JP2001255244A

JP2001255244A - 炭酸ガス測定装置

Info

Publication number: JP2001255244A
Application number: JP2000064249A
Authority: JP
Inventors: Aki Yokoi; 亜希横井
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2000-03-09
Publication date: 2001-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】水溶液中に溶解しているＣＯ_２を常に一定条
件で脱気し、脱気したＣＯ_２のみを直接検出でき、正確
な測定を安定して行う。【解決手段】マルチポートバルブ１を通してＣＯ_２を
含んだ試料水溶液を、プランジャ２をモータ４により駆
動することによりシリンジ３内に吸引し、次にマルチポ
ートバルブ１を切り換えることによりシリンジ３内を液
相のみの密閉状態とする。密閉状態でさらにプランジャ
２をモータ４により駆動し吸引することによりシリンジ
３内を減圧状態にし、ＣＯ_２を試料溶液から吸い出し、
液相と気相に二分割する。その後、マルチポートバルブ
１を切り換え、キャリアガス源８よりＣＯ_２を含まない
キャリアガスをシリンジ３内に導入し、続いてマルチポ
ートバルブ１を切り換え、プランジャ２をモータ４によ
り吐出駆動してシリンジ３内の炭酸ガスとキャリアガス
の混合ガスを検出器１０に導出し、ＣＯ_２量を測定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、食品分野、環境計測分
野等で使用される、排水、用水、環境水などの水溶液試
料中に溶解している炭酸ガスの量を測定する炭酸ガス測
定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、水溶液中に溶解している炭酸ガス
（ＣＯ_２）を測定する方法としては、脱気ガスの圧力測
定法および全有機炭素測定装置（ＴＯＣ計）を用いる方
法が一般的である。

【０００３】脱気ガスの圧力測定法は、ガラス製容器に
ヘッドスペースを残して試料溶液を入れ、容器に栓をし
て密閉状態にした後、この容器を激しく振盪し、容器内
のヘッドスペースにＣＯ_２を移送させ、この時の容器内
の圧力を検出することにより、試料溶液中に溶解したＣ
Ｏ_２の量を測定するものである。

【０００４】ＴＯＣ計による測定は、試料水溶液中の全
炭素（ＴＣ）と無機体炭素（ＩＣ）をそれぞれ別々にＣ
Ｏ_２に変換し、生成したＣＯ_２の量を別個に非分散型赤
外分光光度計（ＮＤＩＲ）で検出した後、ＴＣ−ＩＣ＝
ＴＯＣとして、試料水溶液中の有機炭素量を測定するも
のである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】脱気ガスの圧力測定法
では、試料水溶液中に溶解しているＣＯ_２を気相に移相
する際、水溶液中のＣＯ_２濃度により移相速度が異なる
ため、試料水溶液の量、容器の形状、ヘッドスペースの
体積、振盪速度、振盪時間等の条件を一定にしても、移
相条件を一定にしたことにはならず、正確な測定を安定
して行うことが困難である。また、ヘッドスペースの圧
力を検出することにより試料水溶液中のＣＯ_２の量を間
接的に測定しており、水溶液中に溶解しているＣＯ_２以
外のガスの影響を受けることは避けられず、常に実際の
量より大きな測定値を得ることとなる。

【０００６】ＴＯＣ計による測定では、ＴＣの測定にお
いて、水溶液中に含まれる全炭素量を検出するため、試
料溶液に溶解しているＣＯ_２以外から由来する炭素量も
測定値の中に含まれてしまう。よって、水溶液中に溶解
しているＣＯ_２のみを検出しているとはいえない。

【０００７】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、水溶液中に溶解しているＣＯ_２を常に
一定条件で脱気し、脱気したＣＯ_２のみを直接検出で
き、安定して正確な測定が行える炭酸ガス測定装置を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の炭酸ガス測定装置は、プランジャを摺動可
能に内蔵したシリンジを備え、試料流路を介して試料容
器に通じるサンプリングポート、ガス流路を介してキャ
リアガス源に通じるキャリアガスポート、検出器流路を
介して炭酸ガス検出器に通じる検出ポートおよび閉塞さ
れたクローズポートを有するマルチポートバルブの切り
換えにより、シリンジにつながるシリンジ流路を試料流
路、ガス流路、検出器流路および閉塞位置と選択的に接
続すると共に、プランジャおよびマルチポートバルブを
駆動することにより以下の操作を行うものである。

【０００９】シリンジ流路と試料流路を接続するように
マルチポートバルブを切り換え、プランジャを吸引駆動
して試料容器から試料溶液をシリンジ内に吸引する。次
に、シリンジ流路を閉塞位置にくるようにマルチポート
バルブを切り換え、シリンジを密閉状態とした状態でプ
ランジャをさらに吸引駆動してシリンジ内に減圧空間を
形成し、試料溶液中の炭酸ガスをその減圧空間内に気相
として分相させる。続いて、シリンジ流路とガス流路を
接続するようにマルチポートバルブを切り換え、シリン
ジの減圧空間内の炭酸ガスとキャリアガスを混合させ
る。さらに、シリンジ流路と検出器流路を接続するよう
にマルチポートバルブを切り換え、プランジャを吐出駆
動してシリンジ内の炭酸ガスとキャリアガスの混合ガス
を炭酸ガス検出器に導出し、ＣＯ_２量を測定する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の炭酸ガ
ス測定装置の一実施例の構成図である。本発明の炭酸ガ
ス測定装置は、マルチポートバルブ１と、プランジャ２
を備えたシリンジ３と、シリンジ３とマルチポートバル
ブ１をつなぐシリンジ流路５と、試料水溶液が入った試
料容器６と、試料容器６とマルチポートバルブ１をつな
ぐ試料流路７と、ガス流路１２と、キャリアガス源８
と、キャリアガス源８とガス流路１２をつなぐキャリア
ガス流路９と、ＣＯ_２検出器１０および検出器１０とガ
ス流路１２をつなぐ検出器流路１１を備えている。プラ
ンジャ２はモータ４に接続され、吸引および吐出できる
よう駆動される。

【００１１】図２はマルチポートバルブ１とシリンジ３
およびプランジャ２の動作を示した図である。マルチポ
ートバルブ１は一つの共通ポート１ａと、複数の分配ポ
ート１ｂ〜１ｅを有しており、適宜共通ポート１ａと各
分配ポート１ｂ〜１ｅを切り換えて接続する。共通ポー
ト１ａはシリンジ流路５を介してシリンジ３に接続され
ている。分配ポート１ｂ（サンプリングポート）は試料
流路７を介して試料容器６内の試料溶液と接続されてい
る。分配ポート１ｃ（クローズポート）はいずれにも接
続されおらず、閉塞されている。分配ポート１ｄ（キャ
リアガスポート）はガス流路１２およびキャリアガス流
路９を介してキャリアガス源８と接続されている。分配
ポート１ｅ（検出器ポート）はガス流路１２および検出
器流路１１を介して検出器１０と接続されている。

【００１２】次に、動作について説明する。まず、マル
チポートバルブ１において分配ポート１ｂ（サンプリン
グポート）に切り換えられ、試料流路７とシリンジ流路
５が接続され、モータ４によりプランジャ２が下方に駆
動されることにより、試料容器６内の試料溶液が吸引さ
れシリンジ３に導入される（図２、操作１）。次に、マ
ルチポートバルブ１において分配ポート１ｃ（クローズ
ポート）に切り換えられ、シリンジ流路５およびシリン
ジ３内は液相のみが存在し、密閉状態に保たれる。この
状態で、プランジャ２がモータ４によりさらに下方に駆
動される。この時、シリンジ３およびシリンジ流路５内
は減圧状態となり、試料溶液中に溶解しているＣＯ_２が
気相となって分相する（図２、操作２）。

【００１３】次に、マルチポートバルブ１において分配
ポート１ｄ（キャリアガスポート）と切り換えられ、キ
ャリアガス源８と接続される。モータ４によりプランジ
ャ２がさらに下方に駆動し、キャリアガスがシリンジ３
に導入される（図２、操作３）。この時キャリアガスと
しては、ＣＯ_２を含まず、検出器１０においてＣＯ_２を
検出する際に妨害しないガスであれば特に限定されるも
のではなく、例えば窒素ガスを用いることができる。

【００１４】次に、マルチポートバルブ１において分配
ポート１ｅ（検出器ポート）と切り換えられ、検出器流
路１１と接続される。続いて、モータ４によりプランジ
ャ２が上方に駆動し、ＣＯ_２とキャリアガスの混合ガス
を検出器１０へと押し出し、検出器１０でＣＯ_２濃度が
測定される（図２、操作４）。検出器１０としては、Ｃ
Ｏ_２を定量できる測定方法であれば特に限定されるもの
ではなく、例えば非分散型赤外分光光度計（ＮＤＩＲ）
を用いることができる。

【００１５】通常、試料水溶液中のＣＯ_２濃度により、
検出器１０の感度を調節しなければならない。例えば、
ＮＤＩＲを使用する場合は、試料ガスを導入し赤外光と
相互作用させるセルの長さを調整しなければならない。
このためには長さの異なるセルを複数用意しておき、測
定するＣＯ_２濃度に適した長さのセルに流路を切り換え
る、等の煩雑な操作が必要となる。しかしながら、本実
施例においては、シリンジ３に導入するキャリアガスの
圧力を調整することにより、シリンジ３内におけるＣＯ
_２とキャリアガスとの混合比を容易に変えることがで
き、これによりＣＯ_２濃度を調節することで、検出器１
０の感度を調節する必要はなくなる。すなわち、ＣＯ_２
濃度が高い場合は、キャリアガスの圧力を高く設定し、
シリンジポート内でのＣＯ_２の希釈率を大きくし、濃度
を低くした後、検出器１０へと導入する。

【００１６】シリンジ３内で試料溶液を減圧し、試料溶
液に溶解しているＣＯ_２を分相させる際（図２、操作
２）、シリンジ３全体を温調し、温度を一定に保つこと
により、気−液分離の条件をより一定にすることができ
る。

【００１７】シリンジ３内で試料溶液を減圧し、試料溶
液に溶解しているＣＯ_２を分相させる際（図２、操作
２）、シリンジ３内の圧力を一定にするため、プランジ
ャ２の駆動距離を一定に制御しなければならない。これ
はモータ４の回転数を計測することにより実現できる
が、プランジャ２の位置を計測する位置センサを備える
ことにより、より正確に制御することができる。

【００１８】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の変更を
行うことができる。例えば、マルチポートバルブ１にさ
らに多数の分配ポートを設け、複数の試料容器を接続す
ることにより、マルチポートバルブ１の切り換えのみで
複数の試料を連続して測定することが可能となる。ま
た、複数の試料を連続して測定を行う場合、試料間の混
合を防止するため、洗浄液およびマルチポートバルブ１
に洗浄液用の分配ポートを設けることにより、測定ごと
にシリンジ３およびシリンジ流路５を洗浄する機構を備
えることができる。

【００１９】

【発明の効果】本発明の炭酸ガス測定装置は上記のよう
に構成され、試料水溶液中に溶解しているＣＯ_２を、試
料水溶液を減圧することにより気相に分相するするよう
にしたので、常に一定の条件でＣＯ_２を試料溶液から分
相させることができる。さらに、検出器としてＮＤＩＲ
等のＣＯ_２のみに感度を有する検出器を設け、試料溶液
から分相したガスを直接検出器で検出しているので、試
料水溶液中に溶解しているＣＯ_２以外のガスが測定に影
響を及ぼすことはない。これらの結果、試料水溶液中の
ＣＯ_２濃度を正確に安定して測定することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の炭酸ガス測定装置の一実施例の概略構
成を示す図である。

【図２】同実施例の動作を示した図である。

【符号の説明】

１---マルチポートバルブ１ａ---共通ポート１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ---分配ポート２---プランジャ３---シリンジ４---モータ５---シリンジ流路６---試料容器７---試料流路８---キャリアガス源９---キャリアガス流路１０---検出器１１---検出器流路１２---ガス流路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料溶液を吸引・吐出するプランジャを
摺動可能に内蔵したシリンジを備え、試料流路を介して
試料容器に通じるサンプリングポート、ガス流路を介し
てキャリアガス源に通じるキャリアガスポート、検出器
流路を介して炭酸ガス検出器に通じる検出ポートおよび
閉塞されたクローズポートを有するマルチポートバルブ
の切り換えにより、シリンジにつながるシリンジ流路を
試料流路、ガス流路、検出器流路および閉塞位置と選択
的に接続すると共に、プランジャおよびマルチポートバ
ルブを駆動することにより以下の操作を行うようにした
ことを特徴とする炭酸ガス測定装置。（１）シリンジ流路と試料流路を接続するようにマルチ
ポートバルブを切り換え、プランジャを吸引駆動して試
料容器から試料溶液をシリンジ内に吸引する、（２）シリンジ流路を閉塞位置にくるようにマルチポー
トバルブを切り換え、シリンジを密閉状態とした状態で
プランジャをさらに吸引駆動してシリンジ内に減圧空間
を形成し、試料溶液中の炭酸ガスをその減圧空間内に気
相として分相させる、（３）シリンジ流路とガス流路を接続するようにマルチ
ポートバルブを切り換え、シリンジの減圧空間内の炭酸
ガスとキャリアガスを混合させる、（４）シリンジ流路と検出器流路を接続するようにマル
チポートバルブを切り換え、プランジャを吐出駆動して
シリンジ内の炭酸ガスとキャリアガスの混合ガスを炭酸
ガス検出器に導出する。