20240903BHJP

【ＦＩ】

G01N27/44 301

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024512127

(86)(22)【出願日】2022-08-23

(85)【翻訳文提出日】2024-03-04

(86)【国際出願番号】 EP2022073412

(87)【国際公開番号】W WO2023025765

(87)【国際公開日】2023-03-02

(31)【優先権主張番号】21193337.9

(32)【優先日】2021-08-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515090684

【氏名又は名称】メトローム・アクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＭＥＴＲＯＨＭ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】エッケルス，アードリアン

(72)【発明者】

【氏名】ビュフラー，アルビン

(72)【発明者】

【氏名】ロペス，ガブリエル

(57)【要約】

本発明は、分析システムのための、特に滴定システムのための、特にカールフィッシャー滴定システムのためのオーブン（１、１’）に関する。オーブン（１、１’）は、ハウジングと、遮断システム（２a、２a’、２b、２b’、２c、２c’）と、試料容器用のインサート（３、３’）とを備える。遮断システム（２a、２a’、２b、２b’、２c、２c’）は、インサート（３、３’）の周りに少なくとも部分的に配置される。少なくとも１つの加熱要素が、遮断システム（２a、２a’、２b、２b’、２c、２c’）とインサート（３、３’）との間に配置され、インサート（３、３’）を少なくとも部分的に取り囲む。本発明はまた、そのようなオーブン（１、１’）を有する滴定システムおよび滴定法に関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

分析システムのための、特に滴定システムのための、特にカールフィッシャー滴定システムのための、オーブン（１、１’）であって、ハウジングと、遮断システム（２a、２a’、２b、２b’、２c、２c’）と、試料容器用のインサート（３、３’）とを備え、前記遮断システム（２a、２a’、２b、２b’、２c、２c’）が、前記インサート（３、３’）の周りに少なくとも部分的に配置される、オーブン（１、１’）において、少なくとも１つの加熱要素が、前記遮断システム（２a、２a’、２b、２b’、２c、２c’）と前記インサート（３、３’）との間に配置され、前記インサート（３、３’）を少なくとも部分的に取り囲むことを特徴とする、オーブン（１、１’）。

【請求項2】

前記少なくとも１つの加熱要素が、管状カートリッジ（８、８’）である、請求項１に記載のオーブン（１、１’）。

【請求項3】

前記管状カートリッジ（８、８’）が、前記インサート（３、３’）の周りに螺旋状に配置されている、請求項２に記載のオーブン（１、１’）。

【請求項4】

前記インサート（３、３’）が、１６mm～３１mm、好ましくは２２～２４mmの内径を有する、先行する請求項のいずれか１項に記載のオーブン（１、１’）。

【請求項5】

前記オーブン（１、１’）が、６０～６２mm、好ましくは６１mmの外径を有する、先行する請求項のいずれか１項に記載のオーブン（１、１’）。

【請求項6】

前記オーブン（１、１’）が、５０～９０mm、好ましくは５１～８８mm、特に好ましくは５５～５６mmの外部高さと、６６～２８mmの範囲、好ましくは３３mmの前記インサート（３、３’）の内部高さとを有する、先行する請求項のいずれか１項に記載のオーブン（１、１’）。

【請求項7】

前記インサート（３、３’）が、好ましくは１０W／（m K）より高い熱伝導率を有する熱伝導性材料で作られる、先行する請求項のいずれか１項に記載のオーブン（１、１’）。

【請求項8】

前記インサート（３、３’）が、１～３mmの壁厚を有する、先行する請求項のいずれか１項に記載のオーブン（１、１’）。

【請求項9】

前記インサート（３、３’）が、温度センサ（１０、１０’）を、好ましくは前記インサート（３、３’）の壁に備える、先行する請求項のいずれか１項に記載のオーブン（１、１’）。

【請求項10】

前記オーブン（１、１’）が温度保護スイッチ（９、９’）を有し、これが好ましくは前記インサート（３、３’）の下に配置される、先行する請求項のいずれか１項に記載のオーブン（１、１’）。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか１項に記載の少なくとも１つのオーブン（１、１’）を備える、滴定システム、特にカールフィッシャー滴定システム。

【請求項12】

前記システムが、試料交換器と、試料ラックから前記少なくとも１つのオーブン（１、１’）に試料を移送するための少なくとも第１の移送システムとをさらに備える、請求項１１に記載の滴定システム。

【請求項13】

前記システムが、前記オーブン（１、１’）から滴定セルに試料を移送するための少なくとも第２の移送システムを備える、請求項１１または１２に記載の滴定システム。

【請求項14】

前記システムが、少なくとも部分的に自動化されており、好ましくは完全に自動化されている、請求項１１～１３のいずれか１項に記載の滴定システム。

【請求項15】

滴定法、好ましくはカールフィッシャー滴定法であって、
－請求項１１～１４のいずれか１項に記載の滴定システムを提供することと、
－試料を提供することと、
－請求項１～１０のいずれか１項に記載のオーブン（１、１’）で前記試料を加熱することと、
－前記試料の滴定と
を含む、滴定法。

【請求項16】

試料の含水量を定量するための、請求項１５に記載の滴定法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、分析システムのための、特に滴定システムのためのオーブン、そのようなオーブンを有する滴定システムおよび滴定法に関する。

【背景技術】

【0002】

オーブンの使用は、先行技術において、特に滴定システム、特にカールフィッシャー滴定に関連して知られている。オーブンは、直接滴定することができない試料の熱的試料調製を可能にする。これは、例えば、試料が難溶性である場合、高温でなければ水が放出され得ない場合、または試料がカールフィッシャー（KF）試薬と反応する場合に当てはまり得る。オーブン法では、試料を加熱し、放出された水を、乾燥したキャリアガスを使用して滴定セルに移送する。水のみがKF試薬と接触するため、電極および滴定セルの汚染が回避され、結果をゆがめるおそれのあるキャリーオーバおよびメモリー効果が排除される。

【0003】

現在市販されている一般的なオーブンは、設定温度に達するまでの待ち時間が比較的長いという欠点を有する。加熱カートリッジで加熱される固体金属ブロックは、その熱容量に起因して、温度変化に対して非常にゆっくりと反応する。さらに、現在使用されているオーブンを加熱するには、多くのエネルギーを必要とする。また、オーブンはコンパクトさに欠けている。

【0004】

欧州特許出願公開第３４４１７５７号明細書は、カールフィッシャー滴定システムのためのオーブン構成を記載している。オーブン構成は、ハウジングを冷却するための換気システムを有する。遮断システムは、加熱段階中の熱損失を防止する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の課題は、先行技術の欠点を克服することである。特に、本発明の課題は、低いエネルギー消費で迅速かつ効果的な試料加熱を可能にする分析システムのためのオーブンを提供することである。小型オーブンを提供することも本発明の課題である。さらに、そのようなオーブンを有する滴定システムならびに滴定法を提供することが本発明の課題である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

課題は、独立請求項によって解決される。特定の実施形態は、従属請求項に見出すことができる。

【0007】

本発明の第１の態様は、分析システムのための、特に滴定システムのための、より詳細にはカールフィッシャー滴定システムのためのオーブンに関する。オーブンは、ハウジングと、遮断システムと、試料容器用のインサートとを備える。遮断システムは、インサートの周りに少なくとも部分的に配置される。少なくとも１つの加熱要素が、遮断システムとインサートとの間に配置され、インサートを少なくとも部分的に取り囲む。

【0008】

好ましくは、少なくとも１つの加熱要素は、内部張力によってインサートにクランプ締めされる。少なくとも１つの加熱要素が位置決めされるかまたは位置決めされ得るインサートの壁の切り欠きも考えられる。

【0009】

そのようなオーブンは、少なくとも１つの加熱要素を試料に特に近づけることができ、したがって試料の特に高速かつ効果的な加熱を可能にするという事実を特徴とする。これはまた、既知のオーブンと比較して必要なエネルギーを低減することを可能にする。

【0010】

ハウジングは、遮断システムによって形成することができ、または遮断システムを外殻の形態でさらに囲むことができる。遮断システムは、２つの側部ハーフシェルおよび基礎遮断体を備えることができる。しかしながら、側部遮断体を一体に設計することも可能である。好ましくは、遮断材料は、０．５W／（m＊K）未満の熱伝導率を有する。したがって、遮断システムは、好ましくは断熱システムである。例えば、遮断材料は、無機ケイ酸塩物質で作られた鉱物微孔性遮断材料である、遮断用材料WDS Ultra（例えば、Morgan Advanced Materials PLC製）で作ることができる。遮断材料は、アルミニウム、例えばアルミニウム接着テープで被覆することもできる。パイロゲルも可能である。

【0011】

少なくとも１つの加熱要素は、管状カートリッジであり得る。管状カートリッジは、熱電対を有することができる。任意選択で、熱電対は、別個の温度センサまたは管状カートリッジに組み込まれた温度センサであり得る。

【0012】

管状カートリッジは、インサートの周りに螺旋状に配置することができる。好ましくは、螺旋管状カートリッジの場合、１つの管状カートリッジのみが使用される。管状カートリッジは、６mLおよび８mLの体積を有する試料容器用のインサートの周りに７～８回転で巻き付けることができる。

【0013】

管状カートリッジは、標準品として入手可能であり、取り扱いが容易であるという利点を有する。様々な設計の管状カートリッジが入手可能であり、特注の管状カートリッジも容易に実現することができる。螺旋状の構成により、インサートを最適に加熱し、それを試料に可能な限り近づけることができる。

【0014】

しかしながら、いくつかの加熱カートリッジをインサートの周りに垂直に位置決めし、共通の接続部を介してそれらを供給することも可能である。加熱マットまたはミカナイト表面加熱要素を使用することもできる。使用される加熱要素は、とりわけ、試料調製および／または分析に必要な温度を生成できるものであるべきである。例えば、加熱マットは、３００℃前後の高温にはあまり適していない。

【0015】

インサートは、好ましくは１６mm～３１mm、特に好ましくは２２mm～２４mmの内径を有する。典型的には、６mL試料容器用のインサートは、２２．４５mmの内径を有することができる。８mL試料容器用のインサートは、例えば２３．２５mmの内径を有することができる。

【0016】

インサートは、試料容器に最適に適合しているか、または適合させることができるという利点を有する。これにより、特に効率的で迅速な加熱が可能になる。インサートと試料容器との間の空間は最小化されている。

【0017】

オーブンは、６０～６２mm、好ましくは６１mmの外径を有することができる。
試料コンテナとして、通常セプタムで密閉されているバイアルが、典型的には使用される。

【0018】

バイアルのサイズにかかわらず、有利には、外径は一定のままである。異なるバイアルのサイズへの調整は、例えば、遮断体の壁厚を介して行うことができる。

【0019】

オーブンは、５０～９０mm、好ましくは５１～８８mm、特に好ましくは５５～５６mmの外部高さと、２８～６０mmの範囲、好ましくは３３mmのインサートの内部高さとを有し得る。

【0020】

オーブンは、特にコンパクトな設計を特徴とする。設置スペースが小さいため、ほぼどこにでも設置することができ、例えば既存のシステムに後付けすることもできる。１つの分析装置につき２つのオーブンを使用することも可能である。

【0021】

標準的なバイアルのサイズに対するオーブンのサイズは、例えば以下のオーブン寸法を有することができる。

【0022】

【表1】

【0023】

インサートは、好ましくは１０W／（m K）より高い熱伝導率を有する熱伝導性材料で作ることができる。

【0024】

熱伝導性材料は、例えば、真鍮、銀、アルミニウム（２５０℃まで）、ステンレス鋼、炭素充填PEEKまたはセラミックとすることができる。真鍮が特に好ましい。ステンレス鋼は、その耐薬品性の点で特に興味深い。このリストは網羅的なものではない。原理的には、適切な熱伝導率を有するすべての材料が考えられる。

【0025】

熱伝導率の高い材料は、試料の特に効率的な加熱を可能にする。
インサートは、温度センサを有することができる。好ましくは、温度センサは、インサートの壁に取り付けられるかまたは組み込まれる。インサートの壁は非常に薄くすることができ、１mm～３mm、好ましくは２mm～２．５mm、最も好ましくは２．３mmの壁厚を有することができる。したがって、センサは壁に真っ直ぐにフィットし、過剰な壁厚によってゆがむことのない、可能な限り最も正確な測定を可能にする。しかしながら、上述したように、温度センサを管状カートリッジの一体部分とすることも可能である。

【0026】

一方では、インサートの壁厚が薄いと、必要な材料の量が減少し、他方では、インサート内の温度を迅速かつ正確に定量することができる。

【0027】

有利には、オーブンは温度保護スイッチを有することができ、これは好ましくはインサートの下に配置されることができる。しかしながら、スイッチの別の位置決めも考えられる。利用可能な空間に起因して、インサートの下に位置決めすることが好ましい。

【0028】

温度保護スイッチは、試料および／またはシステムが過熱するのを防止し、したがって信頼性の高い長期の動作を保証する。

【0029】

本発明のさらなる態様は、滴定システム、特にカールフィッシャー滴定システムに関する。滴定システムは、上述の少なくとも１つのオーブンを備える。

【0030】

しかしながら、滴定システムはカールフィッシャーに限定されるものではなく、任意の容量または電量滴定システムであり得る。

【0031】

高速の試料スループットのために、上述のように滴定システムに２つのオーブンを装備することも可能である。

【0032】

好ましくは、滴定システムはまた、試料交換器を有し、試料ラックから少なくとも１つのオーブンに試料を移送するための少なくとも１つの第１の移送システムを備える。移送システムは、例えば、自動リフトシステム、または試料ロボットのグリッパアームもしくはアームとすることができる。

【0033】

試料交換器により、１回の連続動作でいくつかの試料を取り扱うことができる。
有利には、滴定システムは、オーブンから滴定セルに試料を移送するための少なくとも第２の移送システムを備えてもよい。

【0034】

例えば、少なくとも第２の移送システムは、入口針および排気針を有する二重中空針と、キャリアガス流と、加熱された移送管とを備え得る。試料は、好ましくは、オーブン内の試料容器内、例えばセプタムで密閉されたバイアル内に位置する。

【0035】

そのような移送システムは、試料の気体成分のみを滴定セルに移送し、試料の他の成分と滴定試薬との副反応を防止することを可能にする。

【0036】

システムは、少なくとも部分的に自動化されることができ、好ましくは完全に自動化されることができる。

【0037】

少なくとも部分的に自動化されたシステムは、連続的な、したがって高速な動作モードを特徴とする。したがって、試料をより迅速に分析することができる。さらに、動作手順をより良好に制御することができ、再現性および精度が向上する。

【0038】

本発明の第３の態様は、滴定法、好ましくはカールフィッシャー滴定法に関する。本方法は、
－上述の滴定システムを提供することと、
－試料を提供することと、
－上述のオーブンで試料を加熱することと、
－試料の滴定と
を含む。

【0039】

試料の含水量は、好ましくは、滴定法を使用して定量する。
詳細には、この手順は以下のように実行することができる：分析される試料または物質をバイアルに秤量し、密封し、この方法でオーブン内に位置決めすることができる。試料は、例えば水を放出することができるようにオーブン内で加熱することができる。針、好ましくは二重中空針が、バイアルまたは容器のセプタムを貫通し、キャリアガス流、例えば空気または不活性ガスが、加熱された試料を通過する。排出された水分を担持したキャリアガスは、排気針を通って加熱された移送管を介して滴定セルに流入する。滴定セルにおいて、水の濃度は、電量または容量滴定によって定量することができる。

【0040】

これにより、水のみが滴定セルに入るため、試料に含有される他の物質と滴定試薬との副反応を回避することができる。本方法は水の定量に限定されるものではなく、原理的には任意の加熱可能な試料に対して実施できることが理解される。

【0041】

本発明は、例示的な実施形態を使用して以下により詳細に説明される。例示的な実施形態は、限定するものとして理解されるべきではない。それは以下を示す。

【図面の簡単な説明】

【0042】

【図1】側方の遮断体を有する、本発明によるオーブンを示す図である。

【図2】側方の遮断体を有しない、図１の本発明によるオーブンを示す図である。

【図3】２つのケーブル出口を有する本発明によるオーブンの代替実施形態を示す図である。

【図4】側方の遮断体を有しない、図３の本発明によるオーブンを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0043】

図１は、本発明によるオーブン１の透視図を示す。オーブン１は、２つの側部ハーフシェル２aおよび２bならびに底部遮断体２cからなる遮断システムを備える。この実施形態の例では、遮断システムがオーブン１のハウジングを形成する。遮断体ハーフシェル２aおよび２bは、インサート３を取り囲んでいる。インサート３は、温度を確認するための点検口５を有する。インサートは、管状カートリッジ（図示せず）によって囲まれている。管状カートリッジの接続ライン４は、遮断体２aおよび２bの側部へ延在している。温度センサ用の接続ライン６と温度保護スイッチの２つの接続ライン７とが、基礎遮断体２cから延在している。

【0044】

図２は、遮断システムを有しない、図１の本発明によるオーブン１を示す。インサート３ならびに接続用ライン４、６および７に加えて、管状カートリッジ８もここに見ることができる。管状カートリッジ８は、インサートの周りに８回転で螺旋状に巻き付けられている。温度保護スイッチ９は、インサート３の下に位置しており、温度センサ１０管状カートリッジ８の下側に位置している。

【0045】

図３は、本発明によるオーブン１’の代替実施形態を示す。オーブン１’は、２つのケーブル出口AおよびBを有する。ケーブル出口Aおよびケーブル出口Bの両方は、温度保護スイッチ（図４の９’）用の接続ライン７’および７”を有する。温度センサ用の接続ライン６’は、ケーブル出口Bに設けられている。他の要素は、図１の要素と本質的に同一である。

【0046】

図４は、遮断体を有しない、図３の本発明によるオーブン１’を示す。本質的な要素は、図２のものと同一である。図４と図２との主な違いは、温度保護センサ用の２つの接続ライン７’および７”が互いに物理的に分離されていることである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】