JP2004191196A - 電解電流測定装置及び電解電流測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】試料液中に挿入される基体1と、基体1に設けられた検知極2と、基体1の下方に存して基体1の挿入方向と略平行な回転軸5aを有する羽根車5とを備え、羽根車5は、その回転により、羽根車5と基体1との間に、回転軸5aから半径方向に向かう試料液の遠心流F2を形成するように構成されており、前記検知極2は、遠心流F2に接するように配置されていることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料液中に検知極を挿入して試料液中の測定対象成分濃度に対応する電解電流を測定する電解電流測定装置及び電解電流測定方法に関する。
さらに詳しくは、水道本管等の高圧の試料液流が存在する環境においても、安定してポーラログラフ方式又はガルバニ電池方式の電解電流測定が可能な電解電流測定装置及び電解電流測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、残留塩素、溶存オゾン,塩素要求量、二酸化塩素等の測定を目的として、ポーラログラフ方式又はガルバニ電池方式の電解電流測定装置が用いられている。
これらの測定方式は、試料液に、白金、金などの貴金属やガラス状炭素などからなる検知極と、検知極に対して充分に大きい表面積をもつ銀などからなる対極とを浸漬し、両極間の間に適当な一定電圧を印加して検知極近傍において測定対象成分の電解還元(又は酸化)を起こさせることで電解電流を得、これを測定することにより所定成分の濃度を求めるものである。
このような測定方式では、検知極の表面に薄く均一な拡散層を得、測定対象成分の濃度に比例した電解電流(拡散電流)が測定されている。この拡散層を継続的に得るために、試料液に対しては、検知極表面に対する一定の線速度を与えることが行われている。すなわち、試料液を検知極表面に対して相対的に流動させることが行われている。
【0003】
試料液を検知極表面に対して相対的に流動させる方法として、従来から検知極を動かす方法や、試料液を動かす方法が採用されている。また、この検知極や試料液の動きを利用して、検知極表面を研磨することも行われている。例えば、セラミック等のビーズを充填した中で検知極を回転又は振動させたり、試料液に水流を起こさせ、その水流にのせてビーズ状研磨剤を検知極表面に当てて研磨することなどが行われていた(特許文献1参照)。
【0004】
上記従来技術では、試料液の検知極表面に対する線速度を一定に制御するために、試料液をフローセル等に導入して、比較的低い試料液圧の条件下で測定することが行われていた。
例えば、特許文献1に記載された従来技術のように、検知極を動かす方法においては、液圧を0.3〜0.4MP程度にした試料液をフローセルに導入して試料液流を抑えていた。そして、試料液流を抑えることにより、検知極の回転速度や振動速度が、試料液の検知極表面に対する線速度を実質的に決定するようにされていた。
また、試料液を動かす方法においては、例えば特許文献1に係る発明のように、試料液とビーズ状研磨材を、これらを入れた容器ごと回転させることにより試料液流を得ている。この場合も、容器内の試料液圧をほぼ大気圧程度に留めることにより、容器の回転速度が、試料液の検知極表面に対する線速度を実質的に決定するようにされていた。
【0005】
【特許文献1】
特開昭62−288559号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来技術では、フローセル等を用いることが必要であり、例えば水道本管のように、0.75Mpa程度の高圧の液流が存在する工程フローに、直接検知極等を挿入できる電解電流測定装置は存在しなかった。
また、ビーズ等の研磨剤を使用すると削り粉が発生するため、検出器を直接挿入することはもちろん、フローセルで測定した後の試料液を工程フローに戻すこともできなかった。
【0007】
本発明は、上記事情に鑑みて、水道本管内等のように、高圧の試料液流が存在する環境や削り粉などを混入させられない環境においても、安定してポーラログラフ方式又はガルバニ電池方式の電解電流測定が可能な電解電流測定装置及び電解電流測定方法を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の電解電流測定装置は、試料液中に挿入される基体と、該基体に設けられた検知極と、該基体の下方に存して該基体の挿入方向と略平行な回転軸を有する羽根車とを備え、前記羽根車は、その回転により、該羽根車と前記基体との間に、回転軸から半径方向に向かう試料液の遠心流を形成するように構成されており、前記検知極は、該遠心流に接するように配置されていることを特徴とする。
【0009】
本発明によれば、羽根車によって得られる遠心流に検知極が接するようにしたので、試料液の検知極表面に対する線速度を、安定して得ることができる。また、係る試料液の線速度によって、検知極への汚れの付着を防止できる。
なお、「回転軸から半径方向に向かう」とは、試料液流の方向ベクトルが、回転断面の半径に沿って中心軸から外側に向かう方向成分を含むことを意味する。したがって、例えば、中心から外側に向かう渦巻き流を遠心流とすることができる。
【0010】
本発明において、前記基体の下端部に、前記羽根車の回転軸に重なる直線と交差する凹部が形成され、該凹部の前記回転軸から離間した位置に、前記検知極が配置されていることが好ましい。これにより、工程フローの水圧を直接受けにくい位置に検知極を配置できるので、試料液の検知極表面に対する線速度を、一層安定させることができる。
この場合、前記基体に対極が設けられ、該対極は、前記凹部の外側に設けられていることが好ましい。これにより、対極の素材により、検知極がメッキ等されることを防止できる。
【0011】
本発明において、前記基体の内側に存してモータの駆動軸と連結する内側マグネットと、前記基体の外側の前記内側マグネットと対向する位置に存して前記羽根車の回転軸と連結する内側マグネットとを備え、前記モータの駆動軸の回転が、互いに引き合う前記内側マグネットと前記外側マグネットとを介して、前記羽根車の回転軸に伝達されることが好ましい。これにより、基体の内側から外側に貫通する部材を介さずに回転の動力を伝達できるので、シール性の問題から耐圧性を損なうことを回避できる。
【0012】
本発明の電解電流測定方法は、上記本発明に係る電解電流測定装置を用いて、試料液中の測定対象成分濃度に対応する電解電流又は検知極電位を測定することを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
図1は本発明の実施形態に係る電解電流測定装置の構成図である。図1の電解電流測定装置は、基体1と、基体1の下端部の凹部1aに設けられた検知極2と、基体1の凹部1aの外側に設けられた対極3と、検知極2と対極3との間に流れる電解電流を測定して試料液中の測定対象成分の濃度に変換する変換器4と、凹部1a内に配置された羽根車5と、この羽根車5を回転させるモータ6とから概略構成されている。
【0014】
基体1は、例えば、ポリカーボネートやポリ塩化ビニル等からなる外形が略円柱状の部材で、検知極2のリード線2a、対極3のリード線3a、モータ6等を内部に配置できるようになっている。
基体1は、配管の管壁Wに設けられた取付孔を通して試料液中に挿入されるようになっている。このとき、挿入方向Aは、基体1の中心軸と略平行とされている。基体1の下端部には、略円盤状の凹部1aが形成されている。
【0015】
検知極2は、例えば半球を伏せたような形状であり、その下端面が基体1の凹部1aの凹面と同一平面上に位置するように、凹部1aの下端側に埋め込まれている。検知極2のリード線2aは、基体1の内部を通って、基体1の上方から導出され、変換器4に接続されている。
また、対極3は、例えば円盤状であり、基体1の凹部1aの外側における下端部に、対極3の下端面が基体1の下端面と同一平面上に位置するように、埋め込まれている。この対極3のリード線3aも、基体1の内部を通って、変換器4に接続されている。
検知極2の材質としては、例えば、金、白金、又はカーボン合金、ガラス状炭素等が好適に採用できる。また、対極3の材質としては、例えば、白金、銀/塩化銀等が好適に採用できる。
【0016】
変換器4には、検知極2と対極3との間に所定の一定電圧を付与する加電圧機構と電流計とが設けられる。加電圧機構は、具体的には所定の電圧に設定可能な電源である。
なお、印可される所定の印加電圧の値にはゼロも含まれる。この場合、電流計を介して検知極と対極とを繋ぐ単なる配線によって加電圧機構を構成することができる。
一般的には、印加電圧がゼロでない場合はポーラログラフ方式と呼ばれ、印加電圧がゼロの場合はガルバニ電池方式と呼ばれる。両方式とも、被還元物質等が一定の厚さの拡散層と呼ばれる層の中において、濃度勾配による自然拡散によってのみ検知極表面に運ばれ、その表面で酸化還元されるときに流れる拡散電流(電解電流)を捉える点において共通しており、本質的な差違はない。
本実施形態の電解電流測定装置は、ポーラログラフ方式とガルバニ電池方式のいずれの方式であっても差し支えない。
検知極2と対極3との具体的材質、及びこれらの間に印加される所定の印加電圧の具体的な値は、測定対象成分等に応じて適宜決定される。
【0017】
変換器4にはさらに、測定した電解電流を測定対象成分の濃度に換算する濃度換算回路が設けられる。また、測定した電解電流や換算した濃度等を表示及び/又は出力する機能を有している。
【0018】
羽根車5は、モータ6によって回転させられるようになっている。羽根車の回転軸5aは、基体1の挿入方向Aと略平行であるが、本実施形態においては、さらに、基体1の中心軸と重なるように配置されている。
羽根車5aは、回転によって以下に説明する試料液流を形成できるものであれば、その具体的形状や羽の枚数等に特に限定はない。
【0019】
図1において白抜き矢印で示すように、羽根車5aによって形成される試料液流は、上昇流F1、遠心流F2、拡散流F3に分解して把握することができる。すなわち、試料液はまず、上昇流F1として羽根車5の下方から羽根車5の上方へと吸い上げられ、次いで、遠心流F2として、羽根車5と基体1との間の空間を回転軸5aから半径方向に向かい、最後に拡散流F3として凹部1aの外部に流出するようになっている。
ここで、遠心流F2は、中心(回転軸5a)から外側に向かう渦巻き状の流れである。また、拡散流F3は、渦巻き状に旋回しながら、羽根車5aと凹部1aの側壁との間を通過して下降し、次いで凹部1aの外側に拡散していく流れである。
遠心流F2によって与えられる試料液の検知極2の表面に対する線速度は、20〜50cm/sであることが好ましい。
【0020】
検知極2は、上記遠心流の流れが最大となる位置に設けられることが好ましい。例えば、羽根車5aの回転軸5aから最も離間した部分と対向する位置に検知極2を配置することができる。
検知極2の表面と羽根車5との間隙は、狭くしすぎると、回転ぶれによって羽根車5が検知極2に接触したり、ゴミを噛み込んでしまうおそれがあるので好ましくない。また、広くしすぎると、検知極2に接触する遠心流F2が弱くなり好ましくない。具体的な数値は、試料液の性状や装置の大きさ等を考慮して適宜決定できるが、例えば、内径¢150の水道本管にとりつける場合、1mm〜数mm程度とすることができる。
【0021】
また、本実施形態の電解電流測定装置では、羽根車5aの回転軸5aがモータ6に直接接続されず、マグネットカップリングの機構が利用されている。
すなわち、図1に示すように、基体1には、凹部1aの中心部に、凹部1aよりも小径である略円盤状の凹部1bが形成されている。そして、この凹部1bを形成する基体1の壁面を挟んで、互いに引き合う外側マグネット8aと内側マグネット8bとが向かい合っている。また、凹部1bの下端には、外側マグネット8aを保持するためのリング状のガイド9が施されている。
そして、羽根車5aの回転軸5aは外側マグネット8aに、モータ6の駆動軸6aは内側マグネット8bに各々連結されており、モータ6の回転が、駆動軸6a、内側マグネット8a、外側マグネット8bを介して、回転軸5aに伝達されるようになっている。
【0022】
本実施形態によれば、羽根車5によって形成される遠心流F2に検知極2が接しているので、試料液の検知極2の表面に対する線速度を、安定して得ることができる。
また、駆動部材である回転軸5aが基体1の内部に挿入されていないので、シール性が問題とされることがなく、装置全体の耐水性、耐圧性を容易に得ることができる。
【0023】
なお、上記実施形態においては、電極として、検知極2と対極3のみを示したが、この他に、参照電極や基準電極、試料液の温度を検知するのためのサーミスタ等を適宜追加することができる。また、対極3の設置場所は、基体1の下端部に限定されず、例えば、基体1の周壁から露出するように設置したり、基体1と独立した位置に設置することもできる。
また、変換器4は、電解電流を測定対象成分の濃度に変換する濃度換算回路を有するものであるとしたが、濃度にまで変換する機能は必須ではなく、電解電流をそのまま表示及び/又は出力するものであっても差し支えない。
また、上記実施形態においては、試料液線速度による洗浄効果に加えて、又はこれに代えて、電気的な洗浄方法を採用することができる。
電気的な洗浄方法としては、測定時の印加電圧と異なる電圧を付与するいわゆる電解研磨や、周期的に電極間の回路を開放して、検知極に電圧がかからない状態を作る方法等が採用できる。
【0024】
【発明の効果】
本発明によれば、水道本管等の高圧の試料液流が存在する環境においても、安定してポーラログラフ方式又はガルバニ電池方式の電解電流測定が可能能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る電解電流測定装置の構成図である。
【符号の説明】
1……基体、2……検知極、3……対極、4……変換器、5……羽根車、
6……モータ
Claims (5)
- 試料液中に挿入される基体と、該基体に設けられた検知極と、該基体の下方に存して該基体の挿入方向と略平行な回転軸を有する羽根車とを備え、
前記羽根車は、その回転により、該羽根車と前記基体との間に、回転軸から半径方向に向かう試料液の遠心流を形成するように構成されており、
前記検知極は、該遠心流に接するように配置されていることを特徴とする電解電流測定装置。 - 前記基体の下端部に、前記羽根車の回転軸に重なる直線と交差する凹部が形成され、該凹部の前記回転軸から離間した位置に、前記検知極が配置されている請求項1に記載の電解電流測定装置。
- 前記基体に対極が設けられ、該対極は、前記凹部の外側に設けられている請求項2に記載の電解電流測定装置。
- 前記基体の内側に存してモータの駆動軸と連結する内側マグネットと、前記基体の外側の前記内側マグネットと対向する位置に存して前記羽根車の回転軸と連結する内側マグネットとを備え、
前記モータの駆動軸の回転が、互いに引き合う前記内側マグネットと前記外側マグネットとを介して、前記羽根車の回転軸に伝達される請求項1から請求項3の何れかに記載の電解電流測定装置。 - 請求項1から請求項4の何れかに記載の電解電流測定装置を用いて、試料液中の測定対象成分濃度に対応する電解電流を測定することを特徴とする電解電流測定方法。
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JP2018124130A (ja) * | 2017-01-31 | 2018-08-09 | 東亜ディーケーケー株式会社 | 残留塩素測定装置および残留塩素測定方法 |
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