サンプリング装置とは
サンプリング装置とは、液体・気体などの原料や製造された製品などを抽出するための装置です。
種類はさまざまで、ガス分析計と液体分析計に分類されたり、石炭サンプリング装置といった特定のサンプリングに特化した装置などもあります。また、バイオリアクタなどの本来工数がかかるサンプリングを自動で行うものもあります。
サンプリング装置の使用用途
産業分野におけるサンプリング装置の主な用途は、原料や製品が規格を満たしているか、製造工程に偏りがないかなどを調査するためのサンプル (試料) 作成です。例えば、溶銑、溶鋼においては作業環境が過酷なことから、測温・サンプリング装置の導入による自動化が図られます。
また、水質浄化施設の貯水槽やバイオ研究の培養槽などの成分調査にも使用されています。工業、医療、食品産業など多岐に渡る分野で利用されている装置です。
1. 石炭サンプリング装置
石炭サンプリング装置では、試料を採取し、成分や水分量を分析し品質を管理することが目的です。分析情報を元に契約条件に違反していないか調査します。
その他にも、輸入時の税関申請書類の作成、燃焼効率の分析などにも役立てられます。適切にサンプリングすることにより輸入コストの削減や二酸化炭素排出量の削減を見込むことが可能です。
2. 化学
化学分野の研究開発においては、反応追跡のため経時的にサンプリングを行うことが必要な場合があります。昼夜を問わずサンプリングが必要になる場合があるほか、手動サンプリングでは精度や再現性が十分でない場合もあります。
このような状況においては、化学反応解析のための自動サンプリング装置が有効です。自動サンプリング装置は、反応の確実な追跡や、操作の正確性の向上、信頼性の高いサンプルの作成などの目的で利用されています。
サンプリング装置の原理
サンプリング装置は、様々な分野で広く用いられていることから、形状等は様々ですが、どれも試料採取を目的としている点では共通しています。
1. 石炭のサンプリング装置
石炭のサンプリング装置は、搬送中のコンベヤから一部を採取し、破砕・縮分を繰り返して分析・測定に適した試料として調製します。
2. 排ガスサンプリング装置
図1. 排ガスのサンプリング装置のイメージ
自動車等の排ガスのサンプリング装置では、排ガスを大気で全量希釈し、希釈排ガスの一部をバッグに比例サンプリングしています。
3. 溶銑・溶鋼
図2. 溶銑・溶鋼のサンプリング方式の例
溶銑、溶鋼の測温・サンプリング装置の代表的なサンプリング構造は以下の通りです。
- 傾動昇降タイプ
ガイドフレームを測定物側へ傾動する構造 - 固定昇降タイプ
昇降駆動ユニットでランスを昇降させる構造 - 炉側旋回昇降タイプ
電炉作業孔から測定し、測定後は待機側へ旋回する構造
4. 反応解析のための自動サンプリング装置
図3. 化学反応の反応解析のためのサンプリング装置のイメージ
研究開発分野で使用される反応解析のための自動サンプリング装置は、予め設定されたスケジュールに沿って自動的にサンプルを採取する他、温度、pHなどの特定の条件下において自動的にサンプリングを開始することができます。採取した試料について反応のクエンチや希釈も行い、HPLCやNMR解析用のサンプルを自動で調製することが可能です。
サンプリング装置の種類
サンプリング装置は、様々な分野において多様な製品が製品化されています。産業用の代表的なものは、石炭サンプリング装置や溶銑・溶鋼などにおける自動測温・サンプリング装置、自動車などの排ガス用の定容量希釈サンプリング装置などです。
ボイラー水用のボイラーサンプリング装置、貯槽用サンプリング装置、粉体用のサンプリング装置などもあります。その他には、海水汚染度を調べる用途の海水サンプリング装置なども販売されている他、研究開発用の化学反応の解析用自動サンプリング装置や試験研究用の検体サンプリング装置などもあります。用途に合わせて適切なものを選択することが必要です。
サンプリング装置のその他情報
サンプリング装置の利点
サンプルを作成する際は、抽出元の母集団と偏りのないサンプルを作成することが重要になります。人の手でサンプルを抽出すると、先入観や思い込みで工程内の一部のみのサンプルを集めたり、仕上がりの良いものだけを集めたりする危険性があります。
信頼性の高いサンプルを抽出するためには、プロセスや条件を全て同じにして、毎回同じ手順でサンプリングすることが重要です。装置を使用することにより、プログラミングによる条件やプロセスの設定が可能になります。毎回同様の手順で同じ操作が行われるため信頼性の高いサンプルが抽出できます。
参考文献
https://www.jemima.or.jp/tech/1-01-05-03.html
https://www.dhowa-technos.co.jp/business/product/sampling.html
https://www.mt.com/jp/ja/home/products/L1_AutochemProducts/EasySampler.html